In klinischen Studien verwendeter Zelltyp: Begründung

Ter verfügbar pharmakologisch Therapien bei der Parkinson-Krankheit (PD) retten Sie nicht das nigrostriatale System, liefern keine dopaminergen Substanzen (UND) speziell auf die benötigten Gehirnregionen, ahmen nicht die normale Freisetzung von DA nach, verlieren mit der Zeit an Wirksamkeit, und sind oft durch belastende Nebenwirkungen eingeschränkt, einschließlich Halluzinationen und störender Dyskinesie. Zellersatztherapien sind ein vielversprechender Weg zur Behandlung von Parkinson und anderen neurodegenerativen Erkrankungen. Die ersten Studien untersuchten die Auswirkungen der ventralen mesenzephalen Wirkung auf den menschlichen Fötus (hfVM) Die Untersuchung von Gewebe bei Parkinson-Patienten in den späten 1980er bis frühen 1990er Jahren brachte vielversprechende Ergebnisse [1–3]. Allerdings wies dieser Ansatz einige Einschränkungen auf. Zum Beispiel, Bei einer Reihe von Probanden wurde festgestellt, dass sie an transplantatinduzierten Dyskinesien litten (GID) [4,5].

Im Anschluss an die ersten ermutigenden Berichte über fetale Transplantationen, Andere mögliche Wege wurden untersucht. Dazu gehören die differenzierten Derivate menschlicher pluripotenter Stammzellquellen wie menschliche embryonale Stammzellen (hESCs), induzierte pluripotente Stammzellen (iPSCs), und menschliche parthenogenetische Stammzellen (hpSCs). Menschliche pluripotente Stammzellen haben die Fähigkeit, sich unbegrenzt zu vermehren und in alle drei Abstammungslinien zu differenzieren, Bereitstellung potenzieller Vorteile und Einschränkungen.

Wir transplantieren ISC-hpNSC, Das sind neurale Stammzellen (NSCs) abgeleitet von hpSCs. hpSCs werden durch die chemische Aktivierung unbefruchteter Eizellen gewonnen [6,7]. Differenzierte Derivate parthenogenetischer Stammzellen haben sich in mehreren Labors auf der ganzen Welt in verschiedenen Krankheitsmodellen als sicher und wirksam erwiesen [8–13]. In 2014 der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) hat die hpSC-Linie freigegeben, die zur Ableitung von ISC-hpNSC für den klinischen Forschungsgebrauch verwendet wurde. hpSCs haben im Vergleich zu anderen Quellen des Zellersatzes eine Reihe potenzieller Vorteile. hpSCs umgehen die ethischen Bedenken, die mit hfVM-Gewebe oder hESCs verbunden sind, da bei ihrer Gewinnung kein Fötus oder lebensfähiger Embryo verwendet wird [6,7].

Die in dieser Studie verwendeten hpSCs wurden aus der Eizelle einer einwilligenden jungen Spenderin gewonnen. Die Ableitung von iPSCs von älteren Spendern kann das zusätzliche Risiko bergen, krebserregende Mutationen zu erwerben [14,15]. HLA-passende iPSCs führen nicht unbedingt zu einer Verbesserung des Überlebens von DA-Neuronentransplantaten (siehe Abb. 8n–p in [16]). Parthenogenetisch gewonnene Stammzellen können weitere Vorteile haben: eine aktuelle Studie veröffentlicht in Zellstammzelle zeigten, dass hpSCs eine geringere Anzahl von De-novo-Kodierungsmutationen aufweisen als iPSCs [17], ein potenzieller Risikofaktor für die Entstehung von Tumoren. Gesamt, hpSCs haben ein vergleichbares therapeutisches Potenzial und Risiken wie andere pluripotente Stammzellen. In dieser Studie erklären wir, warum wir uns entschieden haben, hpSCs in NSCs zur Behandlung der Parkinson-Krankheit zu differenzieren.

NSCs sind sich selbst erneuernde multipotente Zellen, die die Neuronen und Gliazellen des Nervensystems erzeugen. Snyder hat vor über einem Jahrzehnt gezeigt, dass NSCs bei der Behandlung von PD-Modellen wirksam sind, Redmond und Kollegen [18–22]. Neurale Stamm-/Vorläuferzellen wurden auch von vielen anderen Labors bei Parkinson untersucht [23–35]. Im Gegensatz zu DA-Neuronen, ISC-hpNSC verfügen über mehrere Wirkmechanismen, einschließlich neurotropher Unterstützung, Neuroregeneration, und Immunmodulation [36]. ISC-hpNSC sezernieren verschiedene neurotrophe Faktoren wie den aus dem Gehirn stammenden neurotrophen Faktor (BDNF) und von Gliazellen abgeleiteter neurotropher Faktor (GDNF), von denen gezeigt wurde, dass sie das Überleben von DA-Neuronen erhöhen [37–40]. ISC-hpNSC erhöhen auch die Konzentration dieser neurotrophen Faktoren in vivo [39].

