Untersuchungen zum Energiestoffwechsel der humanen Hornhaut in verschiedenen Kultursystemen

Zusammenfassung

Hintergrund Zur Lagerung der humanen Hornhaut vor Transplantation existieren im Prinzip zwei Systeme. Zum einen die Lagerung bei 4°C v. a. in Optisol-Medium. Zum anderen die Lagerung bei physiologischen Temperaturen in einem modifizierten „minimal essential medium” (MEM). Bei der kalten Lagerung ist der Endothelzellverlust schwer beurteilbar, weil abgestorbene oder schwer geschädigte Zellen den Zellverband nicht verlassen können. Als Hauptursache wird hierbei der mangelnde Energiestatus angegeben, ohne dass dies bislang verifiziert werden konnte. Ziel dieser Studie war es daher, den Energiestatus der gelagerten Hornhäute in den beiden verschiedenen Systemen zu beschreiben.

Material und Methode Es wurden insgesamt 32 humane Hornhäute untersucht, die für 7 Tage in Optisol, 7 Tage MEM + 1 Tag in MEM mit 5% Dextran 500 und 12 Tage in MEM + 1Tag in MEM mit 5% Dextran 500 gelagert wurden. Es wurden die Endothelzellzahl und Hydratation bestimmt sowie die biochemischen Parameter Glucose. Lactat, ATP, ADP und AMP in jeder Hornhaut.

Ergebnisse Die Hydratation war in den verschiedenen Gruppen vergleichbar, die Endothelzellzahl nach Optisollagerung leicht höher, allerdings war der Anteil der geschädigten Zellen deutlich höher. Die biochemischen Werte zeigten für die in Optisol gelagerten Hornhäute eine deutlich anaerobe Situation. Die Lactatwerte waren hier am höchsten. Die Konzentrationen der energiereichen Phosphate ATP und ADP war in Optisol gelagerten Hornhäuten nur halb so hoch wie nach Lagerung in MEM.

Schlußfolgerung Die Lagerung bei 4°C führt zu einer ausgeprägten Anaerobiose mit einem erheblichen Lactatanstieg, so dass für wichtige Funktionen der Zellen (Mitose) und ihres Zellverbandes (Migration, Elimination) keine ausreichende Energie zur Verfügung steht. Inwieweit sich der Stoffwechsel nach der Transplantation erholen kann, bleibt jedoch offen.

Summary

Background There are two well known systems to culture human corneas prior to transplantation. First, corneal storage at 4°C especially in Optisol medium. Second, organ-culture at physiological temperatures in a modified minimal essential medium (MEM). In the cold storage system the number of endothelial cells after storage might be overestimated because the damaged cells are not able to leave the monolayer. It has been supposed that the lack in energy recruitment is the main reason for that, but has not been proven yet. It was the purpose of this study to describe the energy status of the human cornea after storage in both systems.

Materials and Methods 32 human corneas were investigated. They were stored for 7 days in Optisol, and for 7 days in MEM plus 1 day in MEM supplememted with 5% dextran 500 and 12 days in modified MEM plus 1 day in MEM supplemented with 5% dextran 500. The endothelial cell density (ECD) as well as the hydration were determined. Glucose, lactate, ATP, ADP and AMP were measured to reflect the energy status.

Results Hydration was comparable in all three groups. ECD was slightly higher in Optisol stored corneas, although the amount of damaged cells was much higher. Optisol stored corneas showed a severe anaerobic situation, especially lacate concentrations were increased. In contrast ATP and ADP concentrations were twice as high in MEM than in Optisol stored corneas.

Discussion The severe anaerobic situation in Optisol stored corneas leads to a lack in energy recruitment. This reduces the ability of cell function (mitosis) and the function of the monolayer (migration, elimination). Whether these changes are reversible after transplantation has to be determined in future.

Schlüsselwörter

Hornhaut - Lagerung - Organkultur - Stoffwechsel

Key words

Cornea - storage - organ-culture - metabolism