Zell- und Molekularbiologisches Forschungslabor

Mehr als 200 Mutationen im Bestrophin-Gen sind mit verschiedenen retinalen Dystrophien, wie z.B. dem M. Best, assoziiert. Der Beginn und insbesondere die Progression der Erkrankung, d.h. der Verlust an Sehschärfe, sind sehr unterschiedlich. Aus der Art der Mutation kann nicht geschlossen werden, welchen klinischen Verlauf diese haben könnte.

Ziel der Arbeitsgruppe ist es bekannte aber auch neu identifizierte Mutationen zell- und molekularbiologisch zu charakterisieren und hierdurch Marker zu identifizieren, die es möglich machen sollen, im Sinne einer personalisierten Medizin, eine Prognose über den potenziellen klinischen Verlauf abzugeben.

Hierfür werden Epithelzellen generiert, die das mutierte Bestrophin transgen exprimieren. Durch immunhistochemische Färbungen, zellbiologische Tests sowie molekularbiologische Analysen soll der mutationsbedingte intrazelluläre Stress abgeschätzt und mit dem klinischen Verlauf von Patienten korreliert werden.

Die epithelial-mesenchymale Transformation (EMT) von retinalen Pigmentepithelzellen (RPE) spielt eine zentrale Rolle in der Pathogenese der proliferativen Vitreoretinopathie. Galektine sind Lektine, die spezifisch an glykosylierte Proteine binden und hierdurch deren Funktion modifizieren können. In vorangegangenen Untersuchungen konnten wir beobachten, dass sich sowohl das Glykosylierungsmuster von RPE Zellen im Rahmen der EMT massiv verändern als auch Galektine die Adhäsion, Migration und Proliferation von transdifferenzierten RPE Zellen hemmen können.

Im Rahmen von Bindungsstudien konnten bereits verschiedene RPE-spezifische Bindungspartner für rekombinantes Galektin-1 (rGal-1) und rGal-3 identifiziert werden. Durch eine direkte Stimulation der Bindungspartner mit ihren Liganden und gleichzeitiger Behandlung mit rGal-1 und -3 untersuchen wir, ob und wie Galektine die Aktivität ihrer Bindungspartner und deren nachgeschaltete Signalwege beeinflussen.

Um die endogene Rolle von Galektin-1 und -3 in RPE Zellen zu charakterisieren, haben wir Galektin-1 und -3 defiziente RPE generiert. Diese zeigen eine verringerte Proliferation, Viabilität und Migration sowie eine gesteigerte Adhäsion. Auch scheinen beide Galektine für die Aufrechterhaltung des epithelialen Phänotyps von RPE Zellen eine Rolle zu spielen. Weiterführend untersuchen wir, über welche Mechanismen Galektin-1 und -3 diese Effekte vermittelt und welche Signalwege von ihnen hierbei direkt beeinflusst werden.

Die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) ist eine progrediente degenerative Stoffwechselerkrankung der Makula, die durch Alterungsprozesse des retinalen Pigmentepithels (RPE) zu schweren Sehstörungen führen kann. In den Industriestaaten ist die AMD die häufigste Erblindungsursache bei Patienten über 65 Jahren.

Bei der altersbedingten Makuladegeration kommt es infolge einer kumulativen Überbelastung des retinalen Pigmentepithels zu einer Anhäufung von Stoffwechselprodukten (Drusen). Dies führt schließlich zu einer Atrophie der retinalen Pigmentepithelzellen (trockene AMD). Wachsen pathologische Gefäße aus der Choriokapillaris durch Lücken in der Bruch-Membran unter das RPE oder unter die Photorezeptoren (choroidale Neovaskularisation, CNV) spricht man von der feuchten AMD.

Neben dem Alter und genetischer Prädisposition gilt Rauchen als erheblicher Risikofaktor für die Entwicklung einer AMD. Verglichen mit Nichtrauchern haben Patienten mit zehn „pack years“ ein doppelt so hohes Risiko eine AMD zu entwickeln. Außerdem beginnt die Erkrankung bei Rauchern durchschnittlich 5,5 Jahre früher als bei Nichtrauchern.

