Retinal Transplants: Growth Differentiation Integration Organization and Survival

Abstract

The goal of the study was to get a better understanding of factors controlling the growth, differen-tia-tion, integration, organization and survival of retinal transplants, with the long-term view of eventually developing retinal transplantation into a clinically useful procedure for treating degenerative retinal disorders such as retinitis pigmentosa.



Embryonic day 15 rabbit retinas were transplanted into adult rabbit eyes and were allowed to survive for various times. Aspects of growth, differentiation, integration and long-term survival were studied. A new transplantation tech-nique was also developed permitting transplantation of large pieces of retina with minimal surgical trauma.



Analyses of the appearance of protein Ki-67 (found only in dividing cell nuclei) in developing normal and transplanted retinas showed that transplants maintain their normal pattern of proliferation. Glial cells at the host-graft interface proliferate excessively. Analyses of nitric oxide synthase in developing normal and transplanted retinas demonstrated that transplanted cells maintain their normal differentiation chronology. Further, nitric oxide synthase immunoreactive cells were found to extend long processes into the inner plexiform layer of the host retina, demonstrating that transplanted neurons are capable of projecting to appropriate places in the host retina.



Large-sheet transplants developed better in the subretinal space than in the epiretinal and surgical injury evidently plays a major role in rosette formation.



After long survival times (2 years) massive gliosis appears in some retinal transplants, but neurons survive in others. Photoreceptors survive only if they are well apposed to the host pigment epithelium.



The outer nuclear layer of the host retina degenerates in parts covering the transplant, but its inner retinal layers remain functional and in principle capable of receiving graft connections for long times.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Gruppen ärftliga degenerativa näthinnesjukdomar är en viktig orsak till blindhet världen över. Man har uppskattat frekvensen till 1 på 3 - 4000 vilket motsvarar omkring 1½ miljoner människor i världen som helhet. Den vanligaste orsaken till en sådan sjukdom är ett fel i en gen för ett funktionellt eller strukturellt protein. Mer än hundra sådana gendefekter är kända idag, och antalet ökar kontinuerligt. I vissa av dessa sjukdomar är det exakta biokemiska felet känt vilket möjliggör en specifik terapi, men endast ett fåtal patienter är drabbade av en sådan sjukdom. För de flesta av sjukdomarna saknas effektiv terapi. Senare tids forskning har emellertid öppnat nya möjligheter, till exempel genom att placera en frisk gen i arvsmassan, genom att kontrollera oönskade effekter av den sjuka genen, eller genom att ersätta de felaktiga cellerna genom transplantation.



En svårighet i utvecklandet av specifika behandlingar av degenerativa näthinnesjukdomar är att varje felaktig gen kräver sin egen unika behandling. Därför försöker man istället utveckla ospecifika "anti-degenerationsbehandlingar". I detta sammanhang har man undersökt tillväxtfaktorer, som är ämnen som nervcellerna själva använder för sin utveckling och överlevnad. En annan forskningslinje är att försöka påverka apoptosen, som är den process som slutligen orsakar nervcellernas död i degenerativa näthinnesjukdomar. En tredje väg är att försöka ersätta de sjuka cellerna genom transplantation av friska näthinneceller, något som redan har prövats på människor. Dessa initiala transplantationsförsök har givit intressanta resultat, men också visat att mera experimentellt arbete återstår innan man kan gå vidare.



Huvudsyftet med denna studie var att bättre förstå tillväxten, utvecklingen, integrationen, organisationen och överlevnaden av näthinnetransplantat, med förhoppningen att så småningom kunna utveckla näthinnetransplantation till en kliniskt användbar behandlingsmetod för degenerativa näthinnesjukdomar såsom retinitis pigmentosa.



Omogen näthinna överlever en transplantation bra men utvecklas inte helt normalt. Till exempel så utvecklas cellerna i små bollar, så kallade rosetter, och även om många givar-näthinnor transplanteras tillsammans så förblir transplantatet litet. Den transplanterade näthinnan utvecklar bara ett fåtal förbindelser med värd-näthinnan, och transplantatet får svårt att förmedla nervsignaler till värden på rätt sätt. På många patienter måste transplantatet överleva i värdögat mycket länge, men näthinne-trans-plantatets förmåga till långtids-över-levnad är inte känd.



Denna studie adresserar en del av dessa problem. För att undersöka varför näthinnetransplantatens tillväxt är begränsad jämfördes celldelningen i näthinnetransplantat med celldelningen i normal näthinna med syfte att se om transplantatcellerna betedde sig onormalt. Med immunohistokemi identifierades ett protein (Ki-67) som finns enbart under celldelningen. Transplantatceller visar därvidlag samma mönster som normal näthinna, men delar sig inte lika frekvent. Dessutom delar sig gliaceller (stödjeceller) kraftigt i gränsen mellan värd och transplantat.



Kväveoxid (NO) spelar en roll i synapsutvecklingen i centrala nervsystemet. För att undersöka om transplanterad näthinna bibehåller sitt normala utvecklingsmönster jämfördes kväveoxidsyntasförekomsten (ett enzym som bildar kväveoxid) i transplantat med normal näthinna. Inga skillnader kunde påvisas. Vidare kunde långa cellutskott innehållande kväveoxidsyntas påvisas i rätt cellager (det inre plexiforma cellagret) i värd-näthinnan, vilket visar att transplanterade näthinneceller kan nå fram till värd-näthinnan och kanske även utveckla cell-kontakter på rätt ställe.



För att utveckla en metod för att få rosettfria näthinnetransplantat och för att jämföra dess utveckling på olika transplantationsplatser transplanterades stora bitar embryonal kanin-näthinna epiretinalt och subretinalt på vuxna kaninögon med en ny transplantationsteknik. Detta gav transplantat som var rosettfria utom på platser där givarnäthinnan hade skadats under transplantationen. Vidare utvecklades transplantaten bättre subretinalt än epiretinalt.



I kliniska situationer måste transplantaten överleva under mycket lång tid. Därför studerades långtidsöverlevnaden i transplantaten (upp till 2 år). Nervceller överlever i vissa transplantat även om gliaceller ibland tar överhanden. Fotoreceptorer överlever bara om de får god kontakt med pigmentepitelet.



Som tidigare påpekats så utbildar transplantaten förbindelser med värdnäthinnan. Det är viktigt att åtminstone den inre delen av värdnäthinnan fortsätter att fungera och har kvar förmågan att ta emot förbindelser från transplantatet. Våra observationer visar att även om den yttre delen av värdnäthinnan (som har kontakt med transplantatet) degenererar, så fungerar fortfarande den inre delen och har kvar sin förmåga att ta hand om signaler från transplantatet.

• author: Sharma, Rajesh Kumar
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Professor Sahel, José, Lab. de physiopathologie retinienne, Clinique medicale ACHRU, 1 Place De l'Hospital, Strasbourg 67091, France
• organization: Ophthalmology, Lund
• publishing date: 1999
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Ophthalmology
• keywords: retinal degeneration, Retinal transplants, retinal development, treatment, connections, proliferation, survival, Ophtalmology, Oftalmologi
• pages: 169 pages
• defense location: Segerfalksalen, Wallenberg Neurocenter, Sölvegatan 17, Universitetssjukhuset i Lund
• defense date: 1994-04-16 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUMEDW/MEVL-1020-SE
• ISBN: ISBN 91-628-3430-4
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 2f5c0cc1-3d13-46cd-8139-2616f1f627cc (old id 39407)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:49:14
• date last changed: 2018-11-21 21:00:58