dc.contributor.author
Dege, Sabrina
dc.date.accessioned
2018-06-07T22:05:14Z
dc.date.available
2017-11-03T08:29:08.860Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/8847
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-13046
dc.description.abstract
EINLEITUNG Die Frühgeborenenretinopathie (Retinopathy of prematurity, ROP) ist
eine von Vasoobliteration (Phase I) und anschließender Neovaskularisation
(Phase II) geprägte Blutgefäßerkrankung der Netzhaut. Bis zu einem Fünftel
aller Erblindungen und Sehschwächen bei Kindern in den Industrieländern werden
von der ROP hervorgerufen. Mehr als zwei Drittel aller Frühgeborenen mit einem
Geburtsgewicht von weniger als 1251 g entwickeln die ROP. Derzeitige
Behandlungsmethoden (z.B. punktuelle Laserbestrahlung der ischämischen
Netzhautbereiche, angiostatische Präparate) sind oft verbunden mit einem hohen
Grad an Gewebeschädigung, dem Risiko von lokalen sowie systemischen
Komplikationen und/ oder Rezidiven. Mit zunehmender Zahl überlebensfähiger
Frühgeborener steigt auch das Bedürfnis an besseren und angemesseneren
Therapiemöglichkeiten für die ROP. Die schwerwiegendste Komplikation der ROP
stellt die Netzhautablösung und damit verbunden der Verlust des Sehvermögens
als Folge der pathologischen Neovaskularisation dar. Eine Reihe von
Forschungsansätzen postuliert, dass das Komplementsystem zusammen mit
Immunzellen die Schlüsselkomponenten bei der Ausbildung der retinalen
Neovaskularisation darstellen. Demzufolge verkörpern sie ideale Ansatzpunkte
bei der Entwicklung neuer therapeutischer Strategien. Ziel der vorliegenden
Studie war es, die Korrelation zwischen dem Komplementsystem und der
Entwicklung retinaler Neovaskularisationen unter Einbezug der Interaktion mit
den (aktivierten) CD11b-positiven Zellen klarer definieren und daraus neue
potentielle Therapieansätze identifizieren zu können. Die konkreten Ziele
waren die Beantwortung folgender Fragestellungen: 1\. Kann die C5a-C5aR-Achse
des Komplementsystems die Ausbildung der retinalen Vasoobliteration und
Neovaskularisation der ROP beeinflussen? 2\. Korreliert das räumliche
Verteilungsmuster der retinalen CD11b-positiven Zellen mit der Zone der
retinalen Neovaskularisation (Tuft-Zone) unter der Hypothese, dass aktivierte
CD11b-positive Zellen vor allem in der Tuft-Zone vorkommen? Ist dieses
Verteilungsmuster von dem Komplementfaktor C5a beeinflussbar? 3\. Führt das
Mausmodell der OIR per se zu einer erhöhten Komplementaktivität. Ist eine
Beeinflussung der Komplementaktivität durch C5a möglich? METHODEN Das
Mausmodell der Sauerstoff-induzierten Retinopathie (Oxygen-induced
retinopathy, OIR) ist ein etabliertes Tiermodell, das die neovaskulären
Charakteristika der humanen Frühgeborenenretinopathie zuverlässig imitiert.
Die vorliegende Studie bedient sich diesem Tiermodell, um die Hypothesen zu
untersuchen. Neonatalen OIR-Mäuse wurden vom postnatalen Tag (P)12 bis P16
täglich intraperitoneale Injektionen mit C5a, C5a-Inhibitor oder reiner
Vehikelflüssigkeit (Kontrolle) verabreicht. Für die Untersuchung der
Komplementaktivität wurden ergänzend reine OIR-Mäuse (ohne
Injektionsbehandlung) und unter durchgehend normoxischen Bedingungen gehaltene
Mäuse genutzt. Die Mäuse wurden an P14, P17 und P21 zur Probengewinnung
geopfert. Immunhistochemie und retinale Flachpräparate dienten der Analyse: 1)
des Ausmaßes der retinalen Vasoobliteration (avaskuläre Bereiche) und 2) der
Neovaskularisation (Tufts), und 3) des quantitativen Verteilungsmusters der
(aktivierten) CD11b-positiven Zellen bezüglich der avaskulären, Tuft- und
physiologisch vaskularisierten Zonen. Darüber hinaus wurden retinale
Genexpressionsanalysen verschiedener Komplementfaktoren mittels quantitativer
PCR durchgeführt. ERGEBNISSE Die C5a-Supplementierung führte zu einem
signifikant reduzierten Ausmaß der retinalen Vasoobliteration und
Neovaskularisation im Vergleich zur Kontrollgruppe. In der avaskulären Zone
waren gruppenübergreifend signifikant weniger CD11b-positive Zellen als in der
vaskulären (P14 und P17) und als in der Tuft-Zone (P17). Unabhängig von der
Behandlung war die Anzahl der aktivierten CD11b-positiven Zellen in der
avaskulären (P14 und P17) und in der Tuft-Zone (P17 und P21) signifikant höher
verglichen mit den physiologisch vaskularisierten Regionen. Die C5a-
Supplementierung hat sowohl die Gesamtzellzahl (P17 und P21) als auch die Zahl
der aktivierten Zellen (P14 und P17) in den pathologisch vaskularisierten
Zonen (avaskuläre und Tuft-Zone) im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant
reduziert. Die Komplementaktivität war im Rahmen der OIR erhöht und konnte
nicht durch C5a-Supplementierung beeinflusst werden. Die C5a-Inhibierung hatte
keinen Einfluss auf die retinale Vasoobliteration oder Neovaskularisation; das
räumliche Verteilungsmuster der (aktivierten) CD11b-positiven Zellen konnte zu
wenigen Zeitpunkten beeinflusst werden, wobei die Effekte mit denen der C5a-
Supplementierung vergleichbar waren. Die C5a-Injektionen führten zu einer
schnelleren Revaskularisation der avaskulären Zone und schnelleren Regression
der retinalen Tufts in Korrelation mit einer Reduktion CD11b-positiver Zellen.
