Drie strategieën om neurotrofe keratitis en zenuwregeneratie in het hoornvlies van muizen te induceren

Het hoornvlies, het transparante oppervlak van het oog, bestaat uit drie verschillende lagen: het epitheel, het stroma en het endotheel. Dit orgaan heeft de hoogste dichtheid van innervatie in het lichaam en bestaat voornamelijk uit sensorische vezels (typen Aδ en C) die afkomstig zijn van de oogheelkundige tak van het trigeminusganglion. Sensorische vezels dringen de periferie van het hoornvlies in het midden van het stroma binnen in de vorm van grote bundels die zich vertakken om het oppervlak te bedekken. Vervolgens splitsen ze zich om het membraan van Bowmann te doorboren en vormen ze de subbasale plexus, die gemakkelijk te herkennen is aan de vorming van een vortex in het midden van het hoornvlies. Die vezels eindigen als vrije zenuwuiteinden aan de buitenkant van het epitheel. Ze zijn in staat om thermische, mechanische en chemische prikkels om te zetten en trofische factoren vrij te maken die essentieel zijn voor de homeostase van epitheel ^1,2. Neurotrofe keratitis (NK) is een degeneratieve ziekte die de sensorische innervatie van het hoornvlies aantast. Deze zeldzame ziekte komt voort uit een afname of verlies van de gevoeligheid van het hoornvlies, wat resulteert in een lagere traanproductie en slechte genezende eigenschappen van het hoornvlies³. NK doorloopt drie goed beschreven stadia, van stadium 1 waarin patiënten epitheeldefecten oplopen, tot stadium 3 waarin stromaal smelten en/of hoornvliesperforatie optreedt⁴.

Klinisch gezien kan de oorsprong van deze ziekte divers zijn. Patiënten kunnen de innervatie van het hoornvlies verliezen na lichamelijk letsel aan het oog, een operatie of door chronische ziekten, zoals diabetes ^5,6. Tot op heden blijft het NK-pathogeneseproces slecht begrepen en zijn de therapeutische opties voor deze gezichtsbedreigende aandoening zeer beperkt. Daarom is een beter begrip van de kenmerken van epitheeldefecten nodig om de mechanismen achter de regeneratie van die vezels beter te begrijpen en mogelijk te bevorderen. Hier stellen we verschillende modellen van hoornvliesbeschadiging voor die NK bij muizen induceren.

Het eerste model is het schuren van de epitheellaag van het hoornvlies met een oculaire braam. Dit model is voornamelijk bestudeerd in het kader van de regeneratie van het epitheel bij verschillende dieren, zoals knaagdieren en vissen ^7,8,9, en om moleculen te testen die de genezing van het hoornvlies bevorderen^10,11. Fysiologisch duurt het 2-3 dagen voordat de epitheelcellen de wond sluiten. Het fysiologische patroon van de innervatie heeft echter meer dan vier weken nodig om te herstellen van de slijtage^12,13. Tijdens de operatie verwijdert de oculaire braam de epitheellaag van het hoornvlies die de subbasale plexus en de vrije zenuwuiteinden van de vezels bevat. Deze procedure kan klinisch worden vergeleken met patiënten met fotorefractieve keratectomie (PRK) om oogrefractiedefecten te corrigeren. De procedure bestaat uit het verwijderen van het epitheel van het hoornvlies en vervolgens het opnieuw vormgeven van het stroma met een laser¹⁴. Patiënten kunnen verschillende bijwerkingen ervaren na een dergelijke operatie, zoals een afname van de dichtheid van de hoornvlieszenuw gedurende 2 jaar en een vermindering van de gevoeligheid gedurende een periode van 3 maanden tot een jaar na de operatie¹⁵. Aangezien de operatie een kwetsbaarheid van de micro-omgeving van het hoornvlies induceert, zou dit model kunnen helpen bij het onderzoeken van deze bijwerkingen en het ontwikkelen van therapeutische benaderingen die een snellere reïnnervatie zouden bevorderen, waardoor de bijwerkingen in kwestie zouden worden verminderd.

Het tweede model bestaat uit het doorsnijden van de axonen aan de periferie van het hoornvlies met een biopsiepons, waardoor een Walleriaanse degeneratie van de centrale innervatie wordt geïnduceerd ¹⁶. Klinisch kan deze methode worden vergeleken met anterieure lamellaire keratoplastiek, waarbij de chirurg een gedeeltelijke trephination van het hoornvlies realiseert om een deel van de voorste dikte van het hoornvlies te verwijderen en te vervangen door een donortransplantatie ¹⁷. Na lamellaire keratoplastiek kunnen patiënten last hebben van een aantal symptomen, waaronder droge ogen, verlies van hoornvliesinnervatie en afstoting van het^{transplantaat18}. Dit axotomiemodel dat op hoornvlieszenuwen wordt uitgevoerd, zou inzicht kunnen geven in de mechanismen van vezeldegeneratie, die optreedt na een transplantaat, gevolgd door de regeneratie van de axonen.

De derde methode beschadigt de hoornvlieszenuwen met een laser. Door gebruik te maken van een multifotonenmicroscoop op het hoornvlies van verdoofde dieren, wordt degeneratie van de zenuwen gelokaliseerd in het optische veld geïnduceerd als gevolg van de vorming van reactieve zuurstofsoorten (ROS), wat leidt tot DNA-schade en cellulaire cavitatie¹⁹. Deze methode recapituleert de fotoschade aan het hoornvlies die wordt veroorzaakt door overmatige blootstelling aan natuurlijke UV (zonnebrand), die ook ROS-vorming veroorzaakt, wat leidt tot DNA-schade²⁰. Patiënten die lijden aan zonnebrand op het hoornvlies ervaren veel pijn, omdat de achteruitgang van epitheelcellen de uiteinden van de hoornvliesvezels van alles berooft.

De drie methoden die hier worden beschreven, zijn ontworpen om het onderzoek van het NK-pathogeneseproces en axonregeneratie mogelijk te maken. Ze zijn gemakkelijk reproduceerbaar en nauwkeurig. Bovendien zorgen ze voor een snel herstel en een gemakkelijke monitoring van de dieren.