Auswirkungen einer 14-tägigen postnatalen Hyperoxie (85 % O₂) auf die Retina und ihr Gefäßsystem in Wildtyp- und iNOS-KO-Mäusen im Vergleich zur Normoxie

Abstract

Das Krankheitsbild der bronchopulmonalen Dysplasie (BPD), welches primär auf eine erhöhte Sauerstoffkonzentration bei Beatmung nach einer Frühgeburt zurückgeführt wird, ist auch mit pathologischen Veränderungen der Retina assoziiert. Im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit sollten die Effekte einer unmittelbar postnatalen 14-tägigen Hyperoxie (85 % O₂) in einem BPD-Mausmodell im Vergleich zur Haltung in Normoxie (21 % O₂) auf die Retina und insbesondere ihr Gefäßsystem untersucht werden. Neben Wildtyptieren (Wt) wurden auch iNOS-KO-Tiere in diesem Mausmodell untersucht. Bei anderen Erkrankungen in Lunge und Auge sind bei Inhibition bzw. Knockout von iNOS bereits Ergebnisse zu protektiven Auswirkungen bekannt. Mittels RT-PCR wurde das Vorhandensein bzw. Fehlen der iNOS-Expression in den Netzhäuten der verschiedenen Versuchsgruppen am postnatalen Tag 14 (P14) geprüft. Im Anschluss wurden Immunfluoreszenzfärbungen der Retinagefäße sowie der Makro- und Mikroglia an flatmounts und Vertikalschnitten aller vier Versuchsgruppen durchgeführt. Zusätzlich wurde die Dicke der gesamten Retina sowie der äußeren (ONL) und inneren Körnerschicht (INL) gemessen. Die Ergebnisse zeigten eine Expression von iNOS auf mRNA-Ebene an P14 nur in der Retina von Wt-Mäusen in Normoxie und Hyperoxie. In den Netzhäuten von Wt- und iNOS-KO-Tieren konnte bei Normoxie ein vergleichbar ausgebildetes, gefäßähnliches Netzwerk aus Astrozyten bis in die Peripherie nachgewiesen werden. Parallel dazu wurde jeweils ein für P14 altersentsprechend intaktes retinales Gefäßsystem aufgefunden. Durch die iNOS-Defizienz konnten bei normoxischer Haltung keine Veränderungen des Gefäßphänotyps oder des Entwicklungsgrades vom superfiziellen, tiefen oder intermediären Gefäßplexus beobachtet werden. Nach hyperoxischer Haltung zeigte sich in den beiden Mauslinien im Vergleich dazu ein pathologisch verändertes Bild. Auch hier waren Astrozyten bis in die Peripherie nachweisbar, jedoch war die Vereinigung der Zellen zu einem Gefäßtemplate gestört, die Astrozyten lagen zentral isoliert vor und bildeten keine gemeinsamen gefäßähnlichen Strukturen aus. Die zweiwöchige Haltung in Hyperoxie führte zu einem vollständigen Ausbleiben der retinalen Angiogenese, sodass die Netzhäute der Wt- und iNOS-KO-Mäuse avaskulär waren. In Einzelfällen fanden sich jedoch kleine, isolierte Gefäßknäuel. Eine Zunahme persistierender hyaloidaler Gefäße des embryonalen Gefäßsystems zeigte sich unter Hyperoxie in beiden Mauslinien. Zusätzlich konnte eine signifikante Abnahme der retinalen Gesamtdicke im Vergleich zu den Normoxie-Tieren ermittelt werden. Als Unterschied zwischen den Wt- und iNOS-KO-Mäusen konnte an P14 unter Hyperoxie bei den iNOS-KO-Tieren eine signifikante Abnahme der Gesamtretina- und ONL-Dicke und unter Normoxie eine signifikante Abnahme der Gesamtretina-, ONL- und auch INL-Dicke im Vergleich zu den Wt-Kontrolltieren festgestellt werden. Die Untersuchung der angefärbten Mikroglia ergab keine eindeutigen Unterschiede zwischen den vier Versuchsgruppen. Zusammenfassend führte bei Wt- und iNOS-KO-Mäusen eine unmittelbar postnatal erhöhte Sauerstoffkonzentration von 85 % O₂ also gleichermaßen zu einer Störung des Gefäßtemplates aus Astrozyten verbunden mit einer Verhinderung der physiologischen retinalen Angiogenese, was die Persistenz des embryonalen Gefäßsystems in diesen Präparaten begründen könnte. In Wildtyptieren scheint iNOS ein positiver Faktor für die Aufrechterhaltung der regulären Dicke der Retinaschichten zu sein.