Eine Reduktion der schädlichen Substanzen durch die Verwendung neuer Tabakerhitzer könnte das Risiko für eine AMD im Vergleich zu Rauchern herkömmlicher Zigaretten vermindern. Tabakerhitzer verwenden echten Tabak und erhitzen diesen ohne Verbrennung, wobei nikotinhaltiger Tabakdampf entsteht. Dabei enthält dieser Dampf durchschnittlich 95% weniger potentiellschädliche Schadstoffe im Vergleich zum Rauch einer herkömmlichen Zigarette.

In dem Projekt soll der Einfluss üblichen Zigarettenrauches mit Aerosolen der Tabakerhitzer auf das humane retinale Pigmentepithel verglichen werden. Zelluläre und molekularbiologische Veränderungen werden dabei untersucht und gegenübergestellt.

Die Fuchs’sche Endotheldystrophie ist eine der häufigsten Erkrankungen des Hornhautendothels, bei der es durch Wassereinlagerung in das Hornhautstroma zu einer diffusen, aber reversiblen Trübung der Hornhaut kommt. Betroffene Patienten beschreiben meist eine zunehmende Blendungsempfindlichkeit und Verringerung des Sehvermögens. Der therapeutische Goldstandard ist die sogenannte „Descemet Membrane Endothelial Keratoplasty“ (DMEK), für die ein humaner Hornhautspender benötigt wird. Weltweit werden jährlich 200.000 Hornhauttransplantationen durchgeführt, wovon 40 % in der Therapie der FECD eingesetzt werden. Die ökonomischen und infrastrukturellen Anforderungen für die Bereitstellung führen dazu, dass nur die Hälfte der weltweiten Bevölkerung Zugang zu Hornhauttransplantaten hat. Theoretisch existieren für jede gespendete Hornhaut 70 potenzielle Empfänger. Um diesem Problem zu entgegnen, beschäftigt sich diese Arbeitsgruppe mit der Entwicklung eines neuen Therapieverfahrens zum Abtrag des erkrankten Hornhautendothels und anschließender Regeneration der limbalen kornealen Endothelzellen.

Das Trockene Auge ist die häufigste Erkrankung der Augenoberfläche. Je nach Studienlage leiden bis zu 50% der Erwachsenen weltweit an dieser Erkrankung. Seit 2017 ist das Trockene Auge definiert als eine ‚multifaktorielle Erkrankung der Augenoberfläche, die charakterisiert ist durch einen Verlust der Homöostase des Tränenfilms, begleitet von okulären Symptomen, in denen eine Instabilität und Hyperosmolarität des Tränenfilms, eine Inflammation und Schaden der Augenoberfläche sowie neurosensorische Anomalitäten eine Rolle spielen.

Als Basistherapie des Trockenen Auges kommen Tränenersatzmittel zum Einsatz. Sobald die Anwendung von Tränenersatzmitteln nicht zu einer Besserung der Beschwerden und Befunde führen, ist ein Durchbrechen des entzündlichen Teufelskreises der Augenoberfläche durch eine anti-inflammatorische Therapie notwendig.

Kurzzeitig (max. 4 Wochen) können hierfür konservierungsmittelfreie Kortikosteroid-Augentropfen verwendet werden. Topische Kortikosteroide dürfen jedoch aufgrund ihrer möglichen Komplikationen (Augeninnendruckanstieg, Kataraktentwicklung) nicht langfristig appliziert werden. Seit 2015 ist zur langfristigen Anwendung eine Immunmodulation mittels 0,1%-ige Ciclosporin A-Suspension in Europa für die Behandlung des Trockenen Auges zugelassen.

Abseits davon sind bisher keine weiteren anti-inflammatorischen Wirkstoffe für die Anwendung bei Trockenem Auge zugelassen.

Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich seit mehreren Jahren mit der Entwicklung von innovativen therapeutischen Ansätzen zur Behandlung des Trockenen Auges. Ein Hauptaugenmerk liegt auf der Verwendung von (heimischen) pflanzlichen Wirkstoffen, die auf ihre anti-inflammatorische und anti-oxidative Wirkung an Hornhautepithelzellen untersucht werden.