Ophthalmologie

Enorme Fortschritte bei Behandlungen und Ergebnissen mit Zelltherapie

Seit der Erzeugung von induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen) im Jahr 20061,2 werden sie für die Zwecke der regenerativen Medizin, sowie der Zell- und Gentherapie (CGT) in der Augenheilkunde untersucht. In einer Weltpremiere transplantierte Dr. Masayo Takahashi im Jahr 2014 iPS-Zellen, die aus Hautfibroblasten gewonnen und zu retinalen Pigmentepithelzellen (RPE) differenziert wurden, in einen Patienten, der an nicht-neovaskulärer (auch als feuchter Typ bezeichneter) altersbedingter Makuladegeneration (AMD) litt3. Die RPE-Zellen wurden vor der Operation zu einem Zellverbund geformt und konnten eine weitere Verschlechterung der Sehkraft des Patienten verhindern. Diese erste Transplantation war autolog, aber später wurde die Technologie auch auf allogene Transplantationen ausgeweitet.

Diese Transplantate zeigen, dass iPS-Zellen tatsächlich das Versprechen einer Zelltherapie zur Heilung schwerer Augenkrankheiten erfüllen können. Die am meisten untersuchten Krankheiten für diese Arzneimittel für neuartige Therapien (ATMPs) sind die nicht-neovaskuläre AMD, Retinitis pigmentosa (RP) und die Stargardt-Krankheit (STGD)4. Aber auch Glaukom, Katarakt und Fehlfunktionen von Hornhautzellen, einschließlich des limbalen Stammzelldefizits (LSCD), befördern die Bemühungen um ATMP-basierte Behandlungen5–8.

Eine weitere Quelle von Zellen für die Ersatztherapie sind die limbalen Stammzellen (LSCs) oder kornealen Stammzellen, die im Limbus der Hornhaut zu finden sind. Die Ersatztherapie mit Limbustransplantaten von Spendern wird zunehmend mit Hornhautzellschichten getestet, die aus allogenen LSC-Proben stammen. Die einzige von der Europäischen Arzneimittelagentur zugelassene Stammzellenbehandlung für das Auge ist Holoclar® zur Behandlung von Hornhauterkrankungen9. LSCs sind jedoch eine begrenzte Quelle von Zellen, eine Hürde, die iPSC-basierte Therapien überwinden können.

iPS-Zellen zur Behandlung von Blindheit aufgrund von LSCD?
LSCD ist die Ursache für Hornhautblindheit bei über sechs Millionen Menschen weltweit8. Hier reicht es nicht aus, einfach die Hornhaut zu ersetzen: Die gesamte limbale Nische, einschließlich des limbalen Gerüsts, der Mikroumgebung und der LSCs selbst, ist entscheidend für die Aufrechterhaltung eines gesunden Pools von LSCs, die sich kontinuierlich vermehren und zur Hornhautschicht differenzieren können, um die Augenoberfläche vollständig wiederherzustellen.

Die Herstellung von ATMPs zur Heilung von Augenkrankheiten bedeutet die Überwindung von großen Herausforderungen

Zur Behandlung einer degenerativen Augenerkrankung wie AMD wird eine Suspension von Zellen des retinalen Pigmentepithels (RPE), die aus iPS-Zellen gewonnen wurden, direkt in den subretinalen Raum injiziert, oder sie werden auf ein Gerüst transplantiert, das die Bruchsche Membran zur Unterstützung nachahmt10,11. Diese beiden Arten von ATMPs unterscheiden sich erheblich in ihrem endgültigen Format und ihrer Formulierung. Gemeinsam ist ihnen jedoch, dass eine strenge Regulierung eine präzise Kontrolle der Zelldifferenzierung, sowie der Formel zur Erhaltung dieser Differenzierung ermöglicht.

 

Die Bemühungen, die Bruchsche Membran (oder die Glaskörperlamina) zu imitieren, bedeuten eine intensive Erforschung von Gerüstmaterialien und Strukturen, an denen sich die RPEs anlagern und die für die Transplantation bei AMD-Patienten verwendet werden können, bei denen dieses Kompartiment geschädigt ist.

Auch die Produktionsskalen unterscheiden sich enorm, je nachdem, ob ein autologer oder allogener Therapieansatz verwendet wird, und bringen jeweils ihre eigenen Herausforderungen mit sich. Die hohen Kosten, die durch die Herstellung einer einzigen Probe von autologem regenerativem Gewebe entstehen, machen diese weniger attraktiv als die kostengünstige Herstellung mehrerer Proben von allogenem Gewebe. Gleichzeitig bedeutet das Risiko einer allogenen Transplantatabstoßung aber auch den Einsatz von Immunsuppressiva, was sich wiederum negativ auf die Gesundheit und das Krankheitsmanagement der Patienten auswirken kann11.

