Pourquoi la survie des cellules photoréceptrices n'atteint pas 100 %: mécanismes clés élucidés

Des scientifiques de l'Université de Pennsylvanie, dirigés par Raghavi Sudharsan, ont découvert pourquoi environ 70 % des cellules progénitrices photosensorielles (PRPC) transplantées à partir de cellules souches pluripotentes induites meurent dans les premiers jours suivant la transplantation dans la rétine. Leurs travaux, publiés dans Stem Cell Research & Therapy, indiquent que le stress métabolique des cellules du donneur est le principal responsable de cette perte précoce.

Prérequis

La transplantation de cellules souches rétiniennes pré-rétiniennes (CPRP) est considérée comme une approche prometteuse pour les maladies dégénératives progressives de la rétine (rétinite pigmentaire, dégénérescence maculaire). Cependant, le faible taux de survie des cellules donneuses limite l'efficacité du traitement. Jusqu'à présent, l'accent était mis sur la suppression de la réponse immunitaire, mais même avec une immunosuppression poussée, les pertes restaient catastrophiques.

Conception et méthodes

1. Modèles:

   • Des chiens sains et des chiens modèles de rétinite pigmentaire ont reçu des injections sous-rétiniennes de PRPC marqués par fluorescence.

2. Estimation de la survie:

   • L'angiographie à la fluorescéine et la tomographie par cohérence optique (OCT) ont enregistré le volume de cellules transplantées le premier jour, le 3e et le 7e jour.

3. Transcriptomique unicellulaire (scRNA-seq):

   • Les PRPC ont été isolés des sites rétiniens le jour 3 et l’expression des gènes liés au métabolisme et à l’apoptose a été analysée.

4. Immunohistochimie:

   • Les marqueurs de stress oxydatif (4-HNE), le statut mitochondrial (Tom20) et l'activation microgliale (Iba1) ont été évalués dans la zone de transplantation.

Résultats clés

• Perte cellulaire massive: environ 70 % des PRPC ont disparu au jour 7 dans les rétines saines et dégénératives malgré l'immunosuppression.
• Stress métabolique: le scRNA-seq a révélé une diminution spectaculaire de l'expression des gènes de phosphorylation oxydative (CYCS, COX4I1) et une augmentation de la transcription des marqueurs apoptotiques (BAX, CASP3).
• Dysfonctionnement mitochondrial: l'immunohistochimie a montré une fragmentation et une perte du marquage Tom20 dans les PRPC transplantées, et des niveaux élevés de 4-HNE ont indiqué des dommages oxydatifs.
• Rôle de la microglie: Dans la zone de transplantation, l'activité des cellules microgliales Iba1⁺ a augmenté en réponse à la mort des PRPC, ce qui pourrait exacerber l'inflammation locale et contribuer à de nouvelles pertes.

Implications pour les thérapies cellulaires

Ces résultats changent la donne: pour augmenter la prise de greffe de PRPC, il est nécessaire non seulement de supprimer la réponse immunitaire, mais aussi de soutenir le métabolisme énergétique des cellules donneuses. Interventions possibles:

• « Pré-entraînement métabolique » préliminaire des PRPC dans des conditions de culture normales à la limite du chargement sous-stress pour améliorer leur résilience mitochondriale.
• Cocktails de stabilisateurs mitochondriaux (coenzyme Q₁₀, carnitine) pendant et immédiatement après la transplantation.
• Modulation du microenvironnement rétinien local: apport d'antioxydants ou de protecteurs mitochondriaux dans la zone de transplantation.

Conclusions pratiques et perspectives

• Préconditionnement métabolique: conditionnement des PRPC dans des conditions de stress métabolique léger avant la transplantation pour améliorer leur résilience.
• Livraison d'échafaudages: utilisation de matrices biodégradables qui assurent la transition progressive des cellules donneuses d'un milieu de culture riche vers l'environnement rétinien.
• Soutien nutritionnel: apport d'antioxydants ou de substrats de la respiration mitochondriale en association avec les PRPC.

« Nous avons longtemps lutté uniquement contre la barrière immunitaire, mais il est désormais clair que sans résoudre le problème du choc métabolique, les greffes sont vouées à une mort prématurée », conclut Raghavi Sudharsan.

Ces travaux, soutenus par le National Eye Institute, ouvrent la voie à des thérapies cellulaires plus viables pour restaurer la vision des patients atteints de maladies dégénératives de la rétine.