Клинико-иммунологический анализ трансплантации ретинального пигментного эпителия, полученного из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, в условиях фармакологической иммуносупрессии у кроликов

Обоснование исследования. Дегенеративные заболевания сетчатки, связанные с повреждением ретинального пигментного эпителия, не имеют лечения и приводят к необратимой потере зрения. Наиболее перспективным подходом в настоящее время считается трансплантация ретинального пигментного эпителия, дифференцированного из плюрипотентных стволовых клеток (ПСК-РПЭ). При испытании биомедицинских клеточных продуктов особые требования предъявляются к модели, которая должна имитировать патологические изменения, подобные таковым у человека, обладать достаточной иммунологической толерантностью к ксеногенным человеческим клеткам и позволять им полноценно функционировать. С этой целью используются линии иммуномодифицированных или иммунодефицитных животных, как правило, мелких грызунов (крыс и мышей), однако малый размер и особенности строения их глаз не позволяют осуществлять манипуляции, выполняемые при витреоретинальных вмешательствах у человека. Альтернативным способом предотвращения реакции отторжения ксенотрансплантата у крупных моделей представляется фармакологическая иммуносупрессия, в условиях которой трансплантированные ПСК-РПЭ могут проявить свое биологическое действие. Однако целенаправленные исследования эффективности трансплантации ПСК-РПЭ с применением иммуносупрессивной терапии в нашей стране не проводились, а данные немногочисленных зарубежных работ, посвященных этой проблеме, противоречивы.

Цель: изучение иммунологической реактивности при трансплантации ИПСК-РПЭ в условиях комбинированной иммуносупрессивной терапии в эксперименте на кроликах.

Материалы и методы. Исследование выполнено на 27 кроликах-самцах породы новозеландский альбинос, из них 24 животным проведена субретинальная трансплантация индуцированных плюрипотентных стволовых клеток ретинального пигментного эпителия: в I группе (12 глаз) вмешательство выполнялось в здоровый глаз; во II группе (12 глаз) — в область предварительно моделированной атрофии ретинального пигментного эпителия. Реципиенты получали комбинированную иммуносупрессивную терапию. Группой контроля служили 3 интактных кролика (6 глаз). Сроки наблюдения составили 14, 28 и 60 суток. Оценку посттрансплантационного процесса проводили с помощью стандартных и специализированных офтальмологических методов обследования. Определение цитокинов иммунного ответа IL-2, IL-6, иммуносупрессивных факторов TGF-β1, TGF-β2, TSP-1 в сыворотке крови и стекловидном теле выполняли методом твердофазного иммуноферментного анализа.

Результаты. Комплексный анализ данных биомикроскопии, офтальмоскопии, оптической когерентной томографии, иммунологических исследований не выявил признаков активного воспаления; отсутствие локального и системного повышения концентрации острофазного IL-6, падение уровня IL-2 в сыворотке крови указывали на прямые эффекты используемой в настоящем исследовании комбинации иммуносупрессивных препаратов

Заключение. Применение комбинированной иммуносупрессивной терапии позволило предотвратить отторжение ксеногенного материала у кроликов и получить доказательства безопасности субретинальной трансплантации суспензии ИПСК-РПЭ как в здоровом глазу, так и в глазу с предварительно индуцированной атрофией пигментного эпителия.

1. Wong WL, Su X, Li X, Cheung CM, Klein R, Cheng CY, Wong TY. Global prevalence of age-related macular degeneration and disease burden projection for 2020 and 2040: a systematic review and meta-analysis. Lancet Glob Health. 2014 Feb;2(2):e106–116. doi: 10.1016/S2214-109X(13)70145-1.

2. Jin ZB, Gao ML, Deng WL, Wu KC, Sugita S, Mandai M, Takahashi M. Stemming retinalregeneration with pluripotent stem cells. Prog Retin Eye Res. 2019 Mar;69:38–56. doi: 10.1016/j.preteyeres.2018.11.003.

3. Klein R, Klein BE, Cruickshanks KJ. The prevalence of age-related maculopathy by geographic region and ethnicity. Prog Retin Eye Res. 1999 May;18(3):371–389. doi: 10.1016/s1350-9462(98)00025-1.

4. Nita M, Strzałka-Mrozik B, Grzybowski A, Romaniuk W, Mazurek U. Ophthalmic transplantology: posterior segment of the eye-part II. Med Sci Monit. 2012 Jun;18(6):RA97–103. doi: 10.12659/msm.882868.

5. Petrash CC, Palestine AG, Canto-Soler MV. Immunologic Rejection of Transplanted Retinal Pigmented Epithelium: Mechanisms and Strategies for Prevention. Front Immunol. 2021 May 12;12:621007. doi: 10.3389/fimmu.2021.621007.

6. Харитонов А.Е., Сурдина А.В., Лебедева О.С., Богомазова А.Н., Лагарькова М.А. Возможности использования плюрипотентных стволовых клеток для восстановления поврежденного пигментного эпителия сетчатки глаза. Acta Naturae. 2018;10(3):31–41. doi: 10.32607/20758251-2018-10-3-30-39.

