Mikroglia: Wichtige Akteure für die Gesundheit und Krankheiten der Netzhaut

Mikroglia sind spezielle Immunzellen, die im zentralen Nervensystem (ZNS) vorkommen, also im Gehirn und Rückenmark. Diese Zellen sind super wichtig für die Entwicklung und Gesundheit von Neuronen und Blutgefässen. Sie helfen dabei, die normalen Verbindungen zwischen Nervenzellen aufrechtzuerhalten und sorgen für ein ausgewogenes Milieu im Gehirn. Ausserdem spielen sie eine zentrale Rolle bei der Regulierung von Immunantworten im Gehirn. Wenn jedoch Krankheiten auftreten, können Mikroglia zur Verschlechterung verschiedener Netzhauterkrankungen wie altersbedingter Makuladegeneration, Glaukom, diabetischer Retinopathie und Uveitis beitragen.

#Mikroglia in Gesundheit und Krankheit

Unter normalen Bedingungen sind Mikroglia über die Netzhaut verteilt, besonders in bestimmten Schichten. Sie sind ständig auf der Hut nach Veränderungen in ihrer Umgebung durch ihre langen Fortsätze. Ihre Anwesenheit ist wichtig für die gesunde Funktion der Netzhaut, damit die Verbindungen zwischen den Zellen gut erhalten bleiben. Wenn alles gut läuft, halten Mikroglia ihre Anzahl stabil, indem sie sich langsam erneuern. In Krankheitszeiten kann ihr gewohnter Gleichgewicht jedoch gestört werden, was zu Aktivierung, Bewegung und einer erhöhten Anzahl von Mikroglia führt. Die Erholung in der Netzhaut nach einer Verletzung oder Störung umfasst sowohl die Vermehrung vorhandener Mikroglia als auch das Eintreffen neuer Immunzellen von ausserhalb der Netzhaut.

Forschung hat gezeigt, dass in weniger schweren Fällen die retinalen Mikroglia ihre Population durch lokale Teilung und Bewegung aufrechterhalten können. Aber in ernsten Fällen, wo es signifikante Schäden oder Infektionen gibt, kommen zusätzliche Immunzellen aus dem Blutstrom zur Hilfe. Diese Fähigkeit, neue Zellen zu akzeptieren, deutet darauf hin, dass der Ersatz von geschädigten Mikroglia durch neue, gesunde eine effektive Behandlungsoption sein könnte. Studien an Tieren haben gezeigt, dass es von Vorteil sein kann, Mikroglia daran zu hindern, überaktiv zu werden, nachdem es zu Netzhautschäden gekommen ist, was die Idee unterstützt, dysfunktionale Mikroglia durch gesündere zu ersetzen.

#Unterschiede zwischen menschlichen und Maus-Mikroglia

Die meisten Forschungen über Mikroglia wurden mit Mausmodellen durchgeführt. Es gibt jedoch erhebliche Unterschiede zwischen Maus- und menschlichen Mikroglia in Bezug auf Genetik und Funktion. Bestimmte Gene, die mit Alzheimer bei Menschen in Verbindung stehen, sind bei Mäusen nicht vorhanden. Auch viele der Gene, die mit dem Risiko für Alzheimer assoziiert sind, zeigen weniger als 70% Ähnlichkeit zwischen Menschen und Mäusen. Darüber hinaus unterscheiden sich die Werte spezifischer Proteine und entzündlicher Substanzen zwischen den beiden Arten. Aufgrund dieser Unterschiede gelten die Ergebnisse aus Mausstudien nicht immer direkt für Menschen, was die Notwendigkeit weiterer menschlich basierter Forschung unterstreicht.

#Menschliche Mikroglia aus Stammzellen

Um menschliche Mikroglia besser zu untersuchen, haben Forscher versucht, diese Zellen aus menschlichem Gewebe zu extrahieren. Allerdings haben Herausforderungen wie begrenzte verfügbare Proben und schnelle Veränderungen in Mikroglia bei Isolation diese Bemühungen kompliziert. Eine Alternative, die an Popularität gewonnen hat, ist die Nutzung von induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSCs), um Mikroglia im Labor zu züchten. Diese Methode ermöglicht die Erzeugung vieler Zellen mit bekannten genetischen Hintergründen. Diese im Labor gezüchteten menschlichen Mikroglia können dann in verschiedenen Studien verwendet werden, einschliesslich der Transplantation in Mausmodelle, um ihr Verhalten und ihre Funktionen zu beobachten.

In dieser Forschung wurde ein Verfahren zur Züchtung von iPSC-abgeleiteten Mikroglia befolgt. Das Team untersuchte, wie gut sich diese Zellen entwickelten, indem es ihre Gen- und Proteinexpression studierte. Sie prüften auch ihre Reaktionen auf Entzündungen und ihre Fähigkeit, Trümmer zu konsumieren. Anschliessend wurden diese menschlichen Mikroglia in die Netze von erwachsenen Mäusen transplantiert, um zu sehen, ob sie sich integrieren und richtig funktionieren konnten.

