Varför fotoreceptorcellers överlevnad inte når 100 %: Viktiga mekanismer klarlagda

Forskare från University of Pennsylvania, under ledning av Raghavi Sudharsan, har upptäckt varför cirka 70 % av transplanterade fotosensoriska progenitorceller (PRPC) från inducerade pluripotenta stamceller dör inom de första dagarna efter transplantation i näthinnan. Deras arbete, publicerat i Stem Cell Research & Therapy, pekar på metabolisk stress i donatorceller som den främsta boven i dramat bakom den tidiga förlusten.

Förkunskapskrav

Transplantation av PRPC anses vara en lovande metod för progressiva degenerativa sjukdomar i näthinnan (retinit pigmentosa, makuladegeneration). Den låga överlevnadsgraden för donatorceller begränsar dock behandlingens effektivitet. Fram till nu har huvudfokus varit att undertrycka immunsvaret, men även med omfattande immunsuppression förblev förlusterna katastrofala.

Design och metoder

1. Modeller:

   • Friska hundar och retinitis pigmentosa-modellhundar fick subretinala injektioner av fluorescensmärkta PRPC.

2. Överlevnadsuppskattning:

   • Fluoresceinangiografi och optisk koherenstomografi (OCT) registrerade volymen av transplanterade celler den första dagen, den tredje och den sjunde dagen.

3. Transkriptomik av enskilda celler (scRNA-sekvensering):

   • PRPC isolerades från retinala platser på dag 3 och uttrycket av gener relaterade till metabolism och apoptos analyserades.

4. Immunohistokemi:

   • Oxidativa stressmarkörer (4-HNE), mitokondriell status (Tom20) och mikroglialaktivering (Iba1) utvärderades i transplantationsområdet.

Viktiga resultat

• Massiv cellförlust: cirka 70 % av PRPC försvann vid dag 7 i både friska och degenererande näthinnor trots immunsuppression.
• Metabolisk stress: scRNA-seq visade en dramatisk minskning av uttrycket av oxidativa fosforyleringsgener (CYCS, COX4I1) och en ökning av transkriptionen av apoptotiska markörer (BAX, CASP3).
• Mitokondriell dysfunktion: Immunhistokemi visade fragmentering och förlust av Tom20-märkning i transplanterade PRPC, och förhöjda 4-HNE-nivåer indikerade oxidativ skada.
• Mikroglias roll: I transplantationsområdet ökade Iba1⁺ mikrogliacellaktiviteten som svar på PRPC:s död, vilket kan förvärra lokal inflammation och bidra till ytterligare förluster.

Implikationer för cellterapier

Dessa fynd förändrar paradigmet: för att öka inympningen av PRPC är det nödvändigt att inte bara undertrycka immunsvaret, utan också att stödja energimetabolismen hos donatorceller. Möjliga interventioner:

• Preliminär "metabolisk förträning" av PRPC under normala odlingsförhållanden vid kanten av substressbelastning för att förbättra deras mitokondriella motståndskraft.
• Cocktails av mitokondriella stabilisatorer (koenzym Q₁₀, karnitin) under och omedelbart efter transplantation.
• Modulering av den lokala näthinnemikromiljön: tillförsel av antioxidanter eller mitokondriella skyddsmedel till transplantationsområdet.

Praktiska slutsatser och framtidsutsikter

• Metabolisk förkonditionering: konditionering av PRPC under milda metaboliska stressförhållanden före transplantation för att öka deras motståndskraft.
• Stödleverans: användning av biologiskt nedbrytbara matriser som säkerställer en gradvis övergång av donatorceller från ett rikt odlingsmedium till näthinnemiljön.
• Näringsstöd: tillförsel av antioxidanter eller mitokondriella respirationssubstrat i samband med PRPC.

”Vi har länge bara kämpat mot immunförsvaret, men nu är det tydligt att utan att lösa problemet med metabolisk chock är transplantationer dömda till förtida död”, avslutar Raghavi Sudharsan.

Arbetet, som stöds av National Eye Institute, banar väg för mer gångbara cellterapier för att återställa synen hos patienter med degenerativa näthinnesjukdomar.