Kojetinsky, Corina: Untersuchungen zur Nachstarprävention in vitro mittels des zyklischen RGD-Peptids cRGDDFV

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Kapitel 1. Einleitung

Die Funktionen der Linse bestehen in ihrer Brechkraft, in der Befähigung des Auges zur Akkomodation und in ihrer protektiven Filterwirkung für Makula und Netzhaut durch Absorption von UV-Strahlung zwischen 300 und 400 nm.

1.1 Die Linse

Die Kenntnis der Anatomie der Linse ermöglicht das Verständnis pathologischer Prozesse, wie sie bei einer Störung der Integrität der Linse durch Erkrankungen oder Ophthalmochirurgie auftreten - und somit auch das Verständnis des Nachstars.

1.1.1 Anatomie der Linse

Die Linse des Erwachsenen ist ein bikonvexes Organ mit einem äquatorialen Durchmesser von 9-10 mm und einem axialen Durchmesser von 4-5 mm. Die Linse ist durch die Zonulafasern und das Wieger‘sche Band hinter der Iris in der Fossa patellaris des Glaskörpers fixiert. Die Zonulafasern übertragen außerdem die Akkomodationsbewegung des Ziliarmuskels auf die Linsenkapsel. Sie inserieren in der sogenannten Zonulalamelle, im äquatorialen Bereich der Kapsel. Die Linse enthält weder Gefäße noch Nervenfasern. Ernährt wird sie durch Diffusion der Nährstoffe des Kammerwassers. Das Linsenepithel ist für den Ionentransfer und die Entfernung von Abbau-Produkten verantwortlich [<1>].

Von außen nach innen besteht die Linse aus drei Komponenten: Der Kapsel, dem Epithel und den Linsenfasern (s. Abb. 1.1.):

Die Linsenkapsel ist nicht nur Insertionsstruktur für die Zonulafasern, sondern auch Permeabilitätsbarriere. Sie besteht aus einer elastischen, PAS-positiven Basalmembran, die in ihrem vorderen und paraäquatoriellen Bereich die größte Dicke aufweist. Strukturkomponenten sind Kollagene, Laminin, Heparansulfat-Proteoglykane, Entactin und Fibronektin [1]. Kollagen I, III und IV sind gleichmäßig über die gesamte humane Linsenkapsel älterer Menschen verteilt, Laminin findet sich v.a. in den sogenannten linearen Densitäten, welche über die gesamte Dicke der Kapsel verteilt sind [2]. Diese linearen Densitäten sind geformte Elemente. Es lassen sich zwei verschiedene Formen unterscheiden: fibrilläre und granuläre. Letztere finden sich auch an der Oberfläche der Kapsel in Vertiefungen der inneren Epithelzellschicht [<2>]. In Untersuchungen an bo


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vinen Linsenvorderkapseln [<3>] wurden als Hauptkomponenten der Linsenkapsel Kollagen IV und Entactin bestimmt, weniger groß war der Anteil von Laminin und Heparansulfat, und nur sehr lückenhaft und schwach gelang der Nachweis von Fibronektin.

Direkt unter der vorderen Kapsel liegt eine einschichtige Lage kubischer Epithelzellen. Die Zelldichte nimmt vom Zentrum zur Peripherie hin zu, auch ihre Form ändert sich: die Zellen werden schmaler, zylindrischer und länger. Sie werden zu Linsenfasern. Epithelzellen am zentralen vorderen Pol befinden sich im Ruhezustand, Zellen des Äquators hingegen zeigen eine hohe Stoffwechselaktivität und höchste Mitoseraten. Hier erfolgt die Differenzierung der Epithelzellen in Faserzellen. Unter der Hinterkapsel finden sich unter physiologischen Bedingungen keine Epithelzellen.

Abb. 1.1.: Mikroskopische Anatomie der Linse (nach Naumann [1])

Die eigentliche Substanz der Linse bilden die ca. 2.000 Faserzellen. Junge Fasern werden von den nachwachsenden zum Zentrum hin verdrängt. Die Linse wächst also appositionell, die entstehenden Schichten sind konzentrisch angeordnet. So ist der Linsenkern der älteste Bestandteil (Embryonalkern), nach außen folgen Fetal- und Adultkern sowie die Rinde. In der äquatorialen Rinde verlagern sich die Kerne der neugebildeten Faserzellen leicht nach vorn, so daß ein Kernbogen entsteht (Becker‘scher Kernbogen). Ausdifferenzierte Linsenfasern bestehen aus 95 % Strukturproteinen (alpha-, beta- und gamma-Kristalline) und 5 % Zytoskelettelementen, wie Aktin, Vimentin und Tubulin [1].


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Letztere sind von entscheidender Bedeutung für die Akkomodation.

1.1.2 Altersveränderungen der Linse

Die Proliferationsfähigkeit des Linsenepithels bleibt bis zum Tod des Menschen erhalten. Es kommt zu einem ständigen appositionellen Wachstum der Linsenfasern. Die Kompression der zentralen Fasern führt im höheren Lebensalter zu deren Degeneration, der Kernsklerose. Diese geht fließend in eine pathologische Kerntrübung über. Die Linse nimmt an Gewicht und Volumen zu (von 65 mg bei der Geburt auf ca. 270 mg und von ca. 3,5-4 mm axialem Durchmesser auf ca. 5 mm). Auch die Linsenkapsel verändert sich im Laufe des Lebens und verdickt sich vor allem im vorderen Anteil und im Äquatorbereich. Die Linsenfasern unterliegen Glykosilierungs- und Quervernetzungsprozessen, die dann zur Anhäufung von unlöslichen, hochmolekularen Proteinaggregaten führen - dies kann auch Trübungen und damit pathologische Veränderungen zur Folge haben [1].

1.2 Die Katarakt

Die Katarakt ist eine Trübung der Linse. Dabei können abnorme proliferative von degenerativen Veränderungen unterschieden werden.

Bei abnorm proliferativen Veränderungen kommt es durch unterschiedliche Reize oder kongenital zur einer ausgeprägten Proliferation atypischer Linsenepithelzellen.

Ist die Linsenkapsel intakt, kann es zur Bildung einer Cataracta subcapsularis anterior durch Pseudometaplasie der eigentlich nicht proliferierenden anterioren Linsenepi-thelzellen (LEC) kommen. Durch Transformation in fibrozytenähnliche Zellen können diese eine fibröse Kollagen-Matrix bilden. Die Zellen enthalten Myofilamente und exprimieren alpha-smooth-muscle-actin [<4>]. Dadurch ist eine Faltenbildung der Vorderkapsel möglich. Klinisch fällt eine umschriebene, scheibenförmige oder diffuse Trübung unter der vorderen Linsenkapsel auf.

Die Cataracta subcapsularis anterior kommt z.B. als kongenitale Katarakt, nach Traumata oder Uveitiden und bei atopischer Dermatitis vor. Bei der kongenitalen Katarakt liegt eine gestörte Differenzierung der Linsenfasern vor, sie transformieren sich in fibrozytenähnliche Zellen.

