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Die Linse ist ein hochorganisiertes, transparentes Gewebe, das Licht bricht, um ein klar fokussiertes Bild auf der Netzhaut zu erzeugen 1,2,3. Dieses spezialisierte Organ ist von einer ununterbrochenen Basalmembran (der Kapsel) umgeben, die die Linse von anderen Teilen des Auges isoliert. Die innere vordere Oberfläche der Kapsel verankert eine Monoschicht aus Linsenepithelzellen (LECs), die sich dann am Linsenäquator in Linsenfaserzellen differenzieren, die den überwiegenden Teil der Linseausmachen 3. Ein Grauer Star tritt auf, wenn die Linse aufgrund von Faktoren wie Alterung, genetischer Mutation, UV-Strahlung, oxidativem Stress und Augentrauma ihre Transparenz verliert4. Der Graue Star ist weltweit eine der Hauptursachen für Erblindung, insbesondere in Ländern mit schlechter medizinischer Versorgung5. Dieser Zustand kann jedoch jetzt leicht durch chirurgische Entfernung von undurchsichtigen Linsenzellen durch Phakoemulsifikation behandelt werden, bei der die zentrale Linsenkapsel und das daran befestigte Linsenepithel entfernt werden, gefolgt von der Verwendung einer vibrierenden Sonde, um die Zellmasse der Linse in kleinere Fragmente zu zerlegen, die abgesaugt werden können; Zurück blieb ein Kapselsack mit einigen angehängten äquatorialen LECszurück 1. Die Wiederherstellung des Sehvermögens erfolgt dann in der Regel durch die postoperative Implantation einer künstlichen Intraokularlinse (IOL).
Während die Kataraktchirurgie (CS) eine hochwirksame und minimalinvasive Behandlung des Grauen Stars ist, kann die postoperative Genesung eines Patienten durch die Entwicklung einer Augenentzündung akut behindert werden 5,6,8. Diese Entzündung kann postoperative Schmerzen, Netzhautödeme, die zu einer Netzhautablösung führen, sowie eine Verschlimmerung anderer entzündlicher und fibrotischer Erkrankungen wie Uveitis und Glaukom verursachen 4,7,8,9. Augenentzündungen nach CS (PCS) werden im Allgemeinen mit entzündungshemmenden Augentropfen behandelt, die durch eine schlechte Compliance der Patienten oder eine tropfenlose Kataraktoperation geplagt werden, die zu einer erhöhten Prävalenz von Floatern führen kann 8,10,11. Langfristig können die Ergebnisse der CS durch die Entwicklung einer posterioren Kapseltrübung (PCO) beeinträchtigt werden12. PCO tritt auf, wenn verbleibende LECs, die nach der Operation zurückbleiben, eine Wundheilungsreaktion durchlaufen, sich vermehren und nach Monaten bis Jahren in die hintere Linsenkapsel wandern, was zu einer sekundären Sehobstruktion beiträgt13,14.
Das Verständnis der molekularen Mechanismen, durch die CS zu solchen akuten und chronischen Reaktionen führt, stellt eine große Herausforderung auf diesem Gebiet dar, da ein Großteil der Literatur, die PCO untersucht, auf der Induktion der LEC-Umwandlung in Myofibroblasten in Kultur durch Behandlung mit dem aktiv transformierenden Wachstumsfaktor beta (TGFβ) beruht12,15. Menschliche Kapselbeutelmodelle, die aus in vitro kultivierten Leichenlinsen hergestellt wurden, spiegeln die Biologie der Linsen-PCS besser wider, da LECs auf ihrer nativen Basalmembran kultiviert werden, aber schwer mechanistisch zu manipulieren sind, die intraokulare Umgebung nicht rekapitulieren und aufgrund der Variabilität von Linse zu Linse (oder von Spender zu Spender) inhärent variabel sind16,17. Kaninchen 1,18 und nicht-menschliche Primaten19,20 In-vivo-Modelle der Kataraktchirurgie überwinden einige dieser Probleme, sind aber für mechanistische Studien immer noch nicht leicht zu manipulieren. Bemerkenswert ist, dass eine frühere Studie zur Linsenregeneration von Säugetieren innerhalb von vier Wochen nach der Entnahme von Linsenfaserzellen von Mäusen eine signifikante Linsenregeneration ergab, wobei die Linsenepithelzellen und die Kapsel zurückblieben, während kein Nachwachsen der Linsen auftrat, wenn die gesamte Linse entfernt wurde21,22. Anschließend haben wir dieses Verfahren gestrafft und für die Untersuchung der akuten Reaktion von LECs auf die Entfernung von Linsenfaserzellen und deren anschließende Umwandlung in eine gemischte Population von Zellen mit Myofibroblasten- und Faserzelleigenschaften optimiert.
Anhand dieses Mausmodells der Kataraktchirurgie haben wir gezeigt, dass Linsenepithelzellen ihr Transkriptom drastisch um 6 Stunden PCS umgestalten, um zahlreiche proinflammatorische Zytokinezu produzieren 23, während sie bereits 24 h PCS12,23 beginnen, fibrotische Marker zu exprimieren, bevor die kanonische TGFβ-Signalgebung einsetzt. Mechanistische Experimente an Knockout-Mäusen mit diesem Modell zeigten, dass die zelluläre Fibronektinexpression durch LECs für eine anhaltende fibrotische Reaktion auf PCS erforderlich ist, wahrscheinlich aufgrund seiner Rolle bei der Assemblierung der fibrotischen EZM und der Zellsignalisierung12. Andere Studien zeigten, dass αVβ8-Integrin aufgrund seiner Funktion bei der TGFβ-Aktivierung für den Übergang von LECs zu Myofibroblasten erforderlich ist, und das Potenzial dieses Ansatzes zur Identifizierung von Anti-PCO-Therapien wurde bestätigt, da ein αVβ8-Integrin-Antagonist auch LEC EMT15 blockierte.
Hier stellen wir ein detailliertes Protokoll zur Verfügung, das beschreibt, wie die Linsenfaserzellen von lebenden Mäusen entfernt werden (Abbildung 1und Abbildung 4), während die Linsenkapsel und die LECs zurückbleiben, um die LEC-Reaktion auf eine Kataraktoperation zu modellieren.