Skalierbare Zellzählungstechnologie für erfolgreiche Therapieentwicklung

Ganz gleich, ob Sie an anspruchsvollen iPSC-Differenzierungsprotokollen arbeiten, um reine RPE-Zellpopulationen zu erhalten, ob Sie das Scaffold optimieren, um sich am besten für die Nische der Netzhaut oder Limbus zu eignen, ob Sie die Produktionsmengen für die therapeutischen Zellen hochskalieren oder das Endprodukt formulieren – oder etwas ganz anderes -, es ist von zentraler Bedeutung, die Zellpopulation in mehreren Schritten der Produktionspipeline und innerhalb mehrerer Abteilungen zu quantifizieren und zu qualifizieren.

Um Konsistenz und Reproduzierbarkeit in allen Schritten der Produktentwicklung und -formulierung zu gewährleisten, ist eine präzise Methode zur Abschätzung der Zellkonzentration und Zellviabilität von entscheidender Bedeutung. Der automatisierte Zellzähler NucleoCounter® NC-202™ bietet spezialisierte Assays für Zellen in Einzelzellsuspension, in Aggregaten, sowie auf Microcarriern oder anderen Matrizen. Er ist einfach zu bedienen, eliminiert menschliche Einflüsse und Variation aus dem Zählprozess und benötigt nur 30 Sekunden pro Zellzählung.

Mit der GMP/ 21 CFR Part 11-konformen NC-View™-Software ist der NucleoCounter® NC-202™ skalierbar und kann von den ersten F&E-Protokollen über die Prozessentwicklung, die Überwachung des Herstellungsprozesses, sowie die Qualitätskontrollschritte der endgültigen Formulierung eingesetzt werden. Der NC-202™ ist ein robuster Zellzähler der mühelose Integration über SOPs, Anwender und Abteilungen hinweg, sowie einen zuverlässigen Datenvergleich und einfache Validierung gewährleistet.

Verweise

  1. K Takahashi and S Yamanaka: Induction of Pluripotent Stem Cells from Mouse Embryonic and Adult Fibroblast Cultures by Defined Factors. Cell. 2006; 126, 663–676. 
  2. K Takahashi, K Tanabe, M Ohnuki, et al.: Induction of Pluripotent Stem Cells from Adult Human Fibroblasts by Defined Factors. Cell. 2007; 131, 861–872. 
  3. M Mandai, A Watanabe, Y Kurimoto, et al.: Autologous induced stem-cell-derived retinal cells for macular degenerationN. Engl. J. Med. 2017; 376, pp. 1038-1046. 
  4. Ramsden CM, Powner MB, Carr AJF, et al. Stem cells in retinal regeneration: past, present and future. Development 2013; 140:2576-2585. 
  5. P Gain, R Jullienne, Z He, et al.: Global Survey of Corneal Transplantation and Eye Banking. JAMA Ophthalmol. 2016; 134(2): 167-173. 
  6. F Yuan, M Wang, K Jin, et al.: Advances in Regeneration of Retinal Ganglion Cells and Optic Nerves. Int. J. Mol. Sci. 2021; 22, 4616. 
  7. M Parekh, V Romano, K Hassanin, et al.: Biomaterials for corneal endothelial cell culture and tissue engineering. J Tissue Eng. 2021; 12: 1–19. 
  8. ÖB Selver, A Yağcı, S Eğrilmezet al.: Limbal Stem Cell Deficiency and Treatment with Stem Cell TransplantationTurk J Ophthalmol. 2017; 47(5): 285-291. 
  9. G Pellegrini, D Ardigò, G Milazzo, et al.: Navigating Market Authorization: The Path Holoclar Took to Become the First Stem Cell Product Approved in the European Union. Stem Cells Transl Med. 2018; 7(1): 146–154. 
  10. P Fernández-Robredo, A Sancho, S Johnen, et al.: Current Treatment Limitations in Age-Related Macular Degeneration and Future Approaches Based on Cell Therapy and Tissue Engineering. 2014; ID:510285. J Ophthalmol. Special edition: Age Macular Degeneration: Etiology, Prevention, Individualized Therapies, Cell Therapy, and Tissue Engineering.  
  11. S Khateb, S Jha, K Bharti, et al.: Cell-Based Therapies for Age-Related Macular Degeneration. Adv Exp Med Biol. 2021; 1256: 265-293. 
  12. National Eye Institute: https://www.nei.nih.gov/learn-about-eye-health/resources-for-health-educators/eye-health-data-and-statistics/cataract-data-and-statistics. 
  13. Medline: https://medlineplus.gov/genetics/condition/retinitis-pigmentosa/. 

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