TY - THES A1 - Wobbe, Christina T1 - Hochaufgelöste Mikroskopie mittels strukturierter Beleuchtung zur altersabhängigen Akkumulation autofluoreszierender Granula im retinalen Pigmentepithel des Menschen T1 - High-resolution microscopy using structured illumination for age-dependent accumulation of autofluorescent granules in human retinal pigment epithelium N2 - Die Technik der strukturierten Beleuchtungsmikroskopie (structured illumination microscopy, SIM) ist eine etablierte ultrastrukturelle Aufnahmemethode, die der hochauflösenden Visualisierung intrazellulärer Strukturen dient. In der Ophthalmologie findet diese Art der Bildgebung bisher wenig Anwendung. SIM ermöglicht die histologische Darstellung retinaler Strukturen, wie der Zellen des humanen retinalen Pigmentepithels (RPE). In den Zellen des RPE reichern sich Granula an, die für die Autofluoreszenz-Bildgebung von Bedeutung sind. Anhand der Morphologie und autofluoreszierenden Merkmale lassen sich grundsätzlich drei Granulatypen im RPE unterscheiden: Melanosomen (M), Melanolipofuszin (ML)- und Lipofuszin (L)-Granula. Die Anwendung der SIM ermöglicht die präzise Darstellung und Differenzierung dieser autofluoreszierenden Strukturen, sowie die Bestimmung ihrer Anzahl und Lokalisation. Ziel der Arbeit ist die Darstellung der im humanen RPE lokalisierten Granula mithilfe der SIM. Anhand der unterschiedlichen Autofluoreszenz (AF) der Granula können diese innerhalb des RPE-Zellkörpers klassifiziert, sowie deren Anzahl und Dichte analysiert werden. Diese Analyse wird in Altersgruppen und Retinalokalisationen differenziert. Zudem sind direkte Vergleiche zwischen der Histologie (SIM, ex vivo) und klinischen Aufnahmen (Fundusautofluoreszenz, in vivo) kaum existent. Durch Ermittlung der Gesamt-AF pro Zelle in Korrelation zu der intrazellulären Granuladichte und -verteilung soll eine neue Interpretationsebene ermöglicht werden. Diese Arbeit soll helfen anhand der gewonnenen Daten die Stoffwechselmechanismen der Retina und deren Einfluss auf die Fundusautofluoreszenz (FAF) besser verstehen zu können. Sie soll insbesondere dazu beitragen bestehende und neue klinische FAF-Bildgebungsverfahren zu validieren, die Diagnostik pathologischer Prozesse der Retina zu optimieren und sowohl eine möglichst frühe Erkennung als auch präzise Prognostik zu ermöglichen. Zudem sollen die Daten eine belastbare Basis darstellen, um die mit einem hohen Zeitaufwand verbundene manuelle Zellanalyse einer geschulten künstlichen Intelligenz zu überlassen. Damit könnte der Analyseprozess von Gewebeproben immens beschleunigt werden und in seiner Effizienz maximiert werden. N2 - Structured illumination microscopy (SIM) is an established ultrastructural imaging technique for high-resolution visualization of intracellular structures. So far, this type of imaging has not been used much in ophthalmology. SIM enables the histological visualization of retinal structures, such as the cells of the hu- man retinal pigment epithelium (RPE). Granules accumulate in the cells of the RPE, which are important for autofluorescence imaging. Basically, three types of granules in the RPE can be distinguished on the basis of the morphology and autofluorescent characteristics: Melanosomes (M), Melanolipofuscin (ML) granules and Lipofuscin (L) granules. The use of SIM enables the precise representation and differentiation of these autofluorescent structures, as well as the determination of their number and localization. The aim of this work is to visualize the granules localized in human RPE using SIM. Based on the different autofluorescence (AF) of the granules, they can be classified within the RPE cell body and their number and density can be analyzed. This analysis is differentiated into age groups and retinal localizations. In addition, direct comparisons between histology (SIM, ex vivo) and clinical images (fundus autofluorescence, in vivo) hardly exist. By determining the total AF per cell in correlation to the intracellular granule density and distribution, a new level of interpretation should be made possible. This work will help to understand the