Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Carina Sarah Rösch

Intravitreal injections in mice as a technique to induce unilateral photoreceptor degeneration in comparison to the genetic model of the rd10 mouse

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-104221

title (ger.)

Technik der intravitrealen Injektion bei der Maus zur Induktion einer einseitigen Photorezeptordegeneration im Vergleich zum genetischen Modell der rd10 Maus

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/roeschc_ws13.pdf

abstract (deutsch)

Genetisch bedingte, unheilbare Netzhauterkrankungen wie Retinitis Pigmentosa (RP) führen zu einer Degeneration der Photorezeptoren und somit final zur Erblindung. Aufgrund ihres häufigen Vorkommens sind sie zunehmend Thema neuer Forschungsansätze auf der Suche nach effektiven Therapiemöglichkeiten. Um sowohl diese neuen therapeutischen Ansätze testen zu können, aber auch um die pathohistologischen Vorgänge besser verstehen zu können, sind Tiermodelle unverzichtbar, die vergleichbare Veränderungen aufweisen. Genetisch veränderte Tiermodelle in Nagern, die die Verhältnisse wie bei RP widerspiegeln, sind verfügbar und erlauben eine Charakterisierung der selektiven Photorezeptordegeneration und die Evaluierung der Auswirkungen auf die verbleibenden, intakten inneren Zellen der Netzhaut. Für das Austesten von Sehprothesen, die eine visuelle Funktion ansatzweise wiederherstellen sollen, oder aber für vergleichbare chirurgische therapeutische Ansätze, sind die Augen dieser Tierspezies zu klein. Man würde hierzu Tierarten benötigen, wie z.B. das Kaninchen, die Katze oder das Schwein, die größere Augen besitzen. Genetisch veränderte Tiermodelle dieser Tierarten mit einer gleichartigen Erblindung sind jedoch sehr schwer zu beziehen, sehr teuer und zeigen eine nur sehr langsame Photorezeptordegeneration. Allerdings kann eine Photorezeptordegeneration auch durch eine systemische Verabreichung von pharmakologischen Wirkstoffen erreicht werden, wie z.B. mit Jodessigsäure (Iodoacetic Acid, IAA) oder n-Methyl-n-Nitrosoharnstoff (N-methyl-N-nitrosourea, MNU). Die systemische Gabe beider Substanzen führt jedoch zu starken Beeinträchtigungen der Tiergesundheit und des Wohlbefindens. Um die gleichen netzhautspezifischen Veränderungen zu induzieren, ohne jedoch das Allgemeinwohl des Tieres zu beeinflussen, wurde in den dargestellten Experimenten IAA und MNU mit der in diesem Zusammenhang „neuen“ Methode der intravitrealen Injektion verabreicht. Als Tierspezies wurde die Maus gewählt, da hier das genetische Modell der rd10 Maus mit der erwünschten Form der Photorezeptordegeneration als Vergleich herangezogen werden konnte. Zuerst wurde die Netzhautdegeneration in der rd10 Maus mittels ERG, OCT und die Histologie (Immunhistochemie und HE-Färbungen) im Vergleich zu der gesunden Wildtyp Maus beobachtet und dargestellt. Anschließend wurden die Effekte durch die systemische und intravitreale Applikation beider Substanzen analysiert. Zwar führte die systemische Applikation als Positiv-Kontrolle wie erwartet zu einer äußeren Netzhautdegeneration, war jedoch mit einer starken Beeinflussung des Tierwohls oder sogar Mortalität (im Fall von IAA) verbunden. Die unter Anästhesie durchgeführte unilaterale intravitreale Injektion beider Substanzen führte zu keiner Reduktion des Tierwohls und zu keinerlei Effekten im zweiten, unbehandelten Auge. Intravitreal verabreichtes IAA führte in erster Linie zu einer Katarakt und zu Entzündungsreaktionen im Auge. Zwar war nach der Injektion die Netzhautdicke reduziert, dies basierte jedoch vor allem auf einer Reduktion der inneren Netzhautschichten. Die intravitreale Injektion von MNU führte zu einer Photorezeptordegeneration vergleichbar mit der systemischen Applikation oder dem genetischen Modell.

Damit lässt sich schlussfolgern, dass die intravitreale Injektion von MNU ein gutes und notwendiges Modell der induzierbaren Photorezeptordegeneration darstellt, in dem das allgemeine Wohl der Versuchstiere nicht negativ beeinflusst und das kontralaterale Auge erhalten wird und somit als intraindividuelles Kontrollauge dienen kann. Eine plötzliche, komplette Erblindung nach Applikation wird somit vermieden.

abstract (englisch)

 Inherited blindness causing diseases in humans are frequent and often issue of new therapeutic strategies in research. To test these strategies, but also for a better understanding of the pathological mechanisms, animal models that mimic pathohistological changes in the human retina are indispensable. For Retinitis pigmentosa, a disease with selective photoreceptor degeneration and remaining inner retinal layers, genetic animal models in rodents allow the characterisation of the process of degeneration. However, for the testing of visual prostheses to restore visual function or related surgical methods, the eyes of these genetic animal models are too small. For these experiments, animal species such as the rabbit, the cat or the pig are required, but such genetic models for larger animals are intrinsically expensive and have a slow disease progression. However, photoreceptor degeneration can also be induced by systemic treatment with iodoacetic acid (IAA) and N-methyl-N-nitrosourea (MNU), both leading to substantial side effects. To induce the same retinal changes as seen in the genetic model without affecting the welfare of the animals, experiments were performed using the - in this context “new” - technique of intravitreal injections. The mouse was used as animal species in these experiments in order to compare the results to the available genetic model of the retinally degenerated rd10 mouse. Firstly, the process of photoreceptor degeneration and its characteristics in the genetic model of the rd10 mouse was observed and evaluated by clinical tools (OCT, ERG, FA, histology) in contrast to the healthy wild type mouse. Secondly, effects of systemic and intravitreal treatment using either IAA or MNU were compared. Systemic treatment with IAA or MNU led to outer retinal degeneration; however, the systemic application of either substance resulted in a high reduction of animal welfare or even in mortality (in the case of IAA) by systemic side effects. Upon the third approach, utilizing unilateral intravitreal injection of MNU or IAA under anaesthesia, no reduction of animal welfare was observed and no effects were observed in the uninjected eye. The intravitreal injection of IAA led to cataract formation and inflammatory reactions of the whole eye. Retinal thickness was reduced mainly due to thinning of the inner retinal layers, rather than the photoreceptor layer. Intravitreal application of MNU led to photoreceptor degeneration similar to the effects seen after systemic treatment and resembling the degeneration in the genetic model.

To conclude, the intravitreal injection of MNU is a suitable model to induce outer retinal degeneration, without affecting the general health status of the animal and with preservation of an intraindividual control eye avoiding sudden complete blindness.

keywords

Selektive Photorezeptordegeneration, intravitreale Injektion, n-Methyl-n-Nitrosoharnstoff; selective photoreceptor degeneration, intravitreal injection, N-methyl-N-nitrosourea

kb

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