Wiederbesiedlung mit retinalen Ganglienzellen zur Wiederherstellung des Sehvermögens bei Optikusneuropathie: Ein Fahrplan des RReSTORe-Konsortiums

Wichtigste Punkte und Ergebnisse:

Bei der Optikusatrophie sind die abgestorbenen Zellen retinale Ganglienzellen (RGC), die Nervenzellen, deren lange Fortsätze den Sehnerv bilden. Verlorenes Sehvermögen wiederherzustellen hieße, diese Zellen zu ersetzen und die neuen Zellen eine Faser bis ins Gehirn wachsen zu lassen. Dieses 46-seitige Papier ist die Konsenserklärung des RReSTORe-Konsortiums, mehr als 200 Forschern weltweit, die an diesem Problem arbeiten. Das Papier berichtet über keine Studie und keine Patienten. Es ist eine Übersichtsarbeit und eine Forschungs-Roadmap, die sich fast vollständig auf Labor- und Tierversuche stützt.

Das Papier gibt die Einschätzung der Forscher wieder, die sich am stärksten für die Regeneration des Sehnervs einsetzen. Sie halten sie für „möglicherweise machbar“. Sie erklären zugleich, dass das Fachgebiet noch keine „definitive Heilung“ für den Sehverlust bei Optikusneuropathie entwickelt habe, „oder auch nur eine neuroprotektive Behandlung, die das Fortschreiten der Erkrankung wesentlich verlangsamt“, dass derzeit weniger als 1% der transplantierten Ganglienzellen in Tieren überleben und dass noch niemand gezeigt habe, dass transplantierte Zellen ein Auge wieder mit dem Gehirn verbinden. Der Fahrplan behandelt Ganglienzellen, die aus pluripotenten Stammzellen hergestellt oder aus den eigenen Stützzellen der Netzhaut umgewandelt werden. Mesenchymale Stammzellen behandelt er nicht.

Ziel:

Die dringendsten offenen Fragen zu benennen, die zwischen den heutigen Laborergebnissen und einer Behandlung stehen, die retinale Ganglienzellen bei Glaukom und anderen Optikusneuropathien ersetzt, und Experimente vorzuschlagen, um sie zu beantworten.

Methoden:

Von Januar bis April 2022 nahmen Mitglieder des Konsortiums an einem virtuellen Konsensprozess teil und trafen sich dann am 29. April 2022 zu einem eintägigen Workshop in Denver, Colorado, in fünf parallelen Diskussionsgruppen: Entwicklung und Differenzierung von RGC, Transplantationsmethoden und -modelle, Überleben, Reifung und Wechselwirkungen von RGC mit dem Wirt, Verschaltung der inneren Netzhaut sowie Konnektivität zwischen Auge und Gehirn. Das Papier fasst jede Gruppe zusammen und endet mit einer Tabelle von Forschungszielen. Das Papier gibt einen Expertenkonsens wieder. Es hat kein Suchprotokoll und keine Bewertung der Evidenz und ist daher keine systematische Übersicht.

Ergebnisse:

1. Herstellung der Zellen: RGC-ähnliche Zellen lassen sich inzwischen im großen Maßstab aus embryonalen oder induzierten pluripotenten Stammzellen herstellen, was die Autoren als eine zentrale Errungenschaft des letzten Jahrzehnts werten. Mehrere Probleme bleiben offen. Im Labor hergestellte Zellen sind unreif, RGC in Netzhaut-Organoiden sterben mit der Zeit ab, und mehr als 86% der menschlichen RGC gehören zum „Midget“-Typ, der für scharfes Sehen nötig ist und für den es kein Herstellungsprotokoll gibt. Niemand weiß, welche der etwa 18 Subtypen menschlicher RGC für ein nutzbares Sehvermögen ersetzt werden müssen. Ein zweiter Weg, die Umwandlung der netzhauteigenen Müller-Glia in Neurone, hat bei verletzten erwachsenen Mäusen RGC-ähnliche Zellen hervorgebracht, doch ein Faserwachstum in den Sehnerv wurde nicht gezeigt.

2. Einbringen ins Auge: Das Konsortium nennt die folgenden Zahlen und Hindernisse.

• Das Überleben transplantierter primärer RGC liegt bei etwa 1%. Bei menschlichen Zellen in Primatenaugen liegt es typischerweise unter 1%.
• Mehr Zellen zu injizieren verbessert das Überleben nicht. In einer Studie an Ratten überlebten nach der Injektion von 40.000 mehr Spenderzellen als nach 60.000. Als mögliche Gründe werden Verklumpung, Scherstress in der Nadel, Konkurrenz um Nährstoffe und eine stärkere Immunreaktion genannt.
• Die meisten Studien beobachten die Tiere bis zu 3 Monate.
• Die innere Grenzmembran, die dünne Schicht, die die Netzhaut auskleidet, blockiert injizierte Zellen physisch. Enzyme, die sie auflösen, helfen bei Nagetieren, können aber die Netzhaut entzünden, und das chirurgische Abziehen ist die besser übertragbare Option.
• Das Injizieren loser Zellen in den Glaskörper hat nur bei Nagetieren funktioniert, deren Augen eine große Linse und einen schmalen Glaskörperraum haben. In größeren Augen werden die Zellen wahrscheinlich weit von der Netzhaut festgehalten und verklumpen, sodass nach einer Vitrektomie voraussichtlich ein Trägergerüst auf der Netzhautoberfläche nötig sein wird.
• Typische Labornagetiere sind 2 bis 6 Monate alt, was einem Menschen von 20 bis 30 Jahren entspricht, während die meisten Patienten älter sind und eine fortgeschrittene Erkrankung, Vernarbung und chronische Entzündung haben.
• „Es ist nicht möglich, eine Nadel ins Auge zu stechen, ohne eine gewisse Entzündung zu verursachen“, daher wird voraussichtlich ein entzündungshemmendes Regime nötig sein. Spenderzellen werden abgestoßen, sofern sie nicht die eigenen des Patienten sind, und müssen eine begrenzte Vermehrungsfähigkeit haben, um Tumoren zu vermeiden.

