De ce supraviețuirea celulelor fotoreceptoare nu atinge 100%: Mecanisme cheie elucidate

Oamenii de știință de la Universitatea din Pennsylvania, conduși de Raghavi Sudharsan, au descoperit de ce aproximativ 70% dintre celulele progenitoare fotosenzoriale (PRPC) transplantate din celule stem pluripotente induse mor în primele zile după transplantul în retină. Lucrarea lor, publicată în Stem Cell Research & Therapy, indică stresul metabolic din celulele donatoare ca principalul vinovat al pierderii timpurii.

Cerințe preliminare

Transplantul de PRPC-uri este considerat o abordare promițătoare pentru bolile degenerative progresive ale retinei (retinita pigmentară, degenerescența maculară). Cu toate acestea, rata scăzută de supraviețuire a celulelor donatoare limitează eficacitatea terapiei. Până acum, accentul principal a fost pus pe suprimarea răspunsului imun, dar chiar și cu imunosupresie extinsă, pierderile au rămas catastrofale.

Proiectare și metode

1. Modele:

   • Câini sănătoși și câini cu retinită pigmentoasă au primit injecții subretinale cu PRPC marcate fluorescent.

2. Estimarea supraviețuirii:

   • Angiografia cu fluoresceină și tomografia cu coerență optică (OCT) au înregistrat volumul celulelor transplantate în prima zi, în a 3-a și în a 7-a zi.

3. Transcriptomică unicelulară (scRNA-seq):

   • PRPC-urile au fost izolate din situsurile retiniene în ziua 3 și a fost analizată expresia genelor legate de metabolism și apoptoză.

4. Imunohistochimie:

   • Markerii stresului oxidativ (4-HNE), statusul mitocondrial (Tom20) și activarea microglială (Iba1) au fost evaluați în zona de transplant.

Rezultate cheie

• Pierdere masivă de celule: aproximativ 70% din PRPC-uri au dispărut până în ziua 7, atât în retinele sănătoase, cât și în cele degenerate, în ciuda imunosupresiei.
• Stres metabolic: scRNA-seq a relevat o scădere dramatică a expresiei genelor de fosforilare oxidativă (CYCS, COX4I1) și o creștere a transcripției markerilor apoptotici (BAX, CASP3).
• Disfuncție mitocondrială: Imunohistochimia a evidențiat fragmentarea și pierderea marcării Tom20 în PRPC-urile transplantate, iar nivelurile crescute de 4-HNE au indicat leziuni oxidative.
• Rolul microgliei: În zona de transplant, activitatea celulelor microgliale Iba1⁺ a crescut ca răspuns la moartea PRPC-urilor, ceea ce ar putea exacerba inflamația locală și contribui la pierderi suplimentare.

Implicații pentru terapiile celulare

Aceste descoperiri schimbă paradigma: pentru a crește grefarea PRPC-urilor, este necesară nu doar suprimarea răspunsului imun, ci și susținerea metabolismului energetic al celulelor donatoare. Intervenții posibile:

• „Pre-antrenament metabolic” preliminar al PRPC-urilor în condiții normale de cultură la marginea încărcării substratului pentru a le spori rezistența mitocondrială.
• Cocktailuri de stabilizatori mitocondriali (coenzima Q₁₀, carnitină) în timpul și imediat după transplant.
• Modularea micromediului retinian local: livrarea de antioxidanți sau protectori mitocondriali în zona de transplant.

Concluzii practice și perspective

• Precondiționare metabolică: condiționarea PRPC-urilor în condiții de stres metabolic ușor înainte de transplant pentru a le spori rezistența.
• Livrare pe schelă: utilizarea de matrici biodegradabile care asigură tranziția treptată a celulelor donatoare dintr-un mediu de cultură bogat în mediul retinian.
• Suport nutrițional: administrarea de antioxidanți sau substraturi pentru respirația mitocondrială în conjuncție cu PRPC-uri.

„Multă vreme ne luptăm doar cu bariera imună, dar acum este clar că, fără rezolvarea problemei șocului metabolic, transplanturile sunt sortite morții premature”, conchide Raghavi Sudharsan.

Lucrarea, susținută de Institutul Național al Ochilor, deschide calea pentru terapii celulare mai viabile pentru restabilirea vederii la pacienții cu boli degenerative ale retinei.