非ヒト霊長類(NHP)は、解剖学的および遺伝的類似性によるヒトの細胞疾患治療を研究するための理想的なモデルである。本稿では、NHP眼における網膜色素上皮細胞の脳下移植法と、黄斑操作に伴う術中合併症を予防するための戦略を記載する。
網膜色素上皮(RPE)移植は、遺伝性および取得した網膜変性疾患の治療に大きな約束を果たす。これらの条件には、網膜色素変性症(RP)および地理的萎縮(GA)などの加齢黄斑変性症(AMD)の高度な形態が含まれる。一緒に、これらの障害は、世界的に現在治療不可能な失明のかなりの割合を表しています。これらの満たされていない医療ニーズは、RPE交換の方法を開発する上で学術的関心を高めています。治療の前臨床試験のために一般的に利用される動物モデルの中で、非ヒト霊長類(NHP)は黄斑を有する唯一の動物モデルである。この解剖学的類似性を人間の目と共有するので、NHPアイはRPE細胞療法などの高度な治療薬用製品(ATMPs)の開発のための重要かつ適切な前臨床動物モデルです。
本稿は、ポリエチレンテレフタレート(PET)細胞担体上で培養された、免疫抑制されたNHPで外科的に作成されたRPE創傷に対する、単層RPEの過角移植法を説明する。黄斑の中央血管部分の窩は、移植中の機械的弱さの部位である。最初の皮下液注入が、レティナに過剰な力を発生させると、前頭外傷が起こる。したがって、過フルオロカーボン液体(PFCL)の下での遅い注入は、低眼圧(IOP)設定で二重ボアの亜レチナル注入カニューレで、レチナルブレブを作成することが推奨される。
パラフォベアルRPE-光受容体癒着を放出するビトリアルプラスミノーゲン注射による前処理も推奨される。これらの組み合わせ戦略は、従来の技術と比較して、頭葉涙の可能性を減らすことができます。NHPはRPE細胞療法の前臨床段階の主要な動物モデルである。このプロトコルは、NHPの眼でのRPE細胞療法の提供に関連する技術的な課題に対処します。
RPE移植は、遺伝性および取得したレチナル変性疾患の治療に大きな約束を果たす。これらの状態は、網膜色素変性症(RP、ロッドコーンジストロフィー)およびGAのようなAMDの高度な形態を含むが、これらの障害は、世界的に現在治療不可能な失明の有意な割合を表す1,2。AMDの高度な段階は、新血管AMD(nAMD)およびGAに分類される。抗血管内皮増殖因子(抗VEGF)注射などのnAMDには有効な治療選択肢があるが、GA患者は治療選択肢が限られている。RPは、進行性のレチン性光受容体変性を特徴とする遺伝性のレチン性疾患の非常に不均一なグループである。一部の患者では、原因となる遺伝的欠陥は、光受容体ではなくRPE内に位置しています。したがって、RPE補充療法は、遺伝子治療が実現不可能な場合の代替戦略である可能性があります。
これらの条件に対する効果的な治療法の開発には大きな関心があります。特に、RPE移植は、治療アプローチの可能性3,4,5,6,7,8として牽引力を得ています。RPE移植に関する最初の報告が1980s9に登場して以来、この分野は様々なRPE細胞源、送達戦略、および疾患および移植の実験モデル10、11、12、13、14を含むように拡大しました。様々な動物モデルの中で、NHPだけが人間と共有するレチナの後極で解剖学的専門である「窩中枢」を持つ「黄斑ルテア」を持っています。この窩は、高解像中心視器15を可能にする非常に高密度の錐体光受容体を含む。NHPはまた、人間と比較して同様のゲノムおよびプロテオミクスメイクアップ16を有する。これらの類似性は、ヒトretina17,18に影響を与える眼疾患の研究のための重要かつ適切な動物モデルにします。
本稿は、免疫抑制されたNHPにおけるPET細胞担体によって支持されるRPE異種移植片の下角移植法を記載する。ウサギにおける腎皮下RPE移植のための経ビトリアルな技術が、前の原稿19に記載されている。しかし、NHPでは、病巣の存在は、術中操作20中に特定のケアを必要とする。特に、retina20に過剰な力を発生させる亜レチン流体注入法の場合、頭葉涙のリスクが高い。したがって、この原稿の焦点は、NHPにおける不注意な頭気の外傷のリスクを減らすための戦略です。