metabolic mechanisms of the retina and their influence on fundus autofluorescence (FAF). In particular, it should contribute to validating existing and new clinical FAF imaging methods, optimizing the diagnosis of pathological processes in the retina and enabling both early detection and precise prognosis. In addition, the data should provide a reliable basis for leaving the time-consuming manual cell analysis to a trained artificial intelligence. This could immensely accelerate the analysis process of tissue samples and maximize its efficiency. KW - Netzhaut KW - Retinales Pigmentepithel KW - Autofluoreszenz KW - structured illumination microscopy KW - Retina Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-321490 ER - TY - THES A1 - Willmann, Lukas T1 - Altersabhängige Makuladegeneration - Regeneration des retinalen Pigmentepithels durch Anregung zur Proliferation durch den Transkriptionsfaktor E2F2 T1 - Age-related macular degeneration - regeneration of retinal pigment epithelium by stimulation of proliferation by transcription factor E2F2 N2 - Altersbedingte Makuladegeneration (AMD) ist weltweit die häufigste Ursache von irreversibler Erblindung des alternden Menschen. Mit der anti-VEGF-Behandlung steht für die deutlich seltenere feuchte AMD eine zugelassene Therapie bereit, die deutlich häufigere trockene AMD entzieht sich aktuell jedoch jeglicher Therapie. Ein zentraler Pathomechanismus der AMD ist der progrediente Untergang des retinalen Pigmentepithels (RPE). Die Rarifizierung und letztendlich Atrophie des RPEs führt zum Untergang der funktionellen Einheit aus RPE, Photorezeptoren und Bruch’scher Membran und somit zum irreversiblen Funktionsverlust. Ein möglicher therapeutischer Ansatz, der progredienten Atrophie des RPEs entgegenzuwirken, ist, das prinzipiell post- mitotischen RPE zur Proliferation anzuregen. Grundlage unserer in vitro Untersuchungen ist das ARPE-19 Zellmodell. Um die Proliferation anzuregen wurden die RPE-Zellen mit E2F2, einem Zellzyklus- regulierendem Transkriptionsfaktor, transfiziert. Zunächst wurde ein nicht-proliferatives RPE-Zellmodell mit spontanem Wachstumsarrest etabliert. Innerhalb von zwei Wochen konnte die Ausbildung von Zonulae occludentes als Zeichen der Integrität des adhärenten Zellmonolayers beobachtet werden. Die chemische Transfektion von E2F2 unter einem CMV-Promoter führte zur Überexpression von E2F2-Protein. Der proliferationssteigernde Effekt von E2F2 konnte durch die Proliferationsmarker Cyclin D1 sowie Ki67, dem Anstieg der BrdU-Aufnahme und der nach Transfektion mit E2F2 zunehmenden Gesamtzellzahl nachgewiesen werden. Der Zellzahlerhöhung standen jedoch potentiell qualitative und funktionelle Einbußen entgegen. So zeigten sich nach Behandlung mit E2F2 die Zellviabilität reduziert und die Apoptoserate sowie die Permeabilität des Epithels erhöht. Diese Einschränkungen waren jedoch nur passager bis 7 Tage nach Transfektion sichtbar und reversibel. Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass diese Defizite nicht durch E2F2 selbst, sondern durch das Transfektionsreagenz PEI bedingt waren. Weitere funktionelle Defizite könnten durch epithelial-mesenchymale Transition (EMT) verursacht werden. Hier zeigte sich durch E2F2 keine De-Differenzierung im Sinne einer typischen EMT-Marker- Expression. Die vorliegende Arbeit zeigt in einem in vitro Zellmodell die Grundlagen eines vielversprechenden Ansatzes zur Therapie der trockenen AMD: Durch Überexpression eines den Zellzyklus regulierenden Gens (hier E2F2) wurde die RPE-Regeneration angeregt. Analog zur schon zugelassenen Gentherapie des RPEs bei RPE65-assoziierten Netzhautdystrophien durch den Transfer von funktionstüchtigem RPE65-Gen mittels Adeno-assoziierten Viren könnte mittels E2F2, übertragen mit einem lentiviralen Verktor, eine Stimulation des RPEs zur Proliferation möglich sein. Entscheidend ist der möglichst gute Struktur- und Funktionserhalt des Photorezeptor-Bruch-Membran-RPE Komplexes. Eine Therapie sollte daher in frühen Krankheitsstadien erfolgen, um die Progression zu fortgeschrittenen Erkrankungsstadien mit irreversiblem Funktionsverlust