Neuroprotektion und Gefäßmodulation in einem organotypischen Kulturmodell der Retina

Abstract

Degenerative und ischämische Retinaerkrankungen, wie zum Beispiel die diabetische Retinopathie, die altersabhängige Makuladegeneration und das Glaukom, zählen in Westeuropa und Nordamerika zu den Hauptursachen einer Erblindung. Ihnen gemeinsam ist eine progressive Schädigung der retinalen Ganglienzellschicht (GCL) durch Glutamatexzitotoxizität. Bislang existiert keine kausale neuroprotektive Therapie. Mithilfe eines organotypischen Kulturmodells der adulten Rattenretina, in dem die neurovaskuläre Zytoarchitektur erhalten bleibt, wurden Erythropoietin (EPO) und Simvastatin auf ihre Wirkung gegen einen Glutamat-induzierten Schaden in der GCL untersucht. EPO (1-25 U/ml, täglich appliziert) erwies sich dosisabhängig als neuroprotektiv. Simvastatin (0,1 μM) war sowohl im Rahmen einer Langzeitbehandlung ab dem zweiten Kultivierungstag, als auch als einmalige Ko- Applikation am sechsten Kultivierungstag mit Glutamat protektiv. Weiterhin wurde EPOs Effekt auf die Morphologie und die Vitalität von vaskulären Strukturen in den Retinakulturen untersucht. Es zeigten sich weniger apoptotische Gefäßstrukturen in der TUNEL-Färbung. Überdies wurden vermehrt Gefäß-assoziierte Proliferationen, visualisiert durch den Einbau der Thymidinanaloga 5-Ethynyl-2’-Deoxyuridin (EdU) und 5-Bromo-2’-Deoxyuridin (BrdU), beobachtet. Unsere Experimente zeigen eine neuroprotektive Wirkung von Erythropoietin und Simvastatin gegen Glutamatexzitotoxizität im organotypischen Retinamodell, sowie angioprotektive und – proliferative Effekte von Erythropoietin auf vaskuläre Strukturen. Die beiden zytoprotektiven Substanzen stellen eine Option in der Behandlung von Retinaerkrankungen, die mit Glutamatexzitotoxizität einhergehen, dar.

Degenerative and ischemic diseases of the eye, such as diabetic retinopathy, age-related macular degeneration and glaucoma, are major causes for visual impairment and blindness in the western world. They are characterized by progressive damage to the retinal ganglion cell layer (GCL) due to glutamate excitotoxicity. So far, neuroprotective therapies are not available. Using an organotypic retinal culture model, we tested the effect of two potential neuroprotective drugs, Simvastatin and Erythropoietin (EPO), against glutamate excitotoxicity in the GCL. EPO (1-25 U/ml, applied daily) proved to be neuroprotective in a dose dependent manner. Simvastatin (0.1 μM) was neuroprotective in retinas pretreated for 5 days but also when co-applied with glutamate on the sixth day of culture. We further characterized the effect of EPOs on vascular morphology and survival in retinal cultures by analyzing the number of TUNEL+ vascular cells as well as the degree of vessels associated with DNA synthesis. EPO preserved vascular structures and increased the integration of the thymidine analogs 5-ethynyl-2´-deoxyuridine (EdU) and 5-bromo-2'-deoxyuridine (BrdU) in the DNA of vessels, indicating angioproliferation. We conclude that Erythropoietin and Simvastatin should be further investigated as potential therapeutics in retinal diseases involving excitotoxicity.