これらには、卵胞解剖学のリアルタイム可視化のためのパラFOVE膜接着および手術用顕微鏡統合光学コヒーレンス断層撮影(miOCT)の放出のための術前体内プラスミノーゲン注射の使用が含まれる。低いIOP設定の下で眼内PFCLタンポネードを用いるカスタムメイドの25/41 Gデュアルボア網膜カニューレは、より制御された眼窩剥離のプロセスを可能にするために提案される。さらに、移植されたRPE細胞と宿主感光体との間のより良い統合を可能にするために、移植前にネイティブRPEの外科的除去が推奨される。最後に、NHPモデルの周回および術後の全身免疫抑制プロトコルが、RPE異種移植後の生存率を向上させると記載されている11,21。
半角RPE移植、RPE懸濁液の注射、単層RPE移植片移植の2つの主要なアプローチが評価されている。2つの方法の詳細な比較は、この原稿の範囲を超えています。しかし、単層RPE移植片の移植は、RPE細胞が懸濁液よりも単層に組織化されるように有利であり得る。移植片内のRPE細胞は、生理学的RPE細胞層の組織に似たコンフルエント単層に組織され、移植されたRPE細胞が生理機能を実行することを可能にする。これにより、規制作業や産業規模に非常に関連するセルサスペンションと比較して、より正確なドージングパラメータが可能になります。
RPEパッチ移植片を皮下腔に送り込むには、黄斑の慎重な操作と、皮下腔内への移植片の正確な挿入が必要です。miOCTなどのマイクロサージャリーの技術進歩と、術中の眼内の眼圧組織力学の理解が向上し、この手順の学習曲線が低下しました。この議論では、以下の側面の根拠について説明する: i) 術前プラスミノーゲン注射;ii) 術中miOCTの使用;iii)カスタム41Gデュアルボアカニューレ、低IOP設定、および下レチナルブレブ作成のためのPFCLの使用。iv) 移植前のネイティブ RPE 細胞層の掻き取り;v)シロリムス、トリアムシノロン、ドキシサイクリン、およびミノサイクリンを使用して、免疫原性移植片拒絶反応を低減する。
術前プラスミノーゲン注射は、パラフォベアルの陰性癒着を放出する
最初の実験では、単一の流体波で窩を取り外すのが難しかった。miOCTによる評価では、画像は、陰部外傷の証拠と共にネイティブRPEへのパラフォベアル外陰性癒着の存在を明らかにした。これらの癒着は、眼下の流体波が眼窩の輪郭全体に広がり、その結果、頭頂部の外傷を引き起こし、ブレブの垂直膨張をもたらした可能性がある。プラスミノーゲンは、フィブロネクチンおよびラミニンを標的とするプロテアーゼであるプラスミンの不活性前駆体である。Ocriplasminは、付随する黄斑穴の有無にかかわらず、症候性ビトレオマクラー牽引の治療のために食品医薬品局(FDA)および欧州医薬品庁(EMA)によって承認されたヒトプラスミンのバイオエンジニアリングされた変異体です。しかし、オリプラスミン注射後の膀胱状黄斑浮腫の後の報告は、retina23に対する酵素のより広範な効果を示唆している。
正確なメカニズムは特定されていないが、プラスミンは光受容体-RPE付着を担う光受容体間マトリックス要素の分解を通じて、レチナリシーア接着を弱めることができることが示唆された。このプロトコルでは、NHP眼は、手術の1週間前に、パラフォベの外側の陰部癒着を放出するビ硝細胞内プラスミノーゲンで治療された。感光体-RPEの接着力が弱まっているという仮定の下で、通常は網膜下流体波20に抵抗する遠位パラフォブリングを含む神経感覚網膜を剥離するために低い力が必要である。したがって、網膜ブレブ剥離中に投与される力は、網膜をタンタンジェントに伸ばすのではなく、網膜輪郭を横切ってブレブの膨張をもたらす。これは、頭葉の涙のリスクを軽減します。しかし、このプロトコルでは、長期移植片生存に対するプラスミノーゲンの効果は検討されなかったことに留意すべきである。今後の研究では、この効果を決定しようとする必要があります。
miOCTは、下レチン小出血の作成、移植片の移植、および副レチン流体の排水を導くために解剖学的フィードバックを提供します
