Robusta derivazione di neuroni dopaminergici trapiantabili da cellule staminali pluripotenti umane mediante somministrazione temporizzata di acido retinoico

Nature Communications volume 13, numero articolo: 3046 (2022) Citare questo articolo

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Le terapie con cellule staminali per la malattia di Parkinson (MdP) sono state le prime a essere sperimentate sull'uomo utilizzando una serie di metodi tecnicamente correlati per produrre neuroni dopaminergici mesencefalici (mDA) da cellule staminali pluripotenti umane (hPSC). Qui, descriviamo un approccio per la derivazione ad alto rendimento dei neuroni mDA che differisce principalmente dalle tecnologie alternative utilizzando la segnalazione dell'acido retinoico (RA), invece della segnalazione WNT e FGF8, per specificare il destino mesencefalico. A differenza della maggior parte dei segnali morfogeni, dove la concentrazione precisa determina il destino cellulare, è la durata dell'esposizione all'AR il parametro chiave per la specifica mesencefalica. Questo approccio di modellazione insensibile alla concentrazione fornisce robustezza e riduce la necessità di aggiustamenti del protocollo tra le linee hPSC. I progenitori specificati da RA si differenziano prontamente in neuroni mDA funzionali in vitro e si innestano con successo e alleviano i deficit motori dopo il trapianto in un modello di PD di ratto. Il nostro studio fornisce un potenziale percorso alternativo per la terapia cellulare e la modellazione della malattia che, grazie alla sua robustezza, potrebbe essere particolarmente utile quando si considera l'uso di cellule autologhe o immunologicamente abbinate.

Le cellule staminali pluripotenti umane (hPSC) sotto forma di cellule staminali embrionali (hESC) o cellule staminali pluripotenti indotte (hiPSC) forniscono una fonte cellulare scalabile per la produzione di sottotipi specifici di neuroni che possono essere utilizzati per la scoperta di farmaci ad alto rendimento, malattie modellazione o terapia di sostituzione cellulare nelle malattie neurodegenerative1,2. I neuroni mesencefalici della dopamina (mDA) nel mesencefalo ventrale (vMB) sono di particolare interesse a causa della loro degenerazione relativamente selettiva nella malattia di Parkinson (PD) e poiché esperimenti clinici pionieristici utilizzando tessuto mesencefalico fetale umano hanno fornito la prova del concetto che l'innesto di dopamina i neuroni possono ripristinare la neurotrasmissione della dopamina e fornire sollievo a lungo termine in alcuni pazienti con malattia di Parkinson3.

I metodi per la derivazione in vitro di neuroni mDA umani per uso clinico sono stati progressivamente migliorati e la terapia basata su cellule staminali per la malattia di Parkinson, dopo un'ampia valutazione della sicurezza e dell'efficacia funzionale in modelli animali preclinici, è entrata nell'entusiasmante fase degli studi clinici utilizzando hESC allogenici o hiPSC come materiale di partenza2,4,5,6. L'uso di cellule allogeniche consente la produzione di grandi lotti di preparazioni congelate "pronte all'uso" che possono essere utilizzate per trattare molti pazienti con lo stesso prodotto cellulare dopo la convalida della sicurezza e dell'efficacia in modelli animali, ma uno svantaggio è la necessità per un anno di immunosoppressione per evitare il rigetto dopo il trapianto2. Le hiPSC specifiche per il paziente sono ottimali dal punto di vista immunologico, ma aggiungono la sfida significativa di stabilire hiPSC di grado clinico per ogni singolo paziente e di indirizzare efficacemente queste cellule ad adottare un destino neuronale mDA prima dell'innesto. È quindi improbabile che le cellule paziente-specifiche diventino una terapia di routine in questa fase di sviluppo, anche se un recente caso clinico ha fornito la prova che un approccio autologo per la terapia cellulare è fattibile7. L'uso di linee hiPSC abbinate all'antigene leucocitario umano (HLA) è una strategia alternativa per ridurre l'immunosoppressione, ma richiede un gran numero di linee hiPSC selezionate HLA tipizzate per coprire la maggior parte della popolazione in un paese8. Un altro approccio interessante è quello di stabilire linee hPSC universali "adatte a tutti" che potrebbero fornire tolleranza immunitaria senza necessità di immunosoppressione9, ma non è chiaro quando e se tali linee saranno disponibili e approvate per l'uso clinico. Pertanto, se la terapia cellulare riparativa si dimostrasse sicura ed efficace negli studi clinici, uno sviluppo probabile è che le linee hiPSC autologhe e HLA-compatibili verranno esplorate per l'uso clinico di routine. Oltre alla creazione standardizzata di linee hiPSC conformi alle buone pratiche di produzione (GMP), ciò richiederà robusti protocolli neuronali mDA che mostrino una bassa variabilità della linea cellulare e del lotto in risposta agli agenti di modellazione al fine di ridurre al minimo laboriosi aggiustamenti per le singole linee cellulari.