Zur Bildung einer Cataracta subcapsularis posterior kommt es durch Migration von LEC


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aus dem Äquatorbereich unter die hintere Kapsel. Auch bei dieser Katarakt findet wieder eine Transformation in fibrozytenähnliche Zellen statt. Diese produzieren allerdings keine extrazelluläre Matrix, sondern wandeln sich am hinteren Pol in sogenannte Wedl-Blasenzellen um: große ballonförmige Zellen mit einem kleinen Zellkern und einem vakuolenreichen, organellenarmen Zytoplasma. Sie werden als dysplastische, abortive Faserzellen interpretiert. Bei überstürzter Kernteilung können auch mehrkernige Riesenzellen entstehen. Blasen- und Riesenzellen degenerieren samt umgebender Rindenzellen, so daß ein Nekroseareal entsteht, das von proliferierenden Blasen- und Epithelzellen umgeben wird. Klinisch imponieren dann vakuolige, tuffsteinartige Trübungen bis zu plaqueförmigen Trübungen der hinteren Rinde.

Ursache einer Cataracta subcapsularis posterior können intraokulare Erkrankungen wie die Retinopathia pigmentosa, hohe Myopie u.a. sein, ebenso wie systemische Erkrankungen (z.B. die myotone Dystrophie), aber auch elektromagnetische Strahlung und Medikamente (z.B. Kortikosteroide). Sie ist die häufigste Kataraktform des mittleren Lebensalters. Ihr Anteil an der senilen Katarakt beträgt aber nur 5 %.

Bei kleinen Defekten der Vorderkapsel, ohne Kammerwassereintritt unter die Kapsel, können fokale Epithelproliferationen die Wunde wieder verschließen. Größere Kapseldefekte, die zum Beispiel im Rahmen einer Kataraktextraktion entstehen, führen zu einer Cataracta secundaria (s. 1.4.1.).

Für die senile Katarakt sind hingegen degenerative Veränderungen charakteristisch. Ursächlich werden Störungen des osmotischen Gleichgewichtes bei zunehmendem Alter angenommen. Der fließende Übergang von physiologischen Altersveränderungen des Linsenkerns zur Kernsklerose ist bereits beschrieben worden (s. 1.1.2.).

Hierbei werden nekrotische Veränderungen des zentralen Epithels, eine verstärkte intrazytoplasmatische Einlagerung von Glykogengranula und eine lipoide Degeneration der Epithelzellen und oberflächlichen Linsenfasern beobachtet. Die Linsenfasern degenerieren hydropisch, so daß es zu Flüssigkeitsansammlungen in und zwischen den oberflächlichen Rindenzellen kommt, den sogenannten radiären Wasserspalten bzw. der lamellären Zerklüftung der Rinde. Auch bilden sich komplexe Konfigurationen der Fasermembranen, die punktförmige oder farbschillernde Trübungen hervorrufen. Bei übermäßiger Degenerierung der gequollenen Linsenfasern zerfallen diese in globuläre


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Tröpfchen, die sogenannten Morgagni-Kugeln. Klinisch imponieren diese als speichen- oder kuneiforme Trübungen. Die senile Katarakt zeigt weiterhin zytoplasmatische und kristalline Einlagerungen, hier vor allem Kalziumoxalat-Kristalle im Linsenkern. Auch Verkalkungen werden beobachtet.

Die Linsenrinde kann eine Kolliquationsnekrose erfahren. Dies ist bei der Cataracta matura der Fall, die sich durch eine verflüssigte milchigtrübe Rindensubstanz auszeichnet. Der sklerotische Linsenkern kann dann bei einer Cataracta hypermatura Morgagni innerhalb dieser verflüssigten Rinde nach unten sinken. Durch solche Kolliquationsnekrosen sind Spontanperforationen der Kapsel möglich [1].

1.3 Die Kataraktextraktion

Die beschriebenen Trübungen der Linse können durch eine Kataraktextraktion entfernt werden. Jährlich werden in Deutschland ca. 400.000 Kataraktoperationen vorgenommen [<5>].

Die bevorzugte Methode der Kataraktextraktion ist die Phakoemulsifikation. Dabei werden Ultraschall-Wellen zur Verflüssigung des Linsenkerns benutzt.

Es ist eine Eröffnung der vorderen Linsenkapsel (vordere Kapsulorrhexis) erforderlich. Nach einer Politur der Kapsel zur Entfernung noch anhaftender Linsenepithelzellen wird in dieser die Intraokularlinse eingesetzt. So kann die klare Kunststofflinse gut intraokular positioniert und fixiert werden.

Ist eine Phakoemulsifikation aufgrund eines zu harten Linsenkernes nicht durchführbar, wird eine Extrakapsuläre Kataraktextraktion (ECCE) nötig. Nur sehr selten kann bei europäischen Patienten die Linsenkapsel nicht erhalten werden und eine Intrakapsuläre Kataraktextraktion (ICCE) muß durchgeführt werden.

Die Kataraktoperation wird heute fast ausschließlich in Lokalanästhesie durchgeführt: entweder durch oberflächliche und intrakammerale Lidocain-Gabe oder durch eine peri- bzw. retrobulbäre Injektion von Anästhetika.

1.4 Postoperative Komplikationen der Kataraktoperation

Postoperativ kann es, ebenso wie intraoperativ, zu Blutungen oder Entzündungen sowohl des äußeren als auch des inneren Auges kommen. Eine Endophthalmitis ist neben der Ablatio retinae die gefürchtetste Komplikation, da sie nicht nur die postoperati


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ve Funktion, sondern auch den Erhalt des Auges in Frage stellen kann. Weitere, weniger schwerwiegende Komplikationen nach einer Kataraktoperation sind der Anstieg bzw. Abfall des intraokularen Druckes, ein Hornhaut- bzw. Netzhautödem, die Dislokation der implantierten Intraokularlinse (IOL) und eine Zunahme des Hornhautastigmatismus im Vergleich zum präoperativen Wert. Die bei weitem häufigste postoperative Komplikation der Kataraktoperation aber ist die Entstehung eines Nachstars. Auf ihn wird im folgenden Abschnitt ausführlich eingegangen.

1.4.1 Der Nachstar - Definition, Inzidenz, Entstehung und Formen

1.4.1.1 Definition und Inzidenz des Nachstars

Bei der Cataracta secundaria, auch Nachstar genannt, handelt es sich um eine Eintrübung der Linsenkapsel nach einer Kataraktextraktion.

Abb. 1.2.: Nachstar auf der Hinterkapsel im regredienten Licht

Der Nachstar ist eine sehr bedeutsame Langzeitkomplikation sowohl der Phakoemulsifikation als auch der Extrakapsulären Kataraktoperation (ECCE). Die Entwicklung eines Nachstars ist die Hauptursache für postoperativ erneut auftretende Visusdefizite. Zur Inzidenz des Nachstars sind in der Literatur sehr unterschiedliche Angaben zu finden. Sie variieren zwischen 10 und 50 % [<6>], [<7>]. Eine Abhängigkeit der Schnelligkeit und der


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Schwere einer Nachstarentwicklung von Operationstechniken, verwendeten Intraokularlinsen und auch von der Konstitution und dem Alter des Patienten ist bekannt [<8>]. So beträgt für kataraktoperierte Kinder die Wahrscheinlichkeit, einen Nachstar auszubilden, bis zu 95 %. Mit zunehmendem Patientenalter nimmt die Häufigkeit der Nachstarentwicklung ab [8].