手術中、黄斑の外傷性操作は、良好な移植結果を達成するための鍵です。しかし、操作に関連する黄斑の微細構造変化は、常に操作顕微鏡で明らかであるとは限らない。このような手順では、miOCTは、黄斑構造のリアルタイム、3次元、術中フィードバックを提供する重要なツールです。miOCTは、特に、流体空気交換を使用した下流液の下流液の離脱、移植片、および排出のステップ中に有用である。眼窩剥離中、miOCTは、ブリードの垂直および水平寸法を決定することができます。手術用顕微鏡上では明確に可視化されない可能性のある窩胞マイクロティテは、miOCT(図3)によって確認することができる。移植片移植中、miOCT画像は、移植片の位置または窩への近接性を、しばしば透明でない剥離網膜を通して示すことによって導く。miOCTはまた、困難な移植プロセス25の間に、レチナル接着の可能な領域を強調することができます。最後に、下レチン流体の排水プロセスでは、miOCTは完全なレティナルRPE移植片接触が達成されるまで確実に下レチン液の排水を導くことができます。
二重ボアカニューレ、低IOP設定、PFCL硝地タンポナードの相乗的な組み合わせは、皮下出血の発生時に黄斑外傷を相乗的に減少させる
正接網膜ストレッチと流体乱流は、望ましくない窩の涙につながる前頭剥離のための網膜下BSS注入中に起こり得る。これらの現象を打ち消すために、注入が開始される窩の中心からの相対位置と距離、注入量と速度、ビトレウスタンポネード、副レチナル計装の選択、IOPなどの要因はすべて関連することが示されている20,26,27。眼窩剥離のための副網膜のブレブは、網膜ストレッチがブレブ開始部位27で最も高い可能性があるため、窩から十分に離れた場所に位置するべきである。IOPはまた、副レチナルブレブの作成を通じて低く保たれるべきである。眼のIOPが高いと、眼の輪郭に沿って膨張するのではなく、ブレブサイズの垂直増加が高くなるのに対し、低圧20ではブレブが浅い。さらに、50 μLのビトリアルインジェクションは、NHPの目の長さが短いことを考えると、ヒト28ではIOPを効果的に2倍にしますが、受け目の下注射時のIOP上昇は、おそらくヒトよりも高く、より速くなります。ほとんどのvit>tmymyはIOP変動に応じて調整されますが、調整は同時ではなく、副レチナル注入が進むにつれて起こる反応性プロセスです。したがって、IOPが高いほど、眼の伸び過ぎおよび結果として生じる窩の外傷のリスクが高くなります。したがって、低レチナル注射中は安定的に低いIOPを維持することが不可欠である。
市販の20/41 G(DORC)またはカスタムメイドの25/41 Gデュアルボア下トレティナルカニューレは、皮下注射に推奨されます。カニューレは、流体が下レチン空間に注入されたBSSと引き換えに硝硝体空洞を出ることを可能にする。これにより、副レチナル注射中のIOPの「同時」調節が保証されます。二重ボアカニューレの模式図を図2に示します。最後に、PFCLは、20,26,27の下流涙のリスクを低減するために利用される。例えば、八方のようなPFCは比重が高いため、卵胞剥離29中に網膜に下方力を発揮する。これにより、さらに、眼窩剥離ブレブ作成プロセスを安定化させ、網膜輪郭に沿ったブレブの拡張を強化します。この技術は、nAMD30による巨大な眼下出血の設定におけるrtPAの皮下注射にうまく使用されている。
ネイティブRPEの移植前除去により、RPE-感光体複合体の修復が可能
移植移植前に宿主RPEを除去する必要があります。これはRPE-光受容体複合体の修復がRPE移植を可能にして、感光体21を支持するその生理機能を果たす必要があるためである。ホスト RPE は、除去されない場合、機械的バリアとしてポーズをとることがあり、この複合体の復元を防ぐことができます。RPE毒性化学物質の投与または物理的な除去手段を使用して除去することができます。化学的除去方法としては、ヨウ素date31,32ナトリウムの全身投与または副レチナル投与が挙げられる。ヨウ素酸ナトリウムは、投与時に光受容体、RPE細胞、および絨毛キャピラリの広範な変性を引き起こすので、その無菌および全身毒性は、ヒト試験への使用を妨げる32,33。したがって、物理的な術中の技術が好ましい。様々な物理メソッドが概念化されています。物理的な方法を利用する場合、ブルッフの膜が損傷を受けていないことが重要です。多くのインビトロ研究は、無傷のブルッフの膜34,35,36にRPE移植片生存の依存性を実証している。