Die bereits bekannten pro- und anti-angiogenen Effekte des Komplements
unterstützten die Ergebnisse der vorliegenden Studie. Die „Zielort-fern“
gesetzten intraperitonealen Injektionen können einen starken Entzündungsreiz
im Peritoneum hervorgerufen haben, der eine stärkere Aktivierung des
Komplementsystems sowie einen stärkeren Rekrutierungsreiz für die CD11b-
positiven Zellen verursacht haben könnte als die gleichen lokal durch die OIR
im Auge ausgelösten Stimuli. Die angewandte Methodik könnte demnach zur
reduzierten Zellzahl und Komplementaktivität in der Netzhaut beigetragen
haben. Das vermehrte Vorkommen der (aktivierten) CD11b-positiven Zellen in den
pathologisch vaskularisierten Zonen spricht für eine Beteiligung dieser Zellen
an der retinalen Blutgefäßbildung. Die wenigen beobachteten Effekte der C5a-
Inhibierung könnten in einer verringerten Zellrekrutierung an den
Injektionsort ausgelöst durch eingeschränkte C5a-bedingte
Immunzellrekrutierung und/ oder einer methodischen Schwäche der Studie
begründet sein. SCHLUSSFOLGERUNG Die Ergebnisse der vorliegenden Studie
zeigen, dass das aktivierte Komplementsystem und insbesondere die C5a-C5aR-
Achse das Potential hat, die im Rahmen des Mausmodells der OIR entwickelte
retinalen Neovaskularisation signifikant zu hemmen. Eine Beteiligung der
CD11b-positiven Zellen erscheint dabei als wahrscheinlich. Eine zukünftige
Studie mit intravitrealen Injektionen (lokale anstatt systemischer
Applikation) könnte die in der vorliegenden Studie gewonnenen Erkenntnisse um
wertvolle Informationen erweitern. Dennoch deuten die Ergebnisse der
vorliegenden Studie darauf hin, dass der aktivierte Komplementfaktor C5a einen
potentiellen neuen therapeutischen Angriffspunkt darstellt, der im Rahmen der
Entwicklung neuer Behandlungsstrategien der ROP berücksichtigt werden sollte.
de
dc.description.abstract
INTRODUCTION Retinopathy of prematurity (ROP) is a vascular disease of the
retina characterized by vaso-obliteration (phase I) and, subsequently,
neovascularisation (phase II). In the industrialized countries up to one-fifth
of all blindness and visual impairment among children are caused by ROP. More
than two thirds of the premature infants weighing less than 1251g at birth
develop ROP. Current treatment methods (e.g. selective laser irradiation of
the ischemic retinal areas, angiostatic medication) are often associated with
a high degree of tissue damage, the risk of local as well as systemic
complications and/ or recurrences of the disease. As the number of premature
infants capable of surviving increases, there is a rising need of better and
more adequate therapies for ROP. The most severe complication of ROP is
retinal detachment and hence loss of vision as a consequence of pathological
neovascularisation. Several lines of research argue that the complement
system, together with immune cells, are the key contributors to the retinal
neovascularization. Thus they are ideal candidates to take into account in the
development of new therapeutic strategies. The aim of the present study was to
correlate the complement system with the development of retinal
neovascularisation, also taking into consideration the interaction with the
(activated) CD11b-positive cells, in order to identify potential new
therapeutic approaches. The specific objectives were: 1\. Can the C5a-C5aR
axis of the complement system influence the formation of retinal vaso-
obliteration and neovascularisation in ROP? 2\. Does the spatial distribution
pattern of the retinal CD11b-positive cells correlate with the zone of retinal
neovascularisation (tuft zone), with activated CD11b-positive cells mainly
found in the tuft zone? Can this distribution pattern be influenced by the
complement factor C5a? 3\. Does the OIR mouse model per se lead to increased
complement activity? Is it possible to influence the complement activity by
C5a action? METHODS Oxygen-induced retinopathy (OIR) is a well-established
mouse model that mimics the main neovascular characteristics of ROP in humans.
