Advanced

Photoreceptors in experimental retinal cell transplants

Juliusson, Bengt LU (1996)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Näthinnan (retina) spelar en central roll för vår förmåga att se. Den sitter längst bak i ögat och precis på samma sätt som objektivet i en kamera fokuserar en bild på filmen, fokuserar ögats "objektiv", dvs. hornhinnan och linsen, en bild på näthinnan. Denna bild, bestående av ljus av olika färg och intensitet, omvandlas av näthinnan till elektriska nervsignaler som skickas genom synnerven till syncentra i hjärnan. De celler i näthinnan som är specialiserade på att omvandla ljus till nervsignaler kallas fotoreceptorceller. Dessa celler brukar indelas i två huvudgrupper, stavar och tappar. Stavarna används för att se i svagt ljus och kan ej uppfatta färger, medan tapparna används i dagsljus och... (More)
Popular Abstract in Swedish

Näthinnan (retina) spelar en central roll för vår förmåga att se. Den sitter längst bak i ögat och precis på samma sätt som objektivet i en kamera fokuserar en bild på filmen, fokuserar ögats "objektiv", dvs. hornhinnan och linsen, en bild på näthinnan. Denna bild, bestående av ljus av olika färg och intensitet, omvandlas av näthinnan till elektriska nervsignaler som skickas genom synnerven till syncentra i hjärnan. De celler i näthinnan som är specialiserade på att omvandla ljus till nervsignaler kallas fotoreceptorceller. Dessa celler brukar indelas i två huvudgrupper, stavar och tappar. Stavarna används för att se i svagt ljus och kan ej uppfatta färger, medan tapparna används i dagsljus och till färgseendet. En människa som förlorar sina tappar på grund av sjukdom blir juridiskt sett blind, medan en förlust av stavarna leder till nattblindhet, vilket ej är ett lika allvarligt handikapp. Både stavar och tappar har utskott som kallas yttersegment (därför att de är placerade ytterst i näthinnan) och det är deras form som givit cellerna dess namn. Stavarnas yttersegment är cylinderformade och tapparnas är kortare och koniska. Fotoreceptorcellernas yttersegment är mycket effektiva ljusfångare eftersom de är fullpackade med ljusabsorberande synpigment. Det finns olika typer av tappar, vilka kan skiljas åt genom att de innehåller olika synpigment som specifikt absorberar ljus med vissa våglängder. En människa med normalt färgseende har tre olika sorters tappar: blå, som är mest känsliga för blått ljus; gröna, som är mest känsliga för grönt ljus; och röda, som är mest känsliga för rött ljus. Genom att signaler från dessa celler kombineras med varandra kan en mängd olika färger upplevas. Bland däggdjuren är det endast människan och vissa apor (gamla världens) som har trikromatisk syn, dvs. tre olika sorters tappar. De flesta andra däggdjur (som t. ex. våra försöksdjur mus, råtta och kanin) har endast två olika sorters tappar, blå och gröna.



Bakom och tätt intill fotoreceptorcellerna sitter näthinnans pigmentepitel. Pigmentepitelets celler är fyllda med det svarta pigmentet melanin. Detta pigment absorberar det ljus som inte fångas av fotoreceptorcellerna och på så sätt förhindras störande reflexer i ögat (det är därför pupillen är svart). Pigmentepitelet understödjer dessutom fotoreceptorcellernas funktion på flera sätt. Bland annat återuppbygger pigmentepitelet fotoreceptorcellernas ljusabsorberande synpigment.



Retinitis pigmentosa är en grupp ärftliga näthinnesjukdomar som orsakar en till synes selektiv död av näthinnans fotoreceptorceller. Denna grupp av sjukdomar drabbar i västvärlden cirka 1 på 4000 och karaktäriseras av bland annat nattblindhet och en progressiv minskning av synfältet (s. k. tunnelseende) som ofta leder till blindhet. Orsakerna till retinitis pigmentosa har man länge haft mycket lite kunskap om. Nyligen har dock molekylärbiologisk forskning visat att vissa typer av retinitis pigmentosa troligen beror på ett genetiskt fel i stavarnas synpigment, rhodopsinet. Dessa framsteg har dock ånnu ej lett till att man funnit någon behandling för retinitis pigmentosa. Djurförsök har gjorts med genterapi och tillväxtfaktorer för att bromsa celldöden, men resultaten har hittills varit begränsade. En annan tänkbar framtida,behandling för retinitis pigmentosa är att ersätta de förlorade fotoreceptorcellerna med nya genom transplantation. Man har tidigare visat att näthinneceller kan överleva och utvecklas efter en transplantation. Det är dock ännu ej otvetydigt bevisat att transplanterade näthinneceller kan bilda fungerande nervkopplingar med mottagardjuret. Denna avhandling handlar om försök där vi transplanterat näthinneceller i olika djurförsöksmodeller och undersökt olika aspekter av näthinnanns fotoreceptorceller både i transplantat och i mottagardjurets näthinna.



