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Altersbedingte Makuladegeneration (AMD) ist weltweit die häufigste Ursache von irreversibler Erblindung des alternden Menschen. Mit der anti-VEGF-Behandlung steht für die deutlich seltenere feuchte AMD eine zugelassene Therapie bereit, die deutlich häufigere trockene AMD entzieht sich aktuell jedoch jeglicher Therapie. Ein zentraler Pathomechanismus der AMD ist der progrediente Untergang des retinalen Pigmentepithels (RPE). Die Rarifizierung und letztendlich Atrophie des RPEs führt zum Untergang der funktionellen Einheit aus RPE, Photorezeptoren und Bruch’scher Membran und somit zum irreversiblen Funktionsverlust. Ein möglicher therapeutischer Ansatz, der progredienten Atrophie des RPEs entgegenzuwirken, ist, das prinzipiell post- mitotischen RPE zur Proliferation anzuregen.
Grundlage unserer in vitro Untersuchungen ist das ARPE-19 Zellmodell. Um die Proliferation anzuregen wurden die RPE-Zellen mit E2F2, einem Zellzyklus- regulierendem Transkriptionsfaktor, transfiziert.
Zunächst wurde ein nicht-proliferatives RPE-Zellmodell mit spontanem Wachstumsarrest etabliert. Innerhalb von zwei Wochen konnte die Ausbildung von Zonulae occludentes als Zeichen der Integrität des adhärenten Zellmonolayers beobachtet werden. Die chemische Transfektion von E2F2 unter einem CMV-Promoter führte zur Überexpression von E2F2-Protein. Der proliferationssteigernde Effekt von E2F2 konnte durch die Proliferationsmarker Cyclin D1 sowie Ki67, dem Anstieg der BrdU-Aufnahme und der nach Transfektion mit E2F2 zunehmenden Gesamtzellzahl nachgewiesen werden.
Der Zellzahlerhöhung standen jedoch potentiell qualitative und funktionelle Einbußen entgegen. So zeigten sich nach Behandlung mit E2F2 die Zellviabilität reduziert und die Apoptoserate sowie die Permeabilität des Epithels erhöht. Diese Einschränkungen waren jedoch nur passager bis 7 Tage nach Transfektion sichtbar und reversibel. Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass diese Defizite nicht durch E2F2 selbst, sondern durch das Transfektionsreagenz PEI bedingt waren. Weitere funktionelle Defizite könnten durch epithelial-mesenchymale Transition (EMT) verursacht werden. Hier zeigte sich durch E2F2 keine De-Differenzierung im Sinne einer typischen EMT-Marker- Expression.
Die vorliegende Arbeit zeigt in einem in vitro Zellmodell die Grundlagen eines vielversprechenden Ansatzes zur Therapie der trockenen AMD: Durch Überexpression eines den Zellzyklus regulierenden Gens (hier E2F2) wurde die RPE-Regeneration angeregt. Analog zur schon zugelassenen Gentherapie des RPEs bei RPE65-assoziierten Netzhautdystrophien durch den Transfer von funktionstüchtigem RPE65-Gen mittels Adeno-assoziierten Viren könnte mittels E2F2, übertragen mit einem lentiviralen Verktor, eine Stimulation des RPEs zur Proliferation möglich sein. Entscheidend ist der möglichst gute Struktur- und Funktionserhalt des Photorezeptor-Bruch-Membran-RPE Komplexes. Eine Therapie sollte daher in frühen Krankheitsstadien erfolgen, um die Progression zu fortgeschrittenen Erkrankungsstadien mit irreversiblem Funktionsverlust zu verzögern oder zu verhindern.
PURPOSE. To investigate the effect of selective retina therapy (SRT) on the release of AMD-relevant cell mediators, such as matrix metalloproteinases (MMPs), VEGF, and pigment epithelium derived factor (PEDF) using different laser spot sizes and densities.
METHODS. Porcine RPE-choroid explants were treated with a pulsed 532 nm Nd:YAG laser using (1) large spot sizes, (2) small spot sizes with a high-density (hd) treatment, and (3) small spot sizes with a low-density (1d) treatment. Explains were cultivated in modified Ussing chambers. RPE regeneration and RPE cell death were investigated by calcein-AM staining and immunofluorescence. The MMP release was examined via zymography and immunofluorescence. VEGF and PEDF secretion was analyzed by ELISA.
RESULTS. During pigment epithelium regeneration (PER), mitosis and RPE cell migration were observed. Four days after SRT (large spot size) the content of active MMP2 increased significantly (P < 0.01). Hd treatment with small spot sizes resulted also in an increase of active MMP2 (P < 0.05). In immunofluorescence explants showed a localized expression of MMP2 within the healing lesions after irradiation. The PEDF level increased significantly (P = 0.01) after SRT with large spot sizes. VEGF secretion decreased significantly (P < 0.05) following SRT with large spot sizes and with hd treatment of small spot sizes.
CONCLUSIONS. SRT induces a cytokine profile, which may improve the flux across Brach's membrane, slows down progression of early AMD by RPE regeneration, and inhibits the formation of choroidal neovascularization. The cytokine release depends on the size and density of applied laser spots.
