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Method Article
Apresentamos aqui uma técnica cirúrgica para transplante de tecido retiniano derivado de células-tronco pluripotentes humanas (hPSC) no espaço sub-retiniano de um modelo animal de grande porte.
Condições degenerativas retinianas (DR) associadas à perda de fotorreceptores, como degeneração macular relacionada à idade (DMRI), retinose pigmentar (RP) e amaurose congênita de Leber (LCA), causam perda progressiva e debilitante da visão. Há uma necessidade não atendida de terapias que possam restaurar a visão uma vez que os fotorreceptores tenham sido perdidos. O transplante de tecido da retina derivado de células-tronco pluripotentes humanas (hPSC) (organoides) no espaço sub-retiniano de um olho com DR avançada traz folhas de tecido da retina com milhares de fotorreceptores saudáveis livres de mutação e tem um potencial para tratar a maioria/todas as doenças cegantes associadas à degeneração de fotorreceptores com um protocolo aprovado. O transplante de tecido retiniano fetal para o espaço sub-retiniano de modelos animais e pessoas com DR avançada foi desenvolvido com sucesso, mas não pode ser usado como terapia de rotina devido a preocupações éticas e suprimento limitado de tecidos. Modelos animais de degeneração retiniana hereditária de grandes olhos (IRD) são valiosos para o desenvolvimento de terapias de restauração da visão utilizando abordagens cirúrgicas avançadas para transplantar células/tecidos da retina para o espaço sub-retiniano. As semelhanças no tamanho do globo e na distribuição dos fotorreceptores (por exemplo, presença de área central da região semelhante à mácula) e a disponibilidade de modelos de IRD recapitulando de perto o IRD humano facilitariam a rápida tradução de uma terapia promissora para a clínica. Apresenta-se aqui uma técnica cirúrgica de transplante de tecido retiniano derivado de hPSC para o espaço sub-retiniano de um modelo animal de grande porte, permitindo avaliar esta abordagem promissora em modelos animais.
Milhões de pessoas em todo o mundo são afetadas pela degeneração retiniana (DR) com consequente deficiência visual ou cegueira associada à perda dos fotorreceptores (RPs) sensíveis à luz. A degeneração macular relacionada à idade (DMRI) é uma das principais causas de cegueira resultante de uma combinação de fatores de risco genéticos e fatores ambientais/estilo de vida. Além disso, mais de 200 genes e loci causaram DR hereditária (IRD)1. A retinose pigmentar (PR), a mais comum DIR, é geneticamente heterogênea, com mais de 3.000 mutações genéticas em aproximadamente 70 genes relatadas2,3,4. A Amaurose Congênita de Leber (LAC), que causa cegueira na infância, também é geneticamente heterogênea5,6. A terapia de aumento gênico foi desenvolvida e está em ensaios clínicos para o tratamento de um pequeno número de IRDs 3,7. No entanto, uma terapia separada deve ser desenvolvida para o tratamento de cada forma genética distinta de IRD e, assim, tratar apenas um pequeno subgrupo de pacientes. Além disso, o aumento gênico depende da presença de uma população de fotorreceptores resgatáveis e, portanto, não é aplicável para degeneração avançada.
Há, portanto, uma necessidade clínica urgente e ainda não atendida para o desenvolvimento de terapias que abordem e tratem as DRs avançadas e a cegueira profunda a terminal. Nas últimas 2 décadas implantes neuroprotéticos foram desenvolvidos e testados em modelos animais de grande porte, como o gato, antes do uso humano 8,9,10,11,12,13,14. Da mesma forma, nos últimos 20 anos, terapias de reposição retiniana utilizando lâminas de retina de mamíferos embrionárias ou mesmo maduras enxertadas sub-retinicamente foram desenvolvidas 15,16,17,18,19,20,21,22 e até testadas com sucesso em pacientes com DR 23,24,25. Ambas as abordagens utilizam a ideia de introduzir novos sensores (fotodiodos fotovoltaicos de silício, no caso de dispositivos neuroprotéticos26,27, e fotorreceptores saudáveis livres de mutação organizados em folhas, no caso de implantação de folhas de retina) em retinas com RPs degenerados. Estudos recentes têm investigado o uso de abordagens baseadas em células-tronco, como o transplante de progenitores retinianos derivados de células-tronco pluripotentes humanas (hPSC)28,29, fotorreceptores hPSC 30 e organoides retinianos hPSC31,32,33. Os organoides da retina permitem a formação de tecido retiniano em uma placa e derivação de folhas fotorreceptoras com milhares de RPs livres de mutação, que se assemelham à camada fotorreceptora da retina fetal humana em desenvolvimento 34,35,36,37,38,39,40 . O transplante de tecido retiniano derivado de hPSC (organoides) para o espaço sub-retiniano de pacientes com DR é uma das novas e promissoras abordagens de terapia celular investigativa, sendo perseguida por várias equipes31,32,41,42. Em comparação com o transplante da suspensão celular (de fotorreceptores jovens ou progenitores da retina), folhas transplantadas de fotorreceptores fetais demonstraram resultar em melhora da visão em ensaios clínicos23,24.
