Überblick: Forschung und Studien
Augenalterung, VR-Spiel zur Bewertung von ADHS, Retinitis pigmentosa
Forschungsergebnisse der University of California, Irvine, deuten darauf hin, dass der Alterungsprozess eine wichtige Komponente des Absterbens retinaler Ganglienzellen beim Glaukom ist. Die Verfolgung der Augenbewegungen beim Spielen eines Virtual-Reality-Spiels ermöglicht eine objektive Bewertung von Aufmerksamkeitsstörungen. Ein Team unter der Leitung der Universität Genf (UNIGE) hat einen molekularen Mechanismus identifiziert, der die Degeneration der Photorezeptoren des Auges verursacht.
Jeden Monat werden weltweit neue Studien veröffentlicht. Welche neuen Erkenntnisse dabei in Augenoptik, Optometrie und Ophthalmologie gewonnen wurden, fassen wir für Sie in jeder FOCUS-Ausgabe zusammen.
Wiederholter Stress beschleunigt die Alterung des Auges
Forschungsergebnisse der University of California, Irvine (UCI), deuten darauf hin, dass der Alterungsprozess eine wichtige Komponente des Absterbens retinaler Ganglienzellen beim Glaukom ist und dass bei der Entwicklung neuer Behandlungsmethoden für Glaukompatienten neue Wege angestrebt werden können.
Die Studie mit dem Titel „Stress induced aging in mouse eye“ wurde 2022 in der Fachzeitschrift Aging Cell veröffentlicht.
Dr. Dorota Skowronska-Krawczyk, Assistenzprofessorin in den Abteilungen Physiologie und Biophysik sowie Augenheilkunde und Leiterin des Center for Translational Vision Research an der UCI School of Medicine, beschreibt zusammen mit ihren Kollegen die transkriptionellen und epigenetischen Veränderungen in der alternden Netzhaut. Das Team zeigt, wie Stress, z.B. eine Erhöhung des Augeninnendrucks (IOD), dazu führt, dass Netzhautgewebe epigenetische und transkriptionelle Veränderungen erfährt, die der natürlichen Alterung ähneln. Und wie in jungem Netzhautgewebe wiederholter Stress Merkmale einer beschleunigten Alterung, einschließlich der beschleunigten epigenetischen Alterung, hervorruft.
Die Alterung ist ein universeller Prozess, der alle Zellen eines Organismus betrifft. Im Auge ist es ein Hauptrisikofaktor für eine Gruppe von Neuropathien, die als Glaukom bezeichnet werden.
Beim Menschen hat der IOD einen zirkadianen Rhythmus. Bei gesunden Menschen oszilliert er typischerweise im Bereich von 12-21 mmHg und ist bei etwa zwei Dritteln der Menschen in der Nacht am höchsten. Aufgrund der Schwankungen des Augeninnendrucks reicht eine einzige Messung des Augeninnendrucks oft nicht aus, um die tatsächliche Pathologie und das Risiko des Fortschreitens der Erkrankung bei Glaukompatienten zu charakterisieren. Langfristige IOD-Fluktuationen gelten als starker Prädiktor für das Fortschreiten eines Glaukoms. Die neue Studie legt nahe, dass die kumulativen Auswirkungen der IOD-Schwankungen direkt für die Alterung des Gewebes verantwortlich sind.
Die von Skowronska-Krawczyk und ihrem Team beobachteten epigenetischen Veränderungen deuten darauf hin, dass Veränderungen auf der Chromatinebene nach mehreren Stresssituationen akkumulativ erworben werden und dem Sehkraftverlust vorgebeugt werden kann, wenn die Krankheit frühzeitig erkannt wird. Die Wissenschaftlerin erklärt, dass die Arbeit zeigt, dass selbst eine moderate Erhöhung des hydrostatischen Augeninnendrucks bei gealterten Tieren zu einem Verlust von retinalen Ganglienzellen und entsprechenden Sehstörungen führt.
Das Team arbeitet weiter daran, den Mechanismus der akkumulativen Veränderungen im Alter zu verstehen, um mögliche Angriffspunkte für Therapeutika zu finden und testet verschiedene Ansätze, um den beschleunigten Alterungsprozess infolge von Stress zu verhindern.
