Analyse der toxisch induzierten Zelldegeneration in einer organotypischen Kultur der Schweineretina

Das Phänomen der Retinadegeneration betrifft zahlreiche Augenerkrankungen, wie das Glaukom, die Retinitis pigmentosa oder die retinale Ischämie. Da die Entstehungsprozesse dieser Erkrankungen bisher nicht vollständig verstanden sind, benötigen wir Modelle, die dazu beitragen, die pathologischen Veränderungen zu erfassen. Bisher basieren diese Studien meist auf akuten krankheitsinduzierten Tiermodellen, die eigens für die Versuche gezüchtet und getötet werden müssen. Organkulturen aus Explantaten von Retinae, gewonnen aus Augen von geschlachteten Schweinen für die Lebensmittelindustrie, bieten hier eine gute Alternative. Retinale Organkulturen zählen zu den in-vitro-Modellen mit der höchsten Aussagekraft, da sich die Zellen noch in ihrem natürlichen Zellverband befinden. Darüber hinaus ist das Schweineauge dem humanen Auge in seiner Größe und Morphologie deutlich ähnlicher als das Auge von den üblichen Labortieren, wie Ratten, Mäuse oder Kaninchen. Ziel dieses Projektes ist es, dieses Modell durch die Nutzung von typischen in-vivo-Stressoren so zu modifizieren, dass es als Screening-Modell für neue Therapiemethoden eingesetzt werden kann.
Im Rahmen des Projekts werden zuerst drei Stressoren auf ihre Wirkung hinsichtlich des Verlusts der neuronalen Zellen, insbesondere der Ganglienzellen, in der Retina evaluiert. Hierzu werden in der Größe und Form reproduzierbare retinale Explantate histologisch auf degenerative Veränderungen der Ganglienzellen sowie der restlichen retinalen Strukturen untersucht.

Bei der Degeneration spielen apoptotische und immunologische Prozesse eine Rolle. Zur Quantifizierung der Veränderung verschiedener Prozesse wie Caspasen und Gliazellen werden diese auf mRNA-Ebene mit Hilfe einer quantitativen real-time PCR-Analyse und auf Proteinebene unter Verwendung der Western-Blot-Methode analysiert. Mittels histologischer Analysen ist zusätzlich eine Lokalisation der Zellveränderungen in der Retina möglich. Erst wenn die Schädigungen und Veränderungen bekannt sind, die durch die Stressoren hervorgerufen worden sind, kann die optimale Wirkung für die im Anschluss geplanten Therapie-Studien bestimmt werden. Im Rahmen der Therapie-Studien werden zwei mögliche Neuroprotektiva gegen diese Stressoren exemplarisch getestet werden. Es werden mit den gleichen Methoden die RNA-Expression (quantitative real-time PCR) und die Protein-Expression (Histologie und Western-Blot) untersucht, um festzustellen welche durch die Stressoren verändert wurden. Somit ist die Auswirkung der Neuroprotektiva auf die degenerierten Retinae analysierbar.
Dieses Modell kann in Zukunft als erstes Analyse-Modell für pathologische Veränderungen bei retinalen Erkrankungen wie z.B. dem Glaukom dienen. Es soll für zukünftige Untersuchungen neuer therapeutischer Substanzen sowie zur Analyse der Patho- und Wirkmechanismen eingesetzt werden und so zu einer deutlichen Verminderungen der Tierversuchszahlen beitragen. Es handelt sich folglich bei diesem Modell um den Ersatz eines Tierversuchs (Replace). Durch die Größe der Schweineaugen bietet sich noch ein entscheidender Vorteil, da aus einem Schweineauge vier vergleichbare Proben entnommen werden können. Bei Mäusen und Ratten würde die Größe und damit die Menge des Materials (Proteine, DNA und RNA) nur für eine Probe ausreichen. Die Anzahl der benötigten Tiere kann damit, gegenüber Mäusen und Ratten, um den Faktor vier reduziert werden (Reduce). Durch die Nutzung des Schweineretina-Organkultur-Modells für das Screening neuer Therapeutika lassen sich die Dosen dieser Substanzen in der Organkultur optimieren, bevor sie im Tiermodell in-vivo eingesetzt werden (Refine).