O protocolo aqui apresentado descreve, em detalhes, um procedimento de transplante para liberação sub-retiniana de organoides da retina inteira (em vez de bordas organoides33,41) como uma maneira potencialmente melhor de introduzir lâminas retinianas intactas com RPs, para aumentar a sobrevida do enxerto e melhorar a preservação do lençol. Embora procedimentos para introdução de um pedaço plano de retina humana e também de placas de EPR tenham sido desenvolvidos43,44,45, o transplante de enxertos 3D maiores ainda não foi investigado. Os organoides da retina derivados de células-tronco fornecem uma fonte inesgotável de folhas fotorreceptoras para o desenvolvimento de tecnologias de restauração da visão, são livres de restrições éticas e são considerados uma excelente fonte de tecido retiniano humano para terapias focadas no tratamento da DR avançada e cegueira terminal46. O desenvolvimento de métodos cirúrgicos para implante sub-retiniano preciso de organoides da retina com mínima lesão do nicho retiniano do hospedeiro (retina neural, epitélio pigmentado da retina e vasculatura retiniana e coroidal) é um dos passos críticos para o avanço dessa terapia para aplicaçõesclínicas31,32. Modelos animais de grande porte, como gatos, cães, porcos e macacos, têm se mostrado bons modelos para investigar métodos de parto cirúrgico, bem como para demonstrar a segurança de lâminas de tecido implantadas (células do epitélio pigmentado da retina (EPR)) e investigar o uso de organoides 41,44,45,47,48,49,50 . O olho do grande animal tem tamanho de globo semelhante ao humano, bem como anatomia semelhante, incluindo a presença de uma região de alta densidade de fotorreceptores, incluindo cones (a área central), assemelhando-se à mácula humana 6,51,52.
Neste manuscrito, é descrita uma técnica para a implantação de tecido retiniano derivado de hPSC (organoides) no espaço sub-retiniano de modelos de animais grandes felinos (gatos selvagens e CrxRdy/+) que, juntamente com resultados promissores de eficácia32,53, constrói uma base para o desenvolvimento posterior dessa terapia experimental em direção a aplicações clínicas no tratamento de condições de DR.
Os procedimentos foram conduzidos de acordo com a declaração da Association for Research in Vision and Ophthalmology (ARVO) para Uso de Animais em Pesquisa Oftalmológica e da Visão. Eles também foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Universidade Estadual de Michigan. Gatos selvagens e CrxRdy/+ de uma colônia de gatos mantida na Michigan State University foram usados neste estudo. Os animais foram alojados sob ciclos claro-escuro de 12 h : 12 h e alimentados com uma dieta comercial completa para gatos.
1. Procedimentos pré-implantação e arranjo cirúrgico
2. Preparo dos organoides para implante sub-retiniano (Figura 1)
3. Implantação de organoides sub-retinianos
4. Procedimentos pós-implante, tratamento pós-operatório e avaliação
Este procedimento permite a implantação bem-sucedida e reprodutível de organoides da retina derivados de hPSC no espaço sub-retiniano de um modelo animal de olho grande (demonstrado aqui usando 2 exemplos: gatos selvagens com fotorreceptores (RPs) saudáveis e gatos CrxRdy/+ com RPs e retina degeneradas). Usando as etapas indicadas na Figura 1 , prepare e carregue os organoides da retina derivados da hPSC na cânula de vidro borossilicato do dispositivo de in...
