Cell Type Used in Clinical Trial: Justificativa

The available pharmacological therapies in Parkinson’s disease (DP) do not rescue the nigrostriatal system, do not deliver dopaminergic (E) specifically to the brain regions needed, do not mimic the normal release of DA, lose efficacy over time, and are often limited by distressing side effects, including hallucinations and troublesome dyskinesia. Cell replacement therapies are a promising avenue for treatment of PD and other neurodegenerative disorders. The first studies investigating the effects of human fetal ventral mesencephalic (hfVM) tecido em pacientes com DP no final da década de 1980 até o início da década de 1990 produziu resultados promissores [1–3]. No entanto, esta abordagem demonstrou algumas limitações. Por exemplo, descobriu-se que vários indivíduos sofriam de discinesias induzidas por enxerto (GID) [4,5].

Após os primeiros relatos encorajadores de transplantes fetais, outros caminhos potenciais foram explorados. Estes incluem os derivados diferenciados de fontes de células estaminais pluripotentes humanas, tais como células estaminais embrionárias humanas (hESCs), células-tronco pluripotentes induzidas (iPSCs), e células-tronco partenogenéticas humanas (HPSCs). As células-tronco pluripotentes humanas têm a capacidade de proliferar indefinidamente e se diferenciar nas três linhagens, fornecendo vantagens e limitações potenciais.

Estamos transplantando ISC-hpNSC, que são células-tronco neurais (NSC) derivado de hpSCs. hpSCs são derivados da ativação química de oócitos não fertilizados [6,7]. Derivados diferenciados de células-tronco partenogenéticas foram considerados seguros e eficazes em vários modelos de doenças por vários laboratórios em todo o mundo [8–13]. Em 2014 a Administração de Alimentos e Medicamentos dos EUA (FDA) liberou a linha hpSC usada para derivar ISC-hpNSC para uso clínico investigacional. HPSCs têm uma série de vantagens potenciais em comparação com outras fontes de substituição celular. HPSCs ignoram as preocupações éticas associadas ao tecido hfVM ou hESCs porque nenhum feto ou embrião viável é usado em sua derivação [6,7].

Os hpSCs utilizados neste estudo foram derivados de ovócitos de um jovem doador consentido. A derivação de iPSCs de doadores mais velhos pode representar o risco adicional de adquirir mutações causadoras de câncer [14,15]. iPSCs compatíveis com HLA não conferem necessariamente melhorias na sobrevivência do enxerto de neurônios DA (see Fig. 8n–p in [16]). Parthenogenetically derived stem cells may have other advantages: a recent study published in Célula-tronco celular showed that hpSCs have lower number of de novo coding mutations than iPSCs [17], a potential risk factor for tumorigenicity. Geral, hpSCs have comparable therapeutic potential and risks to other pluripotent stem cells. In this study we explain why we chose to differentiate hpSCs into NSCs to treat PD.

NSCs are self-renewing multipotent cells that generate the neurons and glia of the nervous system. NSCs were shown to be effective in treating PD models over a decade ago by Snyder, Redmond and colleagues [18–22]. Neural stem/progenitor cells have also been investigated in PD by many other laboratories [23–35]. In contrast to DA neurons, ISC-hpNSC have multiple mechanisms of action, including neurotrophic support, neurorregeneração, e imunomodulação [36]. ISC-hpNSC secrete various neurotrophic factors such as brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and glial-derived neurotrophic factor (GDNF), which have been shown to increase the survival of DA neurons [37–40]. ISC-hpNSC also increase the concentration of these neurotrophic factors in vivo [39].