#Charakterisierung menschlicher iPSC-abgeleiteter Mikroglia

Um menschliche Mikroglia zu erzeugen, wurden fünf verschiedene iPSC-Linien verwendet. Die Methode zur Differenzierung dieser Zellen basierte auf bestehenden Protokollen für Maus-Mikrogliazellen. Der Prozess umfasste mehrere Phasen, beginnend mit der Bildung von Embryoidkörpern, gefolgt von der Erzeugung myeloider Vorläuferzellen und schliesslich der Reifung von Mikroglia. Die resultierenden Mikroglia zeigten eine hohe Expression spezifischer Mikroglia-Marker, was bestätigte, dass sie korrekt entwickelt wurden.

Das Genexpressionsprofil wurde zwischen den neu gebildeten Mikroglia und myeloiden Vorläuferzellen verglichen. Die Analyse zeigte signifikante Anstiege in der Expression von Mikroglia-spezifischen Genen sowie Genen, die an Entzündungen und Immunantworten beteiligt sind. Dies deutete darauf hin, dass die differenzierten Mikroglia funktional waren und Verhaltensweisen zeigten, die den in nativen Mikroglia gefundenen ähnlich waren.

#Entzündungsreaktionen und phagozytäre Funktion

Mikroglia spielen eine entscheidende Rolle bei Entzündungen und dem Prozess des Aufnehmens von Trümmern. Um diese Funktionen zu bewerten, testete das Labor die hiPSC-abgeleiteten Mikroglia mit Lipopolysacchariden (LPS), die Entzündungen auslösen. Nach der LPS-Exposition beobachteten die Forscher erhebliche Anstiege in entzündlichen Markern wie IL6, IL1β und TNFα, was bestätigte, dass die menschlichen iPSC-abgeleiteten Mikroglia effektiv auf entzündliche Reize reagieren konnten.

Das Team bewertete auch die phagozytäre Fähigkeit dieser Mikroglia, indem es verschiedene Partikel wie E. coli und Photorezeptor-Aussensegmente hinzufügte. Die Mikroglia zeigten die Fähigkeit, diese Partikel schnell aufzunehmen und zeigten Veränderungen in ihrer Struktur, während sie die Materialien internalisierten.

#Transplantation von Mikroglia in Mäuse

Um zu testen, ob diese menschlichen iPSC-abgeleiteten Mikroglia in einem lebenden Organismus funktionsfähig sein könnten, wurden sie in die Netze von speziell gezüchteten Mäusen transplantiert, die keine eigenen Mikroglia hatten. Vor der Transplantation wurden die natürlichen retinalen Mikroglia in den Mäusen signifikant durch einen CSF1R-Hemmer reduziert. Die menschlichen Mikroglia wurden in den Raum direkt unter der Netzhaut injiziert.

Die Ergebnisse zeigten, dass die transplantierten menschlichen Mikroglia gut in die Netzhaut der Maus integriert wurden und die typische Form und Anordnung von nativen Mikroglia annahmen. Sie blieben über einen längeren Zeitraum in der Netzhaut, was auf eine erfolgreiche Integration und die Fähigkeit hindeutet, auf lokale Signale zu reagieren.

Zusätzlich verursachten die transplantierten Mikroglia keine schädlichen Reaktionen bei den Wirtmäusen. Sie wiesen eine normale Verteilung und Morphologie auf, was darauf hindeutet, dass sie mit den nativen Maus-Mikroglia koexistieren konnten und ähnlich auf Verletzungen reagierten.

#Reaktion auf Verletzungen

Um die langfristigen Effekte und die Funktionalität der transplantierten menschlichen Mikroglia zu bewerten, induzierten die Forscher Schäden an dem retinalen Pigmentepithel (RPE) in den Mäusen. Nach dieser Verletzung wanderten die menschlichen Mikroglia von der Netzhaut in die verletzten Bereiche, genau wie die nativen Mikroglia es tun würden. Einige dieser Zellen vermehrten sich, was darauf hindeutet, dass sie dynamisch auf Verletzungen in der retinalen Umgebung reagieren konnten.

Die transplantierten menschlichen Mikroglia wurden beobachtet, dass sie Photorezeptor-Trümmer nach der RPE-Verletzung internalisierten, was ihre funktionale Ähnlichkeit zu nativen retinalen Mikroglia weiter bestätigte. Diese Fähigkeit zur Migration und Phagozytose ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der Gesundheit in der Netzhaut, besonders während Verletzungen.

#Fazit

Mikroglia sind essentielle Wächter des zentralen Nervensystems und tragen sowohl zu dessen Erhalt als auch zur Reaktion auf Verletzungen bei. Forschung, die menschliche iPSC-abgeleitete Mikroglia nutzt, hat vielversprechende Ergebnisse gezeigt, um diese Zellen und ihr Potenzial für regenerative Medizin zu verstehen. Die Fähigkeit, diese Zellen im Labor zu erzeugen, bietet eine spannende Gelegenheit zur Entwicklung neuer Behandlungen für Netzhauterkrankungen, wo traditionelle Methoden versagt haben.

Während die Forscher weiterhin die Rollen und Funktionen menschlicher Mikroglia erkunden, besonders im Kontext von Krankheiten, wird zunehmend klar, dass diese Zellen der Schlüssel zum Verständnis und möglicherweise zur Minderung einer Reihe von Störungen des zentralen Nervensystems sind. Die Fortschritte bei der Nutzung von iPSC-abgeleiteten Mikroglia ebnen den Weg für innovative Therapien, die helfen können, Gesundheit und Funktionalität in der Netzhaut und darüber hinaus wiederherzustellen.