endotheel

het endotheel van het hoornvlies vormt de binnenste laag van het hoornvlies en scheidt het van het kamerwater in de voorste oogkamer (Fig. 61.1). Het endotheel bestaat uit een enkele laag (ongeveer 4 µm) van plaveiselepitheliale cellen, die worden gekenmerkt door de verschillende expressie van ionenpompen zoals Na+/K+/ATPase en tight junction protein zoals ZO-1 (tabel 61.1). Deze laag dient als barrière om de juiste toestand van de uitdroging van het hoornvlies te handhaven via een pomp-lekmechanisme .

verlies of disfunctie van de endotheelcellen van het hoornvlies (CECs) veroorzaakt overtollige vochtophoping in het hoornvlies, resulterend in progressieve zwelling, stromale desorganisatie, verminderde transparantie en verminderd gezichtsvermogen . De belangrijkste oorzaken van cornea endothelial verlies en dysfunctie zijn endothelial dystrofie, trauma/chirurgie, of chronische anterior uveïtis. Fuchs ‘ endotheliale corneadystrofie en congenitale erfelijke endotheliale dystrofie behoren tot de meest voorkomende endotheliale corneadystrofie veroorzaakt door genetische mutaties en potentiële omgevingsfactoren . Een andere frequente oorzaak van endotheliale dystrofie, pseudofakische bulleuze keratopathie, wordt veroorzaakt door schade aan het endotheel tijdens cataractchirurgie. Diabetes en veroudering zijn ook belangrijke risicofactoren voor cornea endothelial verlies.

In tegenstelling tot epitheliale cellen die zich kunnen herstellen door proliferatie, hebben volwassen CEC ‘ s een beperkte proliferatieve capaciteit. In plaats daarvan, neigen de endothelial cellen om te herstellen door naar het gebied van verwonding en uitbreiding van aangrenzende cellen te glijden. Hoewel dit mechanisme de cornea endothelial barrière na verwonding handhaaft, vermindert het ook endothelial celdichtheid en verandert hun hexagonale morfologie en pompende capaciteit. Wanneer de vermindering van de celdichtheid een bereik van 500-1000 cellen/mm2 of minder bereikt, is de enige beschikbare therapeutische optie gedeeltelijke of volledige corneale transplantatie . Momenteel, corneale transplantatie voor endothelial verlies goed voor 60% van alle corneale transplantaties uitgevoerd in de Verenigde Staten .

om de hierboven beschreven donortekorten van het hoornvlies te ondervangen, zijn de eerste inspanningen gericht op de isolatie en ex vivo uitbreiding van primaire CEC ‘ s. De eerste succesvolle cultuur van menselijke MEC ‘ s werd gemeld in 1965 . Sindsdien zijn verscheidene wijzigingen in isolatietechnieken, extracellulaire matrijssubstraten, en cultuurmedia ontwikkeld om de beperkte propagatiecapaciteit van de cellen en het verlies van het fenotype van CEC in cultuur te overwinnen . Bijvoorbeeld, Okumura et al. onderzocht de expressie van verschillende laminineisovormen in het hoornvlies en identificeerde laminine-511 en 521 als de overheersende lamininevormen bij volwassen DM . Gebruikend deze twee laminins als substraat voor de in vitro cultuur van menselijke CEC ‘s, slaagden zij erin om de gehechtheid, overleving, en uitbreiding van CEC’ s beduidend te verbeteren . Andere groepen hebben geprobeerd menselijke CEC ‘ s te kweken op menselijke donor–afgeleide DMs als substraten. Het voordeel van deze aanpak is dat het de in vivo cornea omgeving nabootst om een goede CEC onderhoud en groei te bereiken . Het belang van DM voor de ondersteuning van CEC uitbreiding werd ook bevestigd door een recente studie uitgevoerd in een konijn cornea endothelial letsel model. Hierdoor werd aangetoond dat de afwezigheid van DM de inheemse CEC migratie en cornea regeneratie verminderde .

