In vitro evaluation of SMILE-derived decellularized human corneal stromal lenticules as scaffolds for rabbit limbal epithelial cells

Het oppervlak van het oog rust op een delicate, transparante laag huid genaamd het hoornvlies (cornea), die dient om licht te focussen en de binnenste structuren te beschermen. Deze laag is niet statisch; het vernieuwt zichzelf voortdurend, een proces dat wordt beheerd door een gespecialiseerde populatie stamcellen die zich bevinden aan de rand waar het heldere hoornvlies de witte oogwit ontmoet. Wanneer deze stamcellen beschadigd raken of verloren gaan door letsel, infectie of ziekte, kan het oppervlak van het oog niet meer goed genezen. In plaats van heldere huid, raakt het oog bedekt met bloedvaten en littekenweefsel, wat leidt tot blindheid. Het herstellen van het zicht in dergelijke gevallen vereist meestal een transplantatie van gezond weefsel van een donor, maar het vinden van een geschikte match is moeilijk en het lichaam wijst vreemd weefsel vaak af. Wetenschappers zoeken al lang naar een manier om een vervangend oppervlak te bouwen met behulp van een scaffold — een frame waar cellen op kunnen klimmen en groeien — gebruikmakend van materialen die veilig zijn, beschikbaar en in staat zijn om de specifieke cellen te ondersteunen die nodig zijn om het hoornvlies te herbouwen.

Een veelbelovende bron voor een dergelijk framework is voortgekomen uit een veelvoorkomende visuele correctiechirurgie die bekend staat als small incision lenticule extraction, of SMILE. Tijdens deze procedure gebruikt een chirurg een laser om een klein, lensvormig stukje weefsel uit het centrum van het hoornvlies van een patiënt te snijden om diens zicht te corrigeren. Dit stukje weefsel, een lenticule genoemd, wordt gewoonlijk weggegooid als medisch afval. Onderzoekers realiseerden zich dat omdat dit weefsel menselijk hoornvlies is, het de natuurlijke architectuur en transparantie bezit die nodig zijn voor herstel van het oog. De vraag was of dit weggegooide materiaal schoongemaakt kon worden van de oorspronkelijke cellen en vervolgens gebruikt kon worden als een thuis voor nieuwe stamcellen. Een team van onderzoekers zette zich het doel om dit idee te testen door deze weggegooide menselijke lenzen te nemen, ze te strippen van hun cellulaire inhoud, en te kijken of konijnenstamcellen zich aan hen zouden hechten en ermee zouden beginnen te groeien.

De wetenschappers begonnen met het verzamelen van de weggegooide menselijke lenticules van patiënten die de SMILE-procedure hadden ondergaan. Ze behandelden deze delicate lenzen met een reeks chemische oplossingen die ontworpen waren om alle menselijke cellen weg te wassen terwijl de onderliggende structurele vezels intact bleven. Dit proces, bekend als decellularisatie, is cruciaal omdat het achterlaten van menselijke cellen een immuunreactie bij een nieuwe gastheer zou kunnen triggeren. Na de behandeling onderzochten de onderzoekers de lenzen onder krachtige microscopen. Ze stelden vast dat het reinigingsproces effectief was: de zichtbare menselijke cellen en hun kernen waren verwijderd, terwijl de ingewikkelde, gelaagde structuur van het hoornvliesweefsel grotendeels onverstoord bleef. De collageenvezels, die de kracht en transparantie van het hoornvlies bieden, waren nog steeds georganiseerd in hun natuurlijke, parallelle lagen, hoewel de ruimtes tussen hen iets opener leken, alsof het scaffold was schoongemaakt van puin.

Vervolgens bereidde het team zich voor om te testen of dit schoongemaakte framework nieuw leven kon ondersteunen. Ze oogstten limba-stamcellen uit de ogen van konijnen, een standaardmodel voor het bestuderen van de oogbiologie. Deze cellen werden in een schaal gekweekt totdat ze zich vermenigvuldigden en een gezonde populatie vormden. De onderzoekers plaatsten deze konijnencellen vervolgens op het oppervlak van de gedecellulariseerde menselijke lenzen. Ze lieten de cellen gedurende een periode van zeven tot tien dagen bezinken en groeien. De resultaten toonden aan dat de cellen zich aan het menselijke weefsel konden hechten. Ze zweefden niet alleen weg; ze plakten aan het oppervlak en begonnen zich uit te spreiden, waarbij ze kleine projecties maakten om contact te maken met de onderliggende matrix. De dekking was echter niet volledig. De cellen vormden kleine clusters en maakten lokaal contact met het scaffold, maar ze verspreidden zich niet om een continue, dikke laag nieuw weefsel over het gehele oppervlak van de lens te vormen.

Om te begrijpen wat voor soort cellen er groeiden, gebruikten de onderzoekers speciale kleurstoffen om naar specifieke markers te zoeken. Ze vonden dat de cellen op het scaffold een eiwit genaamd p63 tot expressie brachten, wat een teken is van een stam- of progenitorcel — een cel die het potentieel heeft om veel dingen te worden, maar nog niet volledig is uitgerijpt. Tegelijkertijd vertoonden de cellen geen tekenen van een eiwit genaamd CK3, dat verschijnt wanneer hoornvliescellen volledig zijn uitgegroeid tot hun definitieve, gespecialiseerde vorm. Dit patroon suggereert dat de cellen in een jeugdige, aanpasbare staat bleven terwijl ze op het scaffold zaten, in plaats van dat ze overhaast volledig differentieerden tot hoornvliesweefsel. Dit is een positief teken voor een stamceltherapie, aangezien het doel vaak is om de cellen in een staat te houden waarin ze weefsel kunnen blijven regenereren.

De studie concludeert dat deze weggegooide menselijke lenzen succesvol schoongemaakt kunnen worden en gebruikt kunnen worden als een natuurlijk scaffold dat de hechting en het kortetermijnoverleven van limba-stamcellen ondersteunt. Het materiaal behoudt de essentiële structuur van het hoornvlies en lijkt de cellen die erop landen niet te schaden. De onderzoekers merken echter voorzichtig op dat dit slechts een eerste stap is. Hoewel de cellen hechtten en in leven bleven, vormden ze niet uit zichzelf een volledige, continue laag weefsel. De studie suggereert dat, hoewel het materiaal een levensvatbare kandidaat is voor toekomstige behandelingen, er meer werk nodig is om te optimaliseren hoe de cellen worden geplaatst en hoe ze worden gevoed om ze te stimuleren zich te verspreiden en het gehele oppervlak te bedekken. De bevindingen vormen een solide basis voor verder onderzoek en wijzen naar een toekomst waarin chirurgisch afval getransformeerd kan worden in een levensreddende bron voor het herstellen van het zicht.