Netzhautorganoide: Wie entwickeln Menschen ein scharfes Sehvermögen?

US-amerikanische Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Menschen dank des Zusammenspiels zwischen einem Vitamin-A-Derivat und Schilddrüsenhormonen in der Netzhaut bereits in der frühen Phase der fetalen Entwicklung ein scharfes Sehvermögen entwickeln. 

Diese Ergebnisse könnten das bisherige Verständnis der Entstehung lichtempfindlicher Zellen im Auge grundlegend verändern. Zugleich eröffnen sie neue Forschungsansätze für die Behandlung von Makuladegeneration, Glaukom und weiteren altersbedingten Sehstörungen. Die Studie wurde im Fachjournal „Proceedings of the National Academy of Sciences“ veröffentlicht.

„Dies ist ein wichtiger Schritt zum Verständnis der inneren Funktionsweise des Zentrums der Netzhaut, einem kritischen Teil des Auges, der bei Menschen mit Makuladegeneration als erstes versagt“, erklärte Robert J. Johnston Jr., Associate Professor für Biologie an der Johns Hopkins University, Baltimore, USA, der die Forschung leitete. „Durch ein besseres Verständnis dieser Region und die Entwicklung von Organoiden, die ihre Funktion nachahmen, hoffen wir, eines Tages diese Gewebe züchten und transplantieren zu können, um das Sehvermögen wiederherzustellen.“

Netzhautorganoide zur Untersuchung der Augenentwicklung

Das Forschungsteam hat in den letzten Jahren eine neue Methode zur Untersuchung der Augenentwicklung mithilfe von Organoiden, die aus fötalen Zellen gezüchtet werden, entwickelt. Bei der Beobachtung dieser im Labor gezüchteten Netzhäute entdeckten die Wissenschaftler die zellulären Mechanismen, die die Foveola formen.

Ihre Forschung konzentrierte sich auf die lichtempfindlichen Zellen. Diese entwickeln sich zu blauen, grünen oder roten Zapfen. Die Foveola enthält rote und grüne, aber keine blauen Zapfen. Diese sind über den Rest der Netzhaut verteilt.

Mit diesen drei Arten von Zapfen für das Farbsehen ist der Mensch einzigartig. Wie die Augen mit dieser Verteilung der Zellen wachsen, hat Wissenschaftler jahrzehntelang beschäftigt. Modellorganismen, die häufig für biologische Forschungen verwendet werden, weisen diese Anordnung der Zellen nicht auf. Das erschwerte bislang die Untersuchung der Photorezeptorzellen.

Verteilung der Zapfen in der Foveola ist ein koordinierter Prozess

Das Team der Johns Hopkins University kam zu dem Ergebnis, dass die Verteilung der Zapfen in der Foveola das Ergebnis eines koordinierten Prozesses der Zellschicksalsspezifizierung und -umwandlung während der frühen Entwicklung ist. Zu Beginn, in den Wochen zehn bis zwölf, sind nur wenige blaue Zapfen in der Foveola vorhanden. Bis zur 14. Woche verwandeln sie sich jedoch in rote und grüne Zapfen.

Die neue Studie zeigt, dass diese Musterung durch zwei Prozesse zustande kommt. Zunächst wird ein aus Vitamin A gewonnene Retinsäure abgebaut, um die Bildung blauer Zapfen zu begrenzen. Anschließend regen Schilddrüsenhormone die Umwandlung blauer Zapfen in rote und grüne Zapfen an.

„Zunächst hilft Retinsäure dabei, das Muster festzulegen. Dann spielt das Schilddrüsenhormon eine Rolle bei der Umwandlung der übrig gebliebenen Zellen“, so Johnston. „Das ist sehr wichtig, denn wenn diese blauen Zapfen vorhanden sind, sieht man nicht so gut.“ 

Die Ergebnisse bieten eine andere Perspektive als die vorherrschende Theorie, dass blaue Zapfen während der Entwicklung in andere Teile der Netzhaut wandern. Stattdessen deuten die Daten den Forschenden zufolge darauf hin, dass sich diese Zellen umwandeln, um eine optimale Zapfenverteilung in der Foveola zu erreichen.

Organoidmodelle für zellbasierte Behandlungen von Augenerkrankungen

Die Erkenntnisse könnten den Weg für neue Therapien bei Sehverlust ebnen. Johnston und sein Team arbeiten daran, ihre Organoidmodelle zu verfeinern, um die Funktion der menschlichen Netzhaut besser nachzubilden. Diese Fortschritte könnten zu verbesserten Photorezeptoren und potenziellen zellbasierten Behandlungen für Augenerkrankungen wie Makuladegeneration führen, für die es keine Heilung gibt, so die Autorin Katarzyna Hussey, eine ehemalige Doktorandin, die in Johnstons Labor promoviert hat. 

„Das Ziel der Verwendung dieser Organoid-Technologie ist es, letztendlich eine fast maßgeschneiderte Population von Photorezeptoren herzustellen. Ein großes Potenzial liegt in der Zellersatztherapie, bei der gesunde Zellen eingeführt werden, die sich wieder in das Auge integrieren und möglicherweise das verlorene Sehvermögen wiederherstellen können“, fügte Hussey hinzu.

(sas/BIERMANN)