TIETEESSÄ | katsaus
Silmän kantasoluhoidot kehittyvät
• Silmä on erinomainen kohde kantasoluhoidoille.
• Sarveiskalvon hoidoissa pisimmällä ollaan pintaepiteelin uusiutumiseen liittyvissä kantasoluhoidoissa.
• Kliinisiin tutkimuksiin on edetty kantasolupohjaisilla verkkokalvon pigmenttiepiteelin solusiirteillä sekä sikiöperäisillä verkkokalvon esisoluilla.
• Kantasoluhoitojen lisäksi erilaisia kantasoluista erilaistettuja silmän solutyyppejä hyödynnetään yhä enemmän myös yksilöllisissä sairausmalleissa, uusien lääkkeiden kehittämisessä sekä uusien hoito
menetelmien ensivaiheen testaamisessa.
Heli Skottman FT, professori
Tampereen yliopisto, lääketieteen ja terveysteknologian tiedekunta
Kudosperäisten kantasolujen saatavuus on ongelma.
kirjalliSuutta
1 World Health Organization (WHO) 2020. Blindness and vision impairment 2020. 2.2.2021.
https://www.who.int/newsroom/
factsheets/detail/blindnessand
visualimpairment.
2 Trounson A, McDonald C. Stem cell therapies in clinical trials:
progress and challenges. Cell Stem Cell 2015;17:11–22.
3 Kamenova K, Caulfield T. Stem cell hype: Media portrayal of therapy translation. Sci Transl Med 2015;7:278ps4. doi: 10.1126/
scitranslmed.3010496 4 Bobba S, Di Girolamo N, Munsie M
ym. The current state of stem cell therapy for ocular disease. Exp Eye Res 2018;177:65–75.
5 Takahashi K, Tanabe K, Ohnuki M ym. Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell 2007;107:861–72.
6 Wilmut I, Leslie S, Martin NG ym.
Development of a global network of induced pluripotent stem cell haplobanks. Regen Med 2015;10:235–8.
7 Sullivan S, Fairchild PJ, Marsh SGE ym. Haplobanking induced pluripotent stem cells for clinical use. Stem Cell Res
2020;49:102035.
Yleisimpiä näkövammaisuutta aiheuttavia ongelmia ovat mm. verkkokalvon ikärappeuma, glaukooma ja diabeettinen retinopatia (1).
Kudosteknologia ja kantasolusiirrot tarjoavat silmäsairauksien hoitoon uusia hoitomahdolli- suuksia. Erityisenä tutkimuksen kohteena ovat sairaudet ja vammat, joihin ei tällä hetkellä ole toimivaa hoitoa tai joissa tarvitaan kudoksen uusiutumista näkökyvyn palauttamiseksi.
Kantasolupohjaisia hoitoja on tutkittu intensii- visesti, ja tutkimustulosten ansiosta näillä hoi- doilla uskotaan olevan huomattava merkitys tule- vaisuuden silmäsairauksien hoidossa (2), siitäkin huolimatta, että kantasolututkimus on edennyt hitaammin kuin alun perin ehkä ajateltiin (3).
Silmä on ihanteellinen kohde kantasoluhoi- doille muihin elimiin verrattuna. Sen etuja ovat mm. tarvittavien solujen vähäinen määrä, mah- dollisuus siirteiden tarkkaan kohdentamiseen tietylle alueelle kehittyneiden kuvantamis- ja leikkaustekniikoiden ansiosta sekä kuvantamis- menetelmien mahdollistama kajoamaton pitkä- aikaisseuranta. Lisäksi silmän verisuonettomat kudokset ja luonnolliset rakenteelliset esteet eh- käisevät siirrettävien solujen vaeltamista muu- alle elimistöön. Lähtökohtaisesti silmän kudok- set ovat myös immuunijärjestelmän ulkopuolel- la, joskin eräiden sairauksien ja vammojen hoi- dossa hyljintäreaktiot ovat mahdollisia, kunnes silmän omat suojaavat rakenteet ovat palautu- neet onnistuneen hoidon ansiosta.
Mahdollisuuksia ja haasteita
Meneillään on jo useita satoja kliinisiä tutki- muksia kantasoluilla eri sairauksien hoidossa,
ja erityisesti hematopoieettisia sekä aikuisen mesenkymaalisia kantasoluja on käytetty kliini- sissä hoidoissa jo vuosikymmeniä (2). Myös sil- mäsairauksien tutkimuksissa ja hoitokokeissa on hyödynnetty laajasti eri lähteistä saatavia soluja, kuten kudosspesifisiä primaarisoluja (esim. sarveiskalvon limbaaliset kantasolut), luuytimen ja rasvan mesenkymaalisia soluja (esim. sarveiskalvon strooma-osan vammojen hoidossa) sekä ihmisen monikykyisiä, pluri- potentteja kantasoluja (esim. verkkokalvon ikä- rappeuman hoidossa) (4).