1.4.1.2 Pathogenese und Formen des Nachstars

Nach einer Kataraktextraktion können im Kapselsack bzw. im Auge verbliebene Linsenepithelzellen (LEC) proliferieren und nach einem Zeitraum von ein bis fünf Jahren zur Ausbildung eines Nachstars führen.

Nach Naumann [1] können zwei Formen des Nachstars unterschieden werden: die Cataracta secundaria simplex und die Cataracta secundaria accreta, wobei letztere nach Blutungen oder bei Entzündungen auftritt.

Die Cataracta secundaria simplex ist wiederum in einen fibrotischen und einen regeneratorischen Typ zu unterteilen:

Der fibrotische Nachstar ist dadurch ausgezeichnet, daß an der Linsenkapsel adhärente Epithelzellen proliferieren und im Rahmen einer fibrösen Pseudometaplasie zu Myofibroblasten transformieren [4]. Es entsteht eine fibröse Matrix mit Kollagenfasern, Basalmembranneubildung und Hyaluronsäure-Produktion. Diese Zellproliferation nimmt ihren Ausgang von den Verbindungsstellen zwischen Vorder- und Hinterkapsel und dehnt sich auf der Innenseite der Hinterkapsel nach zentral, zur optischen Achse hin, aus. Auch eine Faltenbildung der Hinterkapsel durch die Kontraktion der Myofibroblasten ist möglich. Die Epithelproliferation kann desweiteren zum Verschluß der vorderen Kapsulotomie mit Kontraktion und Fältelung der Vorderkapsel führen.

Auch dem regeneratorischen Nachstar liegt ein Transformationsprozeß von Linsenepithelzellen zugrunde: Die im Äquatorbereich verbliebenen proliferierenden und auf die Hinterkapsel migrierenden Epithelzellen werden zu sogenannten Wedl-Blasenzellen. Dabei handelt es sich um abnorme globuläre Faserzellen, die ein kernhaltiges und vakuolisiertes Plasma aufweisen. Diese Zellen bilden Konglomerate auf der Vorderfläche der Hinterkapsel, wo sie zu einer Trübung in der optischen Achse führen. Diese Gebilde werden als Elschnig-Perlen bezeichnet. Kommt es ausschließlich im Bereich des Äquators zu einer Epithelproliferation, spricht man von einer Soemmerring-Ringkatarakt.

Eine Cataracta secundaria accreta entsteht am häufigsten nach einer extrakapsulären


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Kataraktextraktion (ECCE) bei Iridozyklitis. Hier besteht der Nachstar neben den Linsenepithelien und der Kapsel auch aus Entzündungszellen und Zellen benachbarter okulärer Strukturen. Es kommt zur Bildung einzelner Synechien oder gar solider bindegewebiger Plaques.

Allgemein stellt die Entwicklung eines Nachstars eine Wundheilung nach der Eröffnung der Linsenkapsel dar. Die Schwere und Dauer der Störung der Blut-Kammerwasser-Schranke während und nach der Kataraktchirurgie beeinflußt die Stärke von Proliferation, Migration und Metaplasie/Transformation der Linsenepithelzellen als Ausdruck dieser Wundheilung [<9>]. Cytokine des Serums können bei der Störung der Blut-Kammerwasser-Schranke intraokular wirken. Auch liegen Ergebnisse vor, die darauf hinweisen, daß Linsenepithelzellen (LEC) selbst bestimmte Cytokine produzieren, die die Wundheilung bzw. Nachstarbildung modulieren: In Linsenepithelien, die während der Kapsulotomie bei der Kataraktoperation gewonnen wurden, konnten EGF, FGF, IL-1 und TNF-alpha immunhistochemisch nachgewiesen werden. Zusätzlich zu diesen Faktoren wurden in den proliferierten LEC von autopsierten post-mortem-Augen TGF-beta 1, IL-6 und PGE2 gefunden [<10>]. IL-1 und b-FGF stimulieren die Mitose der LEC, während TGF-beta diese hemmt. IL-1, b-FGF und TGF-beta fördern die Kollagensynthese humaner LEC [<11>], [<12>], [<13>]. IL-1 und IL-6, intrakameral oder intravitreal injiziert, führen zu einer okulären Entzündung [<14>]. Auch eine autokrine oder parakrine Sekretion dieser Cytokine als Reaktion auf die durch die Operation ausgelöste Entzündung mit dem Ziel der Wundheilung ist daher wahrscheinlich.

Kurosaka et al. [<15>] konnten zeigen, daß LEC, die zu myofibroblastenähnlichen Zellen transformiert waren, alpha-SMA (smooth muscle actin) exprimierten. Expression von alpha-SMA und die Kontraktion boviner LEC auf Kollagen nahmen unter Anwesenheit von TGF-beta2 zu, wohingegen b-FGF zu einer Abnahme dieser Parameter führte. Die Autoren schlossen daraus, daß alpha-SMA für die Kontraktion der Kapselfibrose verantwortlich ist, moduliert durch Wachstumsfaktoren wie TGF-beta2 und b-FGF.

Ein sehr förderlicher Einfluß auf Zellproliferation und -differenzierung und damit auch auf die Nachstarbildung konnte für Transferrin gezeigt werden. Dieses hat außerdem bakteriostatische, antioxidative und antiinflammatorische Eigenschaften. Linsenepithelien stellen den Hauptbildungsort für das Transferrin des Kammerwassers dar [<16>].


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In Nachstar-Kapseln mit sich regenerierendem Linsengewebe (Linsenkapseln nach vorderer Kapsulotomie) wurden fünffach höhere Sekretionsraten an Transferrin als in der Kontrollgruppe (intakte Linsenkapseln des kontralateralen Auges) gefunden [<17>].

Eine weitere wichtige Gruppe für die Entstehung eines Nachstars sind Zell-Adhäsions-Moleküle (CAM). Humane Linsenepithelzellen exprimieren ICAM-1, CD-44 und Integrine [<18>]. Diese CAM sind für die Adhäsion der LEC an der Linsenkapsel verantwortlich. Erst durch diese Adhäsion ist die Zelle in der Lage zu proliferieren, zu migrieren und sich zu differenzieren. Bei einer Ablösung der Zelle käme es zur Apoptose der Zelle durch Stimulierung von Apoptose-Signalen oder Blockade von Überlebens-Signalen [<19>], [<20>].

1.4.2 Therapie des Nachstars

Zwei Möglichkeiten stehen zur Behandlung eines Nachstars zur Verfügung. Die am häufigsten verwandte Methode ist die der YAG-Kapsulotomie. Dabei wird in die hintere Linsenkapsel mit dem Nd:YAG-Laser ein ca. 4 mm großes Loch geschossen. Dieses sollte direkt in der optischen Achse liegen. Dem Patienten wird dadurch wieder ein klares Sehen möglich, der Visus steigt im Idealfall wieder auf direkt postoperativ erreichte Werte an.

