Redding van lichtgevoelige cellen door een combinatie van antioxidanten in een diermodel met retinale degeratie.
Doel van het onderzoek
Onderzoeken of het Rd1 muismodel oxidatieve DNA schade heeft.
Onderzoeken of antioxidanten deze schade kunnen verminderen en daarmee de levensduur van lichtgevoelige cellen (fotoreceptoren) kan verlengen.
JA, we hebben inderdaad oxidatieve schade gevonden in de staafjes van de Rd1 muis.
JA, behandeling met antioxidanten vertraagd de degeneratie van fotoreceptoren
oxidatieve stress en oxidatieve DNA schade.
Rd1 muis als diermodel voor RP
Het gebruik van natuurlijke antioxidanten in deze studie. We beschrijven hieronder de methodes, de resultaten en de conclusies. Er is oxidatieve DNA schade aangetoond in neurodegeneratieve aandoeningen, inclusief retinale degeneraties.
Mutaties in de genen van de staafjes veroorzaken het disfunctioneren van het normale metabolisme (stofwisseling) van de cel en verhoogd het schadelijke effect van Reactieve Zuurstof.
Wat is dan Reactieve Zuurstof?
In het zuurstofrijke milieu van het netvlies veroorzaakt UV en blauw licht de productie van Reaciteve Zuurstof.(ROS). ROS bestaat uit vrije radicalen. Dit zijn de voornaamste stoffen die schade aan de cellen veroorzaken.
ROS
De term ROS is ook van toepassing op andere stoffen zoals vrije zuurstofatomen en waterstofperoxide. In kleine hoeveelheden zijn sommige van deze moleculen niet schadelijk.
Oxidatieve stress
In het gezonde netvlies is er een goede balans tussen de productie van ROS en anti oxidatieve machanismen. Maar als de productie van ROS te hoog is of de beschermende mechanismen niet voldoende zijn, dan wordt de cel door oxidatieve stress beschadigd.
Oxidatieve schade
Stofwisseling en door licht geproduceerde ROS leidt niet alleen tot schade aan celmembranen maar ook tot schade aan de cel zelf. (met name aan de uiterste segmenten). Het veroorzaakt oxidatieve DNA schade en eventueel celdood.
De dood van de staafjes veroorzaakt een hoger zuurstofgehalte in de rest van de retina. De normale bloedtoevoer blijft. De retina krijgt daardoor dezelfde hoeveelheid zuurstof. Doordat er cellen zijn afgestorven en geen zuurstof meer afnemen worden de nog levende cellen overbelast.
Dit leidt tot extra oxidatieve stress in de overgebleven gezonde kegeltjes
Kegeltjes vertonen oxidatieve DNA schade in een diermodel met RP.
Vorig jaar werd dit aangetoond in een varkensmodel met RP door de groep van Dr Campochiaro. Wij bestudeerden de Rd1 muis, een ander model met RP en konden vaststellen dat dit soort schade ook aanwezig is in de staafjes.
The rd1 muis, een model voor RP
Mutatie in het cGMP-bPDE gen van de staafjes. Dit gen is is hetzelfde gen als gevonden is bij een gedeelte van menselijke RP patiënten. Deze mutatie vertoont een snelle en agressieve dood van de staafjes en daarna het afsterven van de kegeltjes.
Terminale DNA schade
Omdat er een groot aantal staafjes met oxidatieve DNA schade was hebben wij besloten te onderzoeken of een behandeling met antioxidanten deze schade kan verminderen.
Voor deze test gebruikten wij eerst onze Retina Orgaan Kweek.
We hebben deze orgaankweek ontwikkeld om stoffen die een vertragende werking op retinale degeneraties hebben, te kunnen onderzoeken.
De retina van één oog wordt in de kweek geplaatst met antioxidanten terwijl de retina van het andere oog in de kweek geplaatst wordt zonder antioxidanten.
Keuze van antioxidanten
Luteïne and zeaxanthine zijn pigmenten die normaal in de retina, de macula maar óók in de staafjes voorkomen. Ze komen voor in ons dagelijks voedsel en zijn belangrijk voor de bescherming. Zij absorberen schadelijke UV en blauw licht. Ze neutraliseren ook reactieve zuurstof.
L-Glutathion
We gebruiken L-Glutathion omdat het in alle cellen van het netvlies voorkomt en het een krachtige antioxidant is.
Het zorgt voor de normale eigenschappen van eiwitten en vitamines. Glutathion wordt ook aangetast door ROS en daardoor wordt de hoeveelheid schadelijke ROS minder.
Alpha Lipoic Acid (ALA)
Wanneer ALA wordt geconsumeerd wordt het op natuurlijke wijze omgezet tot een nog sterkere antioxidant. (dihydrolipoic acid).
ALA regenereert vitame E, C en glutathion en beschermt de cel tegen schadelijke zuurstof. Onderzoek op diermodellen heeft aangetoond dat het een positief effect heeft bij diabetische retinopathie.
Effect van behandeling met een combinatie van antioxidanten
In vivo experimenten
De jonge muizen werden elke dag gevoerd met de antioxidanten afzonderlijk maar ook met de combinatie van vier antioxidanten.
Korte termijn effect van de behandeling met antioxidanten (PN3-PN11) om het effect op oxidatieve DNA schade en terminale DNA schade aan te tonen.
PN3-PN17 om het effect op de overleving van staafjes te meten.
Effect van de behandeling op DNA schade
Overleving van staafjes in vivo
Staafjes redden kegeltjes
De dood van kegeltjes gebeurd pas als de staafjes weg zijn. Hoe dat komt is nog onduidelijk. Zoals al eerder gemeld heeft de retina een rijke toevoer van zuurstof. Als de staafjes verloren zijn gegaan dan is de benodigde hoeveelheid zuurstof minder. De toevoer blijft echter gelijk waardoor de resterende kegeltjes teveel zuurstof krijgen.
Dit teveel aan zuurstof leidt tot overmatige oxidatieve stress dat na langere tijd tot degeneratie kan leiden.
De redding van de staafjes geeft dus behalve het behouden van nachtzicht ook een lager zuurstofgehalte in het netvlies wat weer leidt tot minder oxidatieve stress.
Het redden van kegeltjes
Bepaalde antioxidanten redden kegeltjes doordat zij de anti-oxidatieve reddingsmechanismen versterken. Zoals ook door de groep van Campochiaro is aangetoond.
Ons onderzoek bevat een door Campochiaro gebruikte stof. Daarnaast gebruikten wij nog drie andere sterke stoffen tegen ROS. Dit maakt het bijna zeker dat niet alleen de staafjes maar ook de kegeltjes gered worden door deze combinatie van antioxidanten.
Oxidatieve DNA schade in andere modellen met retinale degeneratie
Varkensmodel for RP (Dr Campochiaro)
rd1 muis
rd2 muis
RCS rat
P23H rat
S334ter rat
Abyssinian cat
Conclusies
Het gebruik van verschillende combinaties antioxidanten vertraagt de dood van fotoreceptoren in de Rd1 muis. (staafjes en kegeltjes)
Stopt niet maar vertraagt het degeneratieve proces.
7 verschillende diermodellen vertonen oxidatieve schade in fotoreceptoren.