7. Li L, Baroja ML, Majumdar A, Chadwick K, Rouleau A, Gallacher L, Ferber I, Lebkowski J, Martin T, Madrenas J, Bhatia M. Human embryonic stem cells possess immune-privileged properties. Stem Cells. 2004;22(4):448–456. doi: 10.1634/stemcells.22-4-448.

8. Drukker M, Katchman H, Katz G, Even-Tov Friedman S, Shezen E, Hornstein E, Mandelboim O, Reisner Y, Benvenisty N. Human embryonic stem cells and their differentiated derivatives are less susceptible to immune rejection than adult cells. Stem Cells. 2006 Feb;24(2):221–229. doi: 10.1634/stemcells.2005-0188. Epub 2005 Aug 18.

9. Zhou R, Caspi RR. Ocular immune privilege. F1000 Biol Rep. 2010 Jan 18;2:3. doi: 10.3410/B2-3.

10. Sugita S, Futatsugi Y, Ishida M, Edo A, Takahashi M. Retinal Pigment Epithelial Cells Derived from Induced Pluripotent Stem (iPS) Cells Suppress or Activate T Cells via Costimulatory Signals. Int J Mol Sci. 2020 Sep 5;21(18):6507. doi: 10.3390/ijms21186507.

11. Jiang LQ, Jorquera M, Streilein JW. Subretinal space and vitreous cavity as immunologically privileged sites for retinal allografts. Invest Ophthalmol Vis Sci. 1993 Nov;34(12):3347–3354.

12. Rajendran Nair DS, Zhu D, Sharma R, Martinez Camarillo JC, Bharti K, Hinton DR, Humayun MS, Thomas BB. Long-Term Transplant Effects of iPSC-RPE Monolayer in Immunodeficient RCS Rats. Cells. 2021 Oct 29;10(11):2951. doi: 10.3390/cells10112951.

13. Rezai KA, Farrokh-Siar L, Godowski K, Patel SC, Ernest JT. A model for xenogenic immune response. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 2000 Apr;238(4):352–358. doi: 10.1007/s004170050364.

14. Тихомирова АВ, Горячев ДВ, Меркулов ВА, Лысикова ИВ, Губенко АИ, Зебрев АИ, Соловьева АП, Ромодановский ДП, Мельникова ЕВ. Доклинические и клинические аспекты разработки биомедицинских клеточных продуктов. Ведомости Научного центра экспертизы средств медицинского применения. 2018;8(1): 23–35. doi: 10.30895/1991-2919-20188-1-23-35.

15. Koster C, Wever KE, Wagstaff EL, Van den Hurk KT, Hooijmans CR, Bergen AA. A Systematic Review on Transplantation Studies of the Retinal Pigment EpitheliuminAnimal Models. Int J Mol Sci. 2020 Apr;21(8):2719. doi: 10.3390/ijms21082719.

16. Newell KA, Turka LA. Tolerance signatures in transplant recipients. Curr Opin Organ Transplant. 2015 Aug;20(4):400–405. doi: 10.1097/MOT.0000000000000207.

17. Нероева НВ, Нероев ВВ, Катаргина ЛА, Рябина МВ, Илюхин ПА, Кармокова АГ, Лосанова ОА, Майбогин АМ, Харитонов АЕ, Еремеев АВ, Лагарькова МА. Заместительная трансплантация стволовыми клетками при атрофии ретинального пигментного эпителия в эксперименте. Вестник офтальмологии. 2022;138(3):7–15.

18. Нероева НВ, Нероев ВВ, Катаргина ЛА, Рябина МВ, Илюхин ПА, Кармокова АГ, Лосанова ОА,, Майбогин АМ, Лагарькова МА, Еремеев АВ, Харитонов АЕ. Способ субретинальной трансплантации клеток ретинального пигментного эпителия (РПЭ), дифференцированных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека, при атрофии ретинального пигментного эпителия в эксперименте. Патент RU 2729937,15.11.2019.

19. Davis FA. The Anatomy and Histology of the Eye and Orbit of the Rabbit. Trans Am Ophthalmol Soc. 1929;27:400–441.

20. Zhou XX, Song YP, Zhao YX, Wu JG. Induction of Branch Retinal Vein Occlusion by Photodynamic Therapy with Rose Bengal in a Rabbit Model [Internet]. Advances in Ophthalmology. InTech; 2012. doi: 10.5772/27623.

21. Гуляев ВА, Хубутия МШ, Новрузбеков МС, Миронов АС. Ксенотрансплантация: история, проблемы и перспективы развития. Трансплантология 2019; 11(1):37–54. doi 10.23873/2074-0506-2019-11-1-37-54.

