Die subretinale Implantation von RPE-Zellen unterschiedlicher Herkunft ist ein vielversprechender Trend in der Augenforschung zur Behandlung von degenerativen Netzhauterkrankungen wie AMD 3,4,8,9,10,11,12,13,14,15,25 . Die Hauptidee dieses Ansatzes besteht darin, die beschädigten RPEs durch gesunde RPEs zu ersetzen, die ex vivo kultiviert wurden (Supplementary File 1)44,45,46,47,48. Die Verwendung von Zellträgern zur Transplantation der kultivierten RPE-Zellen stellt den sinnvollsten Ansatz dar, da die porösen Membranen die polarisierte RPE-Zellschicht in der richtigen Ausrichtung in Bezug auf die photosensorische Schicht halten.
Optimales Tiermodell
Ein entscheidender Schritt bei der Entwicklung solcher Behandlungsansätze ist die Verwendung des optimalen Tiermodells49. In der Vergangenheit wurden kleine und große Tiermodelle verwendet, darunter Kaninchen, Hunde, Schweine und nichtmenschliche Primaten 8,9,10,11,12,13,14,15,27,29. In diesem Artikel schlagen wir die Verwendung des Liběchov-Minischweinmodells vor und beschreiben die präoperativen, chirurgischen und postoperativen Schritte, die eine robuste Transplantationseffizienz ermöglichen. Das Liběchov-Minischwein wurde ursprünglich vor etwa 20 Jahren gezüchtet und wurde häufig in der biomedizinischen Forschung auf dem Gebiet der neurodegenerativen Erkrankungen wie Parkinson und Chorea Huntington eingesetzt29,50. Da das Schwein ein relativ großes Gehirn mit einer Blutversorgung und immunologischen Reaktion besitzt, die denen des Menschen ähnelt, wurde es auch als Tiermodell für allogene Transplantationsexperimente verwendet51,52,53,54. Auch wenn die Netzhaut der Minischweine keine menschenähnliche Makula und Fovea besitzt, enthält sie die Area centralis und visuelle Streifen, das sind Regionen der Netzhaut mit einer hohen Konzentration von Zapfen-Photorezeptoren30. Die ähnliche Größe wie das menschliche Auge, das Vorhandensein einer mit Zapfen angereicherten zentralen Netzhaut, das gut beschriebene Immunsystem und das Vorhandensein von Methoden zur Beurteilung der Morphologie und Funktion nach der Operation sind wichtige Argumente für den Einsatz dieses Großtiermodells in der vorliegenden Studie.
Chirurgischer Eingriff
Unseres Wissens gibt es keine standardisierten und allgemein akzeptierten Operationstechniken für die vitreoretinale Transplantation von RPE-Zellen auf Trägern. Eines der Hauptprobleme der Zellersatztherapie ist die anspruchsvolle Operationstechnik, die ein Risiko für intra- und postoperative Komplikationen birgt, die mit Netzhautablösung, Hypotonie, episkleralen, choroidalen und/oder Netzhautblutungen und hoher intraokularer Turbulenz verbunden sind, die zu Gerüstschäden führen können. Postoperativ besteht das Risiko einer proliferativen Vitreoretinopathie, Endophthalmitis, Hypotonie, Netzhautablösung und Kataraktbildung 4,10,13,14,15.
Die ersten Studien zu Ansätzen mit Zellträgern wurden an Chinchilla-Bastardkaninchen durchgeführt13,16,25. Auch wenn es sich bei diesen Tieren um ein Kleintiermodell handelt, waren die Ergebnisse, die sich auf die technischen Aspekte der Operation konzentrierten, entscheidend für die Entwicklung der Verfahren in Großtiermodellen und werden daher im Folgenden zusammengefasst.
Zunächst wurde eine speziell angefertigte 23-G-Infusionskanüle mit zwei seitlichen Ports verwendet, um den Jetstream umzuleiten, was dazu beitrug, den Kollaps der Blase und die daraus resultierende Netzhautablösung zu beheben13. In der vorliegenden Studie konnten wir keinen solchen Kollaps der Bläsche feststellen. Der mögliche Grund dafür könnte die größere Größe des Augapfels und die Leistung der Kernvitrektomie mit geschontem Glaskörper an der Peripherie an der Kanüleninfusionsstelle sein, was die Kraft des gerichteten Jetstreams verringern könnte.