Abb. 1.3.: Zustand nach YAG-Kapsulotomie bei ausgeprägtem Nachstar


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Die YAG-Kapsulotomie ist eine relativ einfach und schnell durchzuführende Methode, bei der der Bulbus nicht eröffnet wird. Allerdings besteht das Risiko einer Ablatio retinae, deren Inzidenz nach ECCE durch die Lasertherapie etwa um das Vierfache erhöht ist - unabhängig von bestehenden Risikofaktoren [<21>]. Ein solch erhöhtes Risiko liegt ein Jahr postoperativ allerdings nicht vor, wenn mittels Phakoemulsifikation operiert wurde [<22>]. Die Gefahr einer Ablatio retinae nimmt deutlich zu, wenn Patienten Risikofaktoren, wie z.B. eine Myopie aufweisen. Wegen dieses hohen Risikos kommt für myope Patienten nur eine Nachstar-Absaugung in Frage. Dieses bulbuseröffnende Verfahren erfordert eine ausreichende Lokalanästhesie, in der Regel eine Peribulbäranästhesie. Diese birgt jedoch wiederum die Gefahren einer Bulbusperforation, eines retrobulbären Hämatoms und einer Alteration des Nervus opticus. Die Nachstar-Absaugung selbst kann als bulbuseröffnender Eingriff zu intraokularen Blutungen und Entzündungen führen. Da es sich um ein sehr sorgfältig durchzuführendes und damit zeitintensives Verfahren handelt, welches oft 20-30 Minuten in Anspruch nimmt, sind Schädigungen des Hornhautendothels möglich. Durch die Kapselpolitur und Spülung kann es zu Kapselrupturen mit den bekannten Folgen kommen. Hinzu kommt, daß es oft schwierig ist, die Nachstar-Absaugung befriedigend vorzunehmen, da es häufig bereits zu Verklebungen zwischen Vorder- und Hinterkapsel bzw. zwischen der Kapsel und der IOL gekommen ist. Der Erfolg dieser Therapie ist nur vorübergehend, da - wie bei der Kataraktoperation - immer Linsenepithelien im Kapselsack verbleiben und sich so wiederum ein Nachstar bilden kann.

Weitere mögliche Komplikationen einer YAG-Kapsulotomie sind die Zerstörung der Optik der IOL bei falscher Fokussierung des Lasers, die Entstehung eines zystoiden Makulaödems und intraokulare Entzündungen.

1.4.3 Prävention des Nachstars

Da sowohl die YAG-Kapsulotomie als auch die Nachstar-Absaugung die genannten Risiken bzw. Mängel aufweisen, werden seit einigen Jahren verstärkt Möglichkeiten zur Prävention des Nachstars gesucht.

Drei Wege, die Entstehung eines Nachstars zu beeinflussen, haben sich dabei herauskristallisiert:

  1. Die chirurgische Vorgehensweise/mechanische Ansätze,
  2. Material und Design der Intraokularlinse und
  3. Pharmazeutika.

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1.4.3.1 Chirurgische Vorgehensweise bzw. mechanische Ansätze

Im Vordergrund eines ersten mechanischen Ansatzes zur Prävention des Nachstars steht der Versuch, alle Linsenepithelzellen (LEC), das Nachstarsubstrat, vollständig zu entfernen. Hierzu werden operative Verfahren wie Kapselpolitur und Aspiration der Epithelien angewandt. Es zeigt sich aber, daß eine vollständige Entfernung der LEC aus dem Kapselsack nicht zu erzielen ist. Auch nimmt ein solches Vorgehen zusätzliche operative Zeit in Anspruch und führt zu stärkeren intraokularen Manipulationen, so daß die Gefahr iatrogener Traumata zunimmt und die Störung der Blut-Kammerwasser-Schranke ausgeprägter ist.

Ein zweiter mechanischer Ansatz gründet sich auf die Beobachtung der Kontaktinhibition der Proliferation und Migration von LEC: In Kulturschalen konnte beobachtet werden, daß Zellen, die auf einem diskontinuierlichen rechteckigen Boden wuchsen, bei Erreichen der Ränder des Wells nicht weiter proliferierten. Bei U-förmigen Böden hingegen kam es zu keiner Kontaktinhibition [<23>]. Dieses Phänomen führte zu Untersuchungen zur Nachstarinhibition mittels Kapselspannringen mit scharfen Kanten. Eine signifikante Reduktion des Nachstars war nachweisbar [<24>], [<25>]. Zunächst wurde dieser Erfolg auf eine Kompression der LEC zurückgeführt. Es konnte jedoch gezeigt werden, daß sowohl die scharfen Kanten des Ringes (Winkelbildung) als auch die Spannung der Kapsel und die dadurch erzielte Kontaktinhibition der LEC für diesen Effekt verantwortlich ist [23]. Beides setzt eine gut zentrierte kontinuierliche kurvilineare Kapsulorrhexis voraus, die kleiner als die Optik der IOL sein muß [<26>]. Aber auch die zusätzliche Implantation eines Kapselspannrings zur IOL bedeutet eine Verlängerung der Operationszeit und eine mögliche Vergrößerung des Traumas; auch entstehen dadurch weitere Kosten.

Ein zweiter Weg zur Verhinderung der Nachstarbildung wird durch die Optimierung von Material und Design der IOL beschritten.

1.4.3.2 Material und Design der Intraokularlinse

Ebenso wie unter 1.4.3.1. für Kapselspannringe beschrieben, hat auch das Design der IOL Auswirkungen auf die Entstehung eines Nachstars. So ist für scharfkantige Intraokularlinsen (IOL) eine niedrigere Nachstarrate als für IOL mit runden Rändern gezeigt worden [<27>], [<28>]. Ebenfalls günstig sind eine hintere Konvexität und ein steiler Haptikwinkel der IOL [23].


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Der Einfluß des Materials der IOL ist noch nicht befriedigend geklärt. Unter Zellkulturbedingungen adherieren mehr Zellen an PMMA als an anderen Materialien wie Silikon oder HEMA [<29>]. Dies legte die Vermutung nahe, daß PMMA-Linsen zu einer stärkeren Nachstarentwicklung führen als Intraokularlinsen anderer Materialien.

In klinischen Studien konnte diese Vermutung jedoch bisher weder bestätigt noch widerlegt werden, da die Untersuchungen stets zwei Variablen beinhalten: Design und Material, so daß eine gesicherte Aussage über die Nachstarrate bei PMMA-, Silicon- und Acryl-Linsen noch nicht möglich ist. Lediglich eine Untersuchung an vier Augenpaaren (Kaninchen) mit einer Acry-Sof-IOL gegenüber einer PMMA-IOL gleichen Designs zeigte 3 Wochen postoperativ keine Unterschiede in der Ausbildung eines Nachstars [<30>]. Dies könnte ein Hinweis darauf sein, daß vorwiegend das Design der IOL bestimmend für die Entstehung eines Nachstars ist.

Nicht zu vernachlässigen ist auch die Biokompatibilität der verwendeten Materialien, da eine höhere Verträglichkeit zu weniger Kapselfibrose führt. In einer klinischen Studie zeigte sich diesbezüglich eine Überlegenheit der Acry-Sof-IOL gegenüber PMMA- bzw. Silicon-IOL [<31>].

