Etablierung organotypischer porziner Netzhautkulturen als Modell für die diabetische Retinopathie

Abstract

Die diabetische Retinopathie als häufigste mikrovaskuläre Komplikation von Diabetes mellitus ist vor allem durch eine chronische Hyperglykämie charakterisiert. Häufiger Sehverlust bis hin zur vollständigen Erblindung stellen zunehmend eine große Belastung für unser Gesundheitssystem dar. Bis dato gibt es noch einen großen Bedarf an geeigneten experimentellen Modellsystemen zur weiteren Erforschung der zugrunde liegenden Pathomechanismen und guten Therapieoptionen. Die porzine Retinakultur stellt durch die Ähnlichkeit in Größe, Anatomie und physiologischen Charakteristika im Vergleich zum Menschen und die Fähigkeit von Explantatkulturen der isolierten Darstellung neuronaler Auswirkungen diabetischer Bedingungen ein starkes intermediäres Modellsystem zwischen den in-vitro-Zellkulturen und in-vivo-Tiermodellen dar. Es sollten in dieser Arbeit im Rahmen einer Grundlagenforschung verschiedene Kulturbedingungen und die dadurch resultierenden morphologischen Veränderungen und RNA-Expressionen bestimmter Moleküle im retinalen Gewebe untersucht werden. Hier spielten der Startzeitpunkt der Fixierung, die Anfertigung der Explantate, die Beschaffenheit des Kulturmediums und der Einfluss von erhöhten Glukosekonzentrationen im Medium eine Rolle. Die Untersuchungen ergaben, dass in einem Langzeitversuch über 35 Tage die untersuchten Photorezeptoren und signalweiterleitenden Bipolarzellen der Stäbchen in der Schweineretina bis zum 18. Kulturtag vorhanden waren. Zudem erlauben die noch intakte Morphologie der Schichten und erst beginnende degenerative Ereignisse wie Gliose, Apoptose und Veränderungen des Zellkerns eine gute Evaluierung der spezifischen Veränderungen bis zu diesem Zeitpunkt. Einige Schlüsselmoleküle wie GluT1 und VEGF sind unter erhöhten Glukosekonzentrationen an den meisten Erntezeitpunkten und der IR zu Beginn der Kultur hochreguliert. Im Hinblick auf die retinalen Zellen in immunhistochemischen Aufnahmen hält das Sprouting der Stäbchen-Bipolarzellen hier zwei Tage kürzer an als unter normoglykämischen Bedingungen, während die Ribbonsynapsen erst zwei Tage später eine Verschiebung in die ONL aufweisen. Rhodopsin und das Zapfen-Opsin-Signal konnten in der Hyperglykämie-Gruppe am letzten Kulturtag im Gegensatz zur Vergleichsgruppe nicht mehr sichtbar gemacht werden. Die Gliose setzte erstaunlicherweise vier Tage früher ein. Zudem konnten mehr Zellkerne insgesamt in der hyperglykämischen Gruppe gezählt werden, von denen sich jedoch auch zu den meisten Zeitpunkten mehr Zellkerne in Apoptose befanden. Unter Verwendung der porzinen Retinakultur können weitere Schlüsselmoleküle der Hyperglykämie-induzierten frühen Pathogenesemechanismen der Erkrankung auf morphologischem, genetischem und proteomischem Level untersucht werden und als zusätzliches Modellsystem zu einer Reduktion der Versuche an lebenden Tieren beitragen.