LEAF aus Spinat könnte das trockene Auge mit Licht behandeln

Pflanzen sind zum Überleben auf Sonnenlicht und Photosynthese angewiesen. Forschende haben diesen Prozess nun für das menschliche Auge nutzbar gemacht – und könnten damit neue Behandlungsmöglichkeiten für das trockene Auge eröffnen, eine belastende Erkrankung, von der mehr als eine Milliarde Menschen betroffen sind.

Ein Team der National University of Singapore (NUS) nutzte photosynthetische Membranstapel aus Spinatblättern. Diese wurden als Augentropfen auf im Labor gezüchtete menschliche Augenzellen sowie auf Augenzellen von Mäusen aufgebracht, die genetisch so verändert waren, dass sie eine dem trockenen Auge ähnliche Erkrankung entwickelten.

Die Übertragung funktionierte: Unter normalem Umgebungslicht produzierten die den Säugetier-Augen zellen zugefügten Nanopartikel NADPH. Dabei handelt es sich um eine chemische „Batterie“, mit der Zellen sich vor schädlichen Einflüssen schützen.

LEAF: Photosynthese aus Spinat für das trockene Auge

NADPH spielt eine entscheidende Rolle bei der Abwehr reaktiver Sauerstoffspezies (ROS), die bei der Erkrankung des trockenen Auges Entzündungen und Zellstress verursachen.

Die Entwicklung steckt zwar noch in den Anfängen, doch eine lichtbetriebene Behandlung könnte die Schmerzen und das Brennen bei trockenen Augen möglicherweise lindern.

„Dies ist ein spannender Befund, denn wir haben erstmals gezeigt, dass sich pflanzliche Photosynthese-Maschinerie in Säugetiergewebe übertragen lässt, um biologisch nützliche Moleküle zu erzeugen – vollständig angetrieben durch dasselbe Licht, das uns das Sehen ermöglicht“, sagt der biomolekulare Ingenieur Xing Kuoran von der NUS.

„Auch wir können begrenzte photosynthetische Fähigkeiten besitzen.“

Die Forschenden nennen ihre neue Technologie LEAF: light-reaction enriched thylakoid NADPH-foundry.

Thylakoide sind die wichtigen NADPH-erzeugenden Bestandteile von Chloroplasten, jenen Strukturen, die in Pflanzenzellen die Photosynthese durchführen.

Die Wahl fiel auf Spinat, weil er eine hohe Ausbeute an Chloroplasten liefert und sich seine biologische Maschinerie vergleichsweise einfach extrahieren lässt – entsprechende Verfahren wurden bereits in anderen Studien beschrieben. Darüber hinaus ist die Pflanze preiswert und weit verbreitet erhältlich.

NADPH senkt ROS-Aktivität und Entzündungen

Die Forschenden zeigten, dass das durch Licht erzeugte NADPH innerhalb von 30 Minuten die ROS-Aktivität verringerte und Immunzellen in der Hornhaut wieder in einen schützenden, entzündungshemmenden Zustand versetzte.

Zudem erwies sich das Verfahren in Tränenproben von Patientinnen und Patienten mit trockenem Auge als wirksam. Diese Tränenflüssigkeit kann bei Betroffenen ebenfalls schädlich werden. Die LEAF-Behandlung senkte die Konzentration schädlicher Oxidantien; bei Wasserstoffperoxid betrug die Verringerung 95 Prozent.

Die regenerierende Wirkung entfaltet sich sowohl innerhalb als auch außerhalb von Augenzellen.

„Mit LEAF verfügen wir nun über eine Technologie, die Umgebungslicht nutzt, um genau das Molekül direkt wiederherzustellen, das durch die Erkrankung des trockenen Auges vermindert wird“, sagt der biomolekulare Ingenieur David Leong Tai Wei von der NUS.

„Da sie aus Spinat gewonnen, als einfacher Augentropfen verabreicht wird, kein externes Gerät und keine Energiequelle benötigt und das Umgebungslicht nutzt, das auch für das Sehen verwendet wird, glauben wir, dass sie ein großes Potenzial für die klinische Anwendung hat.“

LEAF übertraf Restasis im Mausmodell

Bei Mäusen, die 5 Tage lang zweimal täglich behandelt wurden, schnitt die LEAF-Behandlung besser ab als Restasis, das häufig bei der Erkrankung des trockenen Auges verschrieben wird.

Restasis ist vergleichsweise teuer und verursacht oft Nebenwirkungen wie eine verstärkte Augenreizung. Es gibt daher mehrere Gründe, weshalb eine Alternative willkommen wäre.

Natürlich muss noch geprüft werden, ob dies auch bei lebenden Menschen funktioniert. Die Vorbereitungen für klinische Studien laufen bereits.

Die Forschenden möchten außerdem untersuchen, wie die Behandlung über längere Zeiträume wirken könnte. Derzeit werden die LEAF-Partikel in den Augenzellen, in die sie eingebracht werden, abgebaut und verlieren nach einigen Stunden an Wirksamkeit.

Auch über das trockene Auge hinaus könnte LEAF eingesetzt werden. Nach Einschätzung der Forschenden ließe sich derselbe Ansatz bei anderen entzündlichen Erkrankungen anwenden – überall dort, wo ein Schutz vor ROS erforderlich ist und das betroffene Gewebe sichtbarem Licht ausgesetzt werden kann.

„Es ist fast surreal, sich eine mögliche Zukunft vorzustellen, in der menschliche Zellen nicht nur im Auge, sondern auch an anderen Stellen über eine begrenzte, aber nützliche Form photosynthetischer Fähigkeit verfügen können“, sagt Leong.

Die Studie wurde in Cell veröffentlicht.