1.4.3.3 Pharmazeutika

Der dritte Lösungsansatz beinhaltet die Prävention des Nachstars mittels Pharmazeutika. Die unterschiedlichen Methoden lassen sich nach den verschiedenen Phasen einteilen, die auf dem Weg zur Entstehung eines Nachstars zu durchlaufen sind: Zunächst die Adhäsion der LEC an der Kapsel bzw. der IOL, später deren Migration, Proliferation und Differenzierung. Eine Reihe von Pharmaka, die auf einer oder mehrerer dieser Stufen in die Nachstarentstehung eingreifen können, wurden bereits untersucht:

Zunächst waren dies die Antimetaboliten, die somit in die Proliferation der Zelle eingreifen: Daunomycin [<32>], [<33>], [38], Daunorubicin [<34>], 5-Fluourouracil [<35>], [<36>], [<37>], [<38>], Methotrexat [<39>], Mitomycin [<40>] und Colchicin [38], [<41>]. Neben einer kompletten Inhibition des Nachstars kam es allerdings auch zu toxischen Wirkungen auf das Hornhautendothel, pigmentierte Ziliarepithelzellen und retinale Zellen. Mitomycin C ist die einzige Substanz, die derzeit klinisch eingesetzt wird - allerdings nicht in der Kataraktchirurgie sondern in der Glaukom-Chirurgie. Durch eine subkonjunktivale Applikation soll eine Vernarbung des angelegten Filterbereiches verhindert werden. Kam Mitomycin C auf diese Weise in der kombinierten Katarakt- und Glaukom-Chirurgie zum


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Einsatz, war eine Reduktion des Nachstars zu verzeichnen [<42>].

Desweiteren versuchte man, Linsenepithelzell-spezifische Immunotoxine und Zytotoxine einzusetzen, welche wiederum die Proliferation der LEC hemmen. Anti-Transferrin-Antikörper reduzierten die Überlebensrate von LEC in vitro [<43>]. Transferrin ist bekannt als ein Überlebensfaktor für LEC [43]. Auch konnte über die Kopplung an monoklonale Antikörper gegen humane Antitransferrin-Rezeptoren das Immunotoxin Ricin eine proliferationshemmende Wirkung auf humane LEC ausüben [<44>]. Klinische Erfahrungen wurden bereits 24 Monate postoperativ mit an monoklonale antihumane Antikörper konjugiertem Ricin A gesammelt. Es handelt dabei um einen Protein-Synthese-Inhibitor. Clark et al. [<45>], sahen eine signifikante Hemmung des Nachstars, aber auch früh-postoperative Vorderkammerreizzustände; auch die Hornhaut-Pachymetrie ergab höhere Werte in der Toxin-behandelten Patientengruppe. Sehr vielversprechend sind auch Berichte über die Implantation von FGF2-Saporin-beschichteten HSM-PMMA IOL im Kaninchenmodell [<46>]. Saporin blockt ebenfalls die Protein-Synthese der Zelle und gelangt intrazellulär durch Bindung an FGF2-Rezeptoren. Auch kann Saporin, an Polylysin gebunden, perioperativ in die Linsenkapsel injiziert werden. Polylysin bindet an das Heparansulfat der Linsenkapsel. So kam es zu einer Verzögerung des Wachstums von LEC [<47>]. Ohne andere okuläre Strukturen zu schädigen, war der Nachstar deutlich geringer als in der Kontrollgruppe. Desweiteren konnte die Proliferation von LEC in vitro durch lens epithelial necrosis factor inhibiert werden [<48>]; ebenso durch einen LEC-Antikörper [<49>].

Auch mit recht unspezifischen Substanzen gelang eine ausgeprägte Nachstarhemmung - v.a. durch eine negative Beeinflussung der Proliferation und Differenzierung der LEC. Es sind hier v.a. Indomethacin [<50>], [<51>] (in vitro), Diclofenac [<52>], [<53>] (in vitro) und Cyclosporin A [52] (in vitro) zu nennen. Mit Indomethacin beschichtete IOL waren im Tiermodell [34] erfolgreich, bei einer verzögerten Freisetzung war jedoch [34] kein den Nachstar reduzierender Effekt nachweisbar. Interpretiert wurde dieses überraschende Ergebnis als ein Gewöhnungs- bzw. Anpassungseffekt der LEC.

In vitro konnte auch durch mit Thapsigargin, einem Inhibitor der Ca2+-ATPase des endoplasmatischen Retikulums, beschichtete PMMA-IOL ein ausreichender Effekt erzielt werden [<54>].

Desweiteren ist die Inhibition der Adhäsion und Migration von LEC mittels löslicher RGD-Peptide, kompetitiven Hemmern der Integrine der LEC, gezeigt worden [<55>], [<56>], [<57>], [<58>] (s. 1.5.). Die Wirkung eines solchen (zyklischen) RGD-Peptids auf die Nach


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starbildung in vitro ist Gegenstand der hier vorliegenden Arbeit. Daher soll in Kapitel 1.5. zunächst auf die Mechanismen der Zelladhäsion, insbesondere durch Integrine, eingegangen werden. Anschließend erläutert Kapitel 1.6. die Interaktion von RGD-Peptiden mit Integrinen.

1.5 Integrine und ihre Bedeutung für die Zelladhäsion

Die Adhäsion einer Zelle auf biologischem oder synthetischem Material ist durch vier aufeinanderfolgende Schritte gekennzeichnet: Zunächst kommt es zu einem Kontakt zwischen Zelle und Oberfläche. Wenn sich dann die Zelle auf dieser Oberfläche „ausbreitet“, werden intrazelluläre Strukturen, wie z.B. die Mikrotubuli, reorganisiert, um so eine möglichst große Kontaktfläche zwischen beiden Adhäsionspartnern zu ermöglichen. In einer dritten Etappe schließlich entstehen fokale Adhäsionen, indem sich zwischen intrazellulären Proteinen und bestimmten chemischen Gruppen der Adhäsionsoberfläche chemische Brücken ausbilden, durch Löcher in der Zellmembran hindurch. Die Zelle produziert daraufhin in der vierten Etappe eine extrazelluläre Matrix, durch die ihre Adhäsion auf der Oberfläche dauerhaft möglich ist.

Auf Kunststoff-Oberflächen ist die vierte Etappe der Adhäsion mediiert durch zugefügte extrazelluläre Matrix. Die Zelle ist aber auch in der Lage, selbst extrazelluläre Matrixproteine zu bilden, z.B. Fibronektin durch humane Fibroblasten - bereits nach zehn Minuten auf einer nicht-biologischen Oberfläche [<59>]. Humane LEC sind in Langzeitkulturen fähig, eine Linsenkapsel zu synthetisieren, die Kollagen IV und Laminin enthält [<60>].

Eine Adhäsion auf biologischen Oberflächen, wie sie die Adhäsion zwischen der Linsenepithelzelle und der Kapsel darstellt, wird ebenfalls durch eine aus komplexen Makromolekülen bestehende extrazelluläre Matrix ermöglicht. Diese Makromoleküle unterteilen sich in zwei große Gruppen: Glykosaminoglykane und Proteine. Letztere lassen sich wiederum in Struktur- bzw. Adhäsionsproteine gliedern. Strukturproteine sind z.B. Kollagen und Elastin, Adhäsionsproteine z.B. Kollagen, Fibronektin, Fibrinogen, Vitronektin und Laminin. Strukturproteine sind in dreidimensionalen Netzen organisiert und gewährleisten Gewebestabilität.

Adhäsionsproteine sind entscheidend an der Zelladhäsion und damit dem Wachstum der Zelle beteiligt. Zellen, denen eine Adhäsion an extrazellulären Oberflächen nicht gelingt, gehen durch Apoptose zugrunde [19], [<61>].

