Tipo di cellula utilizzato nella sperimentazione clinica: Motivazione

Tdisponibile farmacologico terapie nella malattia di Parkinson (PD) non salvare il sistema nigrostriatale, non fornire dopaminergici (E) specificatamente alle regioni cerebrali necessarie, non imitare il normale rilascio di DA, perdere efficacia nel tempo, e sono spesso limitati da effetti collaterali dolorosi, comprese allucinazioni e fastidiose discinesia. Le terapie di sostituzione cellulare rappresentano una strada promettente per il trattamento della malattia di Parkinson e di altri disturbi neurodegenerativi. I primi studi indagano gli effetti del mesencefalico ventrale del feto umano (hfVM) tessuto nei pazienti con malattia di Parkinson tra la fine degli anni '80 e l'inizio degli anni '90 ha prodotto risultati promettenti [1–3]. Tuttavia questo approccio ha dimostrato alcuni limiti. Ad esempio, è stato riscontrato che un certo numero di soggetti soffrivano di discinesie indotte dal trapianto (GID) [4,5].

In seguito alle prime notizie incoraggianti di trapianti fetali, sono state esplorate altre possibili strade. Questi includono i derivati ​​differenziati da fonti di cellule staminali pluripotenti umane come le cellule staminali embrionali umane (hESC), cellule staminali pluripotenti indotte (iPSC), e cellule staminali partenogenetiche umane (hpSC). Le cellule staminali pluripotenti umane hanno la capacità di proliferare indefinitamente e differenziarsi in tutti e tre i lignaggi, fornendo potenziali vantaggi e limitazioni.

Stiamo trapiantando ISC-hpNSC, che sono le cellule staminali neurali (NSC) derivato da hpSC. Le hpSC derivano dall'attivazione chimica di ovociti non fecondati [6,7]. Diversi laboratori in tutto il mondo hanno scoperto che i derivati ​​differenziati delle cellule staminali partenogenetiche sono sicuri ed efficaci in vari modelli di malattie [8–13]. In 2014 la Food and Drug Administration statunitense (FDA) ha autorizzato la linea hpSC utilizzata per derivare ISC-hpNSC per uso clinico sperimentale. Le hpSC presentano una serie di potenziali vantaggi rispetto ad altre fonti di sostituzione cellulare. Le hpSC aggirano le preoccupazioni etiche associate al tessuto hfVM o alle hESC perché nella loro derivazione non viene utilizzato alcun feto o embrione vitale [6,7].

Le HPSC utilizzate in questo studio derivano da un ovocita di un giovane donatore consenziente. La derivazione di iPSC da donatori più anziani può comportare il rischio aggiuntivo di contrarre il cancro che causa mutazioni [14,15]. Le iPSC abbinate a HLA non conferiscono necessariamente miglioramenti nella sopravvivenza del trapianto di neuroni DA (vedere la fig. 8n–p dentro [16]). Le cellule staminali derivate partenogeneticamente possono avere altri vantaggi: un recente studio pubblicato in Cellula staminale cellulare ha mostrato che le hpSC hanno un numero inferiore di mutazioni codificanti de novo rispetto alle iPSC [17], un potenziale fattore di rischio per la tumorigenicità. Complessivamente, Le HPSC hanno potenziale terapeutico e rischi paragonabili ad altre cellule staminali pluripotenti. In questo studio spieghiamo perché abbiamo scelto di differenziare le hpSC in NSC per trattare la PD.

Le NSC sono cellule multipotenti autorinnovanti che generano i neuroni e la glia del sistema nervoso. Le NSC hanno dimostrato di essere efficaci nel trattamento dei modelli di PD più di dieci anni fa da Snyder, Redmond e colleghi [18–22]. Anche le cellule staminali/progenitrici neurali sono state studiate nella malattia di Parkinson da molti altri laboratori [23–35]. A differenza dei neuroni DA, Le ISC-hpNSC hanno molteplici meccanismi d'azione, compreso il supporto neurotrofico, neurorigenerazione, e immunomodulazione [36]. Le ISC-hpNSC secernono vari fattori neurotrofici come il fattore neurotrofico derivato dal cervello (BDNF) e fattore neurotrofico di derivazione gliale (GDNF), che hanno dimostrato di aumentare la sopravvivenza dei neuroni DA [37–40]. Le ISC-hpNSC aumentano anche la concentrazione di questi fattori neurotrofici in vivo [39].

