Hvorfor fotoreceptorcellers overlevelse ikke når 100%: Nøglemekanismer belyst

Forskere fra University of Pennsylvania, ledet af Raghavi Sudharsan, har opdaget, hvorfor omkring 70 % af transplanterede fotosensoriske progenitorceller (PRPC'er) fra inducerede pluripotente stamceller dør inden for de første par dage efter transplantation i nethinden. Deres arbejde, der er offentliggjort i Stem Cell Research & Therapy, peger på metabolisk stress i donorceller som den primære årsag til det tidlige tab.

Forudsætninger

Transplantation af PRPC'er betragtes som en lovende metode til progressive degenerative sygdomme i nethinden (retinitis pigmentosa, makuladegeneration). Den lave overlevelsesrate for donorceller begrænser dog behandlingens effektivitet. Indtil nu har hovedfokus været på at undertrykke immunresponset, men selv med omfattende immunsuppression forblev tabene katastrofale.

Design og metoder

1. Modeller:

   • Raske hunde og retinitis pigmentosa-modelhunde modtog subretinale injektioner af fluorescensmærkede PRPC'er.

2. Overlevelsesestimat:

   • Fluoresceinangiografi og optisk kohærenstomografi (OCT) registrerede volumenet af transplanterede celler på den første dag, på den 3. og på den 7. dag.

3. Enkeltcelletranskriptomik (scRNA-sekvens):

   • PRPC'er blev isoleret fra nethindeområder på dag 3, og ekspressionen af gener relateret til metabolisme og apoptose blev analyseret.

4. Immunhistokemi:

   • Oxidative stressmarkører (4-HNE), mitokondriestatus (Tom20) og mikroglialaktivering (Iba1) blev vurderet i transplantationsområdet.

Nøgleresultater

• Massivt celletab: cirka 70 % af PRPC'er forsvandt inden dag 7 i både raske og degenererende nethinder på trods af immunsuppression.
• Metabolisk stress: scRNA-seq afslørede et dramatisk fald i ekspressionen af oxidative fosforyleringsgener (CYCS, COX4I1) og en stigning i transkriptionen af apoptotiske markører (BAX, CASP3).
• Mitokondriel dysfunktion: Immunhistokemi viste fragmentering og tab af Tom20-mærkning i transplanterede PRPC'er, og forhøjede 4-HNE-niveauer indikerede oxidativ skade.
• Mikroglias rolle: I transplantationsområdet steg Iba1⁺ mikrogliacelleaktiviteten som reaktion på PRPC'ers død, hvilket kunne forværre lokal inflammation og bidrage til yderligere tab.

Implikationer for celleterapier

Disse resultater ændrer paradigmet: for at øge indpodningen af PRPC'er er det ikke kun nødvendigt at undertrykke immunresponset, men også at understøtte energimetabolismen i donorceller. Mulige interventioner:

• Indledende "metabolisk prætræning" af PRPC'er under normale dyrkningsbetingelser på kanten af substressbelastning for at forbedre deres mitokondrielle modstandsdygtighed.
• Cocktails af mitokondrielle stabilisatorer (coenzym Q₁₀, carnitin) under og umiddelbart efter transplantation.
• Modulering af det lokale nethindemikromiljø: levering af antioxidanter eller mitokondrielle beskyttere til transplantationsområdet.

Praktiske konklusioner og perspektiver

• Metabolisk forkonditionering: konditionering af PRPC'er under milde metaboliske stressforhold før transplantation for at forbedre deres modstandsdygtighed.
• Stilladslevering: brugen af bionedbrydelige matricer, der sikrer den gradvise overgang af donorceller fra et rigt kulturmedium til det retinale miljø.
• Ernæringsmæssig støtte: levering af antioxidanter eller mitokondrielle respirationssubstrater i forbindelse med PRPC'er.

"Vi har længe kun kæmpet mod immunforsvaret, men nu står det klart, at uden at løse problemet med metabolisk chok er transplantationer dømt til tidlig død," konkluderer Raghavi Sudharsan.

Arbejdet, støttet af National Eye Institute, baner vejen for mere brugbare celleterapier til at genoprette synet hos patienter med degenerative nethindesygdomme.