Прескочи към главното съдържание на страницата

Архив


БРОЙ 2 2017

Очна повърхност и дефицит на лимбални стволови клетки

виж като PDF
Текст A
д-р В. Желева, проф. д-р Л. Войнов, д-р А. Калайджиев
Очна клиника, ВМА-София


Очна повърхност

Очната повърхност представлява граничната повърхност (интерфейс) между функциониращото око и заобикалящата ни среда. Тя осигурява анатомична, функционална и имунологична протекция и се състои от два съвършено различни епителни слоя – корнеален епителен слой, покриващ отвън роговицата, и конюнктивен епителен слой, покриващ склерата. Двата слоя преминават един в друг в граничната зона, наречена корнеосклерален лимб, в който се локолизират т.нар. лимбални стволови клетки (ЛСК). Роговичният епител има свойството да се обновява напълно на всеки 3 до 10 дни, благодарение на пролиферацията и диференциацията на тези стволови клетки[1]. Докато тези два типа епител представляват анатомично очната повърхност, добавъчните структури, включващи предните ламели на клепачите, миглите, Мейбомиевите жлези и слъзната система, са абсолютно необходими за адекватната протекция и функциониране на очната повърхност.

Основни функции на очната повърхност са да поддържа оптичната прозрачност на роговицата, да осигурява рефрактивна повърхност за точно насочване на светлинните лъчи към очните среди и да осъществява протекция на структурите на окото срещу микроорганизми, травми или токсини. Всяко нарушаване на очно повърхностната хомеостаза от травма или заболяване може да компрометира интегритета на всяка една от тези протективни функции и да доведе до различни форми на корнеална или конюнктивална дисфункция – от най-леки роговични абразии до тежка загуба на стволови клетки, нарушено зрение и дори роговична слепота при най-тежките форми на заболяване. Анатомичната цялост и правилното функциониране на всички компоненти на очната повърхност е абсолютно необходимо условие за поддържане на нейния интегритет, но в наши дни се знае, че ключова роля за нейната стабилност играят ЛСК. Нашите разбирания за заболяванията на очната повърхност и физиологията на стволовите клетки претърпяха съществено развитие през последните три десетилетия със значителен напредък както по отношение представата ни за роговичните епителни стволови клетки, така и в развитието на нехирургични и хирургични подходи за поддържане и възстановяване на очната повърхност[2,3].


Концепция за стволовите клетки

Роговичните епителни стволови клетки представляват прогениторни клетки и основен източник за възстановяване на роговичния епител при увреждане или загуба[3]. Тези ЛСК се локализират в областта на корнеосклералния лимб и поради способността си да се самообновяват позволяват на лимба да служи като своеобразна функционална бариера, разделяща корнеалния от конюнктивалния епител. Доказано е, че ЛСК се локализират в т.нар. стволовоклетъчна ниша, чийто анатомичен субстрат са лимбалните палисади на Vogt. Те представляват радиерно ориентирани фиброваскуларни структури, които се разполагат от лимбо-корнеалната граница и на 1-2 mm навътре от нея, като са най-проминентни в горния и долния квадрант на роговицата[14]. Навсякъде в тялото възрастните стволови клетки се намират в съвсем ограничено количество с дълъг полуживот, слаб дележен потенциал и ниска клетъчна диференциация. Въпреки тези си характеристики те притежават способността да регенерират и възстановяват тъканите след увреждане. След активация стволовите клетки дават потомство, означавано като „преходни амплифициращи клетки” (transient amplifying cells), които са отговорни за пролиферация, диференциация и миграция като израз на нормалното физиологично обновяване или възстановяване след увреждане (Фиг. 1). Дъщерните клетки, за разлика от тях, имат кратка продължителност на живота, бърз клетъчен цикъл и висока митотична активност. След епително увреждане преходните амплифициращи клетки мигрират центрипетално от лимба и вертикално от базалните епителни слоеве, за да осигурят епително възстановяване. Този процес на епителна клетъчна миграция е критичен за поддържането на роговичната епителна популация и нейната способност за регенерация след увреждане. Корнеосклералният лимб служи като своеобразна функционална бариера, предотвратяваща нахлуването на конюнктивния епител върху роговицата в условията на нормална очно повърхностна хомеостаза[4]. Когато настъпи нарушаване на тази бариерна функция, конюнктивен епител заедно с кръвоносни съдове и фиброзна тъкан навлиза в роговицата, процес наречен конюнктивализация. Загубата на тази бариерна функция е един от първите признаци на недо­статъчност на роговични епителни стволови клетки и може да доведе до значителни нарушения на очната повърхност.

