Drei Strategien zur Induktion von neurotropher Keratitis und Nervenregeneration in der murinen Hornhaut

Die Hornhaut, die transparente Oberfläche des Auges, besteht aus drei verschiedenen Schichten: dem Epithel, dem Stroma und dem Endothel. Dieses Organ hat die höchste Innervationsdichte im Körper und besteht hauptsächlich aus sensorischen Fasern (Typen Aδ und C), die aus dem ophthalmologischen Ast des Trigeminusganglions stammen. Sensorische Fasern dringen in Form von großen Bündeln in die Peripherie der Hornhaut im mittleren Stroma ein, die sich verzweigen, um die Oberfläche zu bedecken. Sie verzweigen sich dann, um die Bowmann-Membran zu durchstoßen und den subbasalen Plexus zu bilden, der leicht an der Bildung eines Wirbels in der Mitte der Hornhaut zu erkennen ist. Diese Fasern enden als freie Nervenenden an der äußeren Oberfläche des Epithels. Sie sind in der Lage, thermische, mechanische und chemische Reize zu transduzieren und trophische Faktoren freizusetzen, die für die Epithelhomöostase essentiell sind ^1,2. Die neurotrophe Keratitis (NK) ist eine degenerative Erkrankung, die die sensorische Innervation der Hornhaut betrifft. Diese seltene Krankheit beruht auf einer Abnahme oder einem Verlust der Hornhautempfindlichkeit, die zu einer geringeren Tränenproduktion und schlechten Heilungseigenschaften der Hornhaut führt³. NK durchläuft drei gut beschriebene Stadien, von Stadium 1, in dem die Patienten Epitheldefekte erleiden, bis Stadium 3, in dem stromales Schmelzen und/oder Hornhautperforation auftreten⁴.

Klinisch können die Ursprünge dieser Erkrankung vielfältig sein. Patienten können die Hornhautinnervation nach körperlichen Verletzungen des Auges, Operationen oder durch chronische Erkrankungen wie Diabetes verlieren ^5,6. Bis heute ist der Prozess der NK-Pathogenese nur unzureichend verstanden, und die therapeutischen Möglichkeiten für diese Sehkraft bedrohende Erkrankung sind sehr begrenzt. Daher ist ein besseres Verständnis der Eigenschaften von Epitheldefekten erforderlich, um die Mechanismen hinter der Regeneration dieser Fasern besser zu verstehen und sie möglicherweise zu fördern. Hier schlagen wir verschiedene Modelle von Hornhautverletzungen vor, die NK bei Mäusen induzieren.

Das erste Modell ist der Abrieb der Epithelschicht der Hornhaut mit einem Augenbohrer. Dieses Modell wurde hauptsächlich im Zusammenhang mit der Regeneration des Epithels bei verschiedenen Tieren, wie Nagetieren und Fischen untersucht ^7,8,9 und um Moleküle zu testen, die die Hornhautheilung fördern^10,11. Physiologisch dauert es 2-3 Tage, bis die Epithelzellen die Wunde verschlossen haben. Das physiologische Muster der Innervation benötigt jedoch mehr als vier Wochen, um sich von der Abrasion zu erholen ^12,13. Während der Operation entfernt der Augenbohrer die Epithelschicht der Hornhaut, die den subbasalen Plexus und die freien Nervenenden der Fasern enthält. Dieses Verfahren kann klinisch mit Patienten mit photorefraktiver Keratektomie (PRK) zur Korrektur von Augenrefraktionsdefekten verglichen werden. Das Verfahren besteht darin, das Epithel der Hornhaut zu entfernen und dann das Stroma mit einem Laser¹⁴ umzuformen. Nach einer solchen Operation können verschiedene Nebenwirkungen auftreten, wie z. B. eine Abnahme der Hornhautnervendichte für 2 Jahre und eine Verringerung der Empfindlichkeit für einen Zeitraum von 3 Monaten bis zu einem Jahr nach der Operation¹⁵. Angesichts der Tatsache, dass die Operation eine Fragilität der Hornhautmikroumgebung induziert, könnte dieses Modell dazu beitragen, diese Nebenwirkungen zu untersuchen und therapeutische Ansätze zu entwickeln, die eine schnellere Reinnervation fördern und so die betreffenden Nebenwirkungen reduzieren.

Das zweite Modell besteht darin, die Axone an der Peripherie der Hornhaut mit einer Biopstanze zu durchtrennen, wodurch eine Wallersche Degeneration der zentralen Innervation ^{induziert wird 16}. Klinisch könnte diese Methode mit der vorderen lamellären Keratoplastik verglichen werden, bei der der Chirurg eine partielle Trepanation der Hornhaut durchführt, um einen Teil der vorderen Dicke der Hornhaut zu entfernen und durch ein Spendertransplantat zu ersetzen ¹⁷. Nach einer lamellären Keratoplastik können die Patienten unter einer Reihe von Symptomen leiden, darunter trockene Augen, Verlust der Hornhautinnervation und Transplantatabstoßung¹⁸. Dieses Axotomiemodell, das an Hornhautnerven durchgeführt wird, könnte einen Einblick in die Mechanismen der Faserdegeneration geben, die nach einer Transplantation und anschließender Regeneration der Axone auftritt.

Bei der dritten Methode werden die Hornhautnerven mit einem Laser geschädigt. Durch die Verwendung eines Multiphotonenmikroskops auf der Hornhaut von anästhesierten Tieren wird eine Degeneration der im optischen Feld lokalisierten Nerven als Folge der Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) induziert, was zu DNA-Schäden und zellulärer Kavitation führt¹⁹. Diese Methode rekapituliert die Lichtschädigung der Hornhaut, die durch übermäßige Exposition gegenüber natürlichem UV-Licht (Sonnenbrand) verursacht wird, was auch die Bildung von ROS auslöst, was zu DNA-Schäden führt²⁰. Patienten, die an einem Hornhautsonnenbrand leiden, leiden unter großen Schmerzen, da durch den Abbau der Epithelzellen die Extremitäten der Hornhautfasern vollständig entzogen werden.

Die drei hier beschriebenen Methoden sollen die Untersuchung des NK-Pathogeneseprozesses und der Axonregeneration ermöglichen. Sie sind leicht reproduzierbar und präzise. Darüber hinaus ermöglichen sie eine schnelle Genesung und eine einfache Überwachung der Tiere.