Защо оцеляването на фоторецепторните клетки не достига 100%: Изяснени са ключови механизми

Учени от Университета на Пенсилвания, водени от Рагхави Судхарсан, са открили защо около 70% от трансплантираните фотосензорни прогениторни клетки (PRPC) от индуцирани плурипотентни стволови клетки умират в рамките на първите няколко дни след трансплантацията в ретината. Тяхната работа, публикувана в Stem Cell Research & Therapy, посочва метаболитния стрес в донорските клетки като основен виновник за ранната загуба.

Предварителни изисквания

Трансплантацията на донорски клетки (PRPC) се счита за обещаващ подход при прогресивни дегенеративни заболявания на ретината (ретинит пигментоза, макулна дегенерация). Ниският процент на преживяемост на донорските клетки обаче ограничава ефективността на терапията. Досега основният фокус беше върху потискането на имунния отговор, но дори при обширна имуносупресия, загубите оставаха катастрофални.

Дизайн и методи

1. Модели:

   • Здрави кучета и кучета с модел на ретинит пигментоза получиха субретинални инжекции с флуоресцентно маркирани PRPC.

2. Оценка на оцеляването:

   • Флуоресцеинова ангиография и оптична кохерентна томография (ОКТ) регистрираха обема на трансплантираните клетки на първия, на 3-тия и на 7-мия ден.

3. Транскриптомика на единични клетки (scRNA-seq):

   • PRPCs бяха изолирани от местата на ретината на 3-тия ден и беше анализирана експресията на гени, свързани с метаболизма и апоптозата.

4. Имунохистохимия:

   • В областта на трансплантация бяха оценени маркери за оксидативен стрес (4-HNE), митохондриален статус (Tom20) и микроглиална активация (Iba1).

Ключови резултати

• Масова клетъчна загуба: приблизително 70% от PRPC изчезват до 7-ия ден както при здрави, така и при дегенериращи ретини, въпреки имуносупресията.
• Метаболитен стрес: scRNA-seq разкрива драматично намаляване на експресията на гени за окислително фосфорилиране (CYCS, COX4I1) и увеличаване на транскрипцията на апоптотични маркери (BAX, CASP3).
• Митохондриална дисфункция: Имунохистохимията показва фрагментация и загуба на Tom20 маркиране в трансплантирани PRPC, а повишените нива на 4-HNE показват оксидативно увреждане.
• Роля на микроглията: В областта на трансплантация, активността на микроглиалните клетки Iba1⁺ се е увеличила в отговор на смъртта на PRPC, което може да изостри локалното възпаление и да допринесе за по-нататъшни загуби.

Последици за клетъчните терапии

Тези открития променят парадигмата: за да се увеличи присаждането на PRPC, е необходимо не само да се потисне имунният отговор, но и да се подпомогне енергийният метаболизъм на донорските клетки. Възможни интервенции:

• Предварително „метаболитно предварително обучение“ на PRPC при нормални условия на култивиране на ръба на субстресово натоварване за повишаване на тяхната митохондриална устойчивост.
• Коктейли от митохондриални стабилизатори (коензим Q₁₀, карнитин) по време и непосредствено след трансплантация.
• Модулация на локалната микросреда на ретината: доставяне на антиоксиданти или митохондриални протектори в зоната на трансплантация.

Практически заключения и перспективи

• Метаболитно прекондициониране: кондициониране на PRPC при условия на лек метаболитен стрес преди трансплантация, за да се повиши тяхната устойчивост.
• Доставка на скеле: използването на биоразградими матрици, които осигуряват постепенния преход на донорските клетки от богата културална среда в ретиналната среда.
• Хранителна подкрепа: доставяне на антиоксиданти или субстрати за митохондриално дишане във връзка с PRPC.

„Дълго време се борихме само с имунната бариера, но сега е ясно, че без решаване на проблема с метаболитния шок, трансплантациите са обречени на ранна смърт“, заключава Рагхави Судхарсан.

Работата, подкрепена от Националния очен институт, проправя пътя за по-жизнеспособни клетъчни терапии за възстановяване на зрението при пациенти с дегенеративни заболявания на ретината.