Induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) haben große Auswirkungen auf Biologie und Medizin und sollen die regenerative Medizin verbessern. Seit 2014 Patienten mit altersbedingter Makuladegeneration eine Schicht retinaler Pigmentepithelzellen transplantiert wurde, die aus iPS-Zellen gewonnen wurden, wurden klinische Studien mit verschiedenen Zelltypen durchgeführt, die aus iPS-Zellen gewonnen wurden.
Während bisher von gesunden Personen stammende iPS-Zellen verwendet wurden, wird erwartet, dass die Transplantationstherapie mit iPS-Zellen in Zukunft durch genetische Veränderung verbessert werden kann.
Daher haben wir diese Möglichkeit untersucht, indem wir als Machbarkeitsnachweis ein Mausmodell mit Fabry-Krankheit verwendet haben. Die Fabry-Krankheit wird durch einen genetischen Mangel an α-Galactosidase A (GLA) verursacht, der zur Akkumulation seiner Substrate wie Globotriaosylceramid (Gb3) und Globotriaosylsphingosin (Lyso-Gb3) führt.
Wir haben zuvor ein manipuliertes Enzym, modifizierte α-N-Acetylgalactosaminidase (mNAGA), entwickelt, um die Fabry-Krankheit zu heilen, indem wir die Substratspezifität von NAGA, einem Paralog von GLA, in die von GLA umwandeln. Da mNAGA die ursprüngliche Antigenität von NAGA beibehält, weist dieses modifizierte Enzym keine immunologische Kreuzreaktivität mit GLA auf, weist jedoch die enzymatische Aktivität von GLA auf.
In dieser Studie, die veröffentlicht wurde in ZelltransplantationWir haben getestet, ob die Transplantation von iPS-Zellen, die mNAGA sezernieren, durch Genomeditierung die GLA-Aktivität in vivo liefern kann.
Zuerst erzeugten wir iPS-Zellen, die mNAGA durch TALEN-vermitteltes Knock-in an der AAVS1-Stelle, einem Safe-Harbor-Locus, sezernierten. Um mögliche immunogene Reaktionen auszuschließen, die durch die endogene GLA von iPS-Zellen bei Patienten verursacht werden, haben wir außerdem das GLA-Gen durch CRISPR-Cas9 gestört. Wenn die Kardiomyozyten und Fibroblasten des Fabry-Modells ohne GLA-Aktivität zusammen mit mNAGA-sekretierenden iPS-Zellen kultiviert wurden, wurde die GLA-Aktivität durch mNAGA-exprimierende Zellen in vitro wiederhergestellt.
Als nächstes transplantierten wir die mNAGA sezernierenden iPS-Zellen in die Hoden von Modellmäusen mit Morbus Fabry. Nach sieben oder acht Wochen war die GLA-Aktivität in der Leber deutlich verbessert, obwohl keine Erholung der Aktivität im Herzen, in der Niere oder im Blutplasma beobachtet wurde. Wir haben auch die Mengen an Gb3 und Lyso-Gb3 in der Leber quantifiziert, es konnte jedoch keine Verringerung der Substrate festgestellt werden.
Aufgrund der begrenzten Menge an mNAGA, die von den transplantierten iPS-Zellen abgesondert wird, war die GLA-Aktivität in der Leber nicht hoch genug, um Gb3 oder Lyso-Gb3 zu reduzieren. In Zukunft könnte es jedoch möglich sein, die Menge an sezerniertem mNAGA durch Genombearbeitung zu erhöhen. Es besteht auch die Möglichkeit, mNAGA direkt an Organe und Gewebe abzugeben, die die GLA-Aktivität benötigen. Beispielsweise führt die Transplantation einer Kardiomyozytenschicht, die aus iPS-Zellen stammt, die mNAGA sezernieren, mNAGA direkt zum Herzen. Darüber hinaus konzentrierte sich diese Studie auf die Fabry-Krankheit, die gleiche Strategie kann jedoch auch auf andere Krankheiten angewendet werden.
Diese Studie demonstrierte das Potenzial der Zelltherapie mithilfe genomeditierter iPS-Zellen, die therapeutische Moleküle sezernieren. Diese genomeditierten iPS-Zellen könnten nicht nur als Ressource für Zelltransplantationen, sondern auch als Medikamentenverabreichungssystem dienen.
Mehr Informationen:
Ittetsu Nakajima et al., In-vivo-Lieferung therapeutischer Moleküle durch Transplantation genomeditierter induzierter pluripotenter Stammzellen, Zelltransplantation (2023). DOI: 10.1177/09636897231173734
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