Здесь представлена хирургическая техника трансплантации ткани сетчатки, полученной из плюрипотентных стволовых клеток человека (hPSC), в субретинальное пространство модели крупного животного.
Методическая статья
* These authors contributed equally
Здесь представлена хирургическая техника трансплантации ткани сетчатки, полученной из плюрипотентных стволовых клеток человека (hPSC), в субретинальное пространство модели крупного животного.
Дегенеративные состояния сетчатки (RD), связанные с потерей фоторецепторов, такие как возрастная макулярная дегенерация (AMD), пигментный ретинит (RP) и врожденный амавроз Лебера (LCA), вызывают прогрессирующую и изнурительную потерю зрения. Существует неудовлетворенная потребность в терапии, которая может восстановить зрение после потери фоторецепторов. Трансплантация ткани сетчатки (органоидов), полученной из плюрипотентных стволовых клеток человека (hPSC), в субретинальное пространство глаза с прогрессирующей РД приносит листы ткани сетчатки с тысячами здоровых фоторецепторов без мутаций и имеет потенциал для лечения большинства / всех слепых заболеваний, связанных с дегенерацией фоторецепторов, с помощью одного утвержденного протокола. Трансплантация ткани сетчатки плода в субретинальное пространство животных моделей и людей с прогрессирующей РД была успешно разработана, но не может использоваться в качестве рутинной терапии из-за этических проблем и ограниченного снабжения тканями. Животные модели наследственной дегенерации сетчатки большого глаза (IRD) ценны для разработки методов восстановления зрения с использованием передовых хирургических подходов к трансплантации клеток / тканей сетчатки в субретинальное пространство. Сходство в размере земного шара и распределении фоторецепторов (например, наличие центральной области макулы), а также наличие моделей IRD, близко повторяющих IRD человека, будет способствовать быстрому переводу многообещающей терапии в клинику. Здесь представлена хирургическая техника трансплантации ткани сетчатки, полученной из hPSC, в субретинальное пространство модели крупного животного, позволяющая оценить этот перспективный подход на животных моделях.
Миллионы людей во всем мире страдают от дегенерации сетчатки (РД), что приводит к ухудшению зрения или слепоте, связанной с потерей светочувствительных фоторецепторов (ПР). Возрастная макулярная дегенерация (ВМД) является основной причиной слепоты, возникающей в результате сочетания генетических факторов риска и факторов окружающей среды / образа жизни. Кроме того, было обнаружено, что более 200 генов и локусов вызывают наследственный RD (IRD)1. Пигментный ретинит (RP), самый распространенный IRD, генетически неоднороден: сообщается о более чем 3000 генетических мутациях примерно в 70 генах 2,3,4. Врожденный амавроз Лебера (LCA), вызывающий слепоту в детском возрасте, также генетически гетероген 5,6. Генная аугментационная терапия была разработана и находится в клинических испытаниях для лечения небольшого числа IRD 3,7. Тем не менее, отдельная терапия должна быть разработана для лечения каждой отдельной генетической формы IRD и, таким образом, лечения только небольшой подгруппы пациентов. Кроме того, аугментация генов основана на наличии популяции восстанавливаемых фоторецепторов и, следовательно, неприменима для прогрессирующей дегенерации.
Таким образом, существует настоятельная и еще неудовлетворенная клиническая потребность в разработке методов лечения, направленных на лечение и лечение прогрессирующих РД и глубокой до неизлечимой слепоты. За последние 2 десятилетия нейропротезные имплантаты были разработаны и испытаны на моделях крупных животных, таких как кошка, до использования человеком 8,9,10,11,12,13,14. Аналогичным образом, за последние 20 лет была разработана заместительная терапия сетчатки с использованием листов эмбриональной или даже зрелой сетчатки млекопитающих, пересаженных субретинально 15,16,17,18,19,20,21,22 и даже успешно протестирована у пациентов с РД 23,24,25. Оба подхода используют идею введения новых датчиков (фотоэлектрических кремниевых фотодиодов в случае нейропротезов26,27 и здоровых безмутационных фоторецепторов, организованных в листы, в случае имплантации листа сетчатки) в сетчатку с дегенерированными PR. В недавних исследованиях изучалось использование подходов, основанных на стволовых клетках, таких как трансплантация предшественников сетчатки, полученных из плюрипотентных стволовых клеток человека (hPSC)28,29, фоторецепторов hPSC 30 и органоидов сетчаткиhPSC 31,32,33. Органоиды сетчатки позволяют формировать ткань сетчатки в чашке и получать фоторецепторные листы с тысячами безмутационных PR, которые напоминают слой фоторецепторов в развивающейся сетчатке плода человека 34,35,36,37,38,39,40. Трансплантация ткани сетчатки (органоидов), полученной из hPSC, в субретинальное пространство пациентов с заболеваниями РД является одним из новых и перспективных исследовательских подходов к клеточной терапии, применяемых рядом команд 31,32,41,42. По сравнению с трансплантацией клеточной суспензии (молодых фоторецепторов или предшественников сетчатки) было продемонстрировано, что трансплантированные листы фоторецепторов плода приводят к улучшению зрения в клинических испытаниях23,24.
