Transcorneal Electrical Stimulation Shows Neuroprotective Effects in Retinas of Light-Exposed Rats

PURPOSE. To examine the effects of transcorneal electrical stimulation (TES) on retinal degeneration of light-exposed rats. METHODS. Thirty-three Sprague Dawley albino rats were divided into three groups: STIM (n = 15) received 60 minutes of TES, whereas SHAM (n = 15) received identical sham stimulation 2 hours before exposure to bright light with 16,000 lux; healthy animals (n = 3) served as controls for histology. At baseline and weekly for 3 consecutive weeks, dark-and light-adapted electroretinography was used to assess retinal function. Analysis of the response versus luminance function retrieved the parameters Vmax (saturation amplitude) and k (luminance to reach 1/2Vmax). Retinal morphology was assessed by histology (hematoxylin-eosin [HE] staining; TUNEL assay) and immunohistochemistry (rhodopsin staining). RESULTS. Vmax was higher in the STIM group compared with SHAM 1 week after light damage (mean intra-individual difference between groups 116.06 mu V; P = 0.046). The b-wave implicit time for the rod response (0.01 cd.s/m(2)) was lower in the STIM group compared with the SHAM group 2 weeks after light damage (mean intra-individual difference between groups 5.78 ms; P = 0.023); no other significant differences were found. Histological analyses showed photoreceptor cell death (TUNEL and HE) in SHAM, most pronounced in the superior hemiretina. STIM showed complete outer nuclear layer thickness preservation, reduced photoreceptor cell death, and preserved outer segment length compared with SHAM (HE and rhodopsin). CONCLUSIONS. This sham-controlled study shows that TES can protect retinal cells against mild light-induced degeneration in Sprague Dawley rats. These findings could help to establish TES as a treatment in human forms of retinal degenerative disease. (Invest Ophthalmol Vis Sci. 2012;53:5552-5561) DOI: 10.1167/iovs.12-10037

The expanded spectrum of neuromyelitis optica - evidences for a new definition

Neuromyelitis optica (NMO) has been traditionally described as the association of recurrent or bilateral optic neuritis and longitudinally extensive transverse myelitis (LETM). Identification of aquaporin-4 antibody (AQP4-IgG) has deeply changed the concept of NMO. A spectrum of NMO disorders (NMOSD) has been formulated comprising conditions which include both AQP4-IgG seropositivity and one of the index events of the disease (recurrent or bilateral optic neuritis and LETM). Most NMO patients harbor asymptomatic brain MRI lesions, some of them considered as typical of NMO. Some patients with aquaporin-4 autoimmunity present brainstem, hypothalamic or encephalopathy symptoms either preceding an index event or occurring isolatedly with no evidence of optic nerve or spinal involvement. On the opposite way, other patients have optic neuritis or LETM in association with typical lesions of NMO on brain MRI and yet are AQP4-IgG seronegative. An expanded spectrum of NMO disorders is proposed to include these cases.

Multifocal pattern electroretinography for the detection of neural loss in eyes with permanent temporal hemianopia or quadrantanopia from chiasmal compression

Aims To evaluate the ability of multifocal transient pattern electroretinography (mfPERG) to detect neural loss and assess the relationship between mfPERG and visual-field (VF) loss in eyes with chiasmal compression. Methods 23 eyes from 23 patients with temporal VF defects and band atrophy of the optic nerve and 21 controls underwent standard automated perimetry and mfPERG using a stimulus pattern of 19 rectangles, each consisting of 12 squares. The response was determined for the central rectangle, for the nasal and temporal hemifields (eight rectangles each) and for each quadrant (three rectangles) in both patients and controls. Comparisons were made using variance analysis. Correlations between VF and mfPERG measurements were verified by linear regression analysis. Results Mean +/- SD mfPERG amplitudes from the temporal hemifield (0.50 +/- 0.17 and 0.62 +/- 0.32) and temporal quadrants (superior 0.42 +/- 0.21 and 0.52 +/- 0.35, inferior 0.51 +/- 0.23 and 0.74 +/- 0.40) were significantly lower in eyes with band atrophy than in controls (0.78 +/- 0.24, 0.89 +/- 0.28, 0.73 +/- 60.26, 0.96 +/- 0.36, 0.79 +/- 0.26 and 0.91 +/- 0.31, respectively). No significant difference was observed in nasal hemifield measurements. Significant correlations (0.36-0.73) were found between VF relative sensitivity and mfPERG amplitude in different VF sectors. Conclusions mfPERG amplitude measurements clearly differentiate eyes with temporal VF defect from controls. The good correlation between mfPERG amplitudes and the severity of VF defect suggests that mfPERG may be used as an indicator of ganglion cell dysfunction.

