Mengapa Kelangsungan Hidup Sel Fotoreseptor Tidak Mencapai 100%: Mekanisme Kunci Dijelaskan

Para ilmuwan dari Universitas Pennsylvania, yang dipimpin oleh Raghavi Sudharsan, telah menemukan mengapa sekitar 70% sel progenitor fotosensori (PRPC) yang ditransplantasikan dari sel punca pluripoten terinduksi mati dalam beberapa hari pertama setelah transplantasi ke retina. Penelitian mereka, yang diterbitkan dalam Stem Cell Research & Therapy, menunjukkan stres metabolik pada sel donor sebagai penyebab utama hilangnya sel-sel tersebut secara dini.

Prasyarat

Transplantasi PRPC dianggap sebagai pendekatan yang menjanjikan untuk penyakit degeneratif progresif retina (retinitis pigmentosa, degenerasi makula). Namun, tingkat kelangsungan hidup sel donor yang rendah membatasi efektivitas terapi. Hingga saat ini, fokus utama adalah menekan respons imun, tetapi bahkan dengan imunosupresi yang ekstensif, kerugiannya tetap sangat besar.

Desain dan metode

1. Model:

   • Anjing sehat dan anjing model retinitis pigmentosa menerima suntikan subretinal PRPC berlabel fluoresensi.

2. Estimasi Kelangsungan Hidup:

   • Angiografi fluorescein dan tomografi koherensi optik (OCT) merekam volume sel yang ditransplantasikan pada hari pertama, hari ke-3, dan hari ke-7.

3. Transkriptomik sel tunggal (scRNA-seq):

   • PRPC diisolasi dari lokasi retina pada hari ke-3 dan ekspresi gen yang terkait dengan metabolisme dan apoptosis dianalisis.

4. Imunohistokimia:

   • Penanda stres oksidatif (4-HNE), status mitokondria (Tom20), dan aktivasi mikroglia (Iba1) dinilai di area transplantasi.

Hasil Utama

• Hilangnya sel besar-besaran: sekitar 70% PRPC menghilang pada hari ke-7 pada retina yang sehat dan yang mengalami degenerasi meskipun terjadi imunosupresi.
• Stres metabolik: scRNA-seq mengungkapkan penurunan dramatis dalam ekspresi gen fosforilasi oksidatif (CYCS, COX4I1) dan peningkatan transkripsi penanda apoptosis (BAX, CASP3).
• Disfungsi mitokondria: Imunohistokimia menunjukkan fragmentasi dan hilangnya pelabelan Tom20 pada PRPC yang ditransplantasikan, dan peningkatan kadar 4-HNE menunjukkan kerusakan oksidatif.
• Peran mikroglia: Di area transplantasi, aktivitas sel mikroglia Iba1⁺ meningkat sebagai respons terhadap kematian PRPC, yang dapat memperburuk peradangan lokal dan berkontribusi terhadap kerugian lebih lanjut.

Implikasi untuk terapi sel

Temuan ini mengubah paradigma: untuk meningkatkan pencangkokan PRPC, penting tidak hanya untuk menekan respons imun, tetapi juga untuk mendukung metabolisme energi sel donor. Intervensi yang memungkinkan:

• "Pelatihan pra-metabolik" awal PRPC dalam kondisi kultur normal di tepi pembebanan substres untuk meningkatkan ketahanan mitokondrianya.
• Koktail penstabil mitokondria (koenzim Q₁₀, karnitin) selama dan segera setelah transplantasi.
• Modulasi lingkungan mikro retina lokal: pengiriman antioksidan atau pelindung mitokondria ke area transplantasi.

Kesimpulan dan prospek praktis

• Prapengkondisian metabolik: mengkondisikan PRPC dalam kondisi stres metabolik ringan sebelum transplantasi untuk meningkatkan ketahanannya.
• Pengiriman perancah: penggunaan matriks biodegradable yang memastikan transisi bertahap sel donor dari media kultur yang kaya ke lingkungan retina.
• Dukungan nutrisi: pengiriman antioksidan atau substrat respirasi mitokondria bersama dengan PRPC.

“Selama ini kita hanya berjuang melawan penghalang imun, tetapi kini jelas bahwa tanpa mengatasi masalah syok metabolik, transplantasi akan berujung pada kematian dini,” simpul Raghavi Sudharsan.

Penelitian ini, yang didukung oleh National Eye Institute, membuka jalan bagi terapi sel yang lebih layak untuk memulihkan penglihatan pada pasien dengan penyakit retina degeneratif.