The present study employed this animal model to investigate the hypotheses.
Neonatal OIR mice were treated with daily intraperitoneal injections of C5a,
C5a inhibitor or vehicle control from postnatal day (P)12 to P16.
Additionally, for the study of the complement activity, pure OIR mice (no
injection treatment) and mice kept under normoxic conditions at all times were
used. The mice were sacrificed at P14, P17 and P21. Immunohistochemistry and
retinal whole-mounts served to analyse: 1) the extent of retinal vaso-
obliteration (avascular areas) and 2) neovascularisation (tufts), and 3) the
quantitative distribution pattern of the (activated) CD11b-positive cells with
respect to the avascular, tuft and physiologically vascularized zones. In
addition, retinal gene expression analyses of different complement factors
were performed by means of quantitative PCR. RESULTS C5a supplementation led
to a significantly reduced extent of retinal vaso-obliteration and
neovascularisation in comparison to the control group. All groups presented
significantly less CD11b-positive cells in the avascular zone when compared to
the physiologically vascularized (P14 and P17) and the tuft zones (P17).
Independently of the treatment, the number of activated CD11b-positive cells
was significantly higher in the avascular (P14 and P17) and in the tuft zone
(P17 and P21) when compared to physiologically vascularized regions. C5a
supplementation significantly reduced the total number of CD11b-positive cells
(P17 and P21), as well as the number of activated cells among them (P14 and
P17) in the pathologically vascularized zones (avascular and tuft zone) when
compared to control. The complement activity was increased in the context of
OIR and could not be influenced by C5a supplementation. C5a inhibition had no
effect on retinal vaso-obliteration or neovascularisation. The spatial
distribution pattern of the (activated) CD11b-positive cells was influenced by
C5a inhibition at few time points, the effects being comparable to those of
C5a supplementation. The C5a injections resulted in a faster re-
vascularisation of the avascular zone and in a faster regression of the
retinal tufts; this was correlated with a reduction in CD11b-positive cells.
The already known pro- and anti-angiogenic effects of the complement supported
the results of the present study. The intraperitoneal injections, placed far
off the target location (of the retina), may have caused a strong inflammatory
stimulus in the peritoneum which may have created a stronger activation of the
complement system, as well as a stronger recruitment stimulus for the CD11b-
positive cells compared to the same local stimuli induced by the OIR in the
eye. The applied methodology could thus have contributed to the reduced cell
count and complement activity in the retina. The increased occurrence of the
(activated) CD11b-positive cells in the pathologically vascularized zones
indicates an involvement of these cells in the retinal angiogenesis. The few
observed effects of C5a inhibition could be due to reduced cell recruitment to
the injection site by inhibited C5a-induced immune cell recruitment and/ or
methodological pitfalls of the study. CONCLUSION The results of the present
study show that the activated complement and in particular the C5a-C5aR axis
has the potential to significantly inhibit retinal neovascularisation
developed in the OIR mouse model. An involvement of the CD11b-positive cells
in the time-course of this appears to be likely. A future study with
intravitreal injections (local application instead of systemic) could enrich
the findings gained in the present study with valuable information.
Nevertheless, the results of the present study suggest that the activated
complement factor C5a is a potential new therapeutic target that could be
taken into account in the development of new treatment strategies of ROP.
en
dc.format.extent
vii, 153, X Seiten
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
neovascularization, pathologic
dc.subject
surface antigens
dc.subject
immunohistochemistry
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::630 Landwirtschaft::630 Landwirtschaft und verwandte Bereiche
dc.title
Komplementfaktor C5a reduziert die retinale Vasoobliteration,
Neovaskularisation und die Anzahl mononukleärer Phagozyten im Mausmodell der
Sauerstoff-induzierten Retinopathie
dc.contributor.firstReferee
Univ.-Prof. Dr. med. vet. Corinna Eule
dc.contributor.furtherReferee
Univ.-Prof. Dr. med. Antonia Joussen
dc.contributor.furtherReferee
PD Dr. Friederike Stumpff
dc.date.accepted
2017-07-10
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000105529-3
dc.title.translated
Complement factor C5a reduces retinal vaso-obliteration, neovascularisation
and number of mononuclear phagocytes in the mouse model of oxygen-induced
retinopathy
en
refubium.affiliation
Veterinärmedizin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000105529
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000022315
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free
dcterms.accessRights.openaire
open access