Erityisesti ihmisen pluripotenttien kantasolu- jen (human pluripotent stem cell, hPSC) hyö- dyntämiseen kohdistuu suuria odotuksia, var- sinkin indusoituihin hPSC-soluihin (induced pluripotent stem cell, iPSC). iPSC-solut ovat ku- dossoluista ohjelmoituja kantasoluja, joilla on kyky erilaistua miksi tahansa elimistön soluksi (5). Niiden käyttöön ei juuri liity eettisiä ongel- mia, kuten ihmisen alkioperäisiin kantasolui- hin (human embryonic stem cell, hESC), eikä periaatteessa myöskään hyljintäongelmia, mi- käli potilaalle tuotettaisiin räätälöidysti hänen omia iPSC-solujaan ja niistä erilaistettuja hoi- toon tarvittavia spesifisiä kudossoluja.
Nykyään kuitenkin ajatellaan, että tällaiset räätälöidyt hoidot ainakin nykyteknologialla ovat kustannusrakenteeltaan kestämätön vaih- toehto ja vain harva voisi niistä hyötyä. Sen sijaan maailmalla tehdään paljon yhteistyötä kudosyhteensopivien (esim. HLA-tyypitettyjen) iPSC-kantasolupankkien perustamiseksi. Tämä mahdollistaisi kudosyhteensopivien hoitojen räätälöinnin potilaille. Kantasolupankit toisivat merkittävää lisäetua myös hoitovalmisteiden laadunvarmennukseen ja tuotteiden turvalli- suuteen, puhumattakaan merkittävistä kustan- nuseduista (6,7).
teema
Silmätaudit
8 Lee AS, Tang C, Rao MS, Weissman IL, Wu JC. Tumorige
nicity as a clinical hurdle for pluripotent stem cell therapies Nature Med 2013;19:998–1004.
9 Daley GQ. The promise and perils of stem cell therapeutics.
Cell Stem Cell 2012;10:740–9.
10 Dua HS, AzuaraBlanco A. Limbal stem cells of the corneal epithelium. Surv Ophthalmol 2000;44:415–25.
11 Shortt AJ, Secker GA, Munro PM, Khaw PT, Tuft SJ, Daniels JT.
Characterization of the limbal epithelial stem cell niche: novel imaging techniques permit in vivo observation and targeted biopsy of limbal epithelial stem cells.
Stem Cells 2007;25:1402–9.
12 Bobba S, Di Girolamo N, Mills R ym. Nature and incidence of severe limbal stem cell deficiency in Australia and New Zealand. Clin Exp Ophthalmol 2016;45:174–81.
Koska hPSC-soluilla on kyky erilaistua ihmi- sen kaikiksi eri solutyypeiksi, niihin liittyy myös huoli turvallisuusongelmista, mikäli käy- tettävä solusiirre sisältäisi erilaistumattomia, potentiaalisesti tuumorigeenisiä hPSC-soluja (8). Tutkimushaasteena on usein myös hPSC- solujen erilaistusmenetelmien heikko tehok- kuus, jonka vuoksi spesifisesti vain tietyntyyp- pisiä soluja ei saada tuotetuksi riittävissä mää- rin. Soluviljelymenetelmiä on kehitetty paljon viljelmissä syntyvien potentiaalisesti onkogee- nisten mutaatioiden syntymisen ehkäisemisek- si (2).
Jos hoidoissa käytetään allogeenisia soluläh- teitä, luovuttajilta on tutkittava tarkkaan mm.
patogeenit. Lisäksi näihin soluihin liittyy hyljin- täriski, mikäli täysin kudosyhteensopivaa kanta-
soluvalmistetta ei voida potilaalle tarjota (9).
Sekä autologisten että allogeenisten kudos- peräisten kantasolujen saatavuus on ongelma, eikä varsinkaan silmäspesifisiä soluja välttämät- tä saada riittäviä määriä.
Sarveiskalvon kantasoluhoidot
Sarveiskalvon kantasoluhoitoja on tehty jo vuo- sia epiteelin uusiutumisesta vastaavilla limbaa- lisen alueen kantasoluilla (LSCs), jotka ihmisel- lä sijaitsevat nykytietämyksen mukaan sarveis- kalvon ja kovakalvon raja-alueen eli limbuksen kryptissa (Vogtin palisadit) (kuva 1A ja B) (10,11). Näiden kantasolujen puutos, esimer- kiksi kemiallisen vamman aiheuttama, voidaan hoitaa joko allogeenisilla, yleensä lähisukulais- luovuttajalta saatavilla tai autologisilla, potilaan
13 Rama P, Matuska S, Paganoni G, Spinelli A, De Luca M, Pellegrini G.
Limbal stemcell therapy and longterm corneal regeneration.
N Engl J Med 2010;363:147–55.
14 Pellegrini G, Ardigò D, Milazzo G ym. Navigating market authoriza
tion: the path holoclar took to become the first stem cell product approved in the European Union. Stem Cells Transl Med 2018;7:146–54.
15 Holland EJ. Management of limbal stem cell deficiency: a historical perspective, past, present, and future. Cornea 2015;34(10):9–15.
