Activation of neuroprotective signalling pathways in the retina by aptamer
Final Report Abstract
Ziel war es, einen neuen neuroprotektiven Therapieansatz für degenerative Netzhauterkrankungen wie die altersbedingte Makuladegeneration (AMD) und Retinitis Pigmentosa (RP) zu testen. Kernstück der Untersuchungen war die Entwicklung und Evaluierung von RNA- und DNA-basierten Aptameren zur gezielten Aktivierung des TrκB-Signalwegs in retinalen Zellen. Die COVID-19-Pandemie, eine Elternzeit und Verzögerungen bei der Genehmigung von Tierversuchsanträgen führten dazu, dass geplante in-vivo Untersuchungen nicht durchgeführt werden konnten. Stattdessen wurden ex-vivo Modelle etabliert, die wertvolle Vorabdaten lieferten und den Weg für zukünftige in vivo-Experimente ebneten. Zu den wichtigsten wissenschaftlichen Fortschritten gehört die Erkenntnis, dass der Effekt des TrκB-Aptamers nicht ausschließlich über den TrκB-Rezeptor vermittelt wird, zumindest in den hier eingesetzten Zellen und Geweben aus dem Schwein. Untersuchungen zeigten, dass sowohl das Aptamer als auch der natürliche Ligand BDNF trotz partieller Reduktion des TrκB-Rezeptors weiterhin die Signalwege aktivierten. Dies deutet darauf hin, dass möglicherweise alternative Rezeptoren wie der p75^NTR-Rezeptor oder autokrine/parakrine Mechanismen beteiligt sind. Diese Erkenntnis eröffnet neue Forschungsrichtungen zur Aufklärung alternativer Signalwege. Ein weiterer Fortschritt war die Etablierung eines neuen Blaulicht- Stressmodells an ex vivo-Netzhäuten. Dieses Modell simuliert oxidative Stressbedingungen, die für AMD typisch sind, und ermöglichte den Nachweis, dass das RNA-TrκB-Aptamer oxidativen Stress signifikant reduzierte und die Apoptose in retinalen Zellen hemmte. Es wurde gezeigt, dass die Wirkung des Aptamers im Vergleich zu BDNF länger anhält, was seine Eignung für therapeutische Anwendungen unterstreicht. Ein bedeutendes technisches Ergebnis war die Entwicklung des ToRNAdo-Expressionssystems, das die zelluläre Produktion und Stabilität des TrκB- Aptamers optimiert. Dieses innovative System nutzt die Zirkularisierung von RNA, um die Abbauanfälligkeit zu reduzieren und eine länger anhaltende Wirkung in der Retina zu ermöglichen. Diese Technologie hat das Potenzial, die Anwendung von Aptameren in der Gentherapie zu revolutionieren. In Bezug auf die Anwendungsaspekte bieten die Ergebnisse vielversprechende Perspektiven für den Einsatz des RNA-TrκB-Aptamers als Gentherapeutikum zur Behandlung von RP und anderen retinalen Degenerationen. Die Fähigkeit, das Aptamer direkt in Zellen zu exprimieren, reduziert die Notwendigkeit wiederholter Behandlungen und erhöht die klinische Anwendbarkeit. Darüber hinaus wurde im Rahmen des Projekts eine neue Polymertechnik entwickelt, die eine effiziente und sichere Lieferung des Aptamers in die Zielzellen ermöglicht. Diese Methodik könnte in zukünftigen Therapien als nicht-viraler Vektor für die Gentherapie breite Anwendung finden. Eine unerwartete Entdeckung war die Internalisierung des TrκB-Rezeptors nach längerer Behandlung mit dem Aptamer. Ursprünglich war davon ausgegangen worden, dass das Aptamer keine Rezeptorinternalisierung bewirkt. Diese Beobachtung öffnet neue Fragestellungen zur molekularen Interaktion des TrκB-Aptamers und zu möglichen alternativen Signalwegen. Die Ergebnisse bieten eine solide Grundlage für zukünftige Forschungsarbeiten und könnten in der breiten Öffentlichkeit als wegweisender Fortschritt in der Therapie retinaler Erkrankungen rezipiert werden.
Publications
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Konferenz der DOG - Deutsche Ophthalmologische Gesellschaft, Berlin Vortrag „Neuroprotektion mittels TrĸB-Aptamer an der procinen Retina“
Isabell Schleicher & José Hurst
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Pro Retina Research Colloquium, Potsdam “Aptamer-based therapy of retinopathies via activation of the BDNF/TrκB- signaling pathway“
José Hurst, Isabell Schleicher, Agnes Fietz & Sven Schnichels
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ARVO Annual Meeting New Orleans, USA Posterpräsentation „Neuroprotection using a TrĸB-aptamer on the porcine retina”
Isabell Schleicher, Agnes Fietz, Sven Schnichels & José Hurst
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Konferenz der DOG - Deutsche Ophthalmologische Gesellschaft, Berlin Posterpräsentation “Aptamer-based neuroprotection in retinal oxidative stress”
José Hurst, Agnes Fietz, Isabell Schleicher & Sven Schnichels
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iSearch – Grundlagenwissenschaftliches Symposium, online “Aptamer-Based Neuroprotection in Retinal Organ Cultures” Nathalie Smeets & José Hurst
Nathalie Smeets & José Hurst
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Pro Retina Research Colloquium, Potsdam “Establishing plasmid-mediated expression of RNA-based TrĸB-binding aptamers for the treatment of age-related macular degeneration”
Nathalie Smeets, Sven Schnichels & José Hurst