The expanded spectrum of neuromyelitis optica: evidences for a new definition

Neuromyelitis optica (NMO) has been traditionally described as the association of recurrent or bilateral optic neuritis and longitudinally extensive transverse myelitis (LETM). Identification of aquaporin-4 antibody (AQP4-IgG) has deeply changed the concept of NMO. A spectrum of NMO disorders (NMOSD) has been formulated comprising conditions which include both AQP4-IgG seropositivity and one of the index events of the disease (recurrent or bilateral optic neuritis and LETM). Most NMO patients harbor asymptomatic brain MRI lesions, some of them considered as typical of NMO. Some patients with aquaporin-4 autoimmunity present brainstem, hypothalamic or encephalopathy symptoms either preceding an index event or occurring isolatedly with no evidence of optic nerve or spinal involvement. On the opposite way, other patients have optic neuritis or LETM in association with typical lesions of NMO on brain MRI and yet are AQP4-IgG seronegative. An expanded spectrum of NMO disorders is proposed to include these cases.

Avaliação da reprodutibilidade das medidas da camada de fibras nervosas retiniana e da cabeça do nervo óptico pela tomografia de coerência óptica

OBJETIVO: Determinar a reprodutibilidade da espessura da camada de fibras nervosas da retina peripapilar e dos parâmetros da cabeça do nervo óptico em olhos normais, utilizando a tomografia de coerência óptica de domínio espectral (SD-OCT). MÉTODOS: Trinta e quatro olhos de 34 indivíduos saudáveis foram incluídos no estudo. O protocolo do cubo do disco óptico 200x200 do OCT Cirrus foi utilizado para gerar 3 imagens de cada olho para avaliar a reprodutibilidade. O coeficiente de correlação intraclasse (ICC) foi calculado para as medidas da espessura da camada de fibras nervosas da retina e da cabeça do nervo óptico. RESULTADOS: A correlação foi excelente para todas as medidas da espessura da camada de fibras nervosas da retina (ICC entre 0,87 e 0,98). O mesmo ocorreu com os parâmetros da cabeça do nervo óptico que, com exceção da razão E/D vertical (ICC 0,56), apresentou ICC entre 0,83 e 0,99. CONCLUSÃO: As medidas de espessura da camada de fibras nervosas da retina peripapilar e os parâmetros da cabeça no nervo óptico demonstraram uma excelente reprodutibilidade com o OCT Cirrus, indicando que este aparelho poderá ser uma ferramenta útil no estudo do glaucoma. Este estudo apresenta algumas limitações, como o pequeno número de casos avaliados, sendo necessários maiores estudos para corroborar nossos achados.

Il coniglio come modello sperimentale per lo studio degli effetti neurologici indotti da Cobalto

Sono stati studiati gli effetti tossici dell’esposizione cronica a cobalto e cromo. In passato, questa tossicità, che colpiva lavoratori esposti per ragioni occupazionali, è stata un problema molto sentito. Tuttavia, recenti pubblicazioni hanno descritto una specifica tossicità mediata da elevati livelli di cobalto e cromo, anche in pazienti portatori di protesi metalliche, quali gli impianti d’anca. Anche se sintomi clinici tra cui, cecità, sordità e neuropatia periferica, suggeriscono uno specifico neurotropismo, ancora poco è conosciuto delle basi neuropatologiche di questo processo ed oltretutto non ne è ancora stata apportata un’evidenza sperimentale. In questo progetto di ricerca, quindi, si è voluto approfondire il meccanismo patogenetico da cui scaturiscono tali sintomi neurologici, utilizzando come modello sperimentale il coniglio. Conigli New Zealand White sono stati trattati con dosi endovenose ripetute di cobalto e cromo, inoculati singolarmente od in associazione tra loro. Nessuna evidente alterazione clinica o patologica è stata associata alla somministrazione di solo cromo, nonostante gli elevati livelli in sangue e tessuti, mentre i trattati con cobalto-cromo o solo cobalto hanno mostrato segni clinici gravanti sul sistema vestibolo-cocleare; il cobalto, quindi, è stato identificato come il maggiore elemento scatenante neurotossicità. Inoltre all’esame istopatologico gli animali hanno mostrato severa deplezione delle cellule gangliari retiniche e cocleari, assieme a danno al nervo ottico e perdita di cellule sensitive capellute dell’orecchio. È risultato infine evidente che la gravità delle alterazioni è stata correlata al dosaggio ed al tempo di esposizione; dati questi che confermano, quindi, le precedenti osservazioni fatte su pazienti umani esposti a rilascio abnorme di cobalto e cromo da usura di protesi d’anca. È stato ipotizzato che il cobalto agisca sui mitocondri provocando l’incremento di produzione di specie reattive dell’ossigeno e il rilascio di fattori proapoptotici, causando sulle cellule neuronali un danno proporzionale al loro fabbisogno energetico e grado di mielinizzazione.