16 Figueiredo FC, Glanville JM, Arber M ym. A systematic review of cellular therapies for the treatment of limbal stem cell deficiency affecting one or both eyes. Ocular Surface 2021;20:48–61.
17 Mikhailova A, Ilmarinen T, Uusitalo H, Skottman H. Smallmolecule induction promotes corneal epithelial cell differentiation from human induced pluripotent stem cells. Stem Cell Reports 2014;2:219–31.
18 Vattulainen M, Ilmarinen T, Koivusalo L, Viiri K, Hongisto H, Skottman H. Modulation of Wnt/
BMP pathways during corneal differentiation of hPSC maintains ABCG2positive LSC population that demonstrates increased regenerative potential. Stem Cell Res Ther 2019;10:236.
19 Cyranoski D. Woman is first to receive cornea made from
‘reprogrammed’ stem cells.
Nature, verkossa ensin 2.8.2019.
doi: 10.1038/d41586019025972 20 Harkin DG, Foyn L, Bray LJ,
Sutherland AJ, Li FJ, Cronin BG.
Concise reviews: can mesenchy
mal stromal cells differentiate into corneal cells? A systematic review of published data. Stem Cells 2015;33:785–91.
21 Basu S, Hertsenberg AJ, Funderburgh ML ym. Human limbal biopsyderived stromal stem cells prevent corneal scarring. Sci Transl Med 2014;6:266ra172.
22 Branch MJ, Hashmani K, Dhillon P, Jones DRE, Dua HS, Hopkinson A.
Mesenchymal stem cells in the human corneal limbal stroma.
Investig Ophthalmol Vis Sci 2012;53:5109–16.
23 AlJaibaji O, Swioklo S, Connon CJ.
Mesenchymal stromal cells for ocular surface repair. Expert Opin Biol Ther 2019;19:643–53.
24 McCabe KL, Kunzevitzky NJ, Chiswell BP, Xia X, Goldberg JL, Lanza R. Efficient generation of human embryonic stem cellderived corneal endothelial cells by directed differentiation.
PLoS One 2015;10(12):1–24.
25 Wagoner MD, Bohrer LR, Aldrich BT ym. Feederfree differentiation of cells exhibiting characteristics of corneal endothelium from human induced pluripotent stem cells. Biol Open
2018;7(5):bio032102.
KUVA 1.
Silmän kantasoluhoidot
A) Sarveiskalvon reunan limbaalinen alue. B) Tämänhetkisen tietämyksen mukaan ihmisen limbaaliset kantasolut sijaitsevat limbuksen alueen kryptissa. C) Leikkaustekniikka, jossa verkkokalvon pigmenttiepiteelisolut siirretään solumattona biomateriaalirakenteen avulla verkkokalvon alle. D) Näköhermo on myös yksi aktiivisen kantasolututkimuksen kohteista.
Kuva: Meri Vattulainen ja Tanja Ilmarinen
A B
C
D
terveestä silmästä biopsialla saatavilla limbaali- silla kantasoluilla. Suurin osa potilaista kuiten- kin kärsii kummankin silmän vammasta, jol- loin autologisia soluja ei ole käytettävissä (12).
Allogeenisten siirteiden ongelmana ovat olleet hyljintäreaktiot, ja hoitotulokset autologi- sillakin siirteillä ovat olleet hyvin vaihtelevia, vaikkakin potilaat tarkkaan valikoiden on par- haimmillaan päästy yli 70 %:n onnistumiseen (13). Yli 30 vuoden tutkimuksen pohjalta auto- logisiin soluihin perustuva menetelmä on saa- nut Euroopan lääkeviraston Eman hyväksynnän kemiallisten vammojen hoidossa, ja mielen- kiintoista kyllä, hyväksyntä pohjautui retrospek- tiivisiin kliinisiin tutkimuksiin (14). Systemaat- tista tulosten vertailua vaikeuttaa se, että hoito- jen toteutuksissa on käytetty eri seuranta-aikoja, eri menetelmiä eristettyjen solujen viljelyssä ennen transplantaatiota, eri biomateriaaleja solujen siirron apuna (esim. amnionkalvoa) ja vaihtelevasti hyljinnänestolääkitystä (15,16).
Tutkimusryhmämme on kehittänyt menetel- miä limbaalisten kantasolujen erilaistamiseksi ihmisen pluripotenteista kantasoluista (17,18),
ja olemme tekemässä viranomaisvaatimusten mukaisia prekliinisiä turvallisuus- ja tehok- kuustutkimuksia solujen hyödyntämiseksi lim- baalisen kantasoluvamman hoidossa. Japanissa on tehty vuonna 2019 ensimmäinen kliininen hoitokoe indusoiduista iPSC-soluista erilaiste- tuilla sarveiskalvon epiteelisoluilla (19), mutta toistaiseksi tuloksia ei ole julkaistu.