I delarbete I undersökte vi hur de transplanterade näthinnecellerna organiserar sig i mottagardjurets öga. Vi transplanterade omogen näthinna från råttfoster till vuxna råttor. Transplantaten placerades subretinalt i mottagardjurets öga, dvs. mellan näthinnan och pigmentepitelet. Två olika metoder jämfördes. Dels transplanterades cellsuspensioner bestående av dissocierade celler, och dels fragment av sammanhängande bitar av näthinna. Vi fann att fragmentmetoden resulterade i transplantat med en högre grad av cellulär organisation samt mer utvecklade fotoreceptorceller än metoden med cellsuspensioner.



I delarbete II och III användes fragmentmetoden till att transplantera näthinna från kaninfoster till vuxna kaniner. Vi undersökte dels det mycket specialiserade extracellulära utrymmet som omger fotoreceptorcellernas yttersegment (delarbete II) och vi fann att det till stora delar är normalt men verkar sakna ett protein som normalt finns där, och som förser fotoreceptorcellerna med dess ljusabsorberande molekyl. Detta tror vi kan bero på att de transplanterade fotoreceptorcellerna utvecklades utan kontakt med pigmentepitelet. Med samma transplantationsmetod studerade vi i delarbete III fördelningen av blå och gröna tappar i transplantaten. Vi fann att transplantaten innehöll många fler blå än gröna tappar, vilket är anmärkningsvärt eftersom en normal kaninnäthinna innehåller många fler gröna än blå tappar. Vi har ingen förklaring till varför förhållandet mellan gröna och blå tappar är omvänt i transplantaten. Det kan bero på att de signaler som bestämmer vilken typ av tapp som skall bildas är förändrade när cellerna utvecklas som transplantat.



I delarbete IV presenterar vi en ny transplantationsmetod som visar att det är möjligt att transplantera fotoreceptorcellerna tillsammans med pigmentepitelet. Vi hade i huvudsak två anledningar till att utveckla denna metod. För det första försökte vi att bättre bevara fotoreceptorcellernas organisation, vilket vi visade är möjligt. För det andra kan det vara en fördel att ersätta både pigmentepitel och fotoreceptorceller eftersom bägge dessa celltyper skadas i flera typer av degenerativa näthinnesjukdomar.



Delarbete V handlar inte om att ersätta döda celler utan om att försöka bevara befintliga celler. Preliminära resultat från försök på möss i USA har antytt att det kanske är möjligt att bevara tapparna i en sjuk näthinna genom en transplantation av friska fotoreceptorceller. I våra försök kunde vi dock ej bekräfta dessa resultat.



I delarbete VI och VII har vi, som en grund för transplantationsstudier, undersökt distributionen av tappar i näthinnan på normala möss och kaniner. Vi fann att båda dessa djurarter. till skillnad från t. ex. råtta, har områden i nedre delen av näthinnan som helt saknar gröna tappar, men istället har extra många blå tappar. Att det finns stora områden i däggdjursnäthinnan som är specialiserade för att uppfånga blått ljus (hos möss är det troligen UV ljus) var ej tidigare känt och det finns ännu ej några säkra förklaringar till detta. (Less)
Abstract
The main objective of this thesis was to investigate the fate of photoreceptor cells when using different strategies for retinal cell transplantation. Comparing transplantation of fragments of embryonic retina with cell suspensions of the same tissue we found that transplantation of fragments of embryonic retina result in mature transplants with a higher degree of cellular organization than transplantation of cell suspensions of embryonic retina. However, photoreceptor cells appeared to develop outer segments only when using the fragment method.



In transplanted fragments of embryonic retina, four components of the extracellular matrix surrounding photoreceptor cells were studied. Chondroitin-6-sulfate and F22 antigen... (More)
The main objective of this thesis was to investigate the fate of photoreceptor cells when using different strategies for retinal cell transplantation. Comparing transplantation of fragments of embryonic retina with cell suspensions of the same tissue we found that transplantation of fragments of embryonic retina result in mature transplants with a higher degree of cellular organization than transplantation of cell suspensions of embryonic retina. However, photoreceptor cells appeared to develop outer segments only when using the fragment method.



