Herstellung und Charakterisierung von transplantierbaren hiPS-abgeleiteten Photorezeptoren zur Behandlung retinaler Degeneration

• Antragsteller: Professor Dr. Marius Ader
• Fachliche Zuordnung: Augenheilkunde
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458886425

Sehbehinderung und Blindheit, die durch die Degeneration und den Verlust der nicht regenerierenden lichtempfindlichen Photorezeptoren in der Netzhaut verursacht werden, betreffen Millionen von Patienten, für die derzeit keine kurative Therapie etabliert ist. Die Transplantation von gesunden Photorezeptoren stellt einen vielversprechenden Behandlungsansatz dar. Im Rahmen des vom BMBF geförderten Konsortiums 'ReSight' wurde eine Plattform für die robuste und reproduzierbare Generierung und Isolierung von induziert pluripotenten Stammzell (iPS)-abgeleiteten menschlichen Photorezeptoren und deren Transplantation in präklinische Mausmodelle mit Netzhautdegeneration etabliert. Mit Hilfe photorezeptorspezifischer iPS-Reporterlinien werden retinale Organoide mit bis zu 60% fluoreszenzmarkierten Photorezeptoren generiert, die für Transplantationsstudien mit FACS angereichert werden. Die aus der Crx-mCherry-iPS-Linie generierten retinalen Organoide enthalten mindestens drei Hauptzelltypen - Photorezeptorvorläufer, Stäbchen und Zapfen - mit wechselnden Anteilen in verschiedenen Entwicklungsstadien. Die Heterogenität dieser reporter-markierten Zellpopulation erfordert somit Expressionsstudien auf Einzelzellebene, um die genaue Zellzusammensetzung von organoid-abgeleiteten Transplantaten unterschiedlichen Alters und ihre Differenzierung und Reifung innerhalb verschiedener Krankheitsumgebungen über die Zeit zu beurteilen. In der Tat überleben menschliche Spenderphotorezeptoren bis zu 9 Monate in Empfängermäusen, exprimieren Photorezeptor-spezifische Marker, kontaktieren Bipolarzellen und interagieren mit der Müller Glia des Rezipienten. Mit zunehmender Zeit nach der Transplantation reifen die humanen Photorezeptoren weiter aus und bilden Ribbon-Synapsen, Mitochondrien-reiche Innen- Segmente und Aussensegmente mit Membran-Scheiben, die sich zum retinalen Pigmentepithel hin orientieren. Die histologische Analyse zeigt jedoch auch deutliche Unterschiede in Bezug auf Struktur und Reifung der Spenderphotorezeptoren nach der Transplantation. Diese korrelieren mit (i) verschiedenen Entwicklungsstadien der Transplantate (Isolation der Spenderphotorezeptoren aus jüngeren vs. älteren Netzhaut-Organoiden), (ii) der Zeit nach Transplantation innerhalb des Empfängers, (iii) dem gewählten Modell der Netzhautdegeneration (mäßige vs. vollständige Degeneration) und (iv) Integration vs. Separation von Transplant-Clustern innerhalb derselben Empfängernetzhaut. Eine Analyse mittels scRNAseq wird daher detaillierte Einblicke in die Charakteristika menschlicher Photorezeptor-Transplantate liefern. Diese Informationen sind essentiell für die Definition und Optimierung verwertbarer Spenderzellpopulationen und eine wesentliche Voraussetzung für erfolgreiche Photorezeptor-Transplantationen sowie Translation in die klinische Anwendung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen