Coronavirus SARS-CoV-2 kann die Netzhaut des Auges befallen

Coronavirus kann in Netzhaut gelangen und sich dort vermehren

Das Coronavirus SARS-CoV-2 wird immer wieder auch als „Multiorganvirus“ bezeichnet. Zwar befällt es vor allem die Atemwege, doch auch zahlreiche andere Organe können betroffen sein. Forschende berichten nun, dass der Erreger auch in die Netzhaut des Auges gelangen, sich darin vermehren und dort Schäden anrichten kann.

Laut einer neuen, in der Fachzeitschrift „Stem Cell Reports“ veröffentlichten Studie von Forschenden des Max-Planck-Instituts für molekulare Biomedizin und der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster kann SARS-CoV-2 nicht nur die menschliche Netzhaut infizieren, sondern sich auch darin vermehren.

SARS-CoV-2-Infektion der Netzhaut untersucht

Es ist schon länger bekannt, dass das Coronavirus nicht nur Infektionen der Atemwege verursacht, sondern, dass auch andere Organsysteme wie das Nervensystem betroffen sein können. Tatsächlich wurde in Autopsien von Patientinnen und Patienten, die an COVID-19 gestorben sind, mRNA von Coronaviren im Gehirn nachgewiesen, heißt es in einer Mitteilung des MPI.

Zudem gibt es immer mehr Hinweise darauf, dass Coronaviren auch in die Netzhaut des Auges gelangen und Schäden anrichten können. Es ist aber unklar, welche Netzhautstrukturen von SARS-CoV-2 infiziert werden und ob die Netzhautschäden direkt oder indirekt Folge einer Infektion der Netzhaut sind.

Ein gemeinsames Forschungsteam unter der Leitung von Thomas Rauen und Hans Schöler vom MPI für molekulare Biomedizin und dem Virologen Stephan Ludwig von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster hat jetzt Organoide – ein organähnliches Modellsystem – der Netzhaut aus menschlichen reprogrammierten Stammzellen verwendet, um die SARS-CoV-2-Infektion der Netzhaut zu untersuchen.

Demnach infiziert das Coronavirus tatsächlich Netzhautzellen, vor allem retinale Ganglienzellen, doch auch Lichtsinneszellen. Darüber hinaus zeigen die Forschenden, dass sich Coronaviren auch in diesen Zelltypen vermehren können. Diese Erkenntnis ist neu und unterstreicht die Notwendigkeit, retinale Pathologien als mögliche Folge von „Long-COVID“ zu beobachten.

Virus in der Netzhaut nachgewiesen

Dass das von Yotam Menuchin-Lasowski am münsterschen Max-Planck-Institut etablierte menschliche Organoidmodell der Netzhaut in der Erforschung von SARS-CoV-2 Anwendung finden würde, war vor drei Jahren noch nicht klar.

Doch als immer mehr Fälle von neurologischen Beeinträchtigungen und auch Sehstörungen während oder nach einer Corona-Infektion durch die Medien gingen, schien es den Max-Planck-Forschenden nur logisch, Netzhautorganoide für Untersuchungen zu SARS-CoV-2 in der Netzhaut einzusetzen.

Denn verschiedene Studien an Retina-Biopsien von mehreren an COVID-19 Verstorbenen konnten das Virus in der Netzhaut nachweisen.

Das Retina-Organoid-Modell erweist sich jetzt als relevante Alternative zu Tierversuchen, da sich SARS-CoV-2-Infektionen beim Menschen nicht oder nur unzulänglich im Tiermodell nachbilden lassen. Menuchin-Lasowski zufolge bildet ihre Retina-Organoidsystem die anatomisch komplexe Struktur der menschlichen Netzhaut erstaunlich gut nach.

Erster Nachweis für die Vermehrung

Den Angaben zufolge wurden als Ausgangszelltyp für die Netzhautorganoide menschliche iPS-Zellen verwendet. Dies sind Zellen, die aus Biopsien gewonnen und zu künstlich induzierten Stammzellen umprogrammiert wurden.

„In vier bis fünf Monaten entstehen aus den iPS-Zellen unter geeigneten Kulturbedingungen ausgereifte Retina-Organoide, in denen sich die verschiedenen Zelltypen in Netzhaut-typischer Weise anordnen“, erklärt Menuchin-Lasowski.

Die ausgereiften Netzhautorganoide wurden mit SARS-CoV-2 Viren inkubiert und anschließend nach festgelegten Inkubationszeiten analysiert. So gelang dem Forschungsteam mittels quantitativer PCR-Analyse der Nachweis von SARS-CoV-2 mRNA in den Organoiden, was darauf hindeutet, dass Zellen in den Organoiden tatsächlich vom Virus infiziert wurden.

Um darüber hinaus die aktiven Viruskonzentrationen zu messen, die von den infizierten Organoiden nach verschiedenen Inkubationszeiten produziert wurden, verwendeten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einen sogenannten viralen Plaque-Assay. Und dieser Test zeigte, dass sich in den Retina-Organoiden neue Virusnachkommen gebildet hatten.

„Dies ist der erste Nachweis, dass sich SARS-CoV-2 in menschlichen Netzhautzellen repliziert“, sagt Rauen.

Sehbehinderungen bei Corona nicht häufig

Um zu erfahren, welche Zellen in den Retina-Organoiden betroffen sind, analysierten die Forschenden die Organoide im Fluoreszenzmikroskop.

Mithilfe verschiedener Immunmarker für die unterschiedlichen Zelltypen der Netzhaut sowie mit einem fluoreszierenden Antikörper gegen das Nucleoprotein (N-Protein) von SARS-CoV-2 zeigte sich, dass hauptsächlich zwei Zellschichten der Retina-Organoide infiziert wurden.

Laut Menuchin-Lasowski befanden sich viele der N-Protein-angefärbten Zellen in der äußeren Körnerschicht der Organoide, das ist die Zellschicht, in der sich die Photorezeptoren befinden – also die Zapfen und Stäbchen, welche das eintreffende Licht in Nervenimpulse umwandeln.

„Einige dieser Zellen mit dem N-Protein wiesen tatsächlich das typische Aussehen der Lichtsinneszellen auf“, ergänzt der Forscher.

„Der Zelltyp, in dem wir jedoch am häufigsten das N-Protein von SARS-CoV-2 nachweisen konnten, sind retinale Ganglienzellen“, so Menuchin-Lasowski. Diese Zellen befinden sich in der innersten Schicht der Retina und geben alle Signale von der Netzhaut über den Sehnerv in das Gehirn weiter.

Viele der mit COVID-19 assoziierten Netzhautsymptome hängen mit retinalen Ganglienzellen zusammen, die bisher allerdings vorwiegend mit sekundären Auswirkungen anderer SARS-CoV-2-verursachter Krankheitssymptome in Verbindung gebracht wurden, wie beispielsweise Schäden an den Blutgefäßen oder einer Erhöhung des Augendrucks.

„Unsere aktuelle Retina-Organoid Studie zeigt jedoch, dass eine Infektion mit SARS-CoV-2 direkte pathologische Folgen für die retinalen Ganglienzellen haben kann, auch wenn Sehbehinderungen bei Patienten mit COVID-19 nicht häufig vorkommen“, erläutert Rauen. (ad)