Proč přežití fotoreceptorových buněk nedosahuje 100 %: Objasnění klíčových mechanismů

Vědci z Pensylvánské univerzity pod vedením Raghaviho Sudharsana zjistili, proč přibližně 70 % transplantovaných fotosenzorických progenitorových buněk (PRPC) z indukovaných pluripotentních kmenových buněk umírá během prvních několika dnů po transplantaci do sítnice. Jejich práce, publikovaná v časopise Stem Cell Research & Therapy, poukazuje na metabolický stres v dárcovských buňkách jako na hlavního viníka této časné ztráty.

Předpoklady

Transplantace PRPC je považována za slibný přístup k léčbě progresivních degenerativních onemocnění sítnice (retinitis pigmentosa, makulární degenerace). Nízká míra přežití dárcovských buněk však omezuje účinnost terapie. Doposud se hlavní důraz kladl na potlačení imunitní odpovědi, ale i při rozsáhlé imunosupresi zůstávaly ztráty katastrofální.

Návrh a metody

1. Modely:

   • Zdravým psům a psům s modelem retinitis pigmentosa byly podány subretinální injekce fluorescenčně značených PRPC.

2. Odhad přežití:

   • Fluoresceinová angiografie a optická koherentní tomografie (OCT) zaznamenávaly objem transplantovaných buněk první, 3. a 7. den.

3. Transkriptomika jednotlivých buněk (scRNA-seq):

   • PRPC byly izolovány z retinálních míst 3. den a byla analyzována exprese genů souvisejících s metabolismem a apoptózou.

4. Imunohistochemie:

   • V transplantované oblasti byly hodnoceny markery oxidačního stresu (4-HNE), mitochondriální stav (Tom20) a aktivace mikroglií (Iba1).

Klíčové výsledky

• Masivní ztráta buněk: přibližně 70 % PRPC zmizelo do 7. dne u zdravých i degenerujících sítnic, a to i přes imunosupresi.
• Metabolický stres: scRNA-seq odhalila dramatický pokles exprese genů oxidativní fosforylace (CYCS, COX4I1) a zvýšení transkripce apoptotických markerů (BAX, CASP3).
• Mitochondriální dysfunkce: Imunohistochemie prokázala fragmentaci a ztrátu značení Tom20 v transplantovaných PRPC a zvýšené hladiny 4-HNE naznačovaly oxidační poškození.
• Úloha mikroglií: V oblasti transplantace se v reakci na smrt PRPC zvýšila aktivita mikrogliálních buněk Iba1⁺, což by mohlo zhoršit lokální zánět a přispět k dalším ztrátám.

Důsledky pro buněčné terapie

Tato zjištění mění paradigma: pro zvýšení uchycení PRPC je nutné nejen potlačit imunitní odpověď, ale také podpořit energetický metabolismus dárcovských buněk. Možné intervence:

• Předběžný „metabolický předtrénink“ PRPC za normálních kultivačních podmínek na hranici substresového zatížení za účelem zvýšení jejich mitochondriální odolnosti.
• Koktejly mitochondriálních stabilizátorů (koenzym Q₁₀, karnitin) během transplantace a bezprostředně po ní.
• Modulace lokálního mikroprostředí sítnice: dodání antioxidantů nebo mitochondriálních protektorů do oblasti transplantace.

Praktické závěry a perspektivy

• Metabolická prekonditioning: kondicionování PRPC za mírných metabolických stresových podmínek před transplantací za účelem zvýšení jejich odolnosti.
• Dodání pomocí scaffoldu: použití biologicky odbouratelných matric, které zajišťují postupný přechod dárcovských buněk z bohatého kultivačního média do prostředí sítnice.
• Nutriční podpora: podávání antioxidantů nebo substrátů mitochondriálního dýchání ve spojení s PRPC.

„Dlouho jsme bojovali pouze s imunitní bariérou, ale nyní je jasné, že bez vyřešení problému metabolického šoku jsou transplantace odsouzeny k předčasnému úmrtí,“ uzavírá Raghavi Sudharsan.

Práce, podporovaná Národním očním institutem, otevírá cestu pro životaschopnější buněčné terapie k obnovení zraku u pacientů s degenerativními onemocněními sítnice.