Dispositivos biotecnológicos implantáveis como terapias para doenças degenerativas retinianas
Data
2018-07-26
Autores
Falabella, Paulo 
Orientadores
Schor, Paulo
Tipo
Tese de doutorado
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Resumo
Objectives: To evaluate the safety profile and functionality of two implantable
biomedical devices, bioelectronic retinal prostheses and nonbiodegradable
implants
seeded with retinal pigment epithelium cells derived from human embryonic stem cells
(hESCRPE),
as therapies for degenerative retinal diseases. Methods: 1. Longterm
followup
clinical study performed with patients implanted with Argus I (n=1) and
Argus® II (n=30) prostheses, assessing the impact of chronic electrical stimulation on
the retinal structure, visual function, functional vision, and functional magnetic
resonance imaging (fMRI), in 2 patients; 2. Preclinical study performed with nonbiodegradable
implants inserted into the subretinal
space of a retinal degeneration rat
model, Royal College of Surgeons. Group 1 (n = 46) received implants without cells,
group 2 (n = 59) received implants with hESCRPE,
and the control group (n = 13)
received no implants. Animals were evaluated by optokinetic reflex, superior colliculus
(SC) electrophysiology and histological analysis 21 weeks after surgery; 3. Preclinical
study performed with implants inserted into the subretinal
space of healthy Yucatan
minipigs, immunosuppressed systemically and/or intravitreally. Group 1 (n=11)
received implants with hESCRPE
cells while the control group (n=3) received sham
surgery. Animals were evaluated 1 month after implantation via histological and
immunohistochemistry analyses and imaging assessment. Results: 1. Argus I and
Argus® II demonstrated functionality and a favorable safety profile after chronic
electrical stimulation of 10 (n=1) and 3 years (n=30), respectively. Acquisition of
structural and functional data was achieved via fMRI scans with an inactive Argus® II
implant, showing artifacts around the patient’s implanted eye. The correlation between
the functional responses in the primary visual cortex and the primary somatosensory
cortex was reduced after prolonged use with the Argus II; 2. Group 2 demonstrated
survival of hESCRPE
in 87% of cases, and a higher number of responsive SC sites.
A significant number of host outer retinal cells was rescued in groups 1 and 2,
associated with an improvement in the optokinetic reflex test; 3. The implants appeared
to be stable in the subretinal
space in 91% of cases as shown by optical coherence
tomography, without evidence of rupture or migration of the substrate. Histological
analysis demonstrated intraretinal localization of the implant in 1020%
of cases,
whereas immunohistochemistry indicated survival of hESCRPE
cells on the implant
without cell migration or tumor formation. Conclusions: 1. The anatomical and functional results after chronic electrical stimulation with Argus I and Argus® II support
the safety and feasibility of retinal prostheses as a longterm
treatment for some types
of blindness. Successful acquisition and quantification of structural and functional
images with fMRI are feasible in the presence of an inactive Argus® II, despite of
localized artifacts. Preliminary data suggests that functional changes in the brain may
follow sight restoration treatments; 2. Preclinical
results suggest that implants seeded
with hESCRPE
may be considered suitable as a treatment strategy to address the
degeneration of outer retinal cells; 3. The safety profile of the surgical technique used
to introduce the implant in a large animal model provides an encouraging starting point
for human studies.
Objetivos: Avaliar o perfil de segurança e funcionalidade de dois dispositivos biotecnológicos implantáveis, próteses retinianas bioeletrônicas e implantes nãobiodegradáveis semeados com células do epitélio pigmentar retiniano derivadas de célulastronco (hESCRPE), como formas de tratamento para doenças retinianas degenerativas. Métodos: 1A. Acompanhamento clínico de longo prazo de 1 paciente implantado com a prótese Argus I e 30 pacientes implantados com a prótese Argus® II, analisando os efeitos da estimulação elétrica crônica sobre a retina, testes de função visual, visão funcional, e 1B. captação de imagens por ressonância magnética funcional (fMRI) em 2 pacientes implantados; 2. Estudo préclínico com implantes nãobiodegradáveis inseridos no espaço subretiniano de ratos degenerados Royal College of Surgeons. O grupo 1 (n=46) recebeu implantes sem células, o grupo 2 (n=59) recebeu implantes com hESCRPE, e o grupo 3 (n=13) serviu de grupo controle. Os animais foram submetidos a teste comportamental optocinético, avaliação eletrofisiológica cerebral (colículo superior) e análise histológica após 21 semanas de cirurgia; 3. Estudo préclinico com implantes inseridos no espaço subretiniano de porcos sem degeneração, Yucatan minipigs, imunossuprimidos de forma sistêmica e/ou intravítrea. O grupo intervenção (n=11) recebeu implantes com hESCRPE, e o grupo controle (n=3) foi submetido a cirurgia incompleta sem implante. Os animais foram avaliados após 1 mês de implantação, com análise histológica, imunohistoquímica e exame oftalmológico por imagens. Resultados: 1A. As próteses Argus I e Argus® II demonstraram funcionalidade e perfil de segurança favorável após uso crônico por 10 (n=1) e 3 anos (n=30), respectivamente. 