水圧デブリドメントでの試みは、ブルッフの膜の破断、エピレチナル膜の発達率の増加、および増殖性硝子体網膜症に関連し、牽引性網膜剥離37をもたらした。RPEデブリドメントのために提案されたダイヤモンドをまぶしたへらも、ブルッフの膜の破断をもたらし、その結果、脈絡膜から下レチナル空間38への細胞増殖が生じた。興味深いことに、カスタムメイドの拡張可能なループ楽器は、ウサギと豚の目にブルッフの膜を保存して上にあるRPEを取り除くことができました11,39。基礎 RPE の除去は、AMD の高度な萎縮形態と同様に、RPE および外側網膜萎縮を有する動物モデルを確立するのにも有用である。RPEの焦点領域が黄斑から取り除かれると、残りのRPE細胞の肥大を介してRPE創傷が閉じる。しかし、この創傷治癒応答は、核層40の外核の萎縮と関連している。動物モデルの作成はこの原稿の範囲を超えていますが、同様の手順は、RPE由来細胞治療薬のテストのための高度な萎縮性AMD表現型の動物モデルを作成することができます。
シロリムス、トリアムシノロン、ドキシサイクリン、ミノサイクリンを使用して免疫原性移植片拒絶反応を軽減
皮下腔は免疫特権部位であると考えられ、無傷の血液副腎バリアおよび他の要因41によって維持される。無傷の血液-レチナルバリアを有する幹細胞誘導体の皮下移植を含む多くの研究において、免疫抑制薬は、移植片survival42において無視できる役割を果たす。外側の血液-retinalバリアは、ネイティブRPE層とRPE細胞間の緊密な接合によって形成されると考えられている。ネイティブRPE除去は、移植されたRPEと宿主感光受容体のより良い統合を可能にするが、血液-腎障害は、免疫拒絶反応の可能性を増加させる、プロセス中に破壊される。古典的には、T細胞は腎臓およびliver43のような他の器官の移植拒絶反応のプロセスの中心である。したがって、レチン組織移植のための初期免疫抑制レジメンは、これらの適応免疫応答を低減することを目的としていた。
シロリムスは、ラパマイシン阻害剤の機械化標的であり、カルシニューリン阻害剤であるタクロリムスは、適応免疫応答を標的とする免疫抑制薬の例である。しかし、十分なT細胞抑制にもかかわらず、移植片生存率は低いままである。また、RPE細胞は、阻害因子の放出を通じてT細胞活性化を抑制し、制御性T細胞44の生成を促進することが知られている。したがって、適応免疫が移植片拒絶反応42の唯一の寄与者ではない可能性があることがますます明らかになっている。細胞製品の副レチナル移植は、microglia45の蓄積および活性化をもたらす可能性がある。
ミクログリアは、レチナのマクロファージです。それらは2つの主な集団から成っている:1)内口脈管系の血管内微小グリアと2)、内の組織のパレンチマ内のミクログリア。ミクログリアは、自然免疫応答の一部であるように、トリアムシノロンなどのビトリアルグルココルチコイドは、サイトカイン媒介増殖を抑制することができる46。ドキシサイクリンおよびミノサイクリンはまた、微小グリア活性化を抑制することができ、考慮されるべきである47,48。最後に、RPE同種移植片と異種移植片の免疫拒絶反応の違いは不完全に理解される49。例えば、誘導多能性幹細胞由来RPE細胞に対する同種抗体は、生体内免疫拒絶モデルの血清中に報告されている。しかしながら、これらの抗体の役割と移植片生存における抗体媒介性拒絶反応の重要性は不明である50。そこで、自然免疫抑制のための適応免疫の抑制とトリアムシノロン、ドキシサイクリン、およびミノサイクリンの組み合わせに対してシロリムスを利用した多剤レジメンが提案されている。このレジメンは、良好な移植片生存結果と最小限の全身効果を有するウサギで正常に使用されています11.