DOI: 10.1111/acel.13737
Quelle: University of California, Irvine
Virtual-Reality-Spiel zur objektiven Bewertung von ADHS
Forscher in Finnland haben mit Hilfe von Virtual-Reality-Spielen, Eye-Tracking und maschinellem Lernen gezeigt, dass Unterschiede in den Augenbewegungen zur Erkennung von ADHS genutzt werden können, was eine genauere Diagnose von Aufmerksamkeitsdefiziten ermöglichen könnte.
ADHS ist eine weitverbreitete Aufmerksamkeitsstörung, von der etwa 6% der Kinder weltweit betroffen sind. Trotz jahrzehntelanger Suche nach objektiven Markern basiert die ADHS-Diagnose immer noch auf Fragebögen, Interviews und subjektiven Beobachtungen. Die Ergebnisse können mehrdeutig sein und Standard-Verhaltenstests geben keinen Aufschluss darüber, wie Kinder mit Alltagssituationen umgehen.
Ein Team aus Forschern der Aalto-Universität, der Universität Helsinki und der Åbo Akademi Universität hat ein Virtual-Reality-Spiel namens EPELI entwickelt, mit dem sich ADHS-Symptome bei Kindern durch Simulation von Alltagssituationen beurteilen lassen. Nun verfolgte das Team die Augenbewegungen von Kindern beim Virtual-Reality-Spiel und nutzte maschinelles Lernen, um nach Unterschieden bei Kindern mit ADHS zu suchen. An der Studie nahmen 37 Kinder mit der Diagnose ADHS und 36 Kinder einer Kontrollgruppe teil. Die Kinder spielten EPELI und ein zweites Spiel, Shoot the Target, bei dem der Spieler angewiesen wird, Objekte in der Umgebung zu lokalisieren und sie durch Anschauen zu „erschießen“.
Liya Merzon, Doktorandin an der Aalto-Universität, berichtet, dass die Blicke der ADHS-Kinder länger auf verschiedenen Objekten in der Umgebung innehielten und ihr Blick schneller und häufiger von einem Punkt zum anderen sprang. Dies könnte auf eine Verzögerung in der Entwicklung des visuellen Systems und auf eine schlechtere Informationsverarbeitung als bei anderen Kindern hindeuten.
Der Projektleiter Juha Salmitaival, ein Academy Research Fellow an der Aalto-Universität, hat EPELI zusammen mit Professor Matti Laine von der Åbo Akademi University und Erik Seesjärvi, Doktorand an der Universität Helsinki und klinischer Neuropsychologe am Universitätsklinikum Helsinki (HUH), entwickelt. Das Spiel steht Neuropsychologen zur Verfügung, die in der pädiatrischen Neurologie und der pädiatrischen Psychiatrie des HUH arbeiten.
Die Entwicklung des Spiels wurde von Topi Siro geleitet, einem Aalto-Absolventen, der jetzt bei Peili Vision Oy arbeitet. Das Spiel bietet eine Liste von Aufgaben, die das alltägliche Leben simulieren, wie Zähneputzen und das Essen einer
Banane. Der Spieler muss sich an die Aufgaben erinnern, obwohl er durch die Umgebung abgelenkt wird, z.B. durch einen laufenden Fernseher. Das Spiel misst, wie oft das Kind auf die Bedienelemente klickt und wie effizient es die Aufgaben erledigt. Siro weist darauf hin, dass Effizienz mit dem Funktionieren im Alltag korreliert, womit Kinder mit ADHS oft Probleme haben.
Die Forscher stellen sich weitergehende therapeutische Anwendungen für Virtual-Reality-Spiele vor. Der Ansatz könnte auch als Grundlage für eine ADHS-Therapie und mit einigen Modifikationen zur Beurteilung anderer Erkrankungen, wie z.B. Autismus, verwendet werden.
Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.