1B. O Argus® II inativo permitiu a aquisição de imagens por fMRI, com artefatos localizados no córtex orbitofrontal adjacente ao implante em 2 pacientes. A correlação entre as respostas funcionais no córtex visual e somatossensorial mostrouse alterada após uso prolongado da prótese; 2. O grupo 2 demonstrou sobrevivência das células em 87% dos casos e um número maior de regiões responsivas ao exame eletrofisiológico do colículo superior. Um número significativo de células retinianas externas do hospedeiro foi resgatado nos grupos 1 e 2, associados a uma melhora no teste optocinético; 3. Os implantes demonstraram estabilidade anatômica no espaço subretiniano à tomografia de coerência óptica em 91% dos casos, sem ruptura ou migração do substrato. A análise histológica demonstrou localização intrarretiniana do implante em 1020% dos casos, enquanto que a avaliação imunohistoquímica indicou sobrevivência das células hESCRPE sobre o implante, sem dispersão celular ou formação de tumores intra ou extraoculares. Conclusões: 1A. Os resultados anatômicos e funcionais após estimulação crônica com o Argus I e Argus® II corroboram a tese da segurança e da viabilidade do seu uso como tratamento de longo prazo para alguns tipos de cegueira. 1B. A aquisição de imagens por fMRI se mostrou possível com o Argus® II desativado, apesar dos artefatos adjacentes ao implante. Dados preliminares sugerem que mudanças funcionais cerebrais podem decorrer do reestabelecimento visual promovido pelas próteses bioeletrônicas; 2. Os resultados préclínicos sugerem que os implantes semeados com hESCRPE podem ser considerados uma estratégia adequada de tratamento para doenças degenerativas das camadas retinianas externas. 3. A técnica cirúrgica de implantação em modelo animal de grande porte demonstrou um perfil de segurança encorajador para o uso em pesquisas clínicas.
Objetivos: Avaliar o perfil de segurança e funcionalidade de dois dispositivos biotecnológicos implantáveis, próteses retinianas bioeletrônicas e implantes nãobiodegradáveis semeados com células do epitélio pigmentar retiniano derivadas de célulastronco (hESCRPE), como formas de tratamento para doenças retinianas degenerativas. Métodos: 1A. Acompanhamento clínico de longo prazo de 1 paciente implantado com a prótese Argus I e 30 pacientes implantados com a prótese Argus® II, analisando os efeitos da estimulação elétrica crônica sobre a retina, testes de função visual, visão funcional, e 1B. captação de imagens por ressonância magnética funcional (fMRI) em 2 pacientes implantados; 2. Estudo préclínico com implantes nãobiodegradáveis inseridos no espaço subretiniano de ratos degenerados Royal College of Surgeons. O grupo 1 (n=46) recebeu implantes sem células, o grupo 2 (n=59) recebeu implantes com hESCRPE, e o grupo 3 (n=13) serviu de grupo controle. Os animais foram submetidos a teste comportamental optocinético, avaliação eletrofisiológica cerebral (colículo superior) e análise histológica após 21 semanas de cirurgia; 3. Estudo préclinico com implantes inseridos no espaço subretiniano de porcos sem degeneração, Yucatan minipigs, imunossuprimidos de forma sistêmica e/ou intravítrea. O grupo intervenção (n=11) recebeu implantes com hESCRPE, e o grupo controle (n=3) foi submetido a cirurgia incompleta sem implante. Os animais foram avaliados após 1 mês de implantação, com análise histológica, imunohistoquímica e exame oftalmológico por imagens. Resultados: 1A. As próteses Argus I e Argus® II demonstraram funcionalidade e perfil de segurança favorável após uso crônico por 10 (n=1) e 3 anos (n=30), respectivamente. 1B. O Argus® II inativo permitiu a aquisição de imagens por fMRI, com artefatos localizados no córtex orbitofrontal adjacente ao implante em 2 pacientes. A correlação entre as respostas funcionais no córtex visual e somatossensorial mostrouse alterada após uso prolongado da prótese; 2. O grupo 2 demonstrou sobrevivência das células em 87% dos casos e um número maior de regiões responsivas ao exame eletrofisiológico do colículo superior. Um número significativo de células retinianas externas do hospedeiro foi resgatado nos grupos 1 e 2, associados a uma melhora no teste optocinético; 3. Os implantes demonstraram estabilidade anatômica no espaço subretiniano à tomografia de coerência óptica em 91% dos casos, sem ruptura ou migração do substrato. A análise histológica demonstrou localização intrarretiniana do implante em 1020% dos casos, enquanto que a avaliação imunohistoquímica indicou sobrevivência das células hESCRPE sobre o implante, sem dispersão celular ou formação de tumores intra ou extraoculares. Conclusões: 1A. Os resultados anatômicos e funcionais após estimulação crônica com o Argus I e Argus® II corroboram a tese da segurança e da viabilidade do seu uso como tratamento de longo prazo para alguns tipos de cegueira. 1B. A aquisição de imagens por fMRI se mostrou possível com o Argus® II desativado, apesar dos artefatos adjacentes ao implante. Dados preliminares sugerem que mudanças funcionais cerebrais podem decorrer do reestabelecimento visual promovido pelas próteses bioeletrônicas; 2. Os resultados préclínicos sugerem que os implantes semeados com hESCRPE podem ser considerados uma estratégia adequada de tratamento para doenças degenerativas das camadas retinianas externas. 3. A técnica cirúrgica de implantação em modelo animal de grande porte demonstrou um perfil de segurança encorajador para o uso em pesquisas clínicas.