ISC-hpNSC have been shown to efficiently differentiate in vitro into DA neurons that release dopamine, fire spontaneous action potentials, and express DA markers [41]. Together with our scientific collaborators, we have been able to demonstrate that ISC-hpNSC engraft and differentiate into tyrosine hydroxylase⁺ (TH⁺) DA neurons in rodent and nonhuman primate models of PD [13,39]. Although between 1% e 2% of the engrafted ISC-hpNSC differentiate into TH⁺ DA neurons in vivo, sufficient numbers can be implanted to allow improvements in motor symptoms. Assumindo um 10% sobrevivência das células implantadas, pacientes recebendo 30-70 milhões de ISC-hpNSC teriam aproximadamente 30.000-140.000 TH enxertados⁺ Neurônios DA. Análises cerebrais post-mortem de pacientes com DP que receberam tecido hfVM estimaram que apenas 30.000 a 100.000 TH enxertados⁺ Os neurônios DA são necessários para o alívio sintomático a longo prazo [42–45].

A maior parte da recuperação observada na inervação dos neurônios DA do estriado é derivada do hospedeiro e é devida à neuroproteção e ao suporte neurotrófico fornecido pelo ISC-hpNSC, onde a maioria das células enxertadas permanece como NSCs que sofrem parada de crescimento e ficam quiescentes e uma pequena porcentagem se diferencia em glia e neurônios [13,39]. Não houve sinais de proliferação descontrolada em nenhum dos animais transplantados com ISC-hpNSC.

A potencial imunogenicidade do ISC-hpNSC enxertado pode ser baixa. NSCs derivadas partenogenéticas humanas expressam HLA-G e mostram resistência única à morte mediada por células NK [46]. A ligação do HLA-G aos seus receptores leva à destruição das células T e NK [47]. Em geral, a falha do enxerto no transplante de células-tronco aumenta com o aumento do número de incompatibilidades na direção hospedeiro versus enxerto. No entanto, o transplante autólogo ou compatível com HLA pode não ser estritamente necessário com base em observações de que os enxertos hfVM, derivado de múltiplas fontes de tecido, pode mostrar integração estável e persistência a longo prazo – confirmada em imagens funcionais, bem como análises post-mortem – sem uso de imunossupressão concomitante [5,48].

The long-term survival of the grafts might be attributed to the fact that hfVM cells express HLA-G for immune tolerance during pregnancy [49]. Placental HLA-G proteins facilitate semiallogeneic pregnancy by inhibiting maternal immune responses to foreign antigens [50]. NSCs can further decrease neuroinflammation by reducing the expression of tumor necrosis factor-α⁺ (TNF-α⁺) and major histocompatibility complex II⁺ (MHC II⁺) activated inflammatory cells, which have been shown to be effective in multiple neurological disease models [51–54].

Other potential mechanisms of action for NSCs include the observation that RNAseq analysis of brain tissues showed that transplantation of ISC-hpNSC in nonhuman primates induces the expression of genes and pathways downregulated in PD [13]. Um estudo recente também mostrou que células progenitoras neurais humanas reduzem oligômeros de α-sinucleína e resgatam déficits cognitivos e motores em um modelo de camundongo com Demência com Corpos de Lewy [55]. A normalização da agregação de α-sinucleína também foi observada após transplante de NSC humano em 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina (MPTP)-primatas não humanos lesionados [18].

O transplante de células precursoras neurais induz a proliferação, neurogênese, e migração para o local do enxerto de precursores neurais da zona subventricular do hospedeiro que levam à preservação significativa da expressão de TH no estriado e do número de células TH da substância negra em 6-hidroxidopamina (6-OHDA)-ratos lesionados [56]. As NSCs aproveitam mecanismos de reparo endógenos para promover a regeneração tecidual e têm a capacidade intrínseca de resgatar neurônios DA disfuncionais no cérebro de camundongos idosos [22,57]. As ações combinadas de suporte neurotrófico, neurorregeneração, imunomodulação, regulação negativa de genes associados à DP, e o recrutamento de precursores neurais do hospedeiro promovem a recuperação comportamental e aumentam a concentração de DA no estriado, inervação da fibra do neurônio DA do estriado, e número de neurônios nigral DA após transplante de ISC-hpNSC em primatas não humanos lesionados com MPTP [13].