Adhäsionsproteine weisen u.a. eine kleinste gemeinsame funktionelle Sequenz an der Stelle der Adhäsion mit einer Zelle auf: die drei Aminosäuren Arginin, Glycin und Aspa


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ragin, im Einbuchstabencode kurz „RGD“ [<62>].

Auch die Zelle besitzt Strukturen, die für das Zustandekommen einer Adhäsion an extrazellulärem Material notwendig sind: die Adhäsionsmoleküle. Mit Bezug auf das Thema der vorliegenden Arbeit soll hier insbesondere auf die sogenannten Integrine eingegangen werden.

Abb. 1.4.: Die Struktur der Integrin-Rezeptoren. a) zeigt eine Übersichtsdarstellung des Aufbaus, wie er durch Elektronenmikroskopie bekannt ist: die Cystin-reichen repeats der beta-Untereinheit (schraffiert) und die Metallbindungsstellen in der alpha-Untereinheit (M++). Der schwarz ausgefüllte Bereich repräsentiert die Liganden-Bindungsregion, die von beiden Untereinheiten gebildet wird. b) verdeutlicht den chemischen Aufbau der Polypeptid-Ketten (nach Hynes [<63>]).

Integrine sind transmembranäre Glykoproteine, die aus einer alpha- und einer beta-Untereinheit bestehen (s. Abb. 1.4.) [63]. Beide sind nicht kovalent verbunden. Integrine haben eine kurze intrazelluläre und transmembranäre Domäne, die die Verbindung zum Zytoskelett herstellt, und eine, für die Funktion der Integrine als Rezeptoren sehr wichtige, lange extrazelluläre Domäne.

Da insbesondere die alpha-Kette eine große Heterogenität zeigt, sind heute viele Subgruppen von Integrinen bekannt. Die alpha-Kette kann eine Domäne haben, die mit Kollagen interagiert.


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Abb. 1.5.: Schematische Darstellung der molekularen Mechanismen während der Adhäsion einer Zelle an extrazellulärer Matrix (hier exemplarisch Kollagen und Fibronektin): Durch den Kontakt von zellulären Integrinen mit den Adhäsionsproteinen der extrazellulären Matrix kann es zu einer Neuordnung des Zytoskeletons kommen, es werden Signale an den Nucleus übermittelt und so die Genexpression beeinflußt (nach Yue [<64>]).

Für die Bindung der Zelle an Liganden mit Hilfe bestimmter Integrine der Zelle ist u.a. das Vorhandensein einer RGD-Sequenz auf den Adhäsionsproteinen der extrazellulären Matrix nötig (s. Abb. 1.5.). Dabei kann sowohl eine Bindungsstelle (RGD-Sequenz) mehrere Integrine binden als auch ein Integrin mehrere Liganden. Für das Zustandekommen einer spezifischen Adhäsion müssen die Integrine reguliert werden, denn es können mehrere verschiedene Integrine auf einer Zelle vorhanden sein. Dieser Prozeß wird als „Inside-out“-Mechanismus bezeichnet. Er bezeichnet die Regulation der Affinität und Konformation des Rezeptors, ausgehend vom Inneren der Zelle. Ebenso können intrazelluläre Veränderungen durch Binden von Liganden an den Rezeptor ausgelöst werden: Dieser Vorgang wird „Outside-in“ genannt. So können Liganden die intrazelluläre Genexpression beeinflussen (s. Abb. 1.5.).

Dabei werden RGD-Sequenzen v.a. von den Integrinen alphavbeta1, aber auch von alpha5beta1, alphavbeta5, alphaIIbbetaIIIa (auch: GPIIb/IIIa) und alphavbeta3 erkannt [63], [<65>].

Integrine sind allerdings nicht nur zur Adhäsionsinduktion, sondern auch zur Migration der Zelle vonnöten, wie Abb. 1.6. verdeutlicht [<66>].


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Abb. 1.6.: Verschiedene Mechanismen der Zell-Migration: Zunächst kommt es zur Extension von Lamellipodia und Filopodia, zeitgleich mit der lokalen Actin-Polymerisation des intrazellulären Aktins. So wird die Protrusionskraft aufgebaut. Es werden dann neue fokale Adhäsionen an der Zellfront ausgebildet; diese persistieren, bis sie wiederum die Zellrückseite erreicht haben. Integrine spielen hierbei eine wesentliche Rolle. Neben der Extension der Zelle ist der Aufbau einer Kontraktionskraft vonnöten, um die Zelle vorwärts zu bewegen (Interaktion von Myosin mit Aktinfilamenten). Bei der Ablösung der Zellrückseite vom Adhäsionssubstrat wird der Großteil der Integrine auf diesem Substrat zurückgelassen. Sie können sich dann auf der Zelloberfläche verteilen und per Endozytose in der Zelle recycelt werden. Auch eine Neusynthese von Integrinen tritt ein. So können Integrine intrazellulär zur Zellfront transportiert werden und stehen dort für neue fokale Adhäsionen zur Verfügung (nach Lauffenburger [66]).

Zelladhäsionen werden jedoch nicht ausschließlich über die RGD-Sequenz als Ad-häsionsprotein und durch Integrine als Adhäsionsmoleküle induziert.

Bezogen auf die Gruppe der Adhäsionsproteine sind für Fibronektin u.a. auch korres-pondierende REDV-Sequenzen, Peptide I und II, für Laminin u.a. YIGSR-, PDSGR- und LGTIPG-Sequenzen und für Kollagen Typ I u.a. auch DGEA-Sequenzen gefunden worden. Auch können, wenn RGD-Sequenzen vorliegen, diese durch unterschiedliche Substituenten mit unterschiedlichen Integrinen interagieren: Für Kollagen Typ I sind z.B. die Arg-Gly-Asp-Thr-Pro- und die Ser-Arg-Gly-Asp-Thr-Gly-Sequenz beschrieben. Auch ein und dieselbe RGD-Sequenz kann mit unterschiedlichen Integrinen interagieren (für Fibrinogen: Gly-Arg-Gly-Asp-Ser mit alphaIIbeta3, alphavbeta3, alpha3beta1, alphavbeta1) bzw. ein Integrin mit verschiedenen RGD-Sequenzen (für Fibrinogen: alphavbeta3 sowohl mit der Arg-Gly-Asp-Ser- als auch mit der Arg-Gly-Asp-Phe-Sequenz) [<67>].

Die für die Anheftung der Linsenepithelzelle an die Linsenkapsel nötigen Adhäsionsproteine befinden sich auf dem Fibronektin, Laminin, Kollagen und Entaktin der Kapsel. Hierbei wird die Adhäsion der Linsenepithelzelle vor allem durch Kollagen IV, aber auch


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durch Laminin und Fibronektin induziert. Die Migration hingegen ist wesentlich von Fibronektin abhängig, weniger von Kollagen IV und Laminin [<68>].

Neben verschiedenen Adhäsionsproteinen der extrazellulären Matrix sind auch unterschiedliche Adhäsionsmoleküle der Zelle bekannt: Für die Linsenepithelzelle sind dies neben beta1-Integrinen ICAM-1 und CD-44 [18].