È stato dimostrato che le ISC-hpNSC si differenziano in modo efficiente in vitro in neuroni DA che rilasciano dopamina, potenziali d'azione spontanei del fuoco, ed esprimere marcatori DA [41]. Insieme ai nostri collaboratori scientifici, siamo stati in grado di dimostrare che le ISC-hpNSC si innestano e si differenziano in tirosina idrossilasi⁺ (TH⁺) Neuroni DA in modelli di roditori e primati non umani di PD [13,39]. Anche se tra 1% E 2% delle ISC-hpNSC innestate si differenziano in TH⁺ Neuroni DA in vivo, è possibile impiantarne un numero sufficiente per consentire miglioramenti nei sintomi motori. Supponendo a 10% sopravvivenza delle cellule impiantate, ai pazienti che ricevono 30-70 milioni di ISC-hpNSC verrebbero innestati circa 30.000-140.000 TH⁺ Neuroni DA. Le analisi post-mortem del cervello di pazienti con malattia di Parkinson che hanno ricevuto tessuto hfVM hanno stimato che solo 30.000-100.000 TH trapiantati⁺ I neuroni DA sono necessari per il sollievo sintomatico a lungo termine [42–45].

La maggior parte del recupero osservato nell'innervazione dei neuroni DA striatali deriva dall'ospite ed è dovuto alla neuroprotezione e al supporto neurotrofico forniti da ISC-hpNSC, dove la maggior parte delle cellule innestate rimangono come NSC che subiscono un arresto della crescita e diventano quiescenti e una piccola percentuale si differenzia in glia e neuroni [13,39]. Non sono stati riscontrati segni di proliferazione incontrollata in nessuno degli animali trapiantati con ISC-hpNSC.

La potenziale immunogenicità dell'ISC-hpNSC innestato può essere bassa. Le NSC di derivazione partenogenetica umana esprimono HLA-G e mostrano una resistenza unica all'uccisione mediata dalle cellule NK [46]. Il legame dell'HLA-G ai suoi recettori porta alla distruzione delle cellule T e NK [47]. Generalmente, il fallimento del trapianto di cellule staminali aumenta con l’aumento del numero di disallineamenti nella direzione dell’ospite rispetto al trapianto. Tuttavia, il trapianto autologo o HLA-compatibile potrebbe non essere strettamente necessario sulla base delle osservazioni relative agli innesti hfVM, derivato da molteplici fonti tissutali, può mostrare un'integrazione stabile e una persistenza a lungo termine, confermata dall'imaging funzionale, così come le analisi post-mortem, senza l'uso concomitante di immunosoppressione [5,48].

La sopravvivenza a lungo termine degli innesti potrebbe essere attribuita al fatto che le cellule hfVM esprimono HLA-G per la tolleranza immunitaria durante la gravidanza [49]. Le proteine ​​HLA-G placentari facilitano la gravidanza semiallogenica inibendo la risposta immunitaria materna agli antigeni estranei [50]. Le NSC possono ridurre ulteriormente la neuroinfiammazione riducendo l’espressione del fattore di necrosi tumorale-α⁺ (TNF-α⁺) e complesso maggiore di istocompatibilità II⁺ (MHC II⁺) cellule infiammatorie attivate, che hanno dimostrato di essere efficaci in molteplici modelli di malattie neurologiche [51–54].

Altri potenziali meccanismi d'azione per le NSC includono l'osservazione che l'analisi RNAseq dei tessuti cerebrali ha mostrato che il trapianto di ISC-hpNSC nei primati non umani induce l'espressione di geni e percorsi sottoregolati nella PD [13]. Uno studio recente ha anche dimostrato che le cellule progenitrici neurali umane riducono gli oligomeri di α-sinucleina e salvano i deficit cognitivi e motori in un modello murino di demenza con corpi di Lewy [55]. La normalizzazione dell'aggregazione dell'α-sinucleina è stata osservata anche dopo il trapianto di NSC umane in 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetraidropiridina (MPTP)-primati non umani feriti [18].

Il trapianto di cellule precursori neurali induce la proliferazione, neurogenesi, e migrazione al sito di innesto dei precursori neurali della zona subventricolare dell'ospite che portano alla significativa conservazione dell'espressione del TH striatale e del numero di cellule TH della substantia nigra nella 6-idrossidopamina (6-OHDA)-ratti lesionati [56]. Le NSC sfruttano meccanismi di riparazione endogeni per promuovere la rigenerazione dei tessuti e hanno la capacità intrinseca di salvare i neuroni DA disfunzionali nel cervello dei topi anziani [22,57]. Le azioni combinate di supporto neurotrofico, neurorigenerazione, immunomodulazione, downregulation dei geni associati al PD, e il reclutamento di precursori neurali dell'ospite promuovono il recupero comportamentale e aumentano la concentrazione di DA striatale, innervazione delle fibre neuronali DA striatali, e numero di neuroni DA nigral dopo trapianto ISC-hpNSC in primati non umani lesionati da MPTP [13].