Die Netzhaut besteht aus einer dünnen Schicht lichtempfindlichen Gewebes auf der Rückseite des Auges. Diese komplizierte Struktur ist für das Sehen unerlässlich.
Zellschaltung
In der Netzhaut werden fünf Arten von Neuronen — Photorezeptoren, bipolare Zellen, Netzhautganglienzellen, horizontale Zellen und Amazrinzellen-zu einer der komplexesten Leiterplatten der Natur miteinander verdrahtet., Wenn Licht auf die Netzhaut trifft, stimuliert es Photorezeptoren und erzeugt ein elektrisches Signal, das durch andere Neuronen der Netzhaut zum Sehnerv und dann zum Gehirn transportiert wird.
Kredit: Alisdair Macdonald
1. Photorezeptoren Es gibt zwei Haupttypen von lichtempfindlichen Zellen im Auge: Stäbchen und Zapfen. Stäbe ermöglichen das Sehen bei schlechtem Licht, während Zapfen für das Farbsehen verantwortlich sind., Photorezeptoren wandeln Licht in elektrische Signale um, die durch andere Netzhautneuronen wandern, um den Sehnerv zu erreichen.
2. Bipolare Zelle, die für die Übertragung von Signalen von Photorezeptoren zu einer Netzhautganglienzelle verantwortlich ist.
3. Retinale Ganglienzelle leitet Signale von bipolaren und amazrinen Zellen an das Gehirn durch lange Projektionen, die Axone genannt werden, die den Sehnerv bilden.
4. Horizontale Zelle Reguliert das Signal, das aus mehreren Stäben und Kegeln austritt.
5. Amacrine Zelle erreicht über mehrere bipolare Zellen, um Signale zu regulieren, die auf Netzhautganglienzellen gerichtet sind., Bisher wurden rund 30 Subtypen identifiziert.
6. Retinales Pigmentepithel (RPE) Eine Schicht von Epithelzellen, die unter den Photorezeptoren liegt. Es bildet eine Barriere für Blutgefäße in der Aderhaut und verstopft schädliche Substanzen, die von Photorezeptoren als Reaktion auf Licht abgegeben werden.
Eine häufige Erkrankung
Degenerative Erkrankungen der Netzhaut betreffen Hunderte von Millionen Menschen weltweit. Die häufigste Erkrankung ist die altersbedingte Makuladegeneration (AMD).,
Kredit: Alisdair Macdonald
1. AMD wird durch einen Aufbau von Fettablagerungen, bekannt als Drusen, zwischen dem RPE und der Aderhaut verursacht. Die Ursache ist unklar, es wird jedoch angenommen, dass Nebenprodukte von Photorezeptoren dazu beitragen.
2. Diese Ablagerungen nehmen allmählich an Größe und Anzahl zu, was zu einer zunehmend verzerrten Sicht führt.
3. Bei fortgeschrittener AMD ist die RPE gestört, was zum Tod von Photorezeptoren und zum Verlust des zentralen Sehvermögens führt.
4., 10-15% der Fälle entwickeln sich zu einer Form, die als nasse AMPERE bekannt ist und bei der Blutgefäße in die Netzhaut eindringen und Flüssigkeit austreten, die dazu führt, dass sich das Sehvermögen schnell verschlechtert.
Schadenskontrolle
Es wurden keine Behandlungen für AMD im Frühstadium zugelassen, aber Medikamente, die die Blutgefäßbildung hemmen, können das Fortschreiten der feuchten AMD verlangsamen.,
Fresh eyes
In den letzten zehn Jahren haben Verfeinerungen an Techniken zur Kultivierung oder Differenzierung von Stammzellen die Möglichkeit erhöht, Stammzelltherapien zur Bekämpfung von netzhautdegenerativen Erkrankungen wie AMD einzusetzen.
Stammzellen können aus einem Embryo im Blastozystenstadium gewonnen werden. Alternativ können adulte Zellen wie Fibroblasten so umprogrammiert werden, dass sie sich wie Stammzellen verhalten.,
Credit: Alisdair Macdonald
Solche Stammzellen können sich auf unbestimmte Zeit teilen und können zu jedem Zelltyp führen, der für die Regeneration der Netzhaut erforderlich ist.