Maailmanlaajuinen puute kuolleiden luovut- tajien sarveiskalvosiirteistä on edistänyt merkit- tävästi myös kantasoluhoitojen kehittämistä strooma-alueen vaurioihin sekä endoteelisolu- jen ongelmiin (20). Eri lähteistä saatuja mesen- kymaalisia kantasoluja on tutkittu paljon sar- veiskalvon stroomavaurioiden hoidossa myös kokeellisissa kliinisissä tutkimuksissa (21,22).
Tulokset ovat kuitenkin olleet vaihtelevia, ja mesenkymaalisten kantasolujen vaikutusmeka- nismi on pitkälti vielä selvittämättä (23). Lupaa- vina pidetään myös tekniikoita, joilla pluripo- tentteja kantasoluja erilaistetaan sarveiskalvon endoteelisoluiksi (24–26). Tutkimus näillä soluilla on kuitenkin vasta hyvin varhaisessa vaiheessa.
Yksittäisten solusiirteiden lisäksi yhtenä esi- merkkinä tulevaisuuden kudosteknologisista siirteistä ovat tekniikat, joilla tähdätään koko- naisen sarveiskalvon rakentamiseen yhdistä- mällä kantasoluista erilaistetut sarveiskalvon epiteeli-, strooma- ja endoteelisolut toiminnalli- seksi kudokseksi biomusteiden avulla. Tämä voi olla tulevaisuudessa hyvinkin mahdollista, sillä olemme alustavissa tutkimuksissamme tuottaneet laseravusteisen 3D-biotulostusmene- telmän avulla sarveiskalvon strooma- ja epiteeli- kudoksen, joka muistuttaa rakenteeltaan ihmi- sen sarveiskalvon ylempiä osia (27). Pitkäjän- teistä tutkimusta luonnollisesti tarvitaan vielä tekniikan kehittämiseksi tällaisten kudossiirtei- den valmistukseen.
Verkkokalvon kantasoluhoidot
Kliinisiä faasien I ja II kokeita on meneillään sekä verkkokalvon pigmenttiepiteelisolujen (retinal pigment epithelial cells, RPE) että neuraa- lisen verkkokalvon solusiirroista (taulukko 1).
Verkkokalvon pigmenttiepiteelisolusiirteet Kantasolupohjaisia hoitoja verkkokalvon sai- rauksiin on tutkittu jo kymmeniä vuosia. Koh- teena ovat olleet sekä verkkokalvon ikärappeu- ma sekä monet perinnölliset verkkokalvosai-
Sarveiskalvon kantasoluhoitoja on tehty jo vuosia.
26 Grönroos P, Ilmarinen T, Skottman H. Directed differentiation of human pluripotent stem cells towards corneal endothelial like cells under defined conditions.
Cells 2021;10:331.
TAULUKKO 1.
esimerkkejä meneillään olevista kantasoluihin perustuvista kliinisistä kokeista verkkokalvosairauksien hoitamiseksi
hESCRPE = ihmisen alkioperäisistä kantasoluista erilaistetut verkkokalvon pigmenttiepiteelisolut, hiPSCRPE = ihmisen indusoiduista kantasoluista erilaistetut verkkokalvon pigmenttiepiteelisolut
Kohde sairaus Faasi Solutyyppi Viite
Verkkokalvon ikärappeuma,
Stargardtin tauti I/II hESCRPE (allogeeninen) liuosinjektiona
(subretinaalinen injektio) 30
Verkkokalvon ikärappeuma I/II hiPSCRPE (autologinen) ilman biomateriaalia
(subretinaalinen leikkaus) 31
Verkkokalvon ikärappeuma I hESCRPE (allogeeninen) polyesterikalvon kanssa (subretinaalinen leikkaus) 34 Verkkokalvon ikärappeuma I/IIa hESCRPE (allogeeninen) paryleenikalvon
kanssa (subretinaalinen leikkaus) 37 Verkkokalvorappeuma Prekliini
nen I/II aloitettu
hESCRPE (allogeeninen) amnionkalvon kanssa
(subretinaalinen leikkaus) 38 Ei
julkaistuja tuloksia Verkkokalvorappeuma I Luuytimen mesenkymaaliset stroomasolut
(autologinen) 41
Verkkokalvorappeuma I/IIa Sikiöperäiset verkkokalvon progenitorisolut (allogeeninen) (subretinaalinen injektio) 44
27 Sorkio A, Koch L, Koivusalo L ym.
Human stem cell based corneal tissue mimicking structures using laserassisted 3D bioprinting and functional bioinks. Biomaterials 2018;171:57–71.
28 da Cruz L, Chen FK, Ahmado A, Greenwood J, Coffey P. RPE transplantation and its role in retinal disease. Prog Retin Eye Res 2007;26:598–635.
29 Liu Z, Parikh BH, Tan QSW ym.
Surgical transplantation of human RPE stem cellderived RPE monolayers into nonhuman primates with immunosuppressi
on. Stem Cell Reports 2021;30:S22136711(20)305026.
