Degenerative Netzhauterkrankungen: Augentropfen können Sehkraftverlust bei Tieren verlangsamen

Forscher an den National Institutes of Health (NIH), Bethesda, USA, haben Augentropfen entwickelt, die das Sehvermögen im Tiermodell in einer Gruppe von Erbkrankheiten verlängern, die beim Menschen zu einem fortschreitenden Sehverlust führen, darunter auch Retinitis pigmentosa.

Diese neu entwickelten Augentropfen enthalten ein kleines Fragment eines körpereigenen Proteins. Dieses kommt im Auge vor und wird als Pigmentepithelfaktor (PEDF) bezeichnet.  PEDF trägt zum Erhalt der Zellen in der Netzhaut des Auges bei. Ein Bericht über die Studie wurde in der Fachzeitschrift „Communications Medicine“ veröffentlicht. „Diese Studie zeigt, dass Augentropfen auf der Basis von PEDF das Fortschreiten einer Reihe von degenerativen Netzhauterkrankungen bei Tieren verlangsamen können, darunter verschiedene Arten von Retinitis pigmentosa und trockene altersbedingte Makuladegeneration (AMD)“, erklärte Dr. Patricia Becerra, Leiterin der NIH-Abteilung für Proteinstruktur und -funktion am National Eye Institute und Hauptautorin der Studie. „Angesichts dieser Ergebnisse freuen wir uns darauf, mit der Erprobung dieser Augentropfen bei Menschen zu beginnen.“

Es ist bekannt, dass alle degenerativen Netzhauterkrankungen zellulären Stress gemeinsam haben. Während die Quelle des Stresses unterschiedlich sein kann, führt ein hohes Maß an zellulärem Stress dazu, dass Netzhautzellen allmählich ihre Funktion verlieren und absterben.

PEDF wehrt Auswirkungen des zellulären Stresses ab

Frühere Forschungsarbeiten von Becerras Labor haben gezeigt, dass das natürliche Protein PEDF in einem Mausmodell den Netzhautzellen helfen kann, die Auswirkungen des zellulären Stresses abzuwehren. Das vollständige PEDF-Protein ist jedoch zu groß, um das äußere Augengewebe zu durchdringen und die Netzhaut zu erreichen. Das vollständige Protein hat mehrere Funktionen im Netzhautgewebe, so dass es für eine Behandlung nicht geeignet ist. Um die Fähigkeit des Moleküls, Netzhautzellen zu erhalten, zu optimieren und ihm zu helfen, den hinteren Teil des Auges zu erreichen, entwickelte Becerra eine Reihe von kurzen Peptiden, die von einer Region des PEDF abgeleitet sind, die die Lebensfähigkeit der Zellen unterstützt. Diese kleinen Peptide können sich durch das Augengewebe bewegen, um an PEDF-Rezeptorproteine auf der Oberfläche der Netzhaut zu binden.

H105A verlangsamt Degeneration der Photorezeptoren im Mausmodell

In dieser neuen Studie, die von der Erstautorin Alexandra Bernardo-Colón geleitet wurde, entwickelte Becerras Team zwei Augentropfenformulierungen, die jeweils ein kurzes Peptid enthalten. Der erste Peptidkandidat, „17-mer“, enthält 17 Aminosäuren, die in der aktiven Region von PEDF vorkommen. Ein zweites Peptid, H105A, ist ähnlich, bindet aber stärker an den PEDF-Rezeptor. Die Peptide wurden den Mäusen als Tropfen auf die Augenoberfläche appliziert. Die Forscher fanden die Peptide innerhalb von 60 Minuten in hoher Konzentration in der Netzhaut. Diese nahmen in den folgenden 24 bis 48 Stunden langsam ab. Für keines der Peptide wurden Toxizität oder andere Nebenwirkungen beobachtet.

Die Wissenschaftler konnten zeigen, einmal täglicher Verabreichung an junge Mäuse mit einer Retinitis-pigmentosa-ähnlichen Erkrankung H105A die Degeneration der Photorezeptoren und den Sehverlust verlangsamte. Für den Test der Tropfen verwendeten die Forscher speziell gezüchtete Mäuse, die ihre Photorezeptoren kurz nach der Geburt verlieren. Sobald der Zellverlust einsetzt, stirbt der Großteil der Photorezeptoren innerhalb einer Woche ab. Nach Verabreichung von Peptid-Augentropfen über diesen Zeitraum von einer Woche behielten die Mäuse bis zu 75 Prozent der Photorezeptoren. Zudem zeigten sie weiterhin starke Reaktionen der Netzhaut auf Licht. Während die Mäuse, die ein Placebo erhielten, am Ende der Woche nur noch wenige Photorezeptoren und kaum noch eine funktionelle Sehkraft aufwiesen, wie die Forsche berichteten.

„Wir zeigen zum ersten Mal, dass Augentropfen, die diese kurzen Peptide enthalten, in das Auge gelangen und eine therapeutische Wirkung auf die Netzhaut haben können“, erörterte Bernardo-Colón. „Tiere, denen das Peptid H105A verabreicht wurde, haben deutlich gesünder aussehende Netzhäute, ohne dass es zu negativen Nebenwirkungen kommt.“

Therapieoption für Retinitis Pigmentosa

Für viele Arten von Retinitis pigmentosa, die im Allgemeinen im Kindesalter beginnt und über viele Jahre hinweg fortschreitet, werden derzeit verschiedene genspezifische Therapien entwickelt. Die Forscher hoffen, dass diese aus PEDF gewonnenen Peptid-Augentropfen eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung der Zellen spielen könnten, während man darauf wartet, dass diese Gentherapien klinisch verfügbar werden.

Um zu testen, ob die durch die Augentropfen erhaltenen Photorezeptoren gesund genug sind, damit die Gentherapie wirken kann, behandelten die Mitarbeiter Dr. Valeria Marigo und Dr. Andrea Bighinati von der Universität Modena, Modena, Italien, Mäuse am Ende der einwöchigen Augentropfen-Kur mit einer Gentherapie. Durch die Gentherapie konnte die Sehkraft für mindestens weitere sechs Monate erhalten werden. 

Augentropfen erhalten Lebensfähigkeit bei menschlichem Netzhautgewebe

Um herauszufinden, ob die Augentropfen auch beim Menschen wirken könnten, arbeiteten die Forscher mit Dr. Natalia Vergara von der University of Colorado Anschutz, Aurora, USA, zusammen. Sie testeten die Peptide in einem menschlichen Netzhautgewebemodell für Netzhautdegeneration. Die in einer Schale aus menschlichen Zellen gezüchteten retinaähnlichen Gewebe wurden Chemikalien ausgesetzt, die ein hohes Maß an zellulärem Stress auslösten. Die Forscher konnten beobachten, dass ohne die Peptide die Zellen des Gewebemodells schnell abstarben. Mit den Peptiden jedoch blieben die Netzhautgewebe lebensfähig. Diese Daten über menschliches Gewebe sind den Wissenschaftlern zufolge ein wichtiger erster Schritt zur Unterstützung von Studien mit Augentropfen am Menschen.

Die Forschung wurde durch das NEI Intramural Research Program finanziert. Weitere Mittel wurden von der Prevention of Blindness Society, der Fondazione Telethon, der HEAL-ITALIA Foundation, dem CellSight Development Fund und Research to Prevent Blindness bereitgestellt.