この外科技術の限界
本論文は、NHPの下皮腔内にRPE移植シートを送達する可能な外科的方法を説明する。ただし、これは最適化された唯一の方法であるとは限りません。異なるビトレオ-レチン外科医は、計器と技術のための他の好みを持つことができます。例えば、この移植装置の設計は堅い細胞キャリアで支えられる平らなインプラントしか提供できないので、比較的柔軟な(または圧延された)インプラントには適さないかもしれない。RPE懸濁液移植は、この技術の多くを省略することができます。したがって、外科的詳細は、各配信戦略に基づいて修正する必要があります。
変性性レチンタル疾患の治療に対する細胞治療への関心が高まり続ける中、NHP動物モデルはRPE移植片の生存に影響を与える因子を研究するための前臨床試験に不可欠です。本稿では、NHP眼での単層下層RPE移植片の円滑な送達を可能にする戦略が提案されている。術中合併症のより良い視覚化のための方法も推奨されます。細胞治療薬の使用が拡大するにつれて、これらの方法は改善し続けると予想されます。今後の方法論文は、移植片の様々な構造的および機能的側面を評価するための包括的な調査リストを提案することも検討すべきである。
The authors have nothing to disclose.
この研究は、IAF-PP(HMBSドメイン)(ORBID):OculaRビオマテリアルとデバイス、A*STAR、 シンガポール(H17/01/a0/013)、NUSスタートアップ助成金NUHSRO/2016/100/SU/01、NUHS臨床科学者プログラム(NCSP)補助金および国立研究財団競争研究プログラム、シンガポール(NRF-CRP21-2018-0008)からX.S.、レオン・ホング・エントワッド・ファンド・ファンドからG.B.へトランスレーショナル前臨床モデルプラットフォーム(シンガポール眼科研究所、シンガポール)の獣医チームが、NHP手術準備と動物のフォローアップを支援することを認めたい。C.ツァイス・メディテック・シンガポールのジル・テオ氏らの皆様に対し、OPMI-Lumera 700(統合型術中OCT装置)の技術サポートに感謝申し上げます。
1% Mydriacyl (Tropicamide 1.0%) Sterile Ophthalmic preparation | Alcon | SIN 4715P | Surgical procedure |
10% Neutral buffered formalin | Leica | 3800598 | Histology procedure |
2.5% Mydfrin (Phenylephrine hydrochloride) Ophthalmic solution | Alcon | No. 01785 | Surgical procedure |
25 G AWH Vivid Chandelier | Synergetics | 56.54.25P | Surgical procedure |
25 Ga Bi-Blade Vitreous Cutter Combined Wide-Field Stellaris Elite Pack | Bausch & Lomb | SE5525WVB | Surgical procedure |
AMO ENDOSOL Balanced Salt Solution for ophthalmic irrigation | Abbott Medical Optics | 15020 | Surgical procedure |
Apo-minocycline | Apotex Inc | 2084104 | Immunosuppression |
AUROVISC – Hypromellose Ophthalmic Solution USP 2% w/v | Aurolab | TN 00002387 | Surgical procedure |
Autoclave MELAG, Vacuklav | MELAG | 1131-B2300 | Surgical procedure |
Autostainer XL (ST5010) | Leica | 2433 | Histology procedure |
Balanced Saline Solution | Beaver Visitec | 581732 | Surgical procedure |
Cotton Bud | WINNER MEDICAL | 1NA6-100 | Surgical procedure |
Diagnosys Espion E3 Console | Diagnosys | 272 | Ophthamic imaging |
Doxycycline | Yung Shin | MAL 19950403AEZ | Immunosuppression |
Eosin Y | Merck Millipore | 1.15935.0100 | Histology procedure |
ERG-Jet contact lens electrodes | Fabrinal | F-06 | Ophthamic imaging |
Extendable PolyTip Cannula 25 G/38 G | MedOne | 3247 | Surgical procedure |
FlexTip Brush (25 g) 1.5 mm | MedOne | 3222 | Surgical procedure |
Fluoresceine 10% Faure | Curatis AG | 5030376 | Ophthamic imaging |
Gauze Swab | WINNER MEDICAL | 1NP3275 | Surgical procedure |
Hamilton gas tight syringe 250 µL | Hamilton | 81101 | Surgical procedure |
Heidelberg Spectralis HRA + OCT Computer System | Heidelberg Engineering | N.A. | Ophthamic imaging |
