Waarom de overleving van fotoreceptorcellen niet 100% bereikt: belangrijkste mechanismen ontrafeld

Wetenschappers van de Universiteit van Pennsylvania, onder leiding van Raghavi Sudharsan, hebben ontdekt waarom ongeveer 70% van de getransplanteerde fotosensorische voorlopercellen (PRPC's) uit geïnduceerde pluripotente stamcellen binnen de eerste paar dagen na transplantatie in het netvlies afsterven. Hun werk, gepubliceerd in Stem Cell Research & Therapy, wijst metabole stress in donorcellen aan als de belangrijkste oorzaak van het vroege verlies.

Vereisten

Transplantatie van PRPC's wordt beschouwd als een veelbelovende aanpak voor progressieve degeneratieve aandoeningen van het netvlies (retinitis pigmentosa, maculadegeneratie). De lage overlevingskans van donorcellen beperkt echter de effectiviteit van de therapie. Tot nu toe lag de focus vooral op het onderdrukken van de immuunrespons, maar zelfs met uitgebreide immunosuppressie bleven de verliezen catastrofaal.

Ontwerp en methoden

1. Modellen:

   • Gezonde honden en retinitis pigmentosa-modelhonden kregen subretinale injecties met fluorescent gelabelde PRPC's.

2. Schatting van de overleving:

   • Met behulp van fluorescentieangiografie en optische coherentietomografie (OCT) werd het volume van de getransplanteerde cellen op de eerste dag, op de derde en op de zevende dag vastgelegd.

3. Transcriptomics van individuele cellen (scRNA-seq):

   • PRPC's werden op dag 3 geïsoleerd uit netvlieslocaties en de expressie van genen gerelateerd aan metabolisme en apoptose werd geanalyseerd.

4. Immunohistochemie:

   • Oxidatieve stressmarkers (4-HNE), mitochondriale status (Tom20) en microgliale activering (Iba1) werden beoordeeld in het transplantatiegebied.

Belangrijkste resultaten

• Grootschalig celverlies: ongeveer 70% van de PRPC's was op dag 7 verdwenen, zowel in gezonde als in degenererende netvliezen, ondanks immunosuppressie.
• Metabole stress: scRNA-seq liet een dramatische afname zien in de expressie van oxidatieve fosforyleringsgenen (CYCS, COX4I1) en een toename in de transcriptie van apoptotische markers (BAX, CASP3).
• Mitochondriale disfunctie: immunohistochemie toonde fragmentatie en verlies van Tom20-labeling in getransplanteerde PRPC's, en verhoogde 4-HNE-niveaus duidden op oxidatieve schade.
• Rol van microglia: In het transplantatiegebied nam de activiteit van Iba1⁺-microgliacellen toe als reactie op de dood van PRPC's, wat de lokale ontsteking zou kunnen verergeren en zou kunnen bijdragen aan verdere verliezen.

Implicaties voor celtherapieën

Deze bevindingen veranderen het paradigma: om de inplanting van PRPC's te vergroten, is het niet alleen nodig om de immuunrespons te onderdrukken, maar ook om het energiemetabolisme van donorcellen te ondersteunen. Mogelijke interventies:

• Voorlopige "metabole voortraining" van PRPC's onder normale kweekomstandigheden aan de rand van substressbelasting om hun mitochondriale veerkracht te verbeteren.
• Cocktails van mitochondriale stabilisatoren (co-enzym Q₁₀, carnitine) tijdens en direct na transplantatie.
• Modulatie van de lokale retinale micro-omgeving: afgifte van antioxidanten of mitochondriale beschermers aan het transplantatiegebied.

Praktische conclusies en vooruitzichten

• Metabole preconditionering: het conditioneren van PRPC's onder milde metabole stressomstandigheden vóór transplantatie om hun veerkracht te vergroten.
• Toediening via een steiger: het gebruik van biologisch afbreekbare matrices die zorgen voor de geleidelijke overgang van donorcellen van een rijk kweekmedium naar de netvliesomgeving.
• Voedingsondersteuning: toediening van antioxidanten of mitochondriale ademhalingssubstraten in combinatie met PRPC's.

"We hebben lang alleen de immuunbarrière bestreden, maar nu is het duidelijk dat als het probleem van de metabole shock niet wordt opgelost, transplantaties gedoemd zijn tot een vroege dood", concludeert Raghavi Sudharsan.

Het werk, dat wordt ondersteund door het National Eye Institute, maakt de weg vrij voor effectievere celtherapieën om het gezichtsvermogen te herstellen bij patiënten met degeneratieve netvliesziekten.