30 Schwartz SD, Regillo CD, Lam BL ym. Human embryonic stem cellderived retinal pigment epithelium in patients with agerelated macular degeneration and Stargardt’s macular dystrophy: Followup of two open
label phase 1/2 studies. Lancet 2015;385:509–16.
raudet, kuten retinitis pigmentosa ja Stargard- tin tauti.
Pisimmälle ovat edenneet tutkimukset ja klii- niset kokeet verkkokalvon pigmenttiepiteeli- solujen (RPE) siirroista. Tämä johtuu näiden solujen verrattain tärkeästä roolista verkkokal- von hyvinvoinnille, ennen kuin varsinainen verkkokalvon degeneraatio on useissa sairauk- sissa edes havaittavissa, ja toisaalta RPE-solu- kerroksen yksinkertaisesta epiteelirakenteesta.
Ensimmäiset allogeeniset primaariset RPE- solusiirrot verkkokalvon ikärappeumapotilaille tehtiin jo 1990-luvulla, joskaan tulokset eivät olleet merkittäviä ja erityisesti allogeenisten solujen hyljintään liittyi ongelmia. Sittemmin on saavutettu parempia hoitovasteita, kun peri- feerisen verkkokalvon alueelta on siirretty RPE- soluja tarkan näkemisen alueelle (28). Tutki- musta on tehty paljon eläinmalleilla hyödyntäen allogeenisia primaari-RPE-solulähteitä. Pisim- mällä ovat kokeet kuolleiden luovuttajien RPE- soluilla, joiden turvallisuutta ja tehokkuutta on tutkittu mm. kädellisillä (29). FDA on hiljattain myöntänyt luvat näiden solujen ensimmäisiin kliinisiin hoitokokeisiin Yhdysvalloissa.
Vaikka useita kantasolulähteitä on tutkittu myös verkkokalvosairauksien hoidossa, suurin odotusarvo liittyy ihmisen pluripotentteihin hPSC-soluihin ja niiden erilaistumiskykyyn sekä RPE-soluiksi että verkkokalvon eri hermo- soluiksi, kuten aistinsoluiksi. Kymmenissä tut- kimuksissa on tutkittu eläinmalleilla näistä kantasoluista erilaistettujen RPE-solujen tehok- kuutta ja turvallisuutta siirteenä, ja tutkimukset johtivat vuonna 2015 ensimmäisiin kliinisiin hoitokokeisiin (30). Näissä kokeissa RPE-solut erilaistettiin alkioperäisistä kantasoluista, mutta sittemmin kliiniset kokeet ovat laajentuneet myös iPSC-soluihin pohjautuviin RPE-soluihin (31). Hoitokokeet autologisilla iPSC-pohjaisilla RPE-soluilla lopetettiin kuitenkin Japanissa tur- vallisuusriskien vuoksi, sillä pian aloituksen jäl- keen yhden potilaan erilaistetuissa soluissa todennettiin iPSC-ohjelmoinnin aiheuttamia geneettisiä muutoksia (32). Sittemmin kliinisiä kokeita on jatkettu ja uusia kokeita on suunnit-
teilla allogeenisilla iPSC-solupohjaisilla RPE- soluilla.
RPE-solusiirroissa solut on vietävä verkkokal- von alle subretinaaliseen tilaan, mikä on leik- kausteknisesti haasteellista. Mahdollisia siirto- menetelmiä on kaksi, joista ensimmäisessä solut voidaan injisoida suspensiona verkkokal- von alle toivoen, että ne muodostavat itsestään epiteelirakenteen. Prekliinisissä kokeissa on kuitenkin huomattu, että injektiolla siirrettävät solut eivät välttämättä kiinnity kohdekudokseen kunnolla eivätkä täten muodosta alueelle tiuk- kaa RPE-epiteeliä.
Toisessa, invasiivisemmassa vaihtoehdossa RPE-solut siirretään valmiina epiteelinä eli solumattona (kuva 1C), ja eläinmalleissa solu- jen toiminnalliselle kiinnittymiselle kohdeku- doksessa on osoitettu olevan tällöin paremmat mahdollisuudet (33). Tässä siirtomenetelmässä solumaton alle tarvitaan tueksi joko toiminnalli- nen silmänpohjan Bruchin kalvoa muistuttava biomateriaali (34) tai solujen omaa soluväliaine- tuotantoa on pyritty käyttämään hyväksi in vitro epiteelin muodostuksessa ennen siirtoa (35).
Leikkausteknisesti tämä menetelmä on haasta- vampi erityisesti makulan alueella, ja tekniikoi- ta on kehitetty paljon (36). Prekliinistä tutki- musta on tehty paljon myös erilaisten biomate- riaalien kehittämiseksi tähän tarkoitukseen, ja kaksi synteettistä materiaalia (paryleeni- ja poly- esteripohjainen kalvo) on edennyt kliinisiin ko- keisiin (34,37). Kokeita on tehty myös siirtämäl- lä solut amnionkalvon päällä (38), mutta näistä ei ole vielä julkaistu tuloksia.