22. Zhou T, Huang Z, Sun X, Zhu X, Zhou L, Li M, Cheng B, Liu X, He C. Microglia Polarization with M1/M2 Phenotype Changes in rd1 Mouse Model of Retinal Degeneration Front Neuroanat. 2017 Sep 5;11:77. doi: 10.3389/fnana.2017.00077. eCollection 2017

23. Chan JL, Singh AK, Corcoran PC, Thomas ML, Lewis BG, Ayares DL, Vaught T, Horvath KA, Mohiuddin MM. Encouraging experience using multi-transgenic xenografts in a pig to baboon cardiac xenotransplantation mode. Xenotransplantation. 2017;24(6): e12330. doi: 10.1111/xen.12330.

24. Cooper DKC, Pierson RN 3rd, Hering BJ, Mohiuddin MM, Fishman JA, Denner J, Ahn C, Azimzadeh AM, Buhler LH, Cowan PJ, Hawthorne WJ, Kobayashi T, Sachs DH. Regulation of clinical xenotransplantation — time for a reappraisal. Transplantation. 2017;101(8):1766–1769. doi: 10.1097/TP.000000000000168332.

25. Ilmarinen T, Hiidenmaa H, Kööbi P, Nymark S, Sorkio A, Wang JH, Stanzel BV, Thieltges F, Alajuuma P, Oksala O, Kataja M, Uusitalo H, Skottman H. Ultrathin Polyimide Membrane as Cell Carrier for Subretinal Transplantation of Human Embryonic Stem Cell Derived Retinal Pigment Epithelium. PLoS One. 2015 Nov 25;10(11):e0143669. doi: 10.1371/journal.pone.0143669.

26. Li MO, Wan YY, Flavell RA. T cell-produced transforming growth factor-beta1 controls T cell tolerance and regulates Th1and Th17-cell differentiation. Immunity. 2007 May;26(5):579–591. doi: 10.1016/j.immuni.2007.03.014.

27. Hirsch L, Nazari H, Sreekumar PG, Kannan R, Dustin L, Zhu D, Barron E, Hinton DR. TGF-β2 secretion from RPE decreases with polarization and becomes apically oriented. Cytokine. 2015 Feb;71(2):394-6. doi: 10.1016/j.cyto.2014.11.014.

28. Hamby ME, Hewett JA, Hewett SJ. Smad3-dependent signaling underlies the TGF-β1-mediated enhancement in astrocytic iNOS expression. Glia. 2010 Aug 15;58(11):1282–1291. doi: 10.1002/glia.21005.

29. Flanders KC, Ren RF, Lippa CF. Transforming growth factor-betas in neurodegenerative disease. Prog Neurobiol. 1998 Jan;54(1):71–85. doi: 10.1016/s0301-0082(97)00066-x.

30. Henrich-Noack P, Prehn JH, Krieglstein J. TGF-beta 1 protects hippocampal neurons against degeneration caused by transient global ischemia. Dose-response relationship and potential neuroprotective mechanisms. Stroke. 1996 Sep;27(9):1609– 1614; discussion 1615. doi: 10.1161/01.str.27.9.1609.

31. Zhang JG, Walmsley MW, Moy JV, Cunningham AC, Talbot D, Dark JH, Kirby JA. Differential effects of cyclosporin A and tacrolimus on the production of TGF-beta: implications forthe development of obliterative bronchiolitis afterlung transplantation. Transpl Int. 1998;11 Suppl 1:S325–327. doi: 10.1007/s001470050489.

32. Шевченко ОП, Цирульникова ОМ, Курабекова РМ, Цирульникова ИЕ, Олефиренко ГА, Готье СВ. Уровень трансформирующего фактора роста β1 в плазме крови детей-реципиентов печени и его связь с функцией трансплантата. Иммунология. 2015;36(6):343–347.

33. Masli S, Turpie B, Hecker KH, Streilein JW. Expression of thrombospondin in TGFbeta-treated APCs and its relevance to their immune deviation-promoting properties. J Immunol. 2002 Mar 1;168(5):2264–2273. doi: 10.4049/jimmunol.168.5.2264.

34. Masli S, Turpie B, Streilein JW. Thrombospondin orchestrates the tolerancepromoting properties of TGFbeta-treated antigen-presenting cells. Int Immunol. 2006 May;18(5):689–699. doi: 10.1093/intimm/dxl006.

35. Enzmann V, Faude F, Wiedemann P, Kohen L. The local and systemic secretion of the pro-inflammatory cytokine interleukin-6 after transplantation of retinal pigment epithelium cells in a rabbit model. Curr Eye Res. 2000 Jul;21(1):530–534.

36. Girard S, Larouche A, Kadhim H, Rola-Pleszczynski M, Gobeil F, Sébire G. Lipopolysaccharide and hypoxia/ischemia induced IL-2 expression by microglia in neonatal brain. Neuroreport. 2008 Jul 2;19(10):997–1002. doi: 10.1097/WNR.0b013e3283036e88.

37. Serrano-Pérez MC, Martín ED, Vaquero CF, Azcoitia I, Calvo S, Cano E, Tranque P. Response of transcription factor NFATc3 to excitotoxic and traumatic brain insults: identification of a subpopulation of reactive astrocytes. Glia. 2011 Jan;59(1):94–107. doi: 10.1002/glia.21079.