Prečo prežitie fotoreceptorových buniek nedosahuje 100 %: Objasnené kľúčové mechanizmy

Vedci z Pensylvánskej univerzity pod vedením Raghaviho Sudharsana zistili, prečo približne 70 % transplantovaných fotosenzorických progenitorových buniek (PRPC) z indukovaných pluripotentných kmeňových buniek umiera v priebehu prvých dní po transplantácii do sietnice. Ich práca, publikovaná v časopise Stem Cell Research & Therapy, poukazuje na metabolický stres v darcovských bunkách ako na hlavného vinníka skorej straty.

Predpoklady

Transplantácia PRPC sa považuje za sľubný prístup k liečbe progresívnych degeneratívnych ochorení sietnice (retinitis pigmentosa, makulárna degenerácia). Nízka miera prežitia darcovských buniek však obmedzuje účinnosť terapie. Doteraz sa hlavný dôraz kládol na potlačenie imunitnej odpovede, ale aj pri rozsiahlej imunosupresii zostali straty katastrofálne.

Dizajn a metódy

1. Modely:

   • Zdravé psy a psy s modelom retinitis pigmentosa dostávali subretinálne injekcie fluorescenčne značených PRPC.

2. Odhad prežitia:

   • Fluoresceínová angiografia a optická koherentná tomografia (OCT) zaznamenali objem transplantovaných buniek prvý, tretí a siedmy deň.

3. Transkriptomika jednotlivých buniek (scRNA-seq):

   • PRPC boli izolované z miest sietnice na 3. deň a bola analyzovaná expresia génov súvisiacich s metabolizmom a apoptózou.

4. Imunohistochemický test:

   • V transplantovanej oblasti boli hodnotené markery oxidačného stresu (4-HNE), mitochondriálny stav (Tom20) a aktivácia mikroglií (Iba1).

Kľúčové výsledky

• Masívna strata buniek: približne 70 % PRPC zmizlo do 7. dňa v zdravých aj degenerujúcich sietniciach napriek imunosupresii.
• Metabolický stres: scRNA-seq odhalila dramatický pokles expresie génov oxidačnej fosforylácie (CYCS, COX4I1) a zvýšenie transkripcie apoptotických markerov (BAX, CASP3).
• Mitochondriálna dysfunkcia: Imunohistochemické vyšetrenie preukázalo fragmentáciu a stratu značenia Tom20 v transplantovaných PRPC a zvýšené hladiny 4-HNE naznačovali oxidačné poškodenie.
• Úloha mikroglií: V oblasti transplantácie sa aktivita mikrogliálnych buniek Iba1⁺ zvýšila v reakcii na smrť PRPC, čo by mohlo zhoršiť lokálny zápal a prispieť k ďalším stratám.

Dôsledky pre bunkové terapie

Tieto zistenia menia paradigmu: na zvýšenie uchytenia PRPC je potrebné nielen potlačiť imunitnú odpoveď, ale aj podporiť energetický metabolizmus darcovských buniek. Možné intervencie:

• Predbežný „metabolický predtréning“ PRPC za normálnych kultivačných podmienok na hranici substresového zaťaženia na zvýšenie ich mitochondriálnej odolnosti.
• Koktaily mitochondriálnych stabilizátorov (koenzým Q₁₀, karnitín) počas a bezprostredne po transplantácii.
• Modulácia lokálneho mikroprostredia sietnice: dodávanie antioxidantov alebo mitochondriálnych protektorov do oblasti transplantácie.

Praktické závery a perspektívy

• Metabolická prekondicionácia: kondicionovanie PRPC za miernych metabolických stresových podmienok pred transplantáciou s cieľom zvýšiť ich odolnosť.
• Dodávanie pomocou scaffoldu: použitie biologicky odbúrateľných matríc, ktoré zabezpečujú postupný prechod darcovských buniek z bohatého kultivačného média do prostredia sietnice.
• Nutričná podpora: dodávanie antioxidantov alebo substrátov mitochondriálneho dýchania v spojení s PRPC.

„Dlho sme bojovali iba s imunitnou bariérou, ale teraz je jasné, že bez vyriešenia problému metabolického šoku sú transplantácie odsúdené na predčasnú smrť,“ uzatvára Raghavi Sudharsan.

Práca, ktorú podporuje Národný očný inštitút, pripravuje cestu pre životaschopnejšie bunkové terapie na obnovenie zraku u pacientov s degeneratívnymi ochoreniami sietnice.