Ehkä lupaavimmat tulokset liittyvät Britan- niassa tehtyihin faasin I kokeisiin, jossa kaksi kosteaa ikärappeumaa sairastavaa potilasta sai hPSC-soluista erilaistettuja RPE-soluja synteet- tisen biomateriaalin päällä. Tutkijat raportoivat näkövasteen parantuneen molemmilla potilailla 12 kuukauden seurantajakson jälkeen ilman merkittäviä haittavaikutuksia (34).
Neuraalisen verkkokalvon solusiirteet
RPE-solujen siirto ei auta siinä vaiheessa, kun aistinsolut ovat kuolleet esimerkiksi pitkälle edenneen ikärappeuman vuoksi. Tällaisessa tapauksessa ainoastaan uusien aistinsolujen siirtäminen voisi palauttaa näkökyvyn, edellyt- täen että muu neuraalinen verkkokalvo ja näkö- hermo (kuva 1D) eivät ole vielä degeneroitu- neet.
31 Mandai M, Watanabe A, Kurimoto Y ym. Autologous induced stemcell–derived retinal cells for macular degeneration. N Engl J Med 2017;376:1038–46.
32 Scudellari M. A decade of: iPS Cells. Nature 2016;534:310–2.
33 Diniz B, Thomas P, Thomas B ym.
Subretinal implantation of retinal pigment epithelial cells derived from human embryonic stem cells: improved survival when implanted as a monolayer. Invest Ophthalmol Vis Sci
2013;54:5087–96.
34 da Cruz L, Fynes K, Georgiadis O ym. Phase 1 clinical study of an embryonic stem cellderived retinal pigment epithelium patch in agerelated macular degeneration.
Nat Biotechnol 2018;36:328–37.
35 Kamao H, Mandai M, Ohashi W ym.
Evaluation of the surgical device and procedure for extracellular matrix–scaffold–supported human iPSCderived retinal pigment epithelium cell sheet transplantati
on. Investig Ophthalmol Vis Sci 2017;58:211–20.
36 Tan GSW, Liu Z, Ilmarinen T ym.
Hints for gentle submacular injection in nonhuman primates based on intraoperative OCT guidance. Transl Vis Sci Technol 2021;10:10.
Pisimmälle ovat edenneet tutkimukset verkkokalvon pigmenttiepiteelisolujen siirroista.
37 Kashani AH, Uang J, Mert M ym.
Surgical method for implantation of a biosynthetic retinal pigment epithelium monolayer for geographic atrophy: experience from a phase 1/2a study.
Ophthalmol Retina 2020;4:264–
38 Ben M’Barek K, Bertin S, 73.
Brazhnikova E ym. Clinicalgrade production and safe delivery of human ESC derived RPE sheets in primates and rodents. Biomateri
als 2020;230:119603.
39 BarneaCramer AO, Wang W, Lu S ym. Function of human pluripo
tent stem cellderived photore
ceptor progenitors in blind mice.
Science 2016;6:1–15.
40 Luo J, Baranov P, Patel S ym.
Human retinal progenitor cell transplantation preserves vision.
J Biol Chem 2014;289:6362–71.
41 Tuekprakhon A, Sangkitporn S, Trinavarat A ym. Intravitreal autologous mesenchymal stem cell transplantation: a non
randomized phase I clinical trial in patients with retinitis pigmento
sa. Stem Cell Res Ther 2021;12:52.
Tutkimusta aistinsolujen erilaistamiseksi hPSC-soluista on tehty paljon, ja kokeellisia solutransplantaatioita on tehty usealla eläinmal- lilla (4). Tulokset ovat olleet varsin lupaavia esi- merkiksi hiirimallilla (39). Usein terapeuttinen mekanismi on kuitenkin jäänyt näissä tutki- muksissa epäselväksi, ja kokeiden perusteella on spekuloitu, että siirrettävillä soluilla voi ennemminkin olla positiivinen parakriininen vaikutus, joka aktivoi verkkokalvon omia soluja uusiutumaan, kuin että siirrettävät solut sellai- sinaan olisivat erilaistuneet ja kiinnittyneet toi- minnalliseksi verkkokalvon soluiksi (40).
Solusiirtojen mahdollista parakriinista vaiku- tusta verkkokalvolle on tutkittu myös kliinisesti siirtämällä potilaille luuytimen mesenkymaali- sia kantasoluja (41). Vaikutusmekanismiksi on esitetty solujen erinomaista kykyä erittää erilai- sia kasvutekijöitä tai näiden solujen immuuni- järjestelmää moduloivaa vaikutusta. Näissä solusiirroissa hoitovaste on kuitenkin ollut var- sin lyhytaikainen (41) ja haittavaikutuksina on raportoitu mm. kaihin kehittyminen ja joissa- kin tapauksissa myös verkkokalvon irtoaminen (42). Täten on selvää, että prekliinistä tutkimus- ta olisi syytä jatkaa, ennen kuin näillä soluilla tehdään kliinisiä hoitokokeita.