Фигура 1: Локализация на ЛСК (Илюстрация: Amer Sehic, OD/UiO)


    

Нашите разбирания за анатомичната локализация и функционирането на роговичните епителни стволови клетки са относително нови и разработени през последните три десетилетия. Едно от най-важните начални наблюдения върху наличието и функциите на роговичните ЛСК е било направено от Friedenwald, който установява, че роговичният епител се възстановява напълно след тотална деепителизация[5]. През 70-те и 80-те години на миналия век се установява, че палисадите на Vogt са анатомичната локализация на роговичните ЛСК[6,15]. Няколко проучвания установяват наличието на тези стволови клетки в лимбалния базален епител чрез идентифицирането на роговично-специфични кератини[7]. Нещо повече, други проучвания демонстрират, че ЛСК са по-малко диференцирани от епителните клетки навсякъде другаде в роговицата и тези клетки, както и преходните амплифициращи клетки, представляват пролифериращите клетки на епитела, които са отговорни за възстановяването след увреждане[8].

С изясняването на локализацията и функциите на роговичните ЛСК, Kenyon и Tseng, първи започват клинично приложение на теорията за стволовите клетки[9]. През 1989 г. те за първи път включват ЛСК в конюнктивалните трансплантационни процедури, което представлява и първото научно обосновано клинично приложение на трансплантирането на ЛСК при тежки заболявания на очната повърхност и поставя началото на автотрансплантационните техники на истински стволови клетки.


Дефицит на лимбални стволови клетки (ДЛСК)

В зависимост от степента на загуба или увреда на ЛСК дефицитът им се дели на дифузна (тотална) и частична (парциална) загуба на ЛСК. Освен това тя може да бъде едноочна и двуочна, вродена и придобита. Най-характерният признак, свидетелстващ за наличието на стволовоклетъчен лимбален дефицит, е т.нар. конюнктивализация на роговицата, асоциирана с неоваскуларизация и възпаление, на базата на които се поставя клиничната диагноза, а импресионната цитология представлява методът, който със сигурност доказва дефицита на ЛСК, на базата на установяването на конюнктивен епител и характерните за него чашковидни (гоблетови, муцинпродуциращи) клетки върху роговицата.

Причините за загубата или дисфункцията на ЛСК могат да бъдат травматични, възпалителни или хередитарни заболявания. Сред наследствените заболявания, характеризиращи се с дефицит на ЛСК, са аниридията, кератит, асоцииран с множествена ендокринна недостатъчност, ектродактилия–ектодермална дисплазия–лицеви цепки синдром, кератит–ихтиоза–глухота синдром и вродена дискератоза. Типичен представител на наследствените причини, протичащи с дисфункция на ЛСК, е аниридията. Касае се за наследствено заболяване, резултат от мутация на PAX6 гена, необходим за нормалната окулогенеза, която води до дисгенезия в развитието на предния сегмент на окото[10]. Един от характерните признаци на аниридията е асоциираната с нея кератопатия, обусловена от дисфункция на ЛСК. Редица заболявания на очната повърхност могат да доведат до загуба или увреждане на ЛСК, като химични и термични изгаряния, ултравиолетова и йонизираща радиация, синдром на Stevens-Johnson, множество хирургични интервенции и криотерапия, тежки микробни инфекции, очен цикатрициален пемфигоид, невротрофична кератопатия, тежка булозна кератопатия[1]. Продължителната употреба на контактни лещи също се асоциира с дисфункция и увреда на ЛСК, която от една страна, е резултат от токсичното действие на съставки в разтворите за съхранение на контактните лещи, а от друга, на хроничното механично дразнене и възпаление на лимба от триенето между контактните лещи и очната повърхност[12]. В допълнение, някои от случаите на дефицит на ЛСК са идиопатични. Птеригиумът е типичен пример на заболяване, дължащо се на локален дефицит на ЛСК, резултат от ултравиолетово увреждане на стволовите клетки в интерпалпебралната зона на очната повърхност и се представя като криловидна фиброваскуларна пролиферация на булбовата конюнктива върху роговицата (Фиг. 2). В напреднали стадии инвазията върху роговицата може да доведе до неправилен астигматизъм, намалена зрителна острота, хронично дразнене, рецидивиращи възпаления и двойно виждане поради рестрикция на очния мотилитет[11].

