Opisany tutaj model oferuje użyteczne podejście do oceny skuteczności środków biofarmaceutycznych w zmniejszaniu stresu oksydacyjnego w komórkach. Wykorzystaliśmy model do zbadania ochronnego wpływu PEDF i GM-CSF na stres oksydacyjny za pośrednictwemH2O2na komórki nabłonka barwnikowego siatkówki, które są narażone na wysoki poziomO2 i światło widzialne, oraz fagocytozę błon zewnętrznych segmentów fotoreceptorów, generując znaczne poziomy reaktywnych form tlenu (ROS)1, 2. Uważa się, że są one głównym czynnikiem przyczyniającym się do patogenezy beznaczyniowego zwyrodnienia plamki żółtej związanego z wiekiem (aAMD)3,4,5,6,7,8. Poza tym następuje spadek czynników neuroprotekcyjnych syntetyzowanych przez RPE, w szczególności czynnika pochodzącego z nabłonka barwnikowego (PEDF), insulinopodobnych czynników wzrostu (IGF) i czynnika stymulującego tworzenie kolonii makrofagów granulocytów (GM-CSF), co prowadzi do dysfunkcji i utraty komórek RPE, a następnie do śmierci fotoreceptorów i komórek zwojowych siatkówki (RGC)3,4,5. AMD jest złożoną chorobą, która wynika z interakcji między czynnikami metabolicznymi, funkcjonalnymi, genetycznymi i środowiskowymi4. Brak leczenia aAMD jest główną przyczyną ślepoty u pacjentów w wieku powyżej 60 lat w krajach uprzemysłowionych9,10. Odtworzenie neuroprotekcyjnego i neurogennego środowiska siatkówki poprzez podsiatkówkowe przeszczepienie genetycznie zmodyfikowanych komórek RPE z nadekspresją PEDF i GM-CSF może potencjalnie zapobiegać zwyrodnieniu siatkówki poprzez łagodzenie skutków stresu oksydacyjnego, hamowanie stanu zapalnego i wspieranie przeżycia komórek11,12,13,14,15,16. Mimo że istnieje kilka metodologii dostarczania genów do komórek, wybraliśmy niewirusowy, nadpobudliwy system transpozonów Sleeping Beauty, aby dostarczyć geny PEDF i GM-CSF do komórek RPE ze względu na jego profil bezpieczeństwa, integrację genów z genomem komórek gospodarza i skłonność do integracji dostarczonych genów w miejscach nieaktywnych transkrypcyjnie, jak pokazaliśmy wcześniej17, 18,19.
Stres oksydacyjny w komórkach hodowanych in vitro może być indukowany przez kilka czynników utleniających, w tym nadtlenek wodoru (H2O2), 4-hydroynonenal (HNE), tertbutylohydronadtlenek (tBH), wysokie napięcia tlenu i światło widzialne (pełne spektrum lub promieniowanie UV)20,21. Wysokie napięcie tlenu i światło wymagają specjalnego sprzętu i warunków, co ogranicza możliwość przenoszenia do innych systemów. Czynniki takie jakH2O2, HNE i tBH indukują nakładające się na siebie zmiany molekularne i komórkowe stresu oksydacyjnego. WybraliśmyH2O2do przetestowania aktywności przeciwutleniającej PEDF i GM-CSF, ponieważ jest to wygodne i biologicznie istotne, ponieważ jest wytwarzane przez komórki RPE jako reaktywny produkt pośredni tlenu podczas fagocytozy zewnętrznego segmentu fotoreceptora22 i znajduje się w tkankach oka in vivo23. Ponieważ utlenianie glutationu może być częściowo odpowiedzialne za produkcjęH2O2w oku, w naszych badaniach przeanalizowaliśmy poziomy GSH/glutationu, które są związane ze stresem oksydacyjnym wywołanym przezH2O2i zdolnością regeneracyjną komórek21,22. Analiza poziomu glutationu jest szczególnie istotna, ponieważ uczestniczy on w antyoksydacyjnych mechanizmach ochronnych w klasie eye24. Narażenie naH2O2 jest często używane jako model do badania podatności na stres oksydacyjny i aktywności przeciwutleniającej komórek RPE1,25,26,27,28,29,30, a dodatkowo wykazuje podobieństwa do uszkodzeń spowodowanych stresem oksydacyjnym wywołanym światłem, "fizjologicznym" źródłem stresu oksydacyjnego21.
Aby ocenić funkcjonalność i skuteczność czynników neuroprotekcyjnych, opracowaliśmy model in vitro, który pozwala na analizę w celu ilościowego określenia antyoksydacyjnego wpływu czynników wzrostu wyrażanych przez komórki genetycznie zmodyfikowane do nadekspresji PEDF i GM-CSF. Tutaj pokazujemy, że komórki RPE transfekowane genami PEDF i GM-CSF są bardziej odporne na szkodliwe działanieH2O2niż nietransfekowane komórki kontrolne, o czym świadczy morfologia komórki, gęstość, żywotność, wewnątrzkomórkowy poziom glutationu i ekspresja genu UCP2, który koduje mitochondrialne białko rozprzęgające 2, które, jak wykazano, redukuje reaktywne formy tlenu (ROS)31.