Schwierigkeiten beim Auswurf des Zellträgers aus dem Instrument waren ein weiteres intraoperatives Hindernis in den Kleintiermodellen, die als "mit dem Instrument gefangen" kategorisiert wurden. Darüber hinaus schlugen die Autoren vor, dass der auf der Netzhautoberfläche verbleibende Glaskörper nach der Implantation einen "Sprung" des Trägers aus der Retinotomieöffnung nach hinten verursachen könnte. Dieses Problem kann mit einer enzymgestützten Vitrektomie gelöst werden, die einen sanften, kontinuierlichen Auswurf des Zellträgers in den subretinalen Raum ermöglicht. In den meisten Fällen repositionierten die Autoren den Träger, um eine weiter entfernte Position des Implantats weg von der Retinotomie zu erhalten. In unserer Fallserie haben wir auch eine Situation erlebt, in der der Zellträger an der Spitze des Injektors befestigt blieb. Dies wurde jedoch durch langsame und sanfte Manipulation des Lichtleiters und der Spitze des Injektors erreicht. Wir beobachteten in keinem unserer Fälle einen Restglaskörper an der Stelle der Retinotomie. Die Verwendung von TA-assistiertem PPV in den Operationen kann als Methode vorgeschlagen werden, um das Risiko von resthaftem Glaskörper zu reduzieren. Eine mehrfache Färbung mit TA kann notwendig sein, um den darüber liegenden Glaskörper vollständig zu entfernen.
In einer anderen Studie wurden die Ergebnisse der subretinalen Implantation von humanen RPE-Stammzellen, die als polarisierte zelluläre Monoschicht auf einer Polyestermembran gezüchtet wurden, berichtet24. Während der Experimente wurde die gleiche zuvor beschriebene Operationstechnik verwendet13, jedoch wurde ein PPV-Ansatz mit zwei Ports angewendet. Schließlich wurde ein Schritt-für-Schritt-Protokoll für die subretinale Implantation von Zellträgeroperationen bei Kaninchen veröffentlicht25. Diese Studie bietet eine sehr detaillierte und leicht wiederholbare Beschreibung des chirurgischen Vorgehens, einschließlich präoperativer und postoperativer Versorgung, die ebenfalls auf früheren Erfahrungen basiert.
Bei der Verwendung von Großtiermodellen in nachfolgenden Studien wurden nicht nur technische Fragen behandelt, sondern auch Fragen zur Immunreaktion auf die transplantierten Zellen sowie Fragen zur Zellträgergröße. In einer Studie mit Cynomolgus-Affen (Macaca fascicularis) wurden die Ergebnisse der subretinalen Implantation von RPE-Monoschichten aus menschlichen Stammzellen beschrieben15. Alle Tiere wurden einer systemischen Immunsuppression unterzogen, die aus Sirolimus (Aufsättigungsdosis von 2 mg, Tagesdosis von 1 mg) und Tetracyclin (7,5 mg/kg-KG) bestand, die 7 Tage vor der Operation begann und 3 Monate nach der Operation andauerte. Der chirurgische Eingriff wurde gemäß den zuvor beschriebenen Protokollendurchgeführt 24,25. Die Autoren verwendeten einen 25-G-PPV-Ansatz mit drei Anschlüssen und Kronleuchter-Endobeleuchtung. Wichtig ist, dass eine TA-gestützte PVD verwendet wurde, um eine restliche vitreoretinale Adhäsion auf der hinteren Netzhaut auszuschließen. Als Ergänzung zum ursprünglich beschriebenen Verfahren entfernten die Autoren die Wirts-RPE-Schicht im Bereich der zukünftigen Implantation mit einem speziell angefertigten 20 G ausziehbaren Loop-Instrument.
In unserer Minipig-Studie haben wir auch eine systemische Immunsuppression eingesetzt. Die Art der Immunsuppression unterschied sich jedoch von der oben beschriebenen. Wir verabreichten eine subkutane Injektion von Tacrolimus-freisetzenden Polymermikrosphären als Depot in einer Dosis von 0,25 mg/kg KG, um die Abstoßung von Zelltransplantaten und Entzündungsreaktionen zu hemmen. Wir haben die RPE-Zellschicht des Wirts während der Operation nicht entfernt, da unser primäres Ziel darin bestand, die Sicherheit des Verfahrens und die Lebensfähigkeit der implantierten Zellen zu analysieren, nicht aber deren Integration in die Netzhaut des Wirts.