Kun hoitovasteen ajatellaan muodostuvan siirrettävien solujen erilaistumisesta kohdeku- doksen toiminnallisiksi soluiksi, erityisenä haasteena nähdään verkkokalvosiirteissä siirret- tävien aistinsolujen oikea orientaatio ja yhteyk- sien muodostuminen muiden verkkokalvon hermosolujen kanssa. Onkin arvioitu, että useamman solutyypin yhtäaikainen siirto (esim. aistinsolujen esiasteet eli ns. progenitori- solut ja RPE-solut) voisi johtaa parempaan lop- putulokseen (43). Pisimmälle tutkimuksissa on päästy sikiöperäisillä verkkokalvon progenitori- soluilla, ja ensimmäiset kliiniset hoitokokeet niillä ovat myös alkaneet (44).
Verkkokalvo, jossa on yli 55 erilaista solutyyp- piä, on hyvin haasteellinen kudos, ja vain osaa solutyypeistä on onnistettu erilaistamaan kanta- soluista. Tutkimuksissa on kuitenkin edistytty merkittävästi, kun opittiin erilaistamaan kanta- soluista ns. verkkokalvo-organoideja. Niissä eri-
42 Satarian L, Nourinia R, Safi S ym.
Intravitreal injection of bone marrow mesenchymal stem cells in patients with advanced retinitis pigmentosa; A safety study.
J Ophthalmic Vis Res 2017;12:58–
43 Zhu D, Deng X, Spee C ym. 64.
Polarized secretion of PEDF from human embryonic stem cellderived RPE promotes retinal progenitor cell survival. Investig Ophthalmol Vis Sci 2011;52:1573–
44 Reneuron. Phase I/IIa clinical trial 85.
in retinitis pigmentosa. 2.2.2021.
http://www.reneuron.com/
clinicaltrials/phaseiiiclinical
trialinretinitispigmentosa/
45 Tu HY, Watanabe T, Shirai H ym.
Medium to longterm survival and functional examination of human iPSCderived retinas in rat and primate models of retinal degeneration. EBioMedicine 2019;39:562–74.
46 Singh RK, Nasonkin IO. Limitations and promise of retinal tissue from human pluripotent stem cells for developing therapies of blindness.
Front Cell Neurosci 2020;14:179.
47 Kador KE, Montero RB, Venugopa
lan P ym. Tissue engineering the retinal ganglion cell nerve fiber layer. Biomaterials 2013;34:4242–
50.
tyyppiset verkkokalvon solut erilaistuvat spon- taanisti ja järjestyvät luontaisesti rakenteiksi, jotka muistuttavat toiminnallista verkkokalvoa.
Tutkimus näitä organoideja käyttäen on pisimmillään prekliinisessä vaiheissa, ja toi- minnallista näkövastetta on saatu aikaan eläin- malleissa (45). Tulevaisuuden mahdollisuutena on jopa väläytelty ratkaisua, jossa siirrettävä or- ganoidina erilaistettu verkkokalvo toimisi siir- teenä kuten jo nyt kliinisessä käytössä olevat elektroniset sirut muodostamalla toiminnalli- sen yhteyden verkkokalvon gangliosolujen kanssa (46). Tutkijoilla on kuitenkin vielä pal- jon haasteita, ennen kuin tämä visio voitaisiin saavuttaa.
Lisäksi näköhermon vaurioituminen voi tapahtua sairauden tai vamman seurauksena, jolloin edes neuraalisen verkkokalvon uusiutu- minen ei riitä. Esimerkiksi glaukoomalle on tyypillistä gangliosoluaksonien vaurioituminen näköhermon pään tasolla. Niinpä näköhermon kantasolusiirtoja on tutkittu aktiivisesti, ja tutki- muksissa on osoitettu eläinmalleilla, että kanta- soluista erilaistettuja gangliosoluja voidaan siir- tää ja ne näyttävät kiinnittyvän näköhermoon ja muodostavan toiminnallisia liitoksia (47,48).
Korvattaessa vaurioitunutta näköhermoa solujen tulisi kuitenkin pystyä luomaan uudelleen mene- tetyt yhteydet verkkokalvon sisempien solujen ja talamuksen ulomman polvitumakkeessa olevien solujen kanssa näkövasteen aikaansaamiseksi, joten mittava määrä tutkimusta tarvitaan vielä tähän tavoitteeseen pääsemiseksi.
Kantasolut silmäsairauksien tutkimuksissa Erityisesti iPSC-solujen ansiosta silmätautien mekanismien tutkimus on edennyt merkittä- västi. Aiheesta on hiljattain julkaistu kattava katsausartikkeli, jossa kuvataan monipuolisesti kantasolujen hyödyntämismahdollisuuksista sairausmekanismien tutkimuksessa, lääkekehi- tyksessä ja uusien hoitomenetelmien prekliini- sessä testauksessa (49).
Yhtenä esimerkkinä voidaan mainita kanta- solujen laaja hyödyntäminen korioideremian tutkimuksessa, joissa tautia sairastavien potilai- den iPSC-soluja on hyödynnetty prekliinisessä tutkimuksessa hyvän eläinmallin puuttuessa.