Фигура 2: Pterygium verum – локален дефицит на ЛСК

     
Подходи за лечение на ДЛСК

За успешното лечение на ДЛСК е необходимо популацията от ЛСК да бъде възобновена, а също и да се създадат благоприятни условия за преживяване на тези клетки, с което да се постигне възстановяване на интегритета и хомеостазата на очната повърхност[1]. За постигане на тази цел са известни няколко възможни съвременни трансплантационни процедури, които могат да бъдат авто- или алогенни. При автогенните трансплантационни техники тъканите, необходими за трансплантация, се получават от самия реципиент, най-често от контралатералното око, при условие че последното е със съхранена очна повърхност. Към тях се отнася трансплантирането на лимбо-конюнктивен автографт (CLAU). Предимство при тази процедура е липсата на риск от отхвърляне на трансплантанта поради имунологични причини и на необходимост от прилагане на системна имуносупресивна терапия, поради което като цяло тази техника е с добра прогноза по отношение на преживяемостта на трансплантанта. При алогенните техники донорските тъкани се получават от жив донор (близък родственик – living-related do­nor) или от трупен донор (cadaveric donor) – lr-CLAL и c-CLAL. Възможностите тук са за трансплантация на лимбо-конюнктивен или керато-лимбален алографт, като трансплантацията на либмо-конюнктивен авто- и алографт се изпълняват по един и същи начин, като разликата е само в източника на ЛСК и съответно необходимостта от системна имуносупресия при алотрансплантацията. При трансплантацията на керато-лимбален алографт (KLAL) източникът на ЛСК е трупен донор, като за целта се взима 360° ламеларен ринг, който включва целия корнеосклерален лимб на донора, част от периферната роговица и малка част от склерата[13]. Предимството на тази процедура е, че се трансплантира целият лимб на донора, което значително увеличава броя на трансплантираните ЛСК, при това без риск да се предизвика дефицит на ЛСК в донорското око. Недостатък обаче е високият риск от отхвърляне на трансплантанта, поради това че лимбалната тъкан е силно антигенна и е почти невъзможно да се постигне имунна тъканна съвместимост между реципиента и трупното донорско око. При всички описани трансплантационни техники в следоперативния период обикновено се поставя протективна мека контактна леща, прилага се кратък антибиотичен курс, а според някои автори капки, съдържащи автоложен серум[21], а при алогенните трансплантации е задължително прилагането на локална и системна имуносупресия (кортикостероиди, имуносупресори). Една сравнително нова алтернатива на лимбалните стволовоклетъчни трансплантационни процедури е трансплантацията на ex vivo размножени (експандирани) автоложни ЛСК. Използват се лимбални епителни клетки на самия реципиент, които се вземат чрез минимално-инвазивна лимбална биопсия, след което със или без използване на ксенобиотични продукти чрез съвременни биотехнологии се постига размножаване на тези клетки и получаване на епителен слой от собствени епителни клетки, годни за трансплантация. Предимството на този подход се състои в това, че поради минимално-инвазивната техника не се предизвиква дефицит на ЛСК на донорското място, а освен това се използват собствени стволови клетки, с което се избягва имунологичният конфликт и респективно реакцията на отхвърляне на трансплантанта и необходимостта от имуносупресивна терапия. Като матрица за размножаване на лимбалните стволови клетки се използва човешка амниотична мембрана, която не е имуногенна, не експресира HLA-антигени и е с притивовъзпалителни, антиангиогенни и инхибиращи фиброзата и цикатризацията качества[16,19,20]. В получените клетъчни култури чрез изследване на различни маркери се получава информация за наличието и количеството на стволовите клетки, на базата на което се оценява годността на клетъчната култура за тансплантация и потенциалът ù за възстановяване на очната повърхност. Съществува техника, при която върху трансплантирания слой от автоложни епителни клетки се поставя още един слой амниотична мембрана, като с това се целù при евентуална последваща неоваскуларизация съдовете да прораснат върху амниона, а трансплантираният слой от ex vivo експандирани стволови клетки да остане свободен от съдове.

Възстановяването на очната повърхност изисква преценка и на състоянието на всички останали структури, участващи в поддържането на очноповърхностната хомеостаза и съответно коригиране на съпътстващата патология на очните придатъци с цел да се осигури здрава очна повърхност, прозрачна роговица и добра зрителна острота (Фиг. 3).

