Retinal pigment epithelium replacement therapies: Focus on transplantation methods and materials

Abstract

Retinal Pigment Epithelium (RPE) transplantation presents a promising treatment option for eye diseases causing vision impairment and blindness. RPE transplants have been explored in the treatment of age-related macular degeneration (AMD), retinitis pigmentosa (RP), and Stargardt disease. RPE is a polarized epithelial tissue beneath the light sensitive photoreceptors, and it has a crucial role in supporting retinal functions enabling vision. The transplantation of stem cell-derived RPE is done to the subretinal space of the retina where native RPE cells have been damaged or lost.

This bachelor's thesis provides a literature review of the current state of RPE transplantation therapies, with a focus on the methods and materials used. It examines the two principal approaches of RPE transplantation: injection and the patch graft method. Injection provides a less invasive option by delivering a suspension of individual RPE cells to the transplantation site. The patch graft method is more invasive, but it enables a more structured transplant by surgically transplanting an intact sheet of RPE cells. There is accumulating evidence supporting the patch graft method over injections. The cells of a patch graft can be grown and surgically placed on top of many different materials. The range of patch graft materials used in the clinical trials is diverse, including synthetic, naturally derived, and biodegradable options. Most of the current research findings are based on hESC-RPE transplants performed with human embryonic stem cells (hESCs). Efforts improving graft functionality and host tissue integration are ongoing, with the development of novel scaffold materials, refined cell culture techniques, advanced surgical methods, and human induced pluripotent stem cell (hiPSC) based approaches.

The safety of stem cell-derived RPE has been confirmed in many clinical studies. It has been proven that RPE transplantation can restore at least some of the retinal structure and function in patients, yet achieving and confirming sufficient therapeutic efficacy remains challenging. To date, the total patient number treated has been low and positive results are attributed to a small patient group. Additionally, the criteria for patient selection and the ideal timing for intervention have not yet been determined. Although clinical study outcomes are promising, numerous unsolved questions remain regarding RPE transplantation.

Verkkokalvon pigmenttiepiteelin (RPE) siirrehoidot tarjoavat lupaavan hoitomuodon näkökyvyn heikentymisen ja sokeuden hoitoon. Menetelmää on toistaiseksi tutkittu silmänpohjan ikärappeuman (AMD), retinitis pigmentosan (RP) ja Stargardtin taudin hoidossa. RPE on polarisoitunut epiteelikudos valoherkkien näköaistinsolujen alla ja se mahdollistaa näön tukemalla monia kriittisiä verkkokalvon toimintoja. Siirrehoidossa verkkokalvon subretinaaliseen tilaan siirrostetaan kantasoluista erilaistettuja terveitä RPE-soluja, jotka pyritään integroimaan kohdekudokseen niin, että ne toimisivat vaurioituneiden RPE-solujen tilalla.

Tämä kandidaatintyö tarjoaa kirjallisuuskatsauksen RPE-siirrehoitojen nykytilaan, keskittyen erityisesti käytettäviin menetelmiin ja materiaaleihin. Työssä tarkastellaan RPE solususpension injektiota ja ”patch graft” -paikkasiirrettä, jotka ovat kyseisen hoitomuodon kaksi pääasiallista siirrosmenetelmää. Injektio on menetelmistä vähemmän invasiivinen, mutta valmiina yksikerroksisena RPE-solukkona siirrettävän paikkasiirteen on todettu monissa tutkimuksissa olevan tehokkaampi sekä lupaavampi vaihtoehto. Patch graft -paikkasiirteen solut voidaan kasvattaa ja kirurgisesti siirtää monien erilaisten materiaalien päällä. Mahdollisten paikkasiirre-materiaalien joukko on moninainen ja kliinisissä tutkimuksissa on käytetty muun muassa synteettisiä, luonnosta eristettyjä sekä biohajoavia vaihtoehtoja. Nykyisistä tutkimustuloksista suurin osa perustuu ihmisen alkion kantasoluilla tehtyihin hESC-RPE siirteisiin. Siirteiden toiminnallisuutta sekä integraatiota kohdekudoksen kanssa pyritään parantamaan kehittämällä uusia scaffold-materiaaleja, solujen viljelymenetelmiä, kirurgisia menetelmiä ja indusoituja pluripotentteja kantasoluja (hiPSC) hyödyntäviä lähestymistapoja.

Kantasolupohjaisten RPE-siirteiden turvallisuus on osoitettu monissa kliinisissä tutkimuksissa. Tutkimustulosten perusteella RPE-siirteet kykenevät ainakin osittain palauttamaan potilaiden verkkokalvon rakennetta ja toimintakykyä. Tästä huolimatta korkean hoitotehokkuuden saavuttaminen sekä todentaminen on haastavaa, ja toistaiseksi hoidon hyödyt ovat rajoittuneet vain pienelle potilasjoukolle. RPE-siirrehoidon optimaalinen ajoitus ja hoidettavien potilaiden valintakriteerit kaipaavat vielä tarkempaa määrittelyä. Vaikka kliinisten tutkimusten tulokset antavat aihetta toiveikkuuteen, kyseiseen hoitomuotoon liittyy yhä lukuisia ratkaisemattomia kysymyksiä.