In transplanted fragments of embryonic retina, four components of the extracellular matrix surrounding photoreceptor cells were studied. Chondroitin-6-sulfate and F22 antigen appeared with a normal distribution, whereas immunoreactivity for interphotoreceptor retinoid binding protein was absent and peanut agglutinin binding appeared increased, indicating that the interphotoreceptor matrix of these retinal transplants is not entirely normal.



In the same type of transplants we also found an unexpectedly high proportion of shortwave sensitive cones. The shortwave-/middlewave-sensitive cone ratio was found to be reversed in the transplants compared to normal retina.



We also developed a new technique with which it is possible to transplant a coherent sheet of both photoreceptor cells and retinal pigment epithelium to the subretinal space in rats. With this method, photoreceptor cell organization can be preserved.



Previous preliminary results by others have shown a rescue effect on host cones in the rd mouse by transplantation. This could not be confirmed. The survival rate of the transplants was low and host cone survival could have been affected by the large amount of retinal detachment in the transplanted eyes.



As a basis for our transplantation studies, the distribution of the different cone types were studied in mouse and rabbit retinas. Unexpectedly we found that both have areas containing exclusively shortwave sensitive cones in the ventral part of the retina. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Prof. Narfström, Kristina, SLU, Uppsala, Sweden
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Ophtalmology, immunohistochemistry, mice, rabbits, rats, interphotoreceptor matrix, retinal pigment epithelium, photoreceptors, Retina, transplantation, Oftalmologi
pages
65 pages
publisher
Ophthalmology (Lund), Lund University
defense location
Lund University Hospital, Lecture Hall 1
defense date
1996-01-27 10:00
external identifiers
  • Other:ISRN: LUMEDW/MEVL--1014--SE
ISBN
91-628-1853-8
language
English
LU publication?
yes
id
eaaa0431-c728-44b2-af56-ebfaf98233d1 (old id 28169)
date added to LUP
2007-06-08 14:50:45
date last changed
2016-09-19 08:45:05
@misc{eaaa0431-c728-44b2-af56-ebfaf98233d1,
  abstract     = {The main objective of this thesis was to investigate the fate of photoreceptor cells when using different strategies for retinal cell transplantation. Comparing transplantation of fragments of embryonic retina with cell suspensions of the same tissue we found that transplantation of fragments of embryonic retina result in mature transplants with a higher degree of cellular organization than transplantation of cell suspensions of embryonic retina. However, photoreceptor cells appeared to develop outer segments only when using the fragment method.<br/><br>
<br/><br>
In transplanted fragments of embryonic retina, four components of the extracellular matrix surrounding photoreceptor cells were studied. Chondroitin-6-sulfate and F22 antigen appeared with a normal distribution, whereas immunoreactivity for interphotoreceptor retinoid binding protein was absent and peanut agglutinin binding appeared increased, indicating that the interphotoreceptor matrix of these retinal transplants is not entirely normal.<br/><br>
<br/><br>
In the same type of transplants we also found an unexpectedly high proportion of shortwave sensitive cones. The shortwave-/middlewave-sensitive cone ratio was found to be reversed in the transplants compared to normal retina.<br/><br>
<br/><br>
We also developed a new technique with which it is possible to transplant a coherent sheet of both photoreceptor cells and retinal pigment epithelium to the subretinal space in rats. With this method, photoreceptor cell organization can be preserved.<br/><br>
<br/><br>
Previous preliminary results by others have shown a rescue effect on host cones in the rd mouse by transplantation. This could not be confirmed. The survival rate of the transplants was low and host cone survival could have been affected by the large amount of retinal detachment in the transplanted eyes.<br/><br>
<br/><br>
As a basis for our transplantation studies, the distribution of the different cone types were studied in mouse and rabbit retinas. Unexpectedly we found that both have areas containing exclusively shortwave sensitive cones in the ventral part of the retina.},
  author       = {Juliusson, Bengt},
  isbn         = {91-628-1853-8},
  keyword      = {Ophtalmology,immunohistochemistry,mice,rabbits,rats,interphotoreceptor matrix,retinal pigment epithelium,photoreceptors,Retina,transplantation,Oftalmologi},
  language     = {eng},
  pages        = {65},
  publisher    = {ARRAY(0x9f7d490)},
  title        = {Photoreceptors in experimental retinal cell transplants},
  year         = {1996},
}