Näiden solumallien avulla on mm. testattu gee- nihoitojen periaatteellinen toimivuus osoitta- malla, että virusgeenivektorin avulla perinnöl- listä REP1-geenin mutaatiota kantavissa soluis-
Silmätautien mekanismien tutkimus on edennyt merkittävästi.
48 SánchezMigallón MC, Valiente
Soriano FJ, SalinasNavarro M ym.
Nerve fibre layer degeneration and retinal ganglion cell loss long term after optic nerve crush or transection in adult mice. Exp Eye Res 2018;170:40–50.
49 Foltz LP, Clegg DO. Patientderived induced pluripotent stem cells for modelling genetic retinal dystrophies. Prog Retin Eye Res 2019;68:54–66.
50 Cereso N, Pequignot MO, Robert L ym. Proof of concept for AAV2/5mediated gene therapy in iPSCderived retinal pigment epithelium of a choroideremia patient. Mol Ther Methods Clin Dev 2014;1:14011.
51 Duong TT, Vasireddy V, Ramachan
dran P ym. Use of induced pluripo
tent stem cell models to probe the pathogenesis of Choroidere
mia and to develop a potential treatment. Stem Cell Res 2018;27:140–50.
SidonnaiSuudet
Heli Skottman: Tutkimusrahoitus Tampereen yliopistolle (Suomen Akatemia, Sigrid Juseliuksen säätiö, Jane ja Aatos Erkon säätiö, Business Finland).
52 Russell S, Bennett J, Wellman JA ym. Efficacy and safety of voretigene neparvovec (AAV2
hRPE65v2) in patients with RPE65mediated inherited retinal dystrophy: a randomised, controlled, openlabel, phase 3 trial. Lancet 2017;390:849–60.
53 Duong TT, Vasireddy V, Ramachan
dran P ym. Use of induced pluripo
tent stem cell models to probe the pathogenesis of Choroidere
mia and to develop a potential treatment. Stem Cell Res 2018;27:140–50.
sa REP1-entsyymin toiminta voitiin palauttaa (50,51). Ensimmäiset kliiniset geenihoidot kori- oideremiaan on jo aloitettu, samoin kuin hoidot REP65-mutaation kantajille (52,53).
Kantasoluteknologia tarjoaa siis selvän hyö- dyn tutkittaessa silmäsairauksien yksilöllistä patogeneesiä ja kehitettäessä uusia ratkaisuja silmäsairauksien hoitoon.
Lopuksi
Kantasolujen käyttö silmäsairauksien tutkimuk- sessa sekä kantasoluhoitojen kehitystyö ovat edenneet viime vuosina huimasti. Lähivuosina
nähdään, missä laajuudessa kantasoluja voi- daan hyödyntää suoraan soluhoitoina ja missä määrin niitä voidaan hyödyntää sairauksien tut- kimuksissa ja uusien lääkinnällisten tai esimer- kiksi geenihoitojen prekliinisessä tutkimukses- sa. Silmätutkimus ja silmä toimivat esimerkki- nä ja suunnannäyttäjänä myös muiden kudos- ten kantasoluhoidoille. ●
EnglISh Summary
| www.laakarilehti.fi/english
Stem cell treatments of eye diseasesTHÉA NORDIC SUOMI • WÄRTSILÄNKATU 61 • 04440 JÄRVENPÄÄ • WWW.THEA-NORDIC.FI
Thealoz Duo
®– ainutlaatuinen hypotoninen tippa kohtalaisen tai vaikean kuivasilmäisyyden hoitoon. Kostuttaa kuusi kertaa pitempään.
Sisältää hyaluronihappoa ja luonnon trehaloosia, ei säilytysaineita eikä fosfaatteja.
THEALOZ DUO® 5 ml ja 10 ml on CE-merkitty lääkinnällinen valmiste kohtalaisen tai vaikean kuivasilmäisyyden hoitoon.
Trehaloosi 3 g, natriumhyaluronaatti 0,15 g, natriumkloridi, trometamoli, kloorivetyhappo, injektionesteisiin käytetty vesi ad 10 ml. Yksi tippa kumpaankin silmään tasaisesti pitkin päivää aina tarvittaessa. Tutustu pakkausselosteeseen.
Apteekeista ilman reseptiä. ThFi20210827-403
KUIVIENSILMIENHOITO.FI
Stem cell treatments of eye diseases
The eye is an excellent target for tissue engineering and regenerative medicine utilizing human stem cells.
Most progress has been seen in the regenerative approaches with renewal of the corneal epithelium by transplantation of autologous or allogeneic limbal stem cells. In attempts to regenerate the human retina, most success has been obtained with replacement of retinal pigment epithelial cells in treatment of age
related macular degeneration and other retinal dystrophies including Stargardt disease. In addition, human stem cells are increasingly used in disease modelling, drug discovery and in early phase preclinical testing of novel treatment modalities.
Heli Skottman Ph.D., Professor
Faculty of Medicine and Health Technology, University of Tampere