Фигура 3: Рецидивиращ назален птеригиум, симблефарон, темпорален птеригиум – компрометирана очна повърхност



    

     
    
  
книгопис:
1.    Limbal stem cell transplantation: an evidence-based analysis .Health Quality Ontario..Ont Health Technol Assess Ser. 2008; 8(7):1-58. Epub 2008 Oct 1.
2.     Ocular Surface Disease: Cornea, Conjunctiva and Tear Fim- Textbook, 1st ed . By Edward J Holland, MD MD, Mark J Mannis, MD, FACS MD, FACS and W. Barry Lee, MD FACS,May 2013.
3.     Lajtha LG. Stem cell concept. Differentiation 1979;14;23-34.
4.     Dua HS, Miri A, Alomar T, et al. The role of the limbal stem cells in corneal epithelial maintenance. Ophthalmology 2009;116;856-63.
5.    Friedenwald JS. Growth pressure and metaplasia of conjunctival and corneal epithelium. Doc. Ophthalmol 1951;5;184-92.
6.     Goldberg MF , Bron AJ. Limbal pallisades of Vogt. Trans AM Ophthalmol Soc 1982;80;155-71.
7.     Schermer A, Galvin S , Sun TT. Differentiation-related expression of major 64K corneal keratin in vivo and in culture suggests limbal location of corneal epithelial stem cells. J Cell Biol 1986;103;49-62.
8.    Ebato B, Friend J, Thoft RA. Biphasic cell proliferation in trans differentiation of conjunctival to corneal epithelium in rabbits. Invest Ophthalmol Vis Sci 1983;24;1008-14.
9.    Kenyon KR, Tseng SCG. Limbal autograft transplantation for ocular surface disorders. Ophthalmology1989;96;709-23.
10.    Ihnatko R, Eden U, FagerholmP, Legali N, Congenital Aniridia and the Ocular Surface, Ocul. Surf.2016 Apr, 14(2):196-206. Do:10.1016/j.jtos.2015.10.003. Epub 2015 Dec 29.
11.    Tsai YY, Cheng YW, Lee H, et al.Oxidative DNA damage in pterygium. Mol Vis 2005’11;71-5.
12.    Rossen J, Amram A, Milani B et al. Contact Lens-induced Limbal Stem Cell Deficiency. Ocul Surf. 2016 Oct, 14(4):419-434. doi; 10.1016/j.jtos.2016.06.003 Review.
13.     Espana EM, Di Pascuale M, Grueterich M, Solomon A, Tseng SC. Keratolimbal allograft in corneal reconstruction. Eye. 2004;18(4):406–17.
14.    Hong He, Samuel C. Yiu Stem cell-based therapy fot treating limbal stem cell deficiency: A review of different strategies Saudi J Ophthalmol. 2014 Jul; 28(3):188-194.
15.    Goldberg M.F., Bron A.J. Limbal palisades of Vogt. Trans Am Ophthalmol Soc. 1982;80:155–171.
16.     Pellegrini G, Traverso CE, Franzi AT, et al. Long-term restoration of damaged corneal surfaces with autologous cultivated corneal epithelium. Lancet. 1997, 349, 990-993.
17.     Nakamura T, Inatomi T, Sotozono C et al. Transplantation of autologous serum-derived cultivated corneal epithelial equivalents for the treatment of severe ocular surface disease. Ophthalmology. 2006, 113, 1765–1772.
18.     Kwitko S, Marinho D, Barcaro S, et al. Allograft conjunctival transplantation for bilateral ocular surface disorders. Ophthalmology. 1995, 102, 1020–1025.
19.     Tseng SCG, Chen SY, Shen YC, et al. Critical appraisal of ex vivo expansion of human limbal epithelial stem cells. Current Molecular Medicine. 2010, 10, 841–850.
20.     Tseng SC, Prabhasawat P, Barton K, et al. Amniotic membrane transplantation with or without limbal allograft s for corneal surface reconstruction in patients with limbal stem cell defi ciency. Arch Ophthalmol. 1998, 116, 431–441.
21.     Freire V, Andollo N, Etxebarria J, et al. Corneal wound healing promoted by 3 blood derivatives: an in vitro and in vivo comparative study. Cornea. 2014, 33, 614-620.