Zakaj preživetje fotoreceptorskih celic ne doseže 100 %: pojasnjeni ključni mehanizmi

Znanstveniki z Univerze v Pensilvaniji pod vodstvom Raghavija Sudharsana so odkrili, zakaj približno 70 % presajenih fotosenzoričnih progenitornih celic (PRPC) iz induciranih pluripotentnih matičnih celic umre v prvih nekaj dneh po presaditvi v mrežnico. Njihovo delo, objavljeno v reviji Stem Cell Research & Therapy, kaže na metabolni stres v donorskih celicah kot glavnega krivca za zgodnjo izgubo.

Predpogoji

Presaditev PRPC velja za obetaven pristop k zdravljenju progresivnih degenerativnih bolezni mrežnice (retinitis pigmentosa, makularna degeneracija). Vendar pa nizka stopnja preživetja donorskih celic omejuje učinkovitost terapije. Do sedaj je bil glavni poudarek na zaviranju imunskega odziva, vendar so bile izgube tudi pri obsežni imunosupresiji katastrofalne.

Zasnova in metode

1. Modeli:

   • Zdravi psi in psi z retinitis pigmentosa so prejeli subretinalne injekcije fluorescentno označenih PRPC.

2. Ocena preživetja:

   • Fluoresceinska angiografija in optična koherentna tomografija (OCT) sta zabeležili volumen presajenih celic prvi, tretji in sedmi dan.

3. Transkriptomika posameznih celic (scRNA-seq):

   • PRPC so bile izolirane iz mest mrežnice 3. dan in analizirana je bila ekspresija genov, povezanih z metabolizmom in apoptozo.

4. Imunohistokemija:

   • Na območju presaditve so bili ocenjeni markerji oksidativnega stresa (4-HNE), mitohondrijski status (Tom20) in aktivacija mikroglije (Iba1).

Ključni rezultati

• Masivna izguba celic: približno 70 % PRPC je izginilo do 7. dne tako v zdravih kot v degenerirajočih mrežnicah kljub imunosupresiji.
• Presnovni stres: scRNA-seq je pokazal dramatično zmanjšanje izražanja genov oksidativne fosforilacije (CYCS, COX4I1) in povečanje transkripcije apoptotičnih markerjev (BAX, CASP3).
• Mitohondrijska disfunkcija: Imunohistokemija je pokazala fragmentacijo in izgubo označevanja Tom20 v presajenih PRPC, povišane ravni 4-HNE pa so kazale na oksidativno poškodbo.
• Vloga mikroglije: Na območju presaditve se je aktivnost mikroglialnih celic Iba1⁺ povečala kot odziv na smrt PRPC, kar bi lahko poslabšalo lokalno vnetje in prispevalo k nadaljnjim izgubam.

Posledice za celične terapije

Te ugotovitve spreminjajo paradigmo: za povečanje presaditve PRPC ni treba le zavirati imunskega odziva, temveč tudi podpirati energijski metabolizem donorskih celic. Možni posegi:

• Predhodni "metabolni predtrening" PRPC-jev v normalnih pogojih gojenja na robu substresne obremenitve za povečanje njihove mitohondrijske odpornosti.
• Koktajli mitohondrijskih stabilizatorjev (koencim Q₁₀, karnitin) med in takoj po presaditvi.
• Modulacija lokalnega retinalnega mikrookolja: dostava antioksidantov ali mitohondrijskih zaščitnikov na območje presaditve.

Praktični sklepi in obeti

• Presnovna predkondicioniranje: kondicioniranje PRPC v blagih presnovnih stresnih pogojih pred presaditvijo za povečanje njihove odpornosti.
• Dostava scaffold: uporaba biorazgradljivih matric, ki zagotavljajo postopen prehod donorskih celic iz bogatega gojišča v retinalno okolje.
• Prehranska podpora: dajanje antioksidantov ali substratov mitohondrijskega dihanja v povezavi s PRPC.

»Dolgo smo se borili le proti imunski pregradi, zdaj pa je jasno, da so presaditve brez rešitve problema presnovnega šoka obsojene na prezgodnjo smrt,« zaključuje Raghavi Sudharsan.

Delo, ki ga podpira Nacionalni inštitut za oči, utira pot bolj izvedljivim celičnim terapijam za obnovitev vida pri bolnikih z degenerativnimi boleznimi mrežnice.