zu verzögern oder zu verhindern. N2 - Age-related macular degeneration (AMD) is the leading cause of irreversible blindness in the ageing population worldwide. While for wet AMD an approved therapy is available in form of anti-VEGF treatment, the by far more common dry AMD is currently outside the scope of any therapy. A central pathomechanism of AMD is the progressive degeneration of the retinal pigment epithelium (RPE). Rarefication and finally atrophy of the RPE leads to the collapse of the functional unit consisting of RPE, photoreceptors and Bruch’s membrane, resulting in irreversible loss of function. A possible therapeutic strategy to prevent RPE atrophy is to stimulate the post-mitotic RPE to proliferate. The basis of our in vitro investigations is an ARPE-19 cell culture model. To stimulate proliferation, the RPE cells were transfected with E2F2, a cell cycle regulating transcription factor. First, a non-proliferative RPE cell model with spontaneous growth arrest was established. Within two weeks, the formation of zonulae occludentes was observed as a sign of the integrity of the adherent cell monolayer. Chemical transfection of E2F2 under a CMV promoter led to overexpression of E2F2 protein. The proliferation enhancing effect of E2F2 was demonstrated by proliferation markers cyclin D1 and Ki67, the increase in BrdU uptake, and the increase in total cell number after transfection with E2F2. However, the increase in cell proliferation was potentially offset by qualitative and functional losses. After treatment with E2F2, cell viability was reduced, and apoptosis rate and permeability of the epithelium were increased. These shortcomings were only temporarily detectable up to 7 days after transfection and were reversible. Our results suggest that these deficits were not caused by E2F2 itself, but by the transfection reagent PEI. Further functional deficits could be caused by epithelial-mesenchymal transition (EMT). Here, E2F2 did not show any de-differentiation in the form of typical EMT marker expression. The present study shows the basics of a promising approach for the therapy of dry AMD in an in vitro cell model: RPE regeneration was stimulated by overexpression of a gene regulating the cell cycle (here E2F2). Analogous to approved gene therapy of the RPE for RPE65-associated retinal dystrophies through transfer of functional RPE gene by adeno-associated viruses, a lentiviral vector delivering E2F2 could stimulate the RPE to proliferate. It is essential to preserve the structure and function of the photoreceptor-Bruch's membrane-RPE complex. Therapy therefore needs to take place in early stages of the disease to prevent or slow down progression to advanced stages with irreversible loss of function. KW - Netzhaut KW - Senile Makuladegeneration KW - In vitro KW - Regeneration KW - Makuladegeneration KW - E2F2 KW - transcription factor KW - RPE KW - retinal pigment epithelium KW - retina KW - Transkriptionsfaktor Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-291833 ER - TY - THES A1 - Pröbster, Carla T1 - Quantitative Fundusautofluoreszenz des sich entwickelnden und reifenden Auges T1 - Quantitative Fundus Autofluorescence in the Developing and Maturing Healthy Eye N2 - Die quantitative Fundusautofluoreszenz (QAF) erlaubt den Vergleich von Autofluoreszenzintensitäten zwischen Probanden. Zur QAF im sich entwickelnden und reifenden Auge liegen bisher nur sehr wenige Daten vor. In dieser Studie wurde bei 70 augengesunden kaukasischen Kindern (5 - 18 Jahren) eine multimodale Bildgebung durchgeführt (QAF, OCT). Die QAF und retinalen Dicken wurden an definierten Lokalisationen bestimmt (entlang des horizontalen Meridians, ETDRS-Analysemuster, und weitere). Die weitere Analyse erfolgte mittels eigens dafür erstellten Fiji-plugins. Für die verschiedenen Altersgruppen wurden Standardretinae erstellt. 