A implantação de tecido retiniano derivado de hPSC (organoides da retina) no espaço sub-retiniano é uma abordagem experimental promissora para restaurar a visão para doenças degenerativas retinianas em estágio avançado causadas por morte celular PR (cegueira profunda ou terminal). A abordagem apresentada baseia-se em uma terapia experimental previamente desenvolvida e testada com sucesso, baseada no enxerto sub-retiniano de um pedaço de tecido retiniano fetal humano23,24,25
Ratnesh K. Singh, Ph.D., François Binette, Ph.D., e Igor O. Nasonkin Ph.D. são funcionários da Lineage Cell Therapeutics, Inc. Os autores declaram a inexistência de conflitos de interesse.
Este trabalho foi financiado pelo NEI Fast-track SBIR grant R44-EY027654-01A1 e SBIR grant 3 R44 EY 027654 - 02 S1 (I.O.N., Lineage Cell Therapeutics; Dr. Petersen-Jones é um co-PI). Os autores gostariam de agradecer à Sra. Janice Querubin (MSU RATTS) por sua ajuda com a anestesia e cuidados gerais para os animais incluídos neste estudo, bem como ajuda com o ambiente cirúrgico e preparação/esterilização dos instrumentos. Os autores gostariam de agradecer à Dra. Paige Winkler pela ajuda em receber os organoides e colocá-los em meios no dia anterior ao implante e pela ajuda no dia do implante. Os autores também são gratos ao Sr. Randy Garchar (LCTX) pelo envio diligente de organoides da retina, montagem do remetente e download de registros de temperatura e estresse G após cada remessa. Este trabalho foi realizado enquanto o autor Igor Nasonkin era empregado pela Biotime (agora Lineage).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.22 µm pore syringe filter with PES membrane | Cameo | NA | can be found through various suppliers |
23G subretinal injector with extendable 41 G cannula | DORC | 1270.EXT | |
250 µL hamilton gas tight luer lock syringe | Hamilton | NA | can be found through various suppliers |
6-0 Silk suture | Ethicon | 707G | |
6-0/7-0 polyglactin suture | Ethicon | J570G | |
Acepromazine maleate 500mg/5mL (Aceproject) | Henry Schein Animal Health | NA | can be found through various suppliers |
Buprenorphine 0.3 mg/mL | Par Pharmaceutical | NA | can be found through various suppliers |
cSLO + SD-OCT | Heidelberg Engineering | Spectralis HRA+ OCT | |
Cyclosporine | Novartis | NA | can be found through various suppliers |
Dexamethasone 2mg/mL (Azium) | Vetone | NA | can be found through various suppliers |
Doxycyline 25mg/5mL | Cipla | NA | can be found through various suppliers |
Fatal Plus solution (pentobarbital solution) | Vortech | NA | can be found through various suppliers |
Gentamicin 20mg/2mL | Hospira | NA | can be found through various suppliers |
Glass capillary (Thin-Wall Single-Barrel Standard Borosilicate (Schott Duran) Glass Tubing | World Precision Instruments | TW150-4 | |
Methylprednisolone actetate 40 mg/mL | Pfizer | NA | can be found through various suppliers |
Microscope | Zeiss | NA | |
OCT medium (Tissue-Tek O.C.T. Compound) | Sakura | 4583 | |
Olympic Vac-Pac Size 23 | Natus | NA | can be found through various suppliers |
Paraformaldehyde 16% solution | EMS | 15719 | |
Phenylephrine Hydrochloride 10% Ophthalmic Solution | Akorn | NA | can be found through various suppliers |
Prednisolone 15mg/5mL | Akorn | NA | can be found through various suppliers |
Propofol 500mg/50mL (10 mg/mL) (PropoFlo28) | Zoetis | NA | can be found through various suppliers |
RetCam II video fundus camera | Clarity Medical Systems | NA | can be found through various suppliers |
Triamcinolone 400mg/10 mL (Kenalog-40) | Bristol -Myers Squibb Company | NA | can be found through various suppliers |
Tropicamide 1% ophthalmic solution | Akorn | NA | can be found through various suppliers |
Vitrectomy 23G port | Alcon | Accurus systems | |
Vitrectomy machine | Alcon | Accurus systems | |
Vitreo-retinal vertical 80° scissors with squeeze handle | Frimen | FT170206T |
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