Credit: Alisdair Macdonald
Bei fortgeschrittener AMD ist eine Funktionsstörung des RPE die Hauptursache für ein Fehlschlagen des Sehvermögens., Klinische Studien sind jetzt im Gange, um beschädigte RPE durch gesunde retinale Pigmentepithelzellen aus Stammzellen zu ersetzen.
Bisher haben Forscher zwei Möglichkeiten getestet, frische Pigmentepithelzellen an die geschädigte Netzhaut zu liefern.
Credit: Alisdair Macdonald
A wird eine Suspension von retinalen Pigmentepithelzellen aus Stammzellen in den verzerrten Raum oberhalb der Aderhaut injiziert. Erste Studien an Menschen haben gezeigt, dass dieser Ansatz sicher ist.,
Es ist jedoch unklar, ob in Suspension gelieferte Zellen in ausreichender Zahl überleben werden, damit sich der RPE regenerieren und richtig funktionieren kann.
B, Ein einzelliges dickes Blatt retinaler Pigmentepithelzellen auf einem dünnen Polyester-oder Kollagengerüst wird chirurgisch am Hinterkopf implantiert.
Durch die Implantation der Zellen als Blatt müssen sie nicht mehr an Bruchs Membran haften. Klinische Studien haben gezeigt, dass das Verfahren sicher ist, und einige Empfänger haben über Verbesserungen des Sehvermögens berichtet.,
Credit: Alisdair Macdonald
Eyes forward
Neben den Bemühungen, Netzhautzellen aus Stammzellen zu erzeugen, machen die Forscher schnelle Fortschritte in Richtung des Wachstums ganzer Netzhaut. Da solche Modelle immer ausgefeilter werden und nicht nur die Bandbreite der Zelltypen, sondern auch ihre Organisation und Funktion im Auge widerspiegeln, werden sich diese Mini-Netzhaut als von unschätzbarem Wert für die Krankheitsmodellierung und den Drogentest erweisen.,
2011 Es wird gezeigt, dass embryonale Stammzellen der Maus sich in eine 3D-Struktur organisieren, die Schichten von Netzhautzellen umfasst, die denen der sich entwickelnden Retina3 ähneln.
2012 Es wird gezeigt, dass sich aus Embryonen gewonnene menschliche Stammzellen zu primitiven Mini-Retinas zusammensetzen4. Die resultierenden Strukturen sind größer und enthalten mehr Zapfen als die 2011 von Mauszellen abgeleiteten.
2014 Menschliche Mini-Retinas, die alle wichtigen Netzhautzelltypen enthalten, die korrekt geschichtet werden5. Obwohl die Photorezeptoren nicht ausgereift sind, reagieren einige schwach auf Licht.,
2016 Die Erbkrankheiten Leber kongenitale Amaurosis6 und Retinitis pigmentosa7 werden in Mini-Retinas nachgebildet. Die Modelle geben neue Einblicke in diese Netzhauterkrankungen.
2017 Im April erstellen Forscher relativ reife Mini-Retinas8. Die Zellschichten sind gut organisiert und die Photorezeptoren sind entwicklungsmäßig fortgeschritten, mit dem Potenzial, funktionelle Synapsen zu bilden.
Im August, die britischen National Centre for the Replacement Refinement and Reduction of Animals in Research awards NewCells Biotech in Newcastle, UK, £1 million (US$1.,27 Millionen), um Mini-Netzhaut für den Einsatz im Drogenscreening zu entwickeln.
2018 Das US National Eye Institute startet einen Wettbewerbsfonds in Höhe von 1 Million US-Dollar, um die Entwicklung von Mini-Netzhaut voranzutreiben.
Selbstreparatur
Die menschliche Netzhaut enthält eine Population ruhender Stammzellen. Bei einigen Tieren, einschließlich Zebrafischen, wird eine ähnliche Population von Stammzellen als Reaktion auf Verletzungen aktiviert und kann alle Netzhautzelltypen regenerieren, um das Sehvermögen wiederherzustellen., Wenn sich das Verständnis der Forscher für den Reparaturprozess verbessert, sollten Mini-Retinas es ihnen ermöglichen, zu untersuchen, ob das menschliche Auge auch in nachwachsendes Netzhautgewebe umgewandelt werden kann.
Credit: Alisdair Macdonald