The retinal pigment epithelium (RPE) is a unique epithelium, with major roles which are essential in the visual cycle and homeostasis of the outer retina. The RPE is a monolayer of polygonal and pigmented cells strategically placed between the neuroretina and Bruch membrane, adjacent to the fenestrated capillaries of the choriocapillaris. It shows strong apical (towards photoreceptors) to basal/basolateral (towards Bruch membrane) polarization. Multiple functions are bound to a complex structure of highly organized and polarized intracellular components: the cytoskeleton. A strong connection between the intracellular cytoskeleton and extracellular matrix is indispensable to maintaining the function of the RPE and thus, the photoreceptors. Impairments of these intracellular structures and the regular architecture they maintain often result in a disrupted cytoskeleton, which can be found in many retinal diseases, including age-related macular degeneration (AMD). This review article will give an overview of current knowledge on the molecules and proteins involved in cytoskeleton formation in cells, including RPE and how the cytoskeleton is affected under stress conditions — especially in AMD.
Age-related macular degeneration (AMD) is the leading cause of blindness in the Western world. With an ageing population, it is anticipated that the number of AMD cases will increase dramatically, making a solution to this debilitating disease an urgent requirement for the socioeconomic future of the European Union and worldwide. The present paper reviews the limitations of the current therapies as well as the socioeconomic impact of the AMD. There is currently no cure available for AMD, and even palliative treatments are rare. Treatment options show several side effects, are of high cost, and only treat the consequence, not the cause of the pathology. For that reason, many options involving cell therapy mainly based on retinal and iris pigment epithelium cells as well as stem cells are being tested. Moreover, tissue engineering strategies to design and manufacture scaffolds to mimic Bruch's membrane are very diverse and under investigation. Both alternative therapies are aimed to prevent and/or cure AMD and are reviewed herein.
Bei der optischen Achsenlängenmessung des Auges (das auf dem Prinzip der Teilkohärenzinterferometrie beruht)wird das größte Interferenzsignal (Hauptmaximum), das in der Regel vom retinalen Pigmentepithel ausgeht, registriert und zur Bestimmung der Achsenlänge verwandt. Zusätzliche Interferenzsignale, die an der inneren Grenzmembran oder der Aderhaut entstehen, können hierbei zu Messungenauigkeiten führen. Bei der systematischen Auswergung von optisch gemessenen Achsenlängen dieser Studie wurde ersichtlich, daß bei 98,2% der Achsenlängenmessungen das Pigmentepithel als Hauptmaximum erkannt wurde und somit die richtige Achsenlänge gemessen wurde. Ein Zusammenhang zwischen Alter bzw. Achsenlänge und Schichtdicken des Augenhintergrundes konnte weder belegt noch klar ausgeschlossen werden.
Ophtalmologische Krankheitsbilder, die mit Degeneration oder erblichen Dystrophien der Retina einhergehen, führen in vielen Fällen zur Erblindung und stellen daher ein großes Problem in der Augenheilkunde dar. Als Korrelat des Zellverlustes wurde der apoptotische Zelltod identifiziert. Die Schritte, die zwischen der Genmutation und dem funktionellen Defizit in der Zelle liegen sowie die Signalketten, die letztlich zur Entscheidung zum Zelltod führen, sind noch relativ unklar. Im Zusammenhang mit der Frage, welche Gene die molekulargenetische Grundlage für den Vorgang der Apoptose in Zellen der menschlichen Netzhaut bilden, wurde in dieser Arbeit die Frage untersucht, ob in der humanen Pigmentepithelzellinie ARPE-19 die Metalloproteinasen Stromelysin und Collagenase produziert werden und ob die Genexpression dieser Metalloproteinasen durch eine Behandlung der Zellen mit humanen Interferonen stimuliert werden kann. Der Nachweis sollte auf der mRNA-Ebene erfolgen. Als Nachweismethoden dienten die Northern-blot-Analyse, wobei für die Hybridisierung Digoxigenin-markierte antisense-RNA verwendet wurde, die durch in vitro-Transkription gewonnen wurde, sowie die RT-PCR. Als Modell diente die ARPE-19-Zelle, die sich durch ihre epitheliale Morphologie und rasche Proliferationsrate von anderen primären RPE-Kulturen unterscheidet . Als Kontrolle wurden humane Fibroblasten sowie Gliomazellen verwendet. Mit der Northern-blot-Analyse konnte in der ARPE-19-Zelle die mRNA der Metalloproteinase Collagenase nicht nachgewiesen werden. Der Versuch, eine eventuell sehr geringe mRNA-Menge durch Behandlung mit Interferon alpha und gamma über die Nachweisgrenze zu erhöhen, erbrachte ebenfalls ein negatives Ergebnis. Für die Untersuchung von Stromelysin 1 wurde auf die sensiblere Methode der RT-PCR übergegangen. Während Stromelysin 1 in den Kontrollzellen nachgewiesen werden konnte, konnte auch mit der RT-PCR-Methode in der ARPE-19-Zelle Stromelysin 1 nicht nachgewiesen werden. Daher muss davon ausgegangen werden, dass die ARPE-19-Zelle durch die Anzahl der Passagen, der sie während der Zellkultur unterzogen wurde, zwar nicht immortalisierte, jedoch eine gewisse Zahl von Genen abschaltete, zu denen auch die Gene der hier untersuchten Metalloproteinasen Collagenase und Stromelysin gehören, oder dass die Zellinie nicht den komplett identischen Chromosomensatz einer originären retinalen Pigmentepithelzelle besitzt. Die Tatsache, daß hochspezialisierte Zellen bei oftmaligem Passagieren ihre spezialisierten Eigenschaften verlieren, kann in der Forschung häufig beobachtet werden. Offenbar ist die in Kultur gehaltene ARPE-19-Zelle eine in ihrer transkriptionellen Aktivität extrem reduzierte Zelle, bei der auch die Transkription der Metalloproteinasen Stromelysin und Collagenase abgeschaltet ist.