Hematoxylin Gill II | Merck Millipore | 3801520 | Histology procedure |
Inverted microscope eclipse Ti-E main body (100-240V) | Nikon | 33131 | Histology procedure |
Ketamin injection | Ceva | 37711/58317 | Surgical procedure |
Lithium carbonate | Merck Millipore | 1.05680.0250 | Histology procedure |
Monkey plasminogen | Molecular Innovations | SKU-CYPLG | Surgical procedure |
Non-contact wide angled 128 degree fundus lens | C. Zeiss Medtech | Resight 700 | Surgical procedure |
Non-woven Ophthalmic Drape | Alcon | 8065103120 | Surgical procedure |
Ophthalmic Corneal/Scleral V-Lance Knife 20 G | Alcon | 8065912001 | Surgical procedure |
Paraffin Embedding Station | Leica | EG1150 H | Histology procedure |
Paraplast High Melt Paraffin | Leica | 39601095 | Histology procedure |
Phloxin B | Merck Millipore | 1.15935.0025 | Histology procedure |
Prepowdered Surgical Gloves | MAXITEX | 85-173-2/85-173-3/85-173-4 | Surgical procedure |
PRODINE Povidone-Iodine Solution BP | ICM PHARMA | PMLBLP20-01 | Surgical procedure |
Righton Slit Lamp Model MW50D (RAA133CB) | Righton-Oph | 5200162 | Ophthamic imaging |
Rotary microtome | Leica | RM2255 | Histology procedure |
Safil Polyglycolic acid, braided, coated, absorbable surgical suture 7/0 | B.Braun | G1048711 | Surgical procedure |
SHINCORT I.M. INJ. Triamcinolone Acetonide 40 mg/mL | Yung Shin | SHI40 SGP-2610015-001 | Surgical procedure |
Single-Use Hypodermic Needle 21 G | B.Braun | 4657527 | Surgical procedure |
Single-Use Hypodermic Needle 23 G | B.Braun | 4657667 | Surgical procedure |
Sirolimus | Pfizer | SIN12034P | Immunosuppression |
Stainless steel subdermal needle electrode | OcuScience | F-E2 | Ophthamic imaging |
Stellaris Elite vision enhancement system | Bausch & Lomb | BL15455 | Surgical procedure |
Sterican Single Use Insulin Needles Long Bevel 27 G 12 mm | B.Braun | 4665406 | Surgical procedure |
Sterican Single Use Insulin Needles Long Bevel 30 G 12 mm | B.Braun | 4656300 | Surgical procedure |
Surgical gown + 2 Hand Towels | STERIL | APP10 00 01 | Surgical procedure |
Tegaderm Film | 3M | 1626W | Surgical procedure |
TERUMO Syringe 1 cc/mL Luer SlipTip with needle 26 G | Teruma | SS-01S | Surgical procedure |
TERUMO Syringe 3 cc/mL Luer LockTip | Teruma | SS-03L | Surgical procedure |
TERUMO Syringe 5 cc/mL Luer LockTip | Teruma | SS-05L | Surgical procedure |
TobraDex (Tobramycin, Dexamethasone) Sterile Ophthalmic Ointment | Alcon | No. 01577 | Surgical procedure |
Topcon Retinal Camera TRC-50DX | Topcon | 948605 | Ophthamic imaging |
Vidisic Gel | Bausch & Lomb | GB41789155517 | Surgical procedure |
Xylazil-20 | Ilium | 38653/50276 | Surgical procedure |
Zeiss Opmi Rescan 700 | Carl Zeiss Meditec AG | 7210 | Surgical procedure |