Miks fotoretseptorirakkude ellujäämine ei ulatu 100%-ni: peamised mehhanismid selgitatud

Pennsylvania ülikooli teadlased eesotsas Raghavi Sudharsaniga on avastanud, miks umbes 70% indutseeritud pluripotentsete tüvirakkude siirdatud valgustundlikest eellasrakkudest (PRPC-dest) sureb esimestel päevadel pärast võrkkesta siirdamist. Nende töö, mis avaldati ajakirjas Stem Cell Research & Therapy, osutab doonorrakkude metaboolsele stressile kui peamisele süüdlasele varajase rakkude kaotuse taga.

Eeltingimused

PRPC-rakkude siirdamist peetakse paljulubavaks lähenemisviisiks võrkkesta progresseeruvate degeneratiivsete haiguste (pigmentretiniit, kollatähni degeneratsioon) ravis. Doonorrakkude madal ellujäämismäär piirab aga ravi efektiivsust. Seni oli peamine eesmärk immuunvastuse pärssimine, kuid isegi ulatusliku immunosupressiooni korral jäid kaotused katastroofiliseks.

Kujundus ja meetodid

1. Mudelid:

   • Tervetele koertele ja pigmentretiniidi mudelkoertele süstiti subretinaalselt fluorestsentsmärgistatud PRPC-sid.

2. Ellujäämishinnang:

   • Fluorestseiini angiograafia ja optilise koherentstomograafia (OCT) abil registreeriti siiratud rakkude maht esimesel, kolmandal ja seitsmendal päeval.

3. Üksikute rakkude transkriptoomika (scRNA-seq):

   • PRPC-d eraldati võrkkesta paiknemiskohtadest 3. päeval ja analüüsiti metabolismi ja apoptoosiga seotud geenide ekspressiooni.

4. Immunohistokeemia:

   • Siirdamispiirkonnas hinnati oksüdatiivse stressi markereid (4-HNE), mitokondriaalset staatust (Tom20) ja mikrogliia aktivatsiooni (Iba1).

Peamised tulemused

• Massiline rakkude kadu: ligikaudu 70% PRPC-dest kadusid 7. päevaks nii tervetes kui ka degenereeruvates võrkkestades hoolimata immunosupressioonist.
• Ainevahetusstress: scRNA-seq näitas oksüdatiivse fosforüülimise geenide (CYCS, COX4I1) ekspressiooni dramaatilist vähenemist ja apoptootiliste markerite (BAX, CASP3) transkriptsiooni suurenemist.
• Mitokondriaalne düsfunktsioon: Immunohistokeemia näitas siirdatud PRPC-de fragmentatsiooni ja Tom20 märgistuse kadumist ning kõrgenenud 4-HNE tase viitas oksüdatiivsele kahjustusele.
• Mikrogliia roll: Siirdamispiirkonnas suurenes Iba1⁺ mikrogliiarakkude aktiivsus vastusena PRPC-de surmale, mis võis süvendada lokaalset põletikku ja aidata kaasa edasisele rakkude kaotusele.

Mõju rakuteraapiatele

Need leiud muudavad paradigmat: PRPC-de kinnitumise suurendamiseks on vaja mitte ainult immuunvastust pärssida, vaid ka doonorrakkude energiametabolismi toetada. Võimalikud sekkumised:

• PRPC-de esialgne "metaboolne eeltreening" normaalsetes kultuuritingimustes substressi koormuse äärel, et suurendada nende mitokondriaalset vastupidavust.
• Mitokondriaalsete stabilisaatorite (koensüüm Q₁₀, karnitiin) kokteilid siirdamise ajal ja vahetult pärast seda.
• Kohaliku võrkkesta mikrokeskkonna moduleerimine: antioksüdantide või mitokondriaalsete kaitsjate kohaletoimetamine siirdamispiirkonda.

Praktilised järeldused ja väljavaated

• Ainevahetuslik eelkonditsioneerimine: PRPC-de konditsioneerimine kerge metaboolse stressi tingimustes enne siirdamist, et suurendada nende vastupidavust.
• Tellingutega kohaletoimetamine: biolagunevate maatriksite kasutamine, mis tagab doonorrakkude järkjärgulise ülemineku rikkalikust kultuurikeskkonnast võrkkesta keskkonda.
• Toitumisalane tugi: antioksüdantide või mitokondriaalse hingamise substraatide manustamine koos PRPC-dega.

„Oleme pikka aega võidelnud ainult immuunbarjääriga, kuid nüüd on selge, et ilma metaboolse šoki probleemi lahendamata on siirdamised määratud varajasele surmale,“ järeldab Raghavi Sudharsan.

Riikliku Silmainstituudi toetatav töö sillutab teed elujõulisematele rakuteraapiatele, et taastada nägemine degeneratiivsete võrkkestahaigustega patsientidel.