In vitro evaluation of SMILE-derived decellularized human corneal stromal lenticules as scaffolds for rabbit limbal epithelial cells

Die Oberfläche des Auges verlässt sich auf eine zarte, transparente Hautschicht namens Hornhaut (Cornea), um Licht zu fokussieren und die inneren Strukturen zu schützen. Diese Schicht ist nicht statisch; sie erneuert sich ständig, ein Prozess, der von einer spezialisierten Population von Stammzellen gesteuert wird, die sich am Rand befinden, wo die klare Hornhaut auf das Weiße des Auges trifft. Wenn diese Stammzellen durch Verletzungen, Infektionen oder Krankheiten geschädigt oder verloren gehen, kann die Augenoberfläche nicht mehr richtig heilen. Anstelle von klarer Haut wird das Auge mit Blutgefäßen und Narbengewebe bedeckt, was zur Blindheit führt. Die Wiederherstellung der Sehkraft in diesen Fällen erfordert in der Regel eine Transplantation von gesundem Gewebe eines Spenders, aber es ist schwierig, eine passende Übereinstimmung zu finden, und der Körper stößt fremdes Gewebe oft ab. Wissenschaftler suchen schon lange nach einem Weg, eine Ersatzoberfläche mithilfe eines Scaffolds – eines Gerüsts, auf dem Zellen klettern und wachsen können – aufzubauen, unter Verwendung von Materialien, die sicher und verfügbar sind und in der Lage sind, die spezifischen Zellen zu unterstützen, die benötigt werden, um die Hornhaut wieder aufzubauen.

Eine vielversprechende Quelle für ein solches Gerüst hat sich aus einer gängigen Korrektur-Operation der Sicht namens Small Incision Lenticule Extraction, oder SMILE, ergeben. Bei diesem Verfahren verwendet ein Chirurg einen Laser, um ein winziges, linsenförmiges Stück Gewebe aus der Mitte der Hornhaut eines Patienten zu schneiden, um dessen Sehkraft zu korrigieren. Dieses Stück Gewebe, genannt Lentikel, wird normalerweise als medizinischer Abfall entsorgt. Forscher erkannten, dass dieses Gewebe, da es sich um menschliche Hornhaut handelt, die natürliche Architektur und Transparenz besitzt, die für die Reparatur des Auges notwendig sind. Die Frage war, ob dieses entsorgte Material von seinen ursprünglichen Zellen gereinigt werden könnte, um dann als Heim für neue Stammzellen zu dienen. Ein Team von Forschern setzte sich zum Ziel, diese Idee zu testen, indem sie diese entsorgten menschlichen Linsen nahm, sie ihrer zellulären Inhalte entbarte und untersuchte, ob Kaninchen-Stammzellen an ihnen anhaften und beginnen konnten zu wachsen.

Die Wissenschaftler begannen damit, die entsorgten menschlichen Lentikel von Patienten zu sammeln, die sich dem SMILE-Verfahren unterzogen hatten. Sie behandelten diese empfindlichen Linsen mit einer Sequenz chemischer Lösungen, die darauf ausgelegt waren, alle menschlichen Zellen wegzuwaschen, während die darunter liegenden Strukturfasern intakt blieben. Dieser Prozess, bekannt als Dekellularisierung, ist entscheidend, da das Zurücklassen menschlicher Zellen eine Immunabstoßung in einem neuen Wirt auslösen könnte. Nach der Behandlung untersuchten die Forscher die Linsen unter leistungsstarken Mikroskopen. Sie fanden heraus, dass der Reinigungsprozess effektiv war: Die sichtbaren menschlichen Zellen und ihre Zellkerne waren entfernt worden, doch die komplizierte, geschichtete Struktur des Hornhautgewebes blieb weitgehend ungestört. Die Kollagenfasern, die für die Stärke und Transparenz der Hornhaut sorgen, waren noch immer in ihren natürlichen, parallelen Schichten organisiert, obwohl die Zwischenräume zwischen ihnen etwas offener erschienen, als wäre das Gerüst von Trümmern befreit worden.

Als Nächstes bereitete das Team sich darauf vor, zu testen, ob dieses gereinigte Gerüst neues Leben unterstützen konnte. Sie gewannen limbare Stammzellen aus den Augen von Kaninchen, einem Standardmodell zur Untersuchung der Biologie des Auges. Diese Zellen wurden in einer Schale gezüchtet, bis sie sich vermultiplizierten und eine gesunde Population bildeten. Die Forscher platzierten diese Kaninchenzellen dann auf die Oberfläche der dekarzellulisierten menschlichen Linsen. Sie ließen die Zellen sieben bis zehn Tage lang absetzen und wachsen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Zellen in der Lage waren, an das menschliche Gewebe anzuhaften. Sie schwammen nicht einfach weg; sie hafteten an der Oberfläche fest und begannen sich auszubreiten, wobei sie kleine Fortsätze ausbildeten, um Kontakt mit der darunter liegenden Matrix aufzunehmen. Die Abdeckung war jedoch nicht vollständig. Die Zellen bildeten kleine Cluster und nahmen lokalen Kontakt mit dem Scaffold auf, aber sie breiteten sich nicht aus, um eine kontinuierliche, dicke Schicht aus neuem Gewebe über die gesamte Oberfläche der Linse zu bilden.

Um zu verstehen, um welche Art von Zellen es sich handelte, verwendeten die Forscher spezielle Färbungen, um nach spezifischen Markern zu suchen. Sie fanden heraus, dass die Zellen auf dem Scaffold ein Protein namens p63 exprimierten, was ein Zeichen für eine Stamm- oder Vorläuferzelle ist – eine Zelle, die das Potenzial hat, viele Dinge zu werden, aber noch nicht vollständig ausgereift ist. Gleichzeitig zeigten die Zellen keine Anzeichen eines Proteins namens CK3, das erscheint, wenn Hornhautzellen voll ausgereift und in ihre spezialisierte Form differenziert sind. Dieses Muster deutet darauf hin, dass die Zellen auf dem Scaffold in einem jugendlichen, anpassungsfähigen Zustand verblieben, anstatt überstürzt zu voll differenzierter Hornhauthaut zu werden. Dies ist ein positives Zeichen für eine Stammzelltherapie, da das Ziel oft darin besteht, die Zellen in einem Zustand zu halten, in dem sie das Gewebe weiterhin regenerieren können.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass diese entsorgten menschlichen Linsen erfolgreich gereinigt und als natürliches Scaffold verwendet werden können, das die Anhaftung und das kurzfristige Überleben von limbalen Stammzellen unterstützt. Das Material bewahrt die wesentliche Struktur der Hornhaut und scheint den Zellen, die darauf landen, keinen Schaden zuzufügen. Die Forscher weisen jedoch vorsichtig darauf hin, dass dies erst ein erster Schritt ist. Während die Zellen hafteten und überlebten, bildeten sie nicht von selbst eine vollständige, kontinuierliche Gewebeschicht. Die Studie legt nahe, dass das Material zwar ein praktikabler Kandidat für zukünftige Behandlungen ist, aber weitere Arbeit nötig ist, um zu optimieren, wie die Zellen platziert und wie sie genährt werden, um sie dazu zu ermutigen, sich auszubreiten und die gesamte Oberfläche zu bedecken. Die Ergebnisse bieten eine solide Grundlage für weitere Untersuchungen und deuten auf eine Zukunft hin, in der chirurgischer Abfall in eine lebensrettende Ressource zur Wiederherstellung der Sehkraft verwandelt werden kann.