3. Am Leben halten: Der Glaskörper ist sauerstoffarm, und RGC sind stark auf mitochondriale Energie angewiesen. Zu den untersuchten Ansätzen gehören Nicotinamid (Vitamin B3) und Pyruvat, die bei Glaukompatienten für sich genommen kurzfristige Verbesserungen der Sehfunktion gebracht haben. Weitere sind hypoxische Vorkonditionierung, das Blockieren von Zelltod-Signalwegen (eine Caspase-2-siRNA befindet sich bereits in klinischen Studien bei Optikusneuropathien) und das Verdecken des „Friss-mich“-Signals, das Mikroglia dazu bringt, Spenderzellen zu verschlingen. Eine Nebenbeobachtung war, dass eine Woche nach der Transplantation von aus Stammzellen gewonnenen RGC mehr der körpereigenen RGC des Wirts eine Quetschung des Sehnervs überlebten, möglicherweise durch übertragene extrazelluläre Vesikel.

4. Verschaltung in der Netzhaut: Neue RGC müssen sich mit bipolaren und amakrinen Zellen verbinden. Diese Partnerzellen bleiben bei Optikusneuropathie relativ verschont, sodass die Schaltkreise, an die man anschließen will, noch vorhanden sein sollten. In der Praxis erreichen nur wenige Spenderzellen die Ganglienzellschicht und noch weniger bilden Schaltkreise.

5. Erreichen des Gehirns: In den vergangenen 15 Jahren hat die Beeinflussung von Signalwegen wie PTEN/mTOR und SOCS3 verletzte RGC bei Nagetieren dazu gebracht, Fasern über lange Strecken nachwachsen zu lassen. Die Autoren hoffen, dass sich dasselbe bei transplantierten Zellen erreichen lässt. Mehrere Hindernisse bleiben. Die Lamina cribrosa, ein Kollagensieb am Sehnervenkopf, fehlt bei Nagetieren, und ihr Einfluss auf das Nachwachsen ist im Wesentlichen unerforscht. Weitere sind die Steuerung am Chiasma opticum, der Wiederaufbau einer geordneten Karte im Gehirn, nachgewachsene Fasern ohne Myelin und die visuellen Schaltzentren des Gehirns, die innerhalb von 90 Tagen nach dem Verlust ihres Eingangs schrumpfen und Zellen verlieren.

Schlussfolgerungen:

Das Konsortium schreibt, seine Diskussionen hätten „mehr Fragen als Antworten hervorgebracht“. Es fordert Arbeiten an Großtieren (Schweinen, Katzen, Spitzhörnchen, Primaten), an gealterten Modellen und Modellen mit Spätstadium der Erkrankung sowie eine Bildgebung, die einzelne Zellen im lebenden Auge verfolgen kann.

Die Autoren erwarten, dass zum Nachweis der Sicherheit die ersten Patienten in einer Studie solche mit fortgeschrittener Erkrankung und schwerem bis vollständigem Sehverlust sein werden. Die besten Aussichten auf einen Nutzen sehen sie bei Menschen mit kürzlich aufgetretenem, akutem Verlust und schlagen das Sehbahngliom bei Neurofibromatose Typ 1 oder die akute ischämische Optikusneuropathie als frühe Kandidaten vor. Sie schlagen bescheidene erste Ziele vor. Schon die Wiederherstellung einer einfachen Lichtwahrnehmung über einen RGC-Typ (die intrinsisch lichtempfindlichen Zellen) könnte den gestörten Schlaf-Wach-Rhythmus zurücksetzen, der bei vollständig blinden Menschen häufig ist.

Hintergrundinformationen:

Für Menschen mit Optikusatrophie gibt es heute nirgendwo eine Therapie, die verlorene retinale Ganglienzellen ersetzt oder einen menschlichen Sehnerv nachwachsen lässt. Der 2023 verfasste Fahrplan spricht von einer ersten RGC-Transplantation am Menschen nur als etwas, das noch bevorsteht, und er erwähnt mesenchymale Stammzellen nicht. Das realistische Ziel jeder derzeitigen zellbasierten Behandlung, einschließlich MSC, ist die Unterstützung überlebender, schlecht funktionierender Zellen durch abgegebene Faktoren. Dieser Effekt ist bei Optikusneuropathie in kontrollierten Studien nicht bestätigt.

Der Zeitpunkt kommt im gesamten Papier immer wieder vor. Im Quetschmodell der Maus sterben innerhalb von drei Wochen fast 90% der RGC ab, und die Zielgebiete im Gehirn beginnen kurz darauf zu schwinden. Das Konsortium vertritt die Ansicht, dass jeder regenerative Ansatz am ehesten früh wirkt und dass eine lange bestehende Atrophie, die Situation der meisten Patienten, die eine Behandlung suchen, der schwierigste Fall sein wird.