Subretinale Transplantation von menschlichem embryonalem Stammzellgewebe in einem katzenartigen Großtiermodell

Millionen von Menschen auf der ganzen Welt sind von Netzhautdegeneration (RD) betroffen, was zu einer Sehbehinderung oder Blindheit führt, die mit dem Verlust der lichtempfindlichen Photorezeptoren (PRs) einhergeht. Die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) ist eine der Hauptursachen für Erblindung, die auf eine Kombination aus genetischen Risikofaktoren und Umwelt-/Lebensstilfaktoren zurückzuführen ist. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass über 200 Gene und Loci vererbte RD (IRD⁾ verursachen1. Retinitis pigmentosa (RP), die häufigste IRD, ist genetisch heterogen mit mehr als 3.000 genetischen Mutationen in etwa 70 Genen, die berichtet wurden ^2,3,4. Die Leber-Kongenitale Amaurose (LCA), die im Kindesalter zur Erblindung führt, ist ebenfalls genetisch heterogen ^5,6. Die Genaugmentationstherapie wurde entwickelt und befindet sich in klinischen Studien zur Behandlung einer kleinen Anzahl von IRDs ^3,7. Für die Behandlung jeder einzelnen genetischen Form der IRD muss jedoch eine eigene Therapie entwickelt werden, wobei nur eine kleine Untergruppe von Patienten behandelt werden kann. Darüber hinaus beruht die Genaugmentation auf dem Vorhandensein einer Population von rettbaren Photorezeptoren und ist daher bei fortgeschrittener Degeneration nicht anwendbar.

Es besteht daher ein dringender und noch ungedeckter klinischer Bedarf an der Entwicklung von Therapien zur Behandlung fortgeschrittener RDs und hochgradiger Blindheit bis zum Endstadium. In den letzten 2 Jahrzehnten wurden neuroprothetische Implantate entwickelt und in Großtiermodellen, wie z.B. der Katze, vor^{dem Einsatz beim} Menschen getestet 8,9,10,11,12,13,14. Ebenso wurden in den letzten 20 Jahren Netzhautersatztherapien entwickelt, bei denen Schichten aus embryonaler oder sogar reifer Säugetiernetzhaut subretinal transplantiert wurden 15,16,17,18,19,20,21,22 und sogar erfolgreich an RD-Patienten getestet wurden ^23,24,25. Beide Ansätze nutzen die Idee, neue Sensoren (photovoltaische Silizium-Fotodioden im Falle von Neuroprothesen^26,27 und gesunde mutationsfreie Photorezeptoren, die in Schichten organisiert sind^, im Falle der Implantation von Netzhautblättern) in die Netzhaut mit degenerierten PRs einzuführen. Neuere Studien haben die Verwendung stammzellbasierter Ansätze untersucht, wie z. B. die Transplantation von aus humanen pluripotenten Stammzellen (hPSC) gewonnenen Netzhautvorläuferzellen^28,29, hPSC-Photorezeptoren 30 und hPSC-Netzhautorganoiden^31,32,33. Retinale Organoide ermöglichen die Bildung von Netzhautgewebe in einer Schale und die Ableitung von Photorezeptorblättern mit Tausenden von mutationsfreien PRs, die der Photorezeptorschicht in der sich entwickelnden menschlichen fetalen Netzhaut ähneln 34,35,36,37,38,39,40 . Die Transplantation von hPSC-abgeleitetem Netzhautgewebe (Organoide) in den subretinalen Raum von Patienten mit RD-Erkrankungen ist einer der neuen und vielversprechenden Ansätze für die Zelltherapie, der von einer Reihe von Teams verfolgt^{wird 31,32,41,42}. Im Vergleich zur Transplantation der Zellsuspension (von jungen Photorezeptoren oder retinalen Vorläuferzellen) konnte in klinischen Studien gezeigt werden, dass transplantierte Schichten fetaler Photorezeptoren zu einer Verbesserung des Sehvermögens führen^23,24.

Das hier vorgestellte Protokoll beschreibt detailliert ein Transplantationsverfahren zur subretinalen Verabreichung der gesamten Netzhaut-Organoide (anstelle von Organoid-Rändern^33,41) als eine potenziell bessere Möglichkeit, intakte Netzhautblätter mit PRs einzuführen^, um das Transplantatüberleben zu erhöhen und die Blattkonservierung zu verbessern. Obwohl Verfahren zum Einbringen eines flachen Stücks menschlicher Netzhaut und auch RPE-Pflaster entwickelt wurden^43,44,45, wurde die Transplantation größerer 3D-Transplantate nicht untersucht. Aus Stammzellen gewonnene Netzhautorganoide bieten eine unerschöpfliche Quelle von Photorezeptorblättern für die Entwicklung von Technologien zur Wiederherstellung des Sehvermögens, sind frei von ethischen Einschränkungen und gelten als hervorragende Quelle für menschliches Netzhautgewebe für Therapien, die sich auf die Behandlung von fortgeschrittener RD und terminaler Blindheit konzentrieren⁴⁶. Die Entwicklung chirurgischer Methoden zur präzisen subretinalen Implantation von retinalen Organoiden mit minimaler Schädigung der retinalen Wirtsnische (neuronale Netzhaut, retinales Pigmentepithel sowie retinale und choroidale Gefäße) ist einer der entscheidenden Schritte, um eine solche Therapie in Richtung klinischer Anwendungen voranzutreiben^31,32. Großtiermodelle wie Katzen, Hunde, Schweine und Affen haben sich als gute Modelle erwiesen, um chirurgische Verabreichungsmethoden zu untersuchen sowie die Sicherheit von implantierten Gewebeschichten (retinale Pigmentepithelzellen (RPE) zu demonstrieren und die Verwendung von Organoiden zu untersuchen 41,44,45,47,48,49,50. Das große Tierauge hat eine ähnliche Kugelgröße wie der Mensch sowie eine ähnliche Anatomie, einschließlich des Vorhandenseins einer Region mit hoher Photorezeptordichte, einschließlich Zapfen (der Area centralis), die der menschlichen Makula ähnelt 6,51,52.

In diesem Manuskript wird eine Technik zur Implantation von hPSC-abgeleitetem Netzhautgewebe (Organoiden) in den subretinalen Raum von felinen Großtiermodellen (sowohl Wildtyp- als auch Crx^Rdy/+-Katzen) beschrieben, die zusammen mit vielversprechenden Wirksamkeitsergebnissen^32,53 eine Grundlage für die weitere Entwicklung einer solchen Prüftherapie in Richtung klinischer Anwendungen zur Behandlung von RD-Erkrankungen bildet.