53 Patienten wurden eingeschlossen. Die QAF war in der Kindheit niedrig, nahm aber stetig zu, auch an der Fovea. Es bestanden keine Geschlechtsunterschiede. Die QAF-Verteilung war ähnlich der von Erwachsenen mit einem Maximum im superior-temporalen Quadranten. An individuellen Punkten blieben die retinalen Schichtdicken mit dem Alter stabil. Im ETDRS-Analysemuster zeigte sich ein signifikanter Anstieg des retinalen Pigmentepithel mit dem Alter. Die Standardretinae zeigten einen signifikanten Anstieg der QAF mit dem Alter. QAF-Bildgebung ist auch bei jungen Kindern verlässlich durchführbar. Funktions-Struktur-Analysen zeigten eine Verdickung der äußeren Retina und zunehmender QAF mit dem Alter. Dies ist wahrscheinlich auf ein Zunahme von autofluoreszenten Granula in der äußeren Retina zurückzuführen. Standardretinae können zukünftig helfen Pathologien zu erkennen oder Therapien zu überwachen. N2 - Quantitative fundus autofluorescence (QAF) enables comparisons of autofluorescence intensities among participants. There are only very limited data of QAF in the maturing eye available.In this study, 70 healthy Caucasian children (5–18 years) were multimodal imaged, including QAF and spectral domain optical coherence tomography. QAF and retinal thicknesses were measured at predefined locations (along horizontal meridian; Early Treatment Diabetic Retinopathy Study [ETDRS] grid) and correlated using custom written Fiji plugins. Standard retinae for different age groups were generated. Fifty-three participants were included. QAF was low in childhood but increased steadily, also at the fovea, with no gender differences. The QAF distribution was similar to adults showing highest values superior-temporally. At individual points, retinal thickness remained stable, while using the ETDRS pattern, the retinal pigment epithelium (RPE) thickness increased significantly with aging. Standard QAF retinae of age groups also showed an increase with aging.QAF can be reliably performed in young children. Function–structure correlation showed a thickening of the outer retina and an increasing QAF with aging, probably related to the histologic low number of RPE autofluorescent granules at a younger age but further deposition of these granules during maturation. Standard retinae help to distinguish abnormal QAF in the diseased retina of age-matched patients. KW - Augenhintergrund KW - Netzhaut Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-296996 ER - TY - THES A1 - Hartmann, Florian Christoph T1 - Bestimmung der Netzhautdicke in Abhängigkeit von Alter und Achsenlänge des Auges mit Hilfe der Optischen Kohärenz-Tomographie T1 - Determination of retinal thickness in relation to the age and axial length using optical coherence tomography N2 - Die vorliegende Dissertation geht der Fragestellung nach, inwieweit ein Zusammenhang zwischen der Netzhautdicke und dem Alter des entsprechenden Probanden einerseits sowie der Netzhautdicke und der Achsenlänge des Augapfels andererseits besteht. Der klinische Eindruck, daß die Bulbuswand myoper / kurzsichtiger Augen, die sich durch eine größere Achsenlänge des Auges auszeichnen, dünner ist, wurde bereits durch sonographische Untersuchungen dokumentiert. Allerdings stößt diese Untersuchungstechnik mit ihrem Auflösungsvermögen von 150 µm bei der Quantifizierung der Netzhautdicke als innerste der drei Bulbuswandschichten an ihre Grenzen. Mit dem Retinal Thickness Analyzer (RTA) und der Optischen Kohärenz- Tomographie (Optical Coherence Tomography, OCT) stehen mittlerweile sehr viel genauere Meßmethoden zur Verfügung, die Netzhautdicke in vivo zu bestimmen. In der vorliegenden, prospektiv durchgeführten Studie, wurde die exakteste dieser Untersuchungsverfahren zur Messung der Netzhautdicke, die Optische Kohärenz- Tomographie (Auflösungsvermögen 10 – 15 µm), bei 159 Probanden (Alter 13 bis 92 Jahren mit einer homogenen Verteilung zwischen 20 und 80 Jahren) mit mindestens einer normalen Netzhaut durchgeführt. Die Netzhautdickenmessung erfolgte dabei mit einem 2,8 mm langen linearen horizontalen Scan, zentriert auf die Foveola, der durch einen zusätzlichen gleichartigen, jedoch vertikalen Scan ergänzt wurde. Als Messergebnis lieferte das OCT jeweils ein entsprechendes Schnittbild der Netzhaut von 2,8 mm Länge im Bereich der Makula, das eine exakte Bestimmung der Netzhautdicke erlaubt. Mit