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URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-23071
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2005/2307/


Vasoobliteration und Neovaskularisation bei diabetischer Retinopathie: Pathogenetische und therapeutische Untersuchungen in vitro und in vivo

Vasoobliteration and neovascularization in diabetic retinopathy: pathogenetic and therapeutic investigations in vitro and in vivo

Hoffmann, Jennifer


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Freie Schlagwörter (Deutsch): Angiogenese , Tenilsetam , Glykierungsendprodukte , Perizytenfunktion , Wachstumsfaktoren
Freie Schlagwörter (Englisch): angiogenesis , tenilsetam , advanced glycation endproducts , pericyte function , growth factors
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Medizinische Klinik III; Biochemisches Institut
Fachgebiet: Medizin fachübergreifend
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 07.07.2005
Erstellungsjahr: 2004
Publikationsdatum: 08.08.2005
Kurzfassung auf Deutsch: Die diabetische Retinopathie ist die häufigste mikrovaskuläre Komplikation des Diabetes und ist gekennzeichnet durch fortschreitende Veränderungen der retinalen Kapillaren. Die chronische Hyperglykämie ist hier ursächlich beteiligt, jedoch sind die genauen pathogenetischen Mechanismen, die zu Gefäßverschluss und Gefäßneubildung führen, nur unzureichend bekannt. Die Bildung von Glykierungsendprodukten (AGEs) sowie der – für die diabetische Retinopathie charakteristische – frühe Verlust von Perizyten (PC), sind zwei Faktoren, die u.a. für die EC-Schädigung und die geringe Kapillarstabilität verantwortlich gemacht werden. Die orale Verabreichung des AGE-Inhibitors Tenilsetam an diabetische Ratten reduzierte die Schäden an kapillären EC, verhinderte jedoch nicht den Verlust an PC. Aufbauend auf diese Beobachtung war das Ziel dieser Arbeit zu untersuchen, ob
1. Tenilsetam, neben der Funktion als AGE-Inhibitor, auch einen direkten Einfluss auf EC hat.
2. die Anwesenheit von PC die Stabilität von Retinakapillaren erhöht.
Zu 1: Funktionelle Tests an humanen venösen Nabelschnur-EC (HUVECs) und bovinen retinalen EC (BRECs) ergaben, dass Tenilsetam die Proliferation und DNA-Synthese von HUVECs konzentrationsabhängig hemmt, ohne deren Apoptose- oder Nekroserate wesentlich zu erhöhen, was in der diabetischen Retina durchaus einen positiven Effekt haben könnte, da sowohl im frühen, als auch im späten Stadium der Retinopathie proliferationsfördernde Faktoren – wie z.B. VEGF und Ang-2 – hochreguliert sind. Die IL-1b-induzierte Expression von ICAM-1 wurde in Gegenwart von Tenilsetam leicht vermindert, die von VCAM-1 und E-Selectin blieb unverändert. Auch die Reduktion der endothelialen ICAM-1-Expression könnte sich im diabetischen Organismus vorteilhaft auswirken, da ICAM-1 in der als prokoagulativ und proinflammatorisch beschriebenen Situation, an der Adhäsion und Transmigration von Leukozyten beteiligt ist. Während die Adhäsion und Migration von HUVECs durch die Anwesenheit von Tenilsetam nicht beeinflusst wurde, bewirkte der Zusatz von Tenilsetam eine deutliche Förderung des Aussprossens von BRECs in einem dreidimensionalen Fibringel. Letzteres unterstützt die Vermutung, dass Tenilsetam das Überleben von mikrovaskulären EC unterstützen könnte.
Zu 2: Um die Bedeutung der PC für die Stabilität von Retinakapillaren zu erforschen, wurde die PC-Rekrutierung während der physiologischen Angiogenese betrachtet: Zunächst wurde die retinale PC-Dichte bei jungen Mäusen an den Tagen p7 bis p12 ermittelt. Anschließend wurde überprüft, wie stark die Angiogeneseantwort auf eine an diesen Tagen einsetzende Hyperoxie mit anschließender Hypoxie ausfällt (ROP-Modell). Der Nachweis von an diesem Prozess beteiligten Wachstumsfaktoren und Rezeptoren, wurde mit Hilfe der Western Blot-Analyse durchgeführt. Das Ergebnis war, dass in diesem Modell nicht in erster Linie die Anwesenheit von PC für die Stabilität der Retinakapillare verantwortlich ist, sondern vielmehr die zeitlich und räumlich koordinierte Expression bestimmter Wachstumsfaktoren.
Andere Arbeitsgruppen zeigten, dass PC unter bestimmten Umständen durchaus zur Stabilisierung von Retinakapillaren beitragen. Jedoch ist im diabetischen Auge nicht immer ein Zusammentreffen von PC-Verlust und weiterer Gefäßschädigung zu beobachten, was bedeutet, dass hier keine kausale Beziehung bestehen muss. Zukunftsweisend könnte eine Therapie mit Substanzen wie Tenilsetam sein, die in erster Linie das Endothel schützen, ohne den PC-Verlust zu beeinflussen.
Kurzfassung auf Englisch: Retinopathy is the major microvascular complication in diabetes and is characterized by ongoing changes in smallest vessels within the retina. Chronic hyperglycaemia is the primary cause of microvascular complications, but the underlying pathogenetic mechanisms leading to vasoobliteration and neovascularization are only insufficiently identified. The formation of advanced glycation end-products (AGEs) and the early pericyte (PC) dropout – a characteristic feature of diabetic retinopathy – are two factors probably being responsible for endothelial cell damage and decreased capillary stability. The orally administration of the AGE-inhibitor tenilsetam to diabetic rats reduced capillary endothelial cell damage, but did not prevent pericyte dropout. Based on this observation the aim of this work was to investigate if
1. tenilsetam – beside its AGE-inhibiting properties – also exerts a more direct effect on the behaviour of endothelial cells (EC).
2. the presence of PC increases stability of retinal capillaries.
Ad 1: Functional tests with human umbilical venous EC (HUVECs) and bovine retinal EC (BRECs) revealed that tenilsetam decreased dose-dependently the proliferation and DNA-synthesis of HUVECs, without substantially increasing their rate of apoptosis or necrosis. This antiproliferative property might have quite positive effects in the diabetic retina, since angiogenic factors like VEGF an Ang-2 are up-regulated in early and late stages of diabetic retinopathy. The IL-1b-induced expression of endothelial adhesion molecules was slightly decreased by tenilsetam in the case of ICAM-1, whereas the expression of VCAM-1 and E-Selectin remained unchanged. The reduction of the endothelial ICAM-1-expression could exert beneficial effects on diabetic organism, since ICAM-1 is involved in adhesion and transmigration of leukocytes in this – as procoagulatory and proinflammatory described – situation. While the adhesion and migration of HUVECs was not affected by the presence of tenilsetam, sprouting of BRECs in a three-dimensional fibrin gel was clearly enhanced supporting the assumption that tenilsetam could act as pro-survival signal for microvascular EC.
Ad 2: To explore the significance of pericytes for stability of retinal capillaries, the pericyte recruitment during physiologic angiogenesis was examined: Initially pericyte density in young mice was determined from days p7 to p12. In a second step the extent of the angiogenic response due to an upcoming hyperoxic insult at those days with subsequent hypoxia was investigated (ROP-model). Evaluation of growth factors and receptors being involved in this process was performed by Western Blot-analysis. The result was that in this model not the presence of pericytes determines stability of retinal capillaries, but the temporally and spatially coordinated expression of certain growth factors.
Other working groups showed that pericytes could contribute to stabilization of retinal capillaries under some circumstances. Nevertheless diabetic pericyte dropout in the eye is not always associated with vascular damage, which implies that there needn’t be a causal connection. A promising future therapy could be the application of substances like tenilsetam which protect primarily the endothelium, without affecting PC-loss.