$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Различные типы клеток, которые занимают сетчатку, организованы в функциональную архитектуру. Фоторецепторы в задней части сетчатки отвечают за преобразование света в электрические импульсы посредством фототрансдукции. Тем не менее, фототрансдукция не может произойти без скоординированных усилий других соседних типов клеток, включая глию Мюллера и клетки пигментного эпителия сетчатки (РПЭ). Монослой клеток РПЭ отделяет сенсорную сетчатку от хориокапилляров, основного источника крови для фоторецепторов, и идеально расположен для контроля нескольких функций, важных для гомеостаза фоторецепторов. На самом деле, РПЭ и фоторецепторы настолько взаимозависимы, что широко рассматриваются как единая функциональная единица. (Обзор всех разнообразных функций RPE см. в Strauss, 20051.) Гибель или дисфункция клеток пигментного эпителия сетчатки может вызвать возрастную макулярную дегенерацию (ВМД), которая является основной причиной необратимой потери зрения в промышленно развитых странах2-4.
ВМД является многофакторным заболеванием РПЭ, фоторецепторов и сосудистой сети хориоидеи; факторы риска разнообразны и включают комбинации экологических и генетических влияний5,6. Методы лечения ВМД очень ограничены, но одной из перспективных потенциальных терапий является замена клеток RPE7,8. Несмотря на то, что результаты были неоднозначными, трансплантация клеток РПЭ у пациентов с ВМД (и у других пациентов с дегенерацией сетчатки), а также у грызунов с моделями дегенерации сетчатки имеет потенциал для временного предотвращения значительной атрофии фоторецепторов9-23. (Животной моделью, обычно используемой для этих исследований, являются крысы Королевского колледжа хирургов (RCS), которые несут мутацию в гене MerTK. Эта мутация делает клетки RPE неспособными к фагоцитозу внешних сегментов фоторецепторов и способствует дегенерации сетчатки24.) В то время как зарегистрированные показатели выживаемости имплантированных РПЭ в субретинальном пространстве крыс и мышей с РКС сильно варьируются, существует вероятность того, что они смогут выжить в течение нескольких месяцев или лет9,10,12,20.
Клетки RPE могут быть получены в достаточном количестве для трансплантации, получив их из плюрипотентных стволовых клеток9-14,25-28. Несколько независимых групп продемонстрировали, что эти клетки функционируют аналогично своим соматическим аналогам, а долгосрочные исследования показывают, что они безопасны при имплантации в модели болезней крыс и мышей9,10,12,14,19,20,25,29-32. Использование индуцированных плюрипотентных стволовых клеток вместо эмбриональных стволовых клеток может быть выгодным, поскольку этические проблемы и иммунологические проблемы, связанные с аллогенным РПЭ, могут быть устранены33,34. Еще одним интересным применением технологии iPS является моделирование болезней35. Возможность опроса большого количества клеток RPE, полученных от пациентов с заболеваниями RPE, может быть неоценимой для понимания их молекулярной основы. Этот тип исследования был недавно проведен с участием пациента с болезнью Бест РПЭ и может проложить путь к аналогичным исследованиям наследственных макулопатий.
Получение RPE из стволовых клеток является относительно простым процессом и может быть выполнено полностью в условиях, свободных от ксено. Простейшей стратегией является получение монослоев клеток RPE спонтанно, однако выход может быть значительно увеличен с помощью методов направленной дифференцировки. Но эти методы включают использование экзогенных белковых факторов, которые могут быть дорогостоящими и часто образуются в бактериях или других источниках, отличных от человека10,12,37. В наших исследованиях мы следовали установленному протоколу10, в котором используются никотинамид и активин А, сигнальный фактор, который, как было показано, достаточен для спецификации РПЭ38. Здесь мы продемонстрируем, что малая молекула IDE-1 может адекватно заменить активин А, тем самым снижая затраты и снимая проблемы, связанные с использованием рекомбинантных белков39. Кроме того, мы используем заменитель сыворотки, не содержащий ксено, и культивируем дифференцирующие клетки RPE на синтетическом субстрате, не содержащем ксено. Ранее было показано, что клетки RPE очень эффективно дифференцируются при использовании этогоподхода40.
При дифференцировке в качестве монослоя мы визуализируем пигментированные колонии, содержащие клетки RPE, уже через пять недель12. Как только они достигнут достаточного размера, их можно вручную вырезать и переложить в другую посуду для расширения. Клетки RPE печально известны своей дедифференцировкой с каждым пассажем, поэтому следует избегать использования клеток старше пяти пассажей (мы обнаружили, что достаточное количество клеток для характеристики и трансплантации на животных моделях может быть легко получено после двух или трех пассажей). После полной дифференцировки мы используем несколько методов для определения анатомической и функциональной характеристики клеток, чтобы гарантировать, что они будут служить адекватной заменой больным РПЭ. Описание этих методов, а также протокол имплантации iPS-RPE в субретинальное пространство грызунов выходят за рамки данной методики и были ранее опубликованы12,32,41.
Хотя разработка стандартизированных протоколов для эффективного получения iPS-RPE явно важна для клиник, также предстоит еще проделать значительную доклиническую работу на животных моделях. Существуют опасения по поводу иммуногенности клеток, полученных из iPS, и в настоящее время изучаются различные методы имплантации, включая имплантацию клеток на искусственные субстраты. По этим причинам мы считаем, что публикация стандартизированных протоколов полезна для облегчения как клинических, так и доклинических исследований. Особенно если будут проводиться прямые сравнения iPS-RPE клеток, полученных в разных лабораториях разными исследовательскими группами.