1.6 Bisherige Untersuchungen zur Wirkung von RGD-Peptiden

Um Einfluß auf die Adhäsion von Zellen nehmen zu können, zum Beispiel durch eine Substanz, die eine Bindung mit den Integrinen eingeht, wurde zunächst der Aufbau des Teils der Extrazellulären Matrix näher bestimmt, der für die Adhäsion der Zelle verantwortlich ist.

1.6.1 RGD-Peptide

Zur Untersuchung der für die Zelladhäsion entscheidenden Bestandteile der extrazellulären Matrix wurde Fibronektin als Prototyp verwendet. Bereits 1982 konnten Pierschbacher et al [<69>] die komplette Aminosäuresequenz des Adhäsionsfragmentes von Fibronektin darstellen (s. Abb. 1.7.).

Von diesen 108 Aminosäuren erwies sich eine Sequenz aus lediglich drei Aminosäuren als unabdingbar für das Zustandekommen einer Zellanheftung: die Arginin-Glycin-Asparagin-Sequenz (RGD) [<70>], [<71>]. Ebenso wurde gezeigt, daß keine der drei Aminosäuren ersetzt werden konnte, wollte man die Funktion erhalten. Mit synthetisch hergestellten löslichen RGD-Peptiden fand man auch für Verbindungen, die am NH2- bzw. COOH-wärtigen Ende der Adhäsionsproteine substituiert waren, gute adhäsionshemmende Effekte (GRGDSPA, GRGDSPC, GRGDAPC) [70], [71]. Dabei wirkte Gly-Arg-Gly-Asp-Ser-Pro (GRGDSPA) stärker inhibitorisch auf die Zelladhäsion als Arg-Gly-Asp-Ser (RGDS).

Gurrath und Mitarbeiter untersuchten 1992 die Adhäsionsinhibition von Tumorzellen an Laminin P1 und Vitronektin im Beisein verschiedener synthetischer RGD-Peptide [72]. Dabei zeigte sich eine deutliche Überlegenheit von zyklischem RGDDFV (cyclo(Arg-Gly-Asp-d-Phe-Val)) (s. Abb. 1.8.) und zyklischem RGDFDV gegenüber anderen untersuchten RGD-Peptiden. Ersteres war potenter bezüglich der Zell-Adhäsionhemmung an Vitronektin.


26

Abb. 1.7.: Die Struktur der Zelladhäsions-Domäne von Fibronektin. Markiert ist die RGD-Sequenz (nach Pierschbacher [70]).

Abb. 1.8.: cyclo(RGDDFV) (nach Gurrath [<72>]).

Auch die Arbeitsgruppe um Noiri [81] sah unter Einwirkung von cRGDDFV eine starke Adhäsionshemmung renaler Epithelzellen von Affen auf Laminin; auf Fibronektin waren 10fach höhere Konzentrationen für einen vergleichbaren Effekt nötig.

Desweiteren wurde ein zyklisches RGDFDV-Peptid seinem linearen Analogon gegenübergestellt. Die adhäsionshemmende Wirkung auf Zellen an Laminin P1 bzw. Vitronektin ließ sich durch Zyklisierung stark steigern [72]. Gurrath et al. fanden ihre Hypothese bestätigt, daß eine zyklische Peptid-Konformation die für eine Rezeptorbindung nötige Konformation besser imitieren kann als ein lineares Peptid - wohl durch eine Abnahme der Flexibilität des Peptids.


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Die Ringbildung, aber nicht notwendigerweise die Lokalisation der RGD-Sequenz in einer gestreckten oder gewundenen Konformation, steigert die Affinität für die Rezeptor-Bindung. Die Position der D-und R-Seitenketten, ihre Chiralität und das Austauschen von G gegen A beeinflussen die Aktivität des entsprechenden Peptids moderat oder stark, abhängig von der Ringgröße. Variationen der spacer residues (L,V) üben nur einen sehr gering modulierenden Effekt aus [72], [<73>].

Ein Vorteil der geringen Größe der löslichen synthetischen Peptide könnte in der sehr schwachen Antigenität bestehen.

Eine alternative bzw. ergänzende Erklärung für die adhäsionshemmende Eigenschaft der RGD-Peptide sieht nicht die Hemmung der Integrin-Ligand-Bindung als ursächlich an, sondern die Auslösung von Apoptosevorgängen in der Zelle [<74>]. Buckley et al. konnten zeigen, daß RGD-Peptide intrazellulär gelangen und dort durch eine Konformationsänderung von Pro-Caspase-3 deren Autoprocessing und Aktivierung bewirken. So nimmt schließlich die Konzentration der für die Apoptose einer Zelle verantwortlichen Caspase-3 zu. Die Zellen zeigten dann eine DNA-Fragmentierung und charakteristische morphologische Eigenschaften der Apoptose. Auch ein intrazelluläres Target für RGD-Peptide wurde in Caspase-3 gefunden.

Besonders interessant ist die Beobachtung der Autoren, daß eine Apoptose auch vor der Ablösung der Zellen zu induzieren war. Bisher war die Anoikis, der Zelltod durch Unterbrechung der Zell-Matrix-Interaktion von „anchorage-dependent cells“, als Verlust von Integrin-mediierten Überlebenssignalen gewertet worden. Eine Untersuchung von auf Kollagen-1 kultivierten Lungen-Fibroblasten (diese Zelladhäsion ist RGD-unabhängig) zeigte eine Caspase-3-Aktivierung und Apoptose auch der adhärenten Zellen.

1.6.2 Untersuchungen zur Nachstarprävention mittels RGD-Peptiden im Bereich der Ophthalmologie

Wie unter 1.5 erläutert, führen RGD-Sequenzen, die an extrazellulären Matrixproteinen „fixiert“ sind, bei Verbindung mit Integrinen der Zelle zu deren Adhäsion auf der Matrixoberfläche. Lösliche RGD-Sequenzen hingegen hemmen die Adhäsion der Zelle, indem sie die Integrine kompetitiv blockieren. Damit stehen diese für eine Bindung an RGD-Sequenzen der extrazellulären Matrix nicht mehr zur Verfügung. Außerdem gibt es Hinweise, daß eine direkte Auslösung von Apoptosevorgängen durch RGD-Peptide


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möglich ist. Auch auf diese Weise käme es dann zu einer Hemmung von Adhäsion, Migration, Proliferation und Differenzierung der Linsenepithelzelle.

Es wurde versucht, diese adhäsionshemmende und/oder apoptoseauslösende Eigenschaft löslicher RGD-Sequenzen zur Nachstarreduktion bzw. kompletten Prävention zu nutzen. Verschiedene Peptide, als Trägersubstanz der funktionell wirksamen RGD-Sequenz, sind entwickelt worden. Als besonders wirksam haben sich die zyklischen Formen (gegenüber den Monomeren) erwiesen. Es handelt sich um sehr kleine Moleküle, deren RGD-Träger-Peptid keine Wirkung auf die Adhäsion, Migration und Proliferation der Zelle haben soll.