Представленный здесь протокол подробно описывает процедуру трансплантации для субретинальной доставки целых органоидов сетчатки (а не ободковорганоидов 33,41) как потенциально лучший способ введения интактных листов сетчатки с PR для увеличения выживаемости трансплантата и улучшения сохранности листа. Несмотря на то, что были разработаны процедуры введения плоского кусочка сетчатки человека, а также пластырей RPE43,44,45, трансплантация более крупных 3D-трансплантатов не исследовалась. Органоиды сетчатки, полученные из стволовых клеток, являются неисчерпаемым источником фоторецепторных листов для разработки технологий восстановления зрения, свободны от этических ограничений и считаются отличным источником ткани сетчатки человека для терапии, направленной на лечение прогрессирующей РД и терминальной слепоты46. Разработка хирургических методов точной субретинальной имплантации органоидов сетчатки с минимальным повреждением ниши сетчатки хозяина (нервная сетчатка, пигментный эпителий сетчатки и сосудистая сеть сетчатки и хориоидеи) является одним из важнейших шагов для продвижения такой терапии к клиническому применению31,32. Модели крупных животных, таких как кошки, собаки, свиньи и обезьяны, оказались хорошими моделями для исследования хирургических методов доставки, а также для демонстрации безопасности имплантированных листов ткани (клеток пигментного эпителия сетчатки (RPE)) и исследования использования органоидов 41,44,45,47,48,49,50 . Большой глаз животного имеет размер шара, аналогичный человеческому, а также аналогичную анатомию, включая наличие области высокой плотности фоторецепторов, включая колбочки (область centralis), напоминающую человеческую макулу 6,51,52.
В данной рукописи описана методика имплантации ткани сетчатки (органоидов), полученной из hPSC, в субретинальное пространство кошачьих моделей крупных животных (как дикого типа, так и кошек CrxRdy/+), что вместе с многообещающими результатамиэффективности 32,53 создает основу для дальнейшего развития такой исследуемой терапии для клинического применения для лечения состояний РД.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Процедуры проводились в соответствии с заявлением Ассоциации по исследованиям в области зрения и офтальмологии (ARVO) об использовании животных в офтальмологических исследованиях и исследованиях зрения. Они также были одобрены Институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию Мичиганского государственного университета. В этом исследовании использовались кошки дикого типа и CrxRdy/+ из колонии кошек, содержащейся в Университете штата Мичиган. Животные содержались в течение 12 часов: 12-часовые циклы свет-темнота и кормились коммерческим полноценным рационом для кошек.