Es wurde gezeigt, dass ISC-hpNSC in vitro effizient in DA-Neuronen differenziert, die Dopamin freisetzen, Feuern Sie spontane Aktionspotentiale aus, und Express-DA-Marker [41]. Gemeinsam mit unseren wissenschaftlichen Mitarbeitern, Wir konnten zeigen, dass ISC-hpNSC in Tyrosinhydroxylase einwachsen und sich in diese differenzieren⁺ (TH⁺) DA-Neuronen in PD-Modellen von Nagetieren und nichtmenschlichen Primaten [13,39]. Obwohl dazwischen 1% Und 2% der transplantierten ISC-hpNSC differenzieren sich in TH⁺ DA-Neuronen in vivo, Es können ausreichend viele implantiert werden, um eine Verbesserung der motorischen Symptome zu ermöglichen. Angenommen a 10% Überleben der implantierten Zellen, Patienten, die 30–70 Millionen ISC-hpNSC erhielten, hätten etwa 30.000–140.000 transplantierte TH⁺ DA-Neuronen. Postmortale Gehirnanalysen von PD-Patienten, die hfVM-Gewebe erhalten hatten, haben ergeben, dass nur 30.000–100.000 TH transplantiert wurden⁺ DA-Neuronen sind für eine langfristige Linderung der Symptome notwendig [42–45].

Der größte Teil der Erholung, die bei der Innervation striataler DA-Neuronen beobachtet wird, stammt vom Wirt und ist auf die Neuroprotektion und neurotrophe Unterstützung durch ISC-hpNSC zurückzuführen, Dabei verbleibt der Großteil der transplantierten Zellen als NSCs, die einen Wachstumsstopp erleiden und in den Ruhezustand übergehen, und ein kleiner Prozentsatz differenziert sich in Gliazellen und Neuronen [13,39]. Bei keinem der ISC-hpNSC-transplantierten Tiere gab es Anzeichen einer unkontrollierten Proliferation.

Die potenzielle Immunogenität des transplantierten ISC-hpNSC kann gering sein. Humane parthenogenetisch abgeleitete NSCs exprimieren HLA-G und zeigen eine einzigartige Resistenz gegen die durch NK-Zellen vermittelte Abtötung [46]. Die Bindung von HLA-G an seine Rezeptoren führt zur Zerstörung von T- und NK-Zellen [47]. Im Allgemeinen, Das Transplantatversagen bei Stammzelltransplantationen nimmt mit zunehmender Anzahl von Fehlpaarungen in der Wirts-Transplantat-Richtung zu. Jedoch, Aufgrund der Beobachtungen, dass hfVM transplantiert, ist eine autologe oder HLA-angepasste Transplantation möglicherweise nicht unbedingt erforderlich, stammen aus mehreren Gewebequellen, kann eine stabile Integration und langfristige Persistenz zeigen – bestätigt durch funktionelle Bildgebung, sowie postmortale Analysen – ohne gleichzeitige Verwendung einer Immunsuppression [5,48].

Das langfristige Überleben der Transplantate könnte auf die Tatsache zurückzuführen sein, dass hfVM-Zellen HLA-G für die Immuntoleranz während der Schwangerschaft exprimieren [49]. Plazenta-HLA-G-Proteine ​​erleichtern eine semiallogene Schwangerschaft, indem sie die mütterliche Immunantwort auf fremde Antigene hemmen [50]. NSCs können die Neuroinflammation weiter verringern, indem sie die Expression des Tumornekrosefaktors-α reduzieren⁺ (TNF-α⁺) und Haupthistokompatibilitätskomplex II⁺ (MHC II⁺) aktivierte Entzündungszellen, die sich in mehreren neurologischen Krankheitsmodellen als wirksam erwiesen haben [51–54].

Zu den weiteren potenziellen Wirkungsmechanismen von NSCs gehört die Beobachtung, dass die RNAseq-Analyse von Hirngewebe zeigte, dass die Transplantation von ISC-hpNSC in nichtmenschliche Primaten die Expression von Genen und Signalwegen induziert, die bei der Parkinson-Krankheit herunterreguliert sind [13]. Eine kürzlich durchgeführte Studie zeigte außerdem, dass menschliche neuronale Vorläuferzellen α-Synuclein-Oligomere reduzieren und kognitive und motorische Defizite in einem Mausmodell mit Lewy-Körperchen-Demenz beheben [55]. Eine Normalisierung der α-Synuclein-Aggregation wurde auch nach menschlicher NSC-Transplantation in 1-Methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin beobachtet (MPTP)-verletzte nichtmenschliche Primaten [18].

Die Transplantation neuronaler Vorläuferzellen induziert die Proliferation, Neurogenese, und Migration zur Transplantationsstelle von neuronalen Vorläufern der subventrikulären Zone des Wirts, die zu einer signifikanten Erhaltung der striatalen TH-Expression und der Substantia-nigra-TH-Zellzahl in 6-Hydroxydopamin führen (6-OHDA)-verletzte Ratten [56]. NSCs nutzen endogene Reparaturmechanismen, um die Geweberegeneration zu fördern, und verfügen über die intrinsische Fähigkeit, dysfunktionale DA-Neuronen im Gehirn älterer Mäuse zu retten [22,57]. Die kombinierten Wirkungen der neurotrophen Unterstützung, Neuroregeneration, Immunmodulation, Herunterregulierung von PD-assoziierten Genen, und die Rekrutierung neuronaler Vorläufer des Wirts fördern die Erholung des Verhaltens und erhöhen die striatale DA-Konzentration, striatale DA-Neuronenfaserinnervation, und nigrale DA-Neuronenzahl nach ISC-hpNSC-Transplantation in MPTP-läsionierten nichtmenschlichen Primaten [13].