Perché la sopravvivenza delle cellule fotorecettrici non raggiunge il 100%: spiegati i meccanismi chiave

Gli scienziati dell'Università della Pennsylvania, guidati da Raghavi Sudharsan, hanno scoperto perché circa il 70% delle cellule progenitrici fotosensoriali (PRPC) trapiantate da cellule staminali pluripotenti indotte muoiono entro i primi giorni dopo il trapianto nella retina. Il loro lavoro, pubblicato su Stem Cell Research & Therapy, indica lo stress metabolico nelle cellule del donatore come principale responsabile della perdita precoce.

Prerequisiti

Il trapianto di cellule staminali ematopoietiche (PRPC) è considerato un approccio promettente per le malattie degenerative progressive della retina (retinite pigmentosa, degenerazione maculare). Tuttavia, il basso tasso di sopravvivenza delle cellule del donatore limita l'efficacia della terapia. Finora, l'obiettivo principale era la soppressione della risposta immunitaria, ma anche con un'immunosoppressione estesa, le perdite rimanevano catastrofiche.

Progettazione e metodi

1. Modelli:

   • Cani sani e cani modello affetti da retinite pigmentosa hanno ricevuto iniezioni sottoretiniche di PRPC marcate con fluorescenza.

2. Stima di sopravvivenza:

   • L'angiografia con fluoresceina e la tomografia a coerenza ottica (OCT) hanno registrato il volume delle cellule trapiantate il primo giorno, il terzo e il settimo giorno.

3. Trascrittomica a singola cellula (scRNA-seq):

   • Le PRPC sono state isolate dai siti retinici il terzo giorno ed è stata analizzata l'espressione dei geni correlati al metabolismo e all'apoptosi.

4. Immunoistochimica:

   • Sono stati valutati i marcatori dello stress ossidativo (4-HNE), lo stato mitocondriale (Tom20) e l'attivazione microgliale (Iba1) nell'area del trapianto.

Risultati chiave

• Perdita cellulare massiva: circa il 70% delle PRPC è scomparso entro il 7° giorno sia nelle retine sane che in quelle in degenerazione, nonostante l'immunosoppressione.
• Stress metabolico: scRNA-seq ha rivelato una drastica diminuzione nell'espressione dei geni della fosforilazione ossidativa (CYCS, COX4I1) e un aumento nella trascrizione dei marcatori apoptotici (BAX, CASP3).
• Disfunzione mitocondriale: l'immunoistochimica ha mostrato frammentazione e perdita della marcatura Tom20 nelle PRPC trapiantate, mentre livelli elevati di 4-HNE indicavano danni ossidativi.
• Ruolo della microglia: nell'area del trapianto, l'attività delle cellule microgliali Iba1⁺ è aumentata in risposta alla morte delle PRPC, il che potrebbe esacerbare l'infiammazione locale e contribuire a ulteriori perdite.

Implicazioni per le terapie cellulari

Questi risultati cambiano il paradigma: per aumentare l'attecchimento delle PRPC, è necessario non solo sopprimere la risposta immunitaria, ma anche supportare il metabolismo energetico delle cellule donatrici. Possibili interventi:

• "Pre-addestramento metabolico" preliminare delle PRPC in normali condizioni di coltura al limite del carico di substress per migliorare la loro resilienza mitocondriale.
• Cocktail di stabilizzatori mitocondriali (coenzima Q₁₀, carnitina) durante e subito dopo il trapianto.
• Modulazione del microambiente retinico locale: somministrazione di antiossidanti o protettori mitocondriali all'area del trapianto.

Conclusioni pratiche e prospettive

• Precondizionamento metabolico: condizionamento delle PRPC in condizioni di lieve stress metabolico prima del trapianto per aumentarne la resilienza.
• Consegna tramite scaffold: utilizzo di matrici biodegradabili che garantiscono la transizione graduale delle cellule donatrici da un ricco mezzo di coltura all'ambiente retinico.
• Supporto nutrizionale: somministrazione di antiossidanti o substrati per la respirazione mitocondriale in combinazione con PRPC.

"Per molto tempo abbiamo combattuto solo la barriera immunitaria, ma ora è chiaro che senza risolvere il problema dello shock metabolico, i trapianti sono destinati a una morte precoce", conclude Raghavi Sudharsan.

Il lavoro, sostenuto dal National Eye Institute, apre la strada a terapie cellulari più efficaci per ripristinare la vista nei pazienti affetti da malattie degenerative della retina.