1. Предимплантационные процедуры и хирургическая установка
2. Подготовка органоидов к субретинальной имплантации (рис. 1)
3. Имплантация субретинальных органоидов
4. Постимплантационные процедуры, послеоперационное лечение и оценка
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Эта процедура обеспечивает успешную и воспроизводимую имплантацию органоидов сетчатки, полученных из hPSC, в субретинальное пространство модели крупного глаза животного (продемонстрировано здесь на 2 примерах: кошки дикого типа со здоровыми фоторецепторами (PR) и кошки CrxRdy/+ с дегенерирующими PR и сетчаткой). Используя шаги, указанные на рисунке 1, подготовьте и загрузите органоиды сетчатки, полученные из hPSC, в канюлю из боросиликатного стекла инъекционного ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Имплантация ткани сетчатки, полученной из hPSC (органоидов сетчатки), в субретинальное пространство является перспективным экспериментальным подходом к восстановлению зрения при дегенеративных заболеваниях сетчатки на поздних стадиях, вызванных гибелью клеток PR (глубокая или терминальная слепота). Представленный подход основан на ранее разработанной и успешно апробированной экспериментальной терапии, основанной на субретинальной пересадке кусочка ткани сетчатки плода человека23,24,25
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Ратнеш К. Сингх, доктор философии, Франсуа Бинетт, доктор философии, и Игорь О. Насонкин, доктор философии, являются сотрудниками Lineage Cell Therapeutics, Inc. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Эта работа финансировалась грантом NEI Fast-track SBIR R44-EY027654-01A1 и грантом SBIR 3 R44 EY 027654 - 02 S1 (I.O.N., Lineage Cell Therapeutics; доктор Петерсен-Джонс является со-PI). Авторы хотели бы поблагодарить г-жу Дженис Керубин (MSU RATTS) за ее помощь в анестезии и общем уходе за животными, включенными в это исследование, а также за помощь в хирургических условиях и подготовке/стерилизации инструментов. Авторы хотели бы поблагодарить доктора Пейдж Винклер за помощь в получении органоидов и размещении их в среде за день до имплантации и за помощь в день имплантации. Авторы также благодарны г-ну Рэнди Гарчару (LCTX) за тщательную доставку органоидов сетчатки, сборку грузоотправителя и загрузку температурных и G-стрессовых записей после каждой отправки. Эта работа была выполнена в то время, когда автор Игорь Насонкин работал в Biotime (ныне Lineage).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 0,22 & микро; m поровый шприцевой фильтр с мембраной PES | Cameo | NA | можно найти у различных поставщиков |
| субретинальный инжектор 23G с выдвижной канюлей 41 G | DORC | 1270.EXT | |
| 250 &; L Hamilton gas tight luer lock шприц | Hamilton | NA | можно найти у различных поставщиков |
| 6-0 Шелковый шов | Ethicon | 707G | |
| 6-0/7-0 полиглактиновый шовный материал | Ethicon | J570G | |
| Ацепромазина малеат 500мг/5мл (Aceproject) | Henry Schein Animal Health | NA | можно найти через различных поставщиков |
| Бупренорфин 0,3 мг/мл | Пар Фармацевтические | препараты NA | можно найти у различных поставщиков |
| cSLO + SD-OCT | Heidelberg Engineering | Spectralis HRA+ OCT | |
| Циклоспорин | Novartis | NA | можно найти у различных поставщиков |
| Dexamethasone 2mg/ml (Azium) | Vetone | NA | можно найти у различных поставщиков |
| Doxycyline 25 мг/5 мл | Cipla | NA | можно найти у различных поставщиков |
| Fatal Plus solution (раствор пентобарбитала) | Vortech | NA | можно найти у различных поставщиков |
| Gentamicin 20mg/2ml | Hospira | NA | можно найти у различных поставщиков |
| Стеклянный капилляр (тонкостенный одноствольный стандартный боросиликат (Schott Duran) стеклянная трубка | World Precision Instruments | TW150-4 | |
| Метилпреднизолона актетат 40 мг/мл | Pfizer | NA | можно найти у различных поставщиков |
| Microscope | Zeiss | NA | |
| OCT medium (Tissue-Tek O.C.T. Compound) | Sakura | 4583 | |
| Olympic Vac-Pac Size 23 | Natus | NA | можно найти у различных поставщиков |
| Параформальдегид 16% раствор | EMS | 15719 | |
| Фенилэфрина гидрохлорид 10% Офтальмологический раствор | Akorn | NA | можно найти у различных поставщиков |
| Преднизолон 15 мг/5 мл | Akorn | NA | можно найти у различных поставщиков |
| Пропофол 500 мг/50 мл (10 мг / мл) (PropoFlo28) | Zoetis | NA | можно найти у различных поставщиков |
| RetCam II видеокамера глазного дна | Clarity Medical Systems | NA | можно найти у различных поставщиков |
| Триамцинолон 400мг/10 мл (Kenalog-40) | Bristol -Myers Squibb Company | NA | можно найти у различных поставщиков |
| Тропикамид 1% офтальмологический раствор | Akorn | NA | можно найти у различных поставщиков |
| Витрэктомия 23G порт | Alcon | Accurus systems | |
| машина | Alcon | Accurus systems | |
| Витрео-ретинальные вертикальные ножницы 80&� с сжимающей ручкой | Frimen | FT170206T |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение