Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1031910.32607/20758251-2018-10-3-30-39ReviewsОбзорыResearch ArticlePossibilities for Using Pluripotent Stem Cells for Restoring Damaged Eye Retinal Pigment EpitheliumВозможности использования плюрипотентных стволовых клеток для восстановления поврежденного пигментного эпителия сетчатки глазаKharitonovA. E.ХаритоновA. E.
Russian Federation
maryalag@yahoo.comSurdinaA. V.СурдинаA. В.
Russian Federation
maryalag@yahoo.comLebedevaO. S.ЛебедеваO. С.
Russian Federation
maryalag@yahoo.comBogomazovaA. N.БогомазоваA. Н.
Russian Federation
maryalag@yahoo.comLagarkovaM. A.ЛагарьковаM. A.
Russian Federation
maryalag@yahoo.comFederal Research and Clinical Center of Physical-Chemical Medicine of Federal Medical Biological AgencyФедеральный научно-клинический центр физико-химической медицины Федерального медико-биологического агентства15092018103VOL 10, NO3 (2018)ТОМ 10, №3 (2018)303917012020Copyright ©; 2018, Kharitonov A.E., Surdina A.V., Lebedeva O.S., Bogomazova A.N., Lagarkova M.A.Copyright ©; 2018, Харитонов A.E., Сурдина A.В., Лебедева O.С., Богомазова A.Н., Лагарькова M.A.2018Kharitonov A.E., Surdina A.V., Lebedeva O.S., Bogomazova A.N., Lagarkova M.A.Харитонов A.E., Сурдина A.В., Лебедева O.С., Богомазова A.Н., Лагарькова M.A.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10319

The retinal pigment epithelium is a monolayer of pigmented, hexagonal cells connected by tight junctions. These cells compose part of the outer blood-retina barrier, protect the eye from excessive light, have important secretory functions, and support the function of photoreceptors, ensuring the coordination of a variety of regulatory mechanisms. It is the degeneration of the pigment epithelium that is the root cause of many retinal degenerative diseases. The search for reliable cell sources for the transplantation of retinal pigment epithelium is of extreme urgency. Pluripotent stem cells (embryonic stem or induced pluripotent) can be differentiated with high efficiency into the pigment epithelium of the retina, which opens up possibilities for cellular therapy in macular degeneration and can slow down the development of pathology and, perhaps, restore a patient's vision. Pioneering clinical trials on transplantation of retinal pigment epithelial cells differentiated from pluripotent stem cells in the United States and Japan confirmed the need for developing and optimizing such approaches to cell therapy. For effective use, pigment epithelial cells differentiated from pluripotent stem cells should have a set of functional properties characteristic of such cells in vivo. This review summarizes the current state of preclinical and clinical studies in the field of retinal pigment epithelial transplantation therapy. We also discuss different differentiation protocols based on data in the literature and our own data, and the problems holding back the widespread therapeutic application of retinal pigment epithelium differentiated from pluripotent stem cells.

Пигментный эпителий сетчатки представляет собой монослой пигментированных гексагональных клеток, соединенных плотными контактами. Эти клетки составляют часть внешнего барьера между кровью и сетчаткой, защищают глаз от излишнего света, обладают важными секреторными функциями, а также поддерживают работу фоторецепторов, обеспечивая координацию множества регуляторных механизмов. Именно дегенерация пигментного эпителия является первопричиной многих дегенеративных заболеваний сетчатки глаза. Поиск надежных источников клеток для трансплантации пигментного эпителия сетчатки представляет крайне актуальную задачу. Плюрипотентные стволовые клетки (эмбриональные стволовые или индуцированные плюрипотентные) можно с высокой эффективностью дифференцировать в пигментный эпителий сетчатки, что открывает возможности для клеточной терапии при дегенерации сетчатки и может позволить замедлить развитие патологии и даже, возможно, вернуть пациенту зрение. Пионерские работы по трансплантации клеток пигментного эпителия сетчатки, дифференцированных из плюрипотентных стволовых клеток, проводимые в США и Японии, подтверждают необходимость развития и оптимизации подобных подходов к клеточной терапии. Для эффективного применения клетки пигментного эпителия, дифференцированные из плюрипотентных стволовых клеток, должны иметь набор функциональных свойств, характерный для клеток пигментного эпителия in vivo. В этом обзоре обобщен текущий статус доклинических и клинических исследований в области заместительной терапии пигментного эпителия сетчатки. На основании собственных и опубликованных данных проведено сравнение разных протоколов дифференцировки, обозначены медицинские проблемы, стоящие на пути к широкому применению пигментного эпителия сетчатки, дифференцированного из плюрипотентных стволовых клеток.

Retinal pigment epitheliumdifferentiationembryonic stem cellsinduced pluripotent stem cellscell therapyclinical trialsдифференцировкаиндуцированные плюрипотентные стволовые клеткиклеточная терапияклинические испытанияпигментный эпителий сетчаткиэмбриональные стволовые клеткиThe study was carried out with a grant from the Russian Science Foundation (No. 14-15-00930).Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (№ 14-15-00930).[1] Jones M.K., Lu B., Girman S., Wang S. // Prog. Retin. Eye Res. 2017, V.57, P.1-27[2] Nazari H., Zhang L., Zhu D., Chader G.J., Falabella P., Stefanini F., Rowland T., Clegg D.O., Kashani A.H., Hinton D.R. // Prog. Retin. Eye Res. 2015, V.48, P.1-39[3] Diniz B., Thomas P., Thomas B., Ribeiro R., Hu Y., Brant R., Ahuja A., Zhu D., Liu L., Koss M. // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2013, V.54, №7, P.5087-5096[4] Strauss O. // Physiol. Rev. 2005, V.85, P.845-881[5] Idelson M., Alper R., Obolensky A., Ben-Shushan E., Hemo I., Yachimovich-Cohen N., Khaner H., Smith Y., Wiser O., Gropp M. // Cell. Stem Cell. 2009, V.5, №4, P.396-408[6] Alexander P., Thomson H.A., Luff A.J., Lotery A.J. // Eye. 2015, V.29, P.992-1002[7] Brandl C., Zimmermann S.J., Milenkovic V.M., Rosendahl S.M., Grassmann F., Milenkovic A., Hehr U., Federlin M., Wetzel C.H., Helbig H. // Neuromolecular Med. 2014, V.16, №3, P.551-564[8] Tang Z., Zhang Y., Wang Y., Zhang D., Shen B., Luo M., Gu P. // J. Transl. Med. 2017, V.15, №1, P.99-111[9] Parameswaran S., Krishnakumar S. // Indian J. Ophthalmol. 2017, V.65, №3, P.177-183[10] Lukovic D., Artero Castro A., Delgado A.B., Bernal Mde L., Luna Pelaez N., Díez Lloret A., Perez Espejo R., Kamenarova K., Fernández Sánchez L., Cuenca N. // Sci. Rep. 2015, V.5, P.12910[11] Zhao C., Wang Q., Temple S. // Development. 2017, V.144, №8, P.1368-1381[12] Song W.K., Park K.M., Kim H.J., Lee J.H., Choi J., Chong S.Y., Shim S.H., Del Priore L.V., Lanza R. // Stem Cell Repts. 2015, V.4, №5, P.860-872[13] Allikmets R., Shroyer N.F., Singh N., Seddon J.M., Lewis R.A., Bernstein P.S., Peiffer A., Zabriskie N.A., Li Y., Hutchinson A. // Science. 1997, V.277, №5333, P.1805-1807[14] Schwartz S.D., Regillo C.D., Lam B.L., Eliott D., Rosenfeld P.J., Gregori N.Z., Hubschman J.P., Davis J.L., Heilwell G., Spirn M. // Lancet. 2015, V.385, №9967, P.509-516[15] Battu R., Verma A., Hariharan R., Krishna S., Kiran R., Jacob J., Ganapathy A., Ramprasad V.L., Kumaramanickavel G., Jeyabalan N. // Biomed. Res. Int. 2015, V.2015, 940864[16] Li Y., Chan L., Nguyen H.V., Tsang S.H. // Adv. Exp. Med. Biol. 2016, V.854, P.549-555[17] Oshima H., Iwase T., Ishikawa K., Yamamoto K., Terasaki H. // PLoS One. 2017, V.12, №5, e0177241[18] Alpatov S.A., Shchuko A.G., Malyshev V.V. // Autotransplantation of retinal pigment epithelium patch and choroidea in exudative age-related macular degeneration // RMJ “Clinical Ophthalmology”. 2007, №1, P.7[19] Binder S., Stolba U., Krebs I., Kellner L., Jahn C., Feichtinger H., Povelka M., Frohner U., Kruger A., Hilgers R.D. // Am. J. Ophthalmol. 2002, V.133, №2, P.215-225[20] van Meurs J.C., ter Averst E., Hofland L.J., van Hagen P.M., Mooy C.M., Baarsma G.S., Kuijpers R.W., Boks T., Stalmans P. // British J. Ophthalmol. 2004, V.88, №1, P.110-113[21] Falkner-Radler C.I., Krebs I., Glittenberg C., Povazay B., Drexler W., Graf A., Binder S. // British J. Ophthalmol. 2011, V.95, P.370-375[22] van Zeeburg E.J., Maaijwee K.J., Missotten T.O., Heimann H., van Meurs J.C. // Am. J. Ophthalmol. 2012, V.153, P.120-127[23] Seiler M.J., Aramant R.B. // Prog. Retinal Eye Res. 2012, V.31, №6, P.661-687[24] Tezel T.H., Del Priore L.V., Berger A.S., Kaplan H.J. // Am. J. Ophthalmol. 2007, V.143, №4, P.584-595[25] lgvere P.V., Gouras P., Dafgard Kopp E. // Eur. J. Ophthalmol 1999, V.9, P.217-230[26] Del Priore L.V., Kaplan H.J., Tezel T.H., Hayashi N., Berger A.S., Green W.R. // Am. J. Ophthalmol. 2001, V.131, P.472-480[27] Radtke N.D., Aramant R.B., Seiler M.J., Petry H.M., Pidwell D. // Arch. Ophthalmol. 2004, V.122, P.1159-1165[28] Radtke N.D., Aramant R.B., Petry H.M., Green P.T., Pidwell D.J., Seiler M.J. // Am. J. Ophthalmol. 2008, V.146, P.172-182[29] Binder S., Stanzel B.V., Krebs I., Glittenberg C. // Prog. Retin. Eye Res. 2007, V.26, №5, P.516-554[30] Meyer U., Meyer T., Handschel J., Wiesmann H.P. // Fundamentals of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. Berlin, Heidelberg, Leipzig, Germany: Springer-Verlag, 2009. 2009, P.179[31] Scuteri A., Miloso M., Foudah D., Orciani M., Cavaletti G., Tredici G. // Curr Stem Cell Res Ther. 2011, V.6, №2, P.82-92[32] Evans M.J., Kaufman M.H. // Nature 1981, V.292, P.154-156[33] Thomson J.A., Itskovitz-Eldor J., Shapiro S.S., Waknitz M.A., Swiergiel J.J., Marshall V.S., Jones J.M. // Science. 1998, V.282, №5391, P.1145-1147[34] Takahashi K., Yamanaka S. // Cell. 2006, V.126, P.663-676[35] Klimanskaya I., Hipp J., Rezai K.A., West M., Atala A., Lanza R. // Cloning Stem Cells. 2004, V.6, P.217-245[36] Osakada F., Ikeda H., Mandai M., Wataya T., Watanabe K., Yoshimura N., Akaike A., Sasai Y., Takahashi M. // Nat. Biotechnol. 2008, V.26, P.215-224[37] Lu B., Malcuit C., Wang S. // Stem Cells. 2009, V.27, P.2126-2135[38] Kamao H., Mandai M., Okamoto S., Sakai N., Suga A., Sugita S., Kiryu J., Takahashi M. // Stem Cell Repts. 2014, V.2, №2, P.205-218[39] Maruotti J., Sripathi S.R., Bharti K., Fuller J., Wahlin K.J., Ranganathan V., Sluch V.M., Berlinicke C.A., Davis J., Kim C. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2015, V.112, P.10950-10955[40] Leach L.L., Clegg D.O. // Stem Cells. 2015, V.33, P.2363-2373[41] Achberger K., Haderspeck J.C., Kleger A., Liebau S. // Adv. Drug Deliv. Rev. 2018, S0169-409X(18)30108-X[42] Rowland T.J., Blaschke A.J., Buchholz D.E., Hikita S.T., Johnson L.V., Clegg D.O. // J. Tissue Eng. Regen. Med. 2013, V.7, №8, P.642-653[43] Lagar’kova M.A., Shilov A.G., Gubanova N.I., Prokhorovich M.A., Kiselev S.L.. // Bull Exp Biol Med. 2012, V.152(4), P.516-518[44] Buchollz D.E., Pennington B.O., Croze R.H., Hinman C.R., Coffey P.J., Cleg D.O. // Stem Cells Transl. Med. 2013, V.2, №5, P.384-393[45] Shutova M.V., Surdina A.V., Ischenko D.S., Naumov V.A., Bogomazova A.N., Vassina E.M., Alekseev D.G., Lagarkova M.A., Kiselev S.L. // Cell Cycle. 2016, V.15, №7, P.986-997[46] Leach L.L., Croze R.H., Hu Q., Nadar V.P., Clevenger T.N., Pennington B.O., Gamm D.M., Clegg D.O. // J. Ocul. Pharmacol. Ther. 2016, V.32, №5, P.317-330[47] Hirami Y., Osakada F., Takahashi K., Okita K., Yamanaka S., Ikeda H., Yoshimura N., Takahashi M. // Neurosci. Lett. 2009, V.458, №3, P.126-131[48] Cho M.S., Kim S.J., Ku S.Y., Park J.H., Lee H., Yoo D.H., Park U.C., Song S.A., Choi Y.M., Yu H.G. // Stem Cell. Res. 2012, V.9, №2, P.101-109[49] Lamba D.A., McUsic A., Hirata R.K., Wang P.R., Russell D., Reh T.A. // PLoS One. 2010, V.5, №1, e8763[50] Zhu D., Deng X., Spee C., Sonoda S., Hsieh C.L., Barron E., Pera M., Hinton D.R. // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2011, V.52, №3, P.1573-1585[51] Zhu Y., Carido M., Meinhardt A., Kurth T., Karl M.O., Ader M., Tanaka E.M. // PLoS One. 2013, V.8, №1, e54552[52] Fuhrmann S., Levine E.M., Reh T.A. // Development. 2000, V.127, №21, P.4599-4609[53] Geng Z., Walsh P.J., Truong V., Hill C., Ebeling M., Kapphahn R.J., Dutton J.R. // PLoS ONE. 2017, V.12, №3, e0173575[54] Foltz L.P., Clegg D.O. // J. Visual. Exp.: JoVE. 2017, №128, P.56274[55] Zhu J., Reynolds J., Garcia T., Cifuentes H., Chew S., Zeng X., Lamba D.A. // Stem Cells Transl. Med. 2018, V.7, №2, P.210-219[56] Tezel T.H., Del Priore L.V. // Graefes Arch. Clin. Exp. Ophtalmol. 1997, V.253, P.41-47[57] Feng W., Zheng J.J., Lutz D.A., McLaughlin B.J. // Graefes Arch. Clin. Exp. Ophtalmol. 2003, V.241, P.232-240[58] Mullen R.J., Lavail M.M. // Science. 1976, V.192, P.799-801[59] Reyes A.P., Petrus-Reurer S., Antonsson L., Stenfelt S., Bartuma H., Panula S., Mader T., Douagi I., André H., Hovatta Q. // Stem Cell Reports. 2016, V.6, №1, P.9-17[60] da Cruz L., Chen F.K., Ahmado A., Greenwood J., Coffey P. // Prog. Retin. Eye Res. 2007, V.26, №6, P.598-635[61] Schwartz S.D., Hubschman J.P., Heilwell G., Franco-Cardenas V., Pan C.K., Ostrick R.M., Mickunas E., Gay R., Klimanskaya I., Lanza R. // Lancet. 2012, V.379, №9817, P.713-720[62] Mandai M., Watanabe A., Kurimoto Y., Hirami Y., Morinaga C., Daimon T., Fujihara M., Akimaru H., Sakai N., Shibata Y. // N. Engl. J. Med. 2017, V.376, №11, P.1038-1046[63] Fusaki N., Ban H., Nishiyama A., Saeki K., Hasegawa M. // Proc. Jpn. Acad. Ser. B Phys. Biol. Sci. 2009, V.85, №8, P.348-362[64] Warren L., Manos P. D., Ahfeldt T., Loh Y.H., Li H., Lau F., Ebina W., Mandal P.K., Smith Z.D., Meissner A. // Cell Stem Cell. 2000, V.7, P.1-13[65] Hou P., Li Y., Zhang X., Liu C., Guan J., Li H., Zhao T., Ye J., Yang W., Liu K. // Science. 2013, V.341, №6146, P.651-654[66] Luo M., Chen Y. // Int. J. Ophthalmol. 2018, V.11, №1, P.150-159[67] Kamao H., Mandai M., Ohashi W., Hirami Y., Kurimoto Y., Kiryu J., Takahashi M. // Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2017, V.58, №1, P.211-220[68] Taylor C.J., Peacock S., Chaudhry A.N., Bradley J.A., Bolton E.M. // Cell Stem Cell. 2012, V.3, №11, P.147-152[69] Okita K., Matsumura Y., Sato Y., Okada A., Morizane A., Okamoto S., Hong H., Nakagawa M., Tanabe K., Tezuka K. // Nat. Methods. 2011, V.8, P.409-412[70] Ichise H., Nagano S., Maeda T., Miyazaki M., Miyazaki Y., Kojima H., Yawata N., Yawata M., Tanaka H., Saji H. // Stem Cell Repts. 2017, V.9, P.853-867