Zuvor wurde die Sicherheit und Durchführbarkeit der subretinalen Implantation einer Monoschicht aus hESC-abgeleiteten RPEs auf einer faltbaren, nicht abbaubaren, netzgestützten Submikron-Parylene-C-Membran (6,25 mm x 3,5 mm, 0,4 μm dick) an 14 weiblichen Yucatán-Minischweinen10 untersucht. Nach der Kultivierung wurden die Zellen auf eine netzgestützte Membran gesät. Die Immunsuppression erfolgte durch die systemische Verabreichung von Tacrolimus (kein Regime und keine Dosis indiziert) und intravitreale Injektionen von 0,7 mg eines Dexamethason-Implantats am Ende der Operation. PPV wurde mit einem 20 G-Ansatz durchgeführt. Die Autoren verwendeten eine intravitreale Injektion von Triamcinolonacetonid zur besseren Visualisierung des Glaskörpers. Die große Sklerotomie war 2 mm bis 3 mm groß. Nach der subretinalen Injektion wurde die Netzhaut mit einer temporären Injektion von Perfluorkohlenwasserstoffflüssigkeit abgeflacht. Nach dem Flüssigkeits-Luft-Austausch wurde eine Silikonöltamponade (1.000/5.000 cSt) durchgeführt. Die postoperative Versorgung umfasste die augenärztliche Anwendung von Dexamethason/Neomycin/Polymyxin B-Salbe 1 Woche nach der Operation. Die Autoren berichteten von einer Erfolgsrate von 91% (d.h. effiziente subretinale Implantation und ausreichende postoperative Bildgebungsdaten). In unserer Studie wurde die intravitreale Injektion von TA-Kristallen intraoperativ und hauptsächlich zur Visualisierung des Glaskörpers eingesetzt. Die lokale immunsuppressive Wirkung dieses Medikaments bleibt jedoch unklar. Die in unserer Studie verwendeten nanofaserigen Zellträger waren 5,2 mm x 2,1 mm groß, 3,7 μm dick und hatten Porengrößen von 0,4 μm. Während der Operation führten wir ein direktes Fax durch, anstatt eine Perfluorkohlenwasserstoffflüssigkeit zu injizieren. Unsere chirurgische Erfolgsrate (93,1%) entsprach der von Koss et al.10 und war etwas besser.
Die subretinale Transplantation von vollständig abbaubaren Zellträgern (Scaffold) zur subretinalen Implantation wurde erstmals 2019 an Yorkshire-Schweinenuntersucht 14. Die Studie konzentrierte sich hauptsächlich auf die biologisch abbaubaren Eigenschaften von Fibrin-Hydrogel-Implantaten. Die Autoren stellten fest, dass die aggressive Immunsuppression, die bei den Hausschweinen angewendet wird, eine lokale Entzündungsreaktion hemmen könnte, die möglicherweise während des biologischen Abbaus der Fibrin-Hydrogel-Implantate verursacht wird. Die immunsuppressive Therapie der Schweine wurde jedoch nicht spezifiziert. Während der PPV führten sie eine 3,6 mm lange Sklerotomie durch, um die subretinale Implantationsvorrichtung parallel und etwa 3,5 mm posterior des Limbus einzuführen. Darüber hinaus verwendeten sie ein pneumatisch angetriebenes Injektionssystem, das darauf abzielte, die durch Fingermanipulation verursachte Instabilität der Handplatzierung zu reduzieren. In unserer Fallserie waren alle Sklerotomien 2,5 mm bis 3,0 mm vom Limbus entfernt. Die große Sklerotomie zum Einsetzen des Injektors war 3 mm lang. Der in unserer Studie verwendete Implantationsinjektor wurde von Hand bedient. Eine gründliche Kauterisation der Pars plana des Ziliarkörpers und ein ausreichender Schnitt innerhalb der großen Sklerotomie scheinen entscheidend zu sein, um intraoperative Komplikationen wie iatrogene periphere Netzhautablösung, Blutungen und Verlust des Implantats zu vermeiden.
Zusammenfassend beschreiben wir die Verwendung des Liběchov-Minischweinmodells für die Transplantation von RPE-Zellen auf biologisch abbaubare Träger als Behandlungsoption für erbliche und erworbene Netzhauterkrankungen. Ähnlichkeiten in der Anatomie und Physiologie der Augen sowie in Bezug auf das Immunsystem ermöglichen es uns, die chirurgischen Techniken und Instrumente für die subretinale Implantation von Zellen zu entwickeln und zu verbessern, die sich leicht auf die Behandlung menschlicher Augenerkrankungen übertragen lassen. Es ist wichtig sicherzustellen, dass Operationen an Minischweinen mit den gleichen Instrumenten (einschließlich der Implantationsverabreichungswerkzeuge) durchgeführt werden, wie sie in Humanoperationen eingesetzt werden, um die Anwendung der gewonnenen Erfahrungen und des Know-hows auf den Menschen zu erleichtern. Alternative großäugige Tiermodelle mit Makulaarealen, wie z.B. nicht-menschliche Primaten, könnten für die Nachverfolgung und Analyse der anatomischen und funktionellen Veränderungen nach subretinaler Implantation im zentralen Netzhautbereich nützlich sein. Die detaillierte Beschreibung der präoperativen, chirurgischen und postoperativen Versorgungsverfahren wird für zukünftige Studien nützlich sein, indem sie die effiziente und standardisierte Datengenerierung erhöht.