DOI: 10.1038/s41598-022-24552-4
Quelle: Aalto University
Neue Hoffnung auf eine Therapie gegen Retinitis pigmentosa
Retinitis pigmentosa, eine degenerative genetische Erkrankung des Auges, ist durch einen fortschreitenden Sehverlust gekennzeichnet, der in der Regel zur Erblindung führt. Diese Krankheit ist durch eine Degeneration der lichtempfindlichen Nervenzellen der Netzhaut, der Photorezeptoren, gekennzeichnet.
Ein Team der Universität Genf (UNIGE) hat in Zusammenarbeit mit der Universität Lausanne (UNIL) die wesentliche Rolle eines molekularen Reißverschlusses bei der Photorezeptorendegeneration identifiziert. Dieser Reißverschluss besteht aus vier Proteinen und sein Fehlen führt zum Zelltod von Netzhautzellen. Die Entdeckung könnte zur Entwicklung von Therapieansätzen für Retinitis pigmentosa führen.
Fotorezeptoren sind für die Umwandlung von Licht in ein Nervensignal verantwortlich. Das äußere Segment der Zelle besteht aus Stapeln von Plättchen, auf denen sich die lichtempfindlichen Pigmente befinden. Das innere Segment enthält die gesamte Stoffwechselmaschinerie, die für das Funktionieren der Zelle wichtig ist, und ist mit dem äußeren Segment durch das Zilium verbunden.
Mutationen in den Genen von vier Proteinen, die sich in diesem verbindenden Zilium befinden, werden alle mit Netzhautpathologien in Verbindung gebracht, die eine Degeneration der Photorezeptoren aufweisen. Diese vier Proteine wurden im Labor von Paul Guichard und Virginie Hamel von der Abteilung für Molekular- und Zellbiologie der Fakultät für Naturwissenschaften identifiziert. Sie befinden sich in den Zentriolen, zylindrischen Strukturen aus Mikrotubuli, die in allen tierischen Zellen vorhanden sind.
Die Gruppe von Virginie Hamel und Paul Guichard optimierte Expansionsmikroskopietechnik, so dass es möglich war, Zellen aufzublasen, ohne sie zu deformieren und die Wissenschaftler Netzhautgewebe mit einer nie erreichten Auflösung beobachten konnten. Die Biologen konzentrierten sich auf die Struktur der Verbindungszilien von Mäusen, die eine Mutation im Gen für eines der vier genannten Proteine hatten – oder nicht hatten. Diese Beobachtungen wurden in verschiedenen Lebensstadien durchgeführt.
Laut Olivier Mercey, Forscher in der Abteilung für Molekular- und Zellbiologie und Erstautor der Studie, zeigte sich, dass diese Proteine in Abwesenheit der Mutation den Zusammenhalt zwischen den Mikrotubuli sicherstellen, indem sie einen Reißverschluss bilden, der sich im Laufe der Entwicklung schließt. Ist das Gen für dieses Protein hingegen mutiert, erscheint die Struktur der Mikrotubuli in den ersten Tagen zwar normal, doch sie verlieren nach und nach ihre Verbindung zueinander. Im Erwachsenenalter haben die betroffenen Mäuse Mikrotubuli, die überhaupt nicht mehr „zusammengezippt“ sind und schließlich kollabieren, was zum Zelltod der Photorezeptoren führt.
Diese Arbeit hat zu einem besseren Verständnis der molekularen und strukturellen Grundlagen der Retinitis pigmentosa geführt, so dass therapeutische Behandlungen in Betracht gezogen werden können, die vor der Zelldegeneration ansetzen. Paul Guichard, Co-Autor der Studie, berichtet, dass die Forscher es für möglich halten, dass durch die Injektion des Proteins in Patienten, die an bestimmten Formen der Retinitis pigmentosa leiden, der molekulare Reißverschluss wiederhergestellt werden könnte, um die strukturelle Integrität der Mikrotubuli der Verbindungszilien zu gewährleisten und so das Absterben der Photorezeptorzellen zu verhindern. Diese Arbeit wurde in der Zeitschrift PLOS Biology veröffentlicht.
DOI: 10.1371/journal.pbio.3001649
Quelle: UNIGE