In den bisher dazu durchgeführten Untersuchungen konnte Folgendes gezeigt werden:

  1. Eine Adhäsionshemmung der Linsenepithelzellen ist durch RGD-Peptide möglich. Dies gilt sowohl für die Adhäsion auf bovinen Vorderkapseln (bovine LEC) als auch auf einzelnen Bestandteilen von Linsenkapseln (humane LEC), wie Fibronektin und Laminin [55], [56], [57], [58].
  2. Auch eine Proliferationshemmung boviner LEC ist durch RGD-Peptide zu erzielen. Durch verschiedene Untersuchungen konnte dieser Effekt auf die Zellen bei kontinuierlicher und langdauernder Einwirkung des Peptids belegt werden [58], [55], [56]. Aussagen über die Auswirkungen einer nur kurzzeitigen Inkubation mit RGD-Peptid liegen dagegen nicht vor. Auch über eine mögliche Proliferationshemmung humaner LEC gibt es bisher keine Erkenntnisse.
  3. Eine Migrations- und Proliferations-Hemmung von LEC ist in vivo im Kaninchenmodell möglich [58], [55]. Beschrieben sind zwei Verfahren der Inkubation der LEC mit zyklischem RGD- bzw. RGDS-Peptid: Bei dem ersten erfolgt die Inkubation mit RGD-Peptid durch ein osmotisches Pumpsystem, welches in eine subkutane Tasche implantiert wurde. Zyklisches RGDS-Peptid wurde über eine im Kapselsack plazierte Kanüle in einer konstanten Konzentration über die Hinterkapsel abgegeben. Bei einem zweiten Modell implantierte man nach der Kataraktextraktion zusätzlich zur IOL auch eine Polyaktinglykolsäure-Scheibe, aus welcher die verzögerte Freisetzung von RGD-Peptid erfolgte. Keine Angaben werden über die Anzahl der untersuchten Augen bzw. Tiere pro Gruppe gemacht. Weitere kritische Anmerkungen zu diesen Versuchen werden im Kapitel 5 „Diskussion“ näher ausgeführt.

Die genannten ermutigenden Ergebnisse bezüglich einer Nachstarhemmung mittels


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RGD-Peptiden lassen allerdings noch folgende Probleme und offene Fragen erkennen:

  1. Oft werden keine Angaben über die genaue Art des verwendeten RGD-Peptids gemacht. Es ist jedoch bekannt [72], daß zyklische Peptide eine größere inhibitorische Wirkung haben als Monomere. Unterschiedliche Molekulargewichte können diese Effekte ebenso beeinflussen. Auch werden sowohl GRGDS- als auch RGD-Peptide verwendet. Ein Vergleich der verschiedenen Studien ist somit nur eingeschränkt möglich, eine generelle Aussage über die Wirksamkeit „der RGD-Peptide“ in Bezug auf die Nachstarhemmung kann nicht getroffen werden.
  2. Die zur Wirkung einer verzögerten Freisetzung von RGD-Peptid durchgeführten Experimente [55], [58] gehen davon aus, daß eine kurzzeitige Gabe des RGD-Peptids nicht zu einem dauerhaften adhäsions- bzw. proliferationshemmenden Effekt führt. Untersucht wurde dies bisher jedoch nicht. Dies würde aber eine wesentlich einfachere klinische Handhabung bedeuten und wäre außerdem kostengünstiger. Vorstellbar ist, ein RGD-Peptid der Spüllösung für die Kataraktoperation zuzugeben. Eine orale bzw. systemische Applikation von RGD-Peptiden ist nicht möglich, da im Auge keine ausreichend hohen Wirkspiegel zu erwarten sind. Auch ist mit einer Interaktion der RGD-Peptide mit Blutbestandteilen, z.B. den alphaIIbbetaIIIa-Integrinen der Thrombozyten [<75>], zu rechnen. Dadurch käme es zu einer Abnahme der Peptidkonzentration und zu Nebenwirkungen z.B. in Form einer Koagulopathie.
  3. Es liegen keine Ergebnisse über die Wirkung von RGD-Peptiden auf die Langzeit-Proliferation humaner Linsenepithelzellen in vitro vor (der längste untersuchte Zeitraum beträgt drei Stunden [57]).
  4. Auch die Wirkung der Peptide auf das humane Hornhautendothel in vitro und in vivo ist noch unbekannt bzw. nur anhand sehr kleiner Fallzahlen beschrieben.
  5. Ein eventuelles Rückgängigmachen der Adhäsion der LEC mit einem RGD-Peptid, also deren Lösung vom Boden der Kulturschale bzw. von der Kapsel, wurde bisher nicht untersucht. Es sind Untersuchungen zur Ablösung unterschiedlicher Zellarten von verschiedenen Bestandteilen extrazellulärer Matrix bzw. der Kulturschale mittels RGD-Peptiden durchgeführt worden, v.a. an Normal-Rat-Kidney-Zellen [<76>]. Gelänge eine Ablösung der LEC von der Linsenkapsel, könnten Zellen intraoperativ besser vom Kapselsack gelöst werden und so das Nachstarsubstrat vollständig entfernt werden.

    30

  6. Um sicher zu sein, daß Nachstarhemmende Eigenschaften von RGD-Peptiden tatsächlich ausschließlich auf die RGD-Sequenz zurückzuführen sind, ist die Gegenüberstellung mit einem Kontrollpeptid zu fordern. Dieses müßte der Trägersubstanz der RGD-Peptide entsprechen und ein gleiches Molekulargewicht wie diese haben.

Aus den hier genannten Punkten leiteten wir die Zielstellung unserer Untersuchung ab (s. 2.).

1.6.3 RGD-Peptide in anderen medizinischen Bereichen

Es sei erwähnt, daß auch in anderen Bereichen der Medizin RGD-Peptide bezüglich einer möglichen klinischen Anwendbarkeit untersucht werden. Zum Teil werden dort, im Gegensatz zur beabsichtigten adhäsionshemmenden Wirkung auf die Linsenepi-thelzelle, RGD-Peptide in gebundener Form zur Adhäsionsinduktion eingesetzt. Bei Gefäßprothesen [<77>] soll auf diese Weise eine verbesserte Endothelzell-Adhäsion auf diesen Implantaten erreicht werden und somit eine Senkung der Thrombogenität erfolgen. Durch eine verbesserte Epithelmigration möchte man insbesondere bei Verbrennungen II. Grades eine Beschleunigung der Wundheilung [<78>] herbeiführen. Auch in der Krebstherapie [<79>] wäre ein Einsatz von RGD-Peptiden denkbar, da RGD-bindende Rezeptoren Anteil an endogener und IL-2-stimulierter Aktivität der natürlichen Killer-Zellen haben. Bei der Thrombasthenie Glanzmann-Naegli [<80>] fehlt den Thrombozyten der Membranrezeptor für Fibrinogen (alphaIIbbetaIIIa), so daß keine Aggregation und damit Thrombenbildung möglich ist. Eine Adhäsionsinduktion mittels RGD-Peptiden wird untersucht. Ein adhäsionshemmender Effekt ist hingegen zur Thromboseprophylaxe [75] erwünscht, wo eine Hemmung der Thrombozytenaggregation über den GPIIb/IIIa-Rezeptor (entspricht dem Integrin alphaIIbbetaIIIa) angestrebt wird. Die Prophylaxe des akuten Nierenversagens [<81>] durch die Hemmung der Adhäsion toxischer Abbauprodukte an den Nierentubuli ist ein weiteres potentielles Anwendungsgebiet der RGD-Peptide.

Alle diese angesprochenen Einsatzmöglichkeiten von RGD-Peptiden befinden sich derzeit noch im experimentellen Stadium.


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Tue Oct 1 12:29:56 2002