Effect of degeneration stage on non-viral tissue transfection of rd10 retina ex vivo

Zhang, Jiao; Weis, Joachim; Johnen, Sandra

doi:45790

Effect of degeneration stage on non-viral tissue transfection of rd10 retina ex vivo

Zhang, Jiao^RWTH*

2026

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Jiao Zhang

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2026

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2026

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Johnen, Sandra (Thesis advisor)^RWTH* ; Weis, Joachim (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2026-08-26

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2026-08405
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1041156/files/1041156.pdf

Einrichtungen

Klinik und Lehrstuhl für Augenheilkunde (938110)

Projekte

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Erbliche Netzhauterkrankungen (Inherited Retinal Diseases, IRDs) wie die Retinitis pigmentosa (RP) zählen weltweit zu den Hauptursachen für eine irreversible Erblindung, wobei derzeit nur begrenzt Behandlungsmöglichkeiten zur Verfügung stehen. Die Gentherapie ist ein vielversprechender Ansatz zur Behandlung von Erbkrankheiten. Zwar haben sich virale Vektoren als erfolgreiche und effiziente Transportsysteme erwiesen, sie sind jedoch durch Nachteile wie Immunogenität und eine begrenzte Verpackungskapazität limitiert. In der vorliegenden Studie wurde eine nicht-virale Methode zur Genübertragung unter Verwendung des Sleeping Beauty (SB) Transposonsystems für die elektroporationsbasierte Transfektion degenerierender rd10 Netzhäute entwickelt, mit dem langfristigen Ziel der Anwendung dieser Methode in einer kombinierten Netzhautprothese- und Gentherapiestrategie. Die rd10 Maus ist aufgrund der Ähnlichkeit des progressiven dystrophischen Phänotyps, der sowohl bei Maus- als auch bei menschlichen Photorezeptoren beobachtet wird, ein etabliertes RP Modell. Netzhäute von rd10 Mäusen in unterschiedlichen Stadien der Degeneration sowie entsprechende Wildtyp-Kontrollen wurden nach der Etablierung der Versuchsbedingungen mit SB100X Transposase- und Venus Reporter-Plasmiden elektroporiert. Die Ergebnisse zeigten, dass eine effiziente Transfektion ausschließlich in degenerierten Netzhäuten ab dem 61. postnatalen Tag auftrat, während nichtdegenerierte Netzhäute sowie Netzhäute in früheren Stadien der Degeneration keine oder lediglich eine minimale Transfektion aufwiesen. In allen untersuchten Stadien wurden Müller Gliazellen als einziger transfizierter Zelltyp identifiziert. Durch eine weitere Optimierung der Elektroporationsparameter konnte die Transfektionseffizienz gesteigert werden. Eine Verringerung der Plasmidgröße um 31% führte zu einer zusätzlichen 1,5-fachen Steigerung der Transfektion. Bemerkenswert ist, dass das Genübertragungsverfahren die Morphologie und das Überleben der degenerierten Netzhäute nicht weiter beeinträchtigte. So war beispielsweise die Apoptoserate in degenerierten Netzhäuten geringer als in den entsprechenden elektroporierten Wildtyp-Kontrollen. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass das Einbringen des SB Transposon Systems in die Netzhaut mittels Elektroporation einen effizienten, vom Degenerationsstadium abhängigen und Müllerzellspezifischen Gentransfer ermöglicht. Diese Methode stellt somit einen vielversprechenden nicht-viralen Ansatz für die Netzhaut-Gentherapie dar, die mit Netzhautprothese-Technologien kombiniert und in diese integriert werden kann zur Behandlung von fortgeschrittenen degenerativen Netzhauterkrankungen.

Inherited retinal diseases (IRDs), such as retinitis pigmentosa (RP), represent one of the leading causes of irreversible blindness worldwide, with only limited treatment options currently available. Gene therapy holds significant promise in the treatment of hereditary diseases, but although viral vectors have proven to be successful and efficient delivery systems, they also face challenges such as immunogenicity and limited cargo capacity. This study involved the development of a non-viral gene delivery method using the Sleeping Beauty (SB) transposon system for the electroporationbased transfection of degenerating rd10 retinas, with the ultimate goal to apply this method in a combined retinal prosthesis and gene therapy strategy. The rd10 mouse is an established model for RP due to the similarity of the progressive dystrophic phenotype observed in both mouse and human photoreceptors. Retinas from rd10 mice at different stages of degeneration and corresponding wild-type controls were electroporated with SB100X transposase and Venus reporter plasmids, following the initial establishment of the experimental conditions. The results showed that efficient transfection only occurred in degenerated retinas from postnatal day 61 onwards, while non-degenerated retinas and retinas in earlier stages of degeneration exhibited no or only minimal transfection. Müller glial cells were identified as the only transfected cell type at all stages. Further optimization of the electroporation parameters improved efficiency, and reducing the plasmid size by 31% led to an additional 1.5-fold increase in transfection. Notably, the gene transfer procedure did not further impair the morphology or viability of the degenerated retinas. For instance, the rate of apoptosis in degenerated tissue was lower than in the corresponding electroporated wild-type controls. These findings demonstrate that the administration of the SB transposon system into the retina via electroporation enables efficient, degeneration stagedependent, and Müller cell-specific gene transfer. It therefore represents a promising non-viral approach for retinal gene therapy that can be combined with and integrated into retinal prosthesis technologies for advanced retinal degenerative diseases.

OpenAccess:
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