ondanks de voordelen bemoeilijkt het gebruik van steigers de afgifte in het hoornvlies, waardoor uitgebreide chirurgische ingrepen nodig zijn. Een veel eenvoudiger aanpak zou zijn om CECs in celsuspensie te leveren. De injectie van cellen in suspensie zou eenvoudiger productiemethoden mogelijk maken en theoretisch minder invasief zijn . Nochtans, verhoogt deze benadering het risico van de verwijdering van ingespoten cellen door de stroom van waterig humor, die celoverleving en engraftment in het hoornvlies beperken. Twee methodes die worden ontwikkeld om de levering van celsuspensies in het hoornvlies endotheel te verbeteren omvatten het gebruik van magnetisch veld geleide levering en de coinjectie van cellen met een ROTSINHIBITOR. Voor de levering van magnetische cellen worden CECs geëtiketteerd met magnetische deeltjes en met behulp van een externe magneet op de juiste plaats op het achterste hoornvlies geleverd . In een recent voorbeeld, werden CECs geëtiketteerd met superparamagnetische nanoparticles en ingespoten in de voorste oogkamer van volwassen konijnen met CEC-verwonding. Op dezelfde manier als native CEC, vormden de geïnjecteerde cellen een monolaag en herstelde de hoornvliestransparantie zonder enige nadelige gevolgen . Alternatief, Okumura et al. gebruikte Co-injectie van CECs met de ROTSINHIBITOR Y27632 om de overleving en proliferatie van CEC te verbeteren. Deze aanpak resulteerde in een betere engraftment van de cellen en verbeterde herstel van corneale transparantie in een konijn model van cornea letsel . Deze heilzame effecten werden bevestigd in een apenmodel van corneale endotheliale dystrofie, wat leidde tot het starten van klinische studies bij de mens. In 2018 meldde dezelfde groep de resultaten van transplantatie van CECs, in combinatie met ROCK inhibitor, bij 11 patiënten van bulleuze keratopathie; meer dan 80% van de behandelde patiënten vertoonde herstel van de corneadikte en verbeterde gezichtsscherpte 24 weken na behandeling . Deze studie leverde het eerste klinische bewijs dat de minimaal invasieve transplantatie van gecultiveerde menselijke CECs als nieuwe therapeutische optie kan worden gebruikt om corneale endothelial dysfunctie te behandelen. Tegelijkertijd roept het vragen op over de toekomstige ontwikkeling van deze aanpak. Deze omvatten de noodzaak om een geschikte donorleeftijd vast te stellen voor de productie van hoogwaardige transplanteerbare CEC ‘ s, de mechanistische bijdrage van ROCK inhibitor aan de klinische resultaten, de nauwkeurige dosering van cellen om werkzaamheid en veiligheid in evenwicht te brengen, en de ontwikkeling van een middel om het lot van geleverde cellen na transplantatie te volgen . Bovendien pauzeren de beperkte beschikbaarheid van hoogwaardige Donormec ‘ s en de beperkte capaciteit van de cellen om in vitro uit te breiden een aantal belangrijke uitdagingen voor de klinische vertaling van deze aanpak.

om deze reden hebben verschillende groepen geprobeerd om CEC-achtige cellen te genereren uit alternatieve stamcelbronnen, zoals MSCs, huid-afgeleide cellen, cornea stromale cellen en PSCs . Deze studies pasten ons huidige begrip van embryonale ontwikkeling van CEC ’s toe door vermeende CEC-voorloperpopulaties, zoals NCC’ s, te isoleren van primaire cellen en te differentiëren naar meer volwassen CEC-achtige cellen. Zo werden bijvoorbeeld cornea stromacellen en van de huid afgeleide precursoren die NCC ‘ s bevatten geïsoleerd en gekweekt in aanwezigheid van retinoïnezuur en GSK 3β-remmer (WNT signaling pathway activator) om CEC-achtige cellen te induceren. Deze cellen toonden upregulation van Pitx2, een belangrijke transcriptiefactor voor de ontwikkeling van het voorste oogsegment, evenals upregulation van de tellers van CEC Atp1a1 en Cdh2. Belangrijk, de cellen tentoongesteld functionele kenmerken van CECs, zoals pompfunctie. Toen de cellen werden getransplanteerd met behulp van een collageenvel als drager, herstelde ze visie in een konijn model van keratopathie . Met behulp van een soortgelijke aanpak, Shen et al. gedifferentieerde huid-afgeleide precursoren door coculturing met B4G12, een onsterfelijke menselijke CEC lijn. Binnen 1 week van differentiatie, vertoonden de cellen duidelijke uitdrukking van typische tellers van CEC. Transplantatie van deze cellen resulteerde in het succesvolle herstel van de corneale dikte en corneale transparantie in zowel konijn-als apenmodellen van corneale endotheliale dystrofie .

NCC ’s kunnen ook in vitro worden gegenereerd uit PCC’ s, wat een onbeperkte en uitbreidbare bron van cellen biedt voor klinische toepassing. Zhang et al. rapporteerde de differentiatie van menselijke ESC ’s naar perioculaire mesenchymale precursor cellen (POMPs), een subtype van NCC’ s, door transwell coculture met menselijke corneale stromale cellen. Deze veroorzaakte POMPs werden gekweekt in geconditioneerde media van lens epitheliale cellen, en de differentiatie werd bevestigd door de genuitdrukking van typische CEC tellers zoals N-Cadherin, FoxC1, en PITX2 te testen. Om te verrijken voor CEC-achtige cellen, werden de cellen vervolgens gesorteerd en gezaaid op een gedecellulariseerde porcine cornea matrix gevolgd door succesvolle transplantatie en inductie van cornea reparatie in een konijn model van cornea dystrofie .

om het gebruik van xenogeen materiaal van gedecellulariseerde cornea ‘ s te vermijden, wordt bij Recente benaderingen gebruik gemaakt van kleine molecuulverbindingen en xenovrije groeifactoren om het lot van de CEC-cel te induceren. Verscheidene groepen, bijvoorbeeld, hebben differentiatie van PSCs aan NCC ‘ s getoond na de remming van de tgfß / SMAD-weg . Deze NCC ‘ s werden toen gekweekt in media die PDGF-BB en Dkk2 bevatten, die de cellen induceerden om de hexagonale verschijning te verwerven en moleculaire tellers van cellen van CEC uit te drukken . Belangrijk, konden de cellen collageen deponeren die in vitro-geproduceerde DM produceren en belangrijke componenten van de functie van de hoornvlies endothelial pomp zoals Na+K+ATPasea1 uitdrukken . Hoewel veelbelovend, wacht het functionele aspect van deze PSC-afgeleide CEC-achtige cellen op verder onderzoek. Sommige kritische toekomstige vragen omvatten de capaciteit van deze PSC-afgeleide CEC-als cellen om als lekkende barrière te functioneren en de dehydratatiestaat van het hoornvlies te handhaven, evenals de exploratie van hun therapeutisch potentieel in vivo.