dieser wurde anschließend der statistische Zusammenhang mit der sonographisch ermittelten Achsenlänge des Augapfels (Mittelwert: 23,6 ± 1,1 mm, Bereich: 20,5 bis 28,5 mm; Mittelwert des sphärischen Äquivalent der Refraktion: – 0,16 ± 2,23 dpt, Bereich: + 7,25 dpt bis – 11,125 dpt) sowie mit dem Lebensalter der Probanden untersucht. In der Foveola beträgt die Netzhautdicke durchschnittlich 142 ± 18 µm, in 1 mm Abstand nasal davon 266 ± 17 µm, temporal davon 249 ± 18 µm. Demzufolge müssen Netzhautdicken im Bereich der Foveola unter 110 µm und über 190 µm, perifoveal unter 200 µm oder über 300 µm als pathologisch gewertet werden, wenn man eine Irrtumswahrscheinlichkeit von 5 % zugrunde legt. Aufgrund der guten Korrelation korrespondierender Netzhautareale der beiden Augen eines Individuums (Messung bei insgesamt 46 Probanden) sollten große Seitenunterschiede auch innerhalb dieses Normbereiches zu einer kritischen Prüfung der Meßwerte führen und bei methodischer Fehlerfreiheit als pathologisch gewertet werden. Der Unterschied von 17 µm zwischen nasaler und temporaler Netzhautdicke ist statistisch hochsignifikant (Korrelationskoeffizient r = 0,82, p < 0,0001) und durch die nach nasal zur Papille zusammenlaufenden Nervenfasern bedingt. Die Netzhautdicke in der Nähe der Gefäßbögen ist mit etwa 270 µm hochsignifikant größer als in der temporalen Netzhaut (p < 0,0001), wodurch der bündelförmige Verlauf der Nervenfasern zur Darstellung kommt. Die Korrelation korrespondierender Netzhautareale desselben Probanden 1 mm superior und inferior der Foveola ist hoch (p < 0,0001). Der mittlere Variationskoeffizient der mit Hilfe der OCT ermittelten Netzhautdicke in der Foveola beträgt 4,2 % (6 µm), ein Beleg für die hohe Reproduzierbarkeit der OCT-Messungen. 1 mm nasal und temporal ist der Variationskoeffizient der Netzhautdicke mit 2 % (5,5 µm) bzw. 2,2 % (5,5 µm) nochmals niedriger, bedingt durch die in diesem perifoveolaren Bereich der Netzhaut nur geringgradigen Unterschiede in der Netzhautdicke. Entgegen der Studienhypothese besteht eine Korrelation nur zwischen der nasalen, nicht jedoch der temporalen oder foveolaren Netzhautdicke und dem Alter des entsprechenden Probanden. Ebenso wenig besteht eine Korrelation zwischen der Netzhautdicke und der Achsenlänge des Auges. Demzufolge muß bei Messungen der foveolaren oder temporalen Netzhautdicke bei pathologisch veränderter Netzhaut, z.B. bei einem Makulaödem, weder ein Korrekturfaktor für das Probandenalter noch für die Achsenlänge des Auges berücksichtigt werden. Die vorliegenden Ergebnissen der Netzhautdicke sind daher als Normwerte für die nicht pathologisch veränderte Netzhaut anzusehen. Bei der nasalen Netzhautdicke ist ggf. aber eine geringfügig dünnere Netzhaut im hohen Alter zu berücksichtigen. N2 - PURPOSE: It is unknown whether the thickness of the retina depends on axial length or on age. We therefore used optical coherence tomography (OCT) to study this relationship. METHODS AND MATERIALS: We recruited 159 subjects aged 13-92 years (205 eyes) without macular pathology. OCT measurements included three horizontal scans and one vertical scan through the fovea. Axial length was determined by an analog high-resolution biometric unit. RESULTS: There was no correlation between retinal thickness and either axial length or age. Mean retinal thickness in the fovea was 142 +/- 18 microns. In the nasal retina thickness was significantly increased to 266 +/- 17 microns, compared to 249 +/- 18 microns in the temporal retina. Retinal thickness in subjects two eyes was significantly correlated. CONCLUSIONS: Since retinal thickness does not depend upon age or length of the eye, no corrections are necessary when analyzing pathological retinal thickening, such as in diabetic retinal disease. KW - Netzhaut KW - Dickenmessung KW - Auge KW - Längenmessung KW - Alter KW - normale Netzhautdicke KW - Achsenlänge des Auges KW - Alter des Auges KW - Optische Kohärenz-Tomographie KW - retinal thickness KW - age KW - axial length KW - optical coherence tomography KW - OCT Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-35985 ER -