Melanopsin Retinal Ganglion Cells: relevance to circadian rhythms and sleep in neurodegeneration

In this PhD thesis 3 projects were addressed focusing on the melanopsin retinal ganglion cells (mRGCs) system and its relevance for circadian rhythms and sleep in neurodegeneration. The first project was aimed at completing the characterization of mRGCs system in hereditary optic neuropathies (LHON and DOA). We confirmed that mRGCs are relatively spared also in post-mortem retinal specimens of a DOA case and pupillometric evaluation of LHON patients showed preservation of the pupillary light reflex, with attenuated responses compared to controls. Cell studies failed to indicate a protective role exerted by melanopsin itself. The second project was aimed at characterizing the possible occurrence of optic neuropathy and rest-activity circadian rhythm dysfunction in Alzheimer (AD) and Parkinson disease (PD), as well as, at histological level, the possible involvement of mRGCs in AD. OCT studies demonstrated a subclinical optic neuropathy in both AD and PD patients, with a different pattern involving the superior and nasal quadrants in AD and the temporal quadrant in PD. Actigraphic studies demonstrated a tendency towards an increased intradaily variability (IV) and reduced relative amplitude (RA) of rest-activity circadian rhythm in AD and a significant increased IV a reduced RA in PD. Immunohistochemical analysis of post-mortem retinal specimens and optic nerve cross-sections of neuropathologically confirmed AD cases demonstrated a significant loss of mRGCs and a nearly significant loss of axons in AD compared to controls. The mRGCs were affected in AD independently from age and magnitude of axonal loss. Overall these results suggest a role of the mRGCs system in the pathogenesis of circadian dysfunction in AD. The third project was aimed at evaluating the possible association between a single nucleotide polymorphism of the OPN4 gene and chronotype or SAD, failing to find any significant association with chronotype, but showing a non-significant increment of TT genotype in SAD.

Elektrophysiologische Untersuchungen am experimentellen Autoimmun-Glaukom-Modell

Das Glaukom ist eine der führenden Erblindungsursachen weltweit. Trotzdem ist die Pathogenese, die zur Degeneration der retinalen Ganglienzellen führt, bisher nicht verstanden. In den letzten Jahren ergaben sich verschiedene Hinweise auf die Beteiligung einer immunologischen Komponente. Thema dieser Arbeit waren elektrophysiologische Untersuchungen, im Sinne von visuell evozierten Potentialen, am Tiermodell des Experimentellen Autoimmun Glaukoms und die Etablierung dieses Modells. Das Modell basiert auf einer Immunisierung von Lewisratten mit Pertussistoxin, inkompletten Freunds Adjuvant und potentiellen Antigenen, die zu einer Immunreaktion und einem Verlust von retinalen Ganglienzellen führen sollen. Zur Etablierung des Experimentellen Autoimmun Glaukom Modells wurde eine fünfwöchige Studie mit vier Gruppen durchgeführt. Als Antigene wurden Glia fibrilläres saures Protein (n= 10) und Myelin basisches Protein (n=10) verwendet, die beide in Studien zu Serum- und Kammerwasseranalysen bei Glaukompatienten eine Abweichung zur Kontrollgruppe gezeigt hatten. Außerdem wurde eine Gruppe mit selbst hergestelltem Sehnerv-Homogenat (n=12) immunisiert. Eine Gruppe erhielt keine Immunisierung und diente als Kontrolle (n=10). Zur Überprüfung der Effekte des Modells dienten verschiedene Untersuchungsmethoden, wie die Augeninnendruckmessung und die Untersuchung der Fundi. Des Weiteren wurden transiente und stationäre visuell evozierte Potentiale abgeleitet und die Latenzen, Amplituden und die Marker S (Steigung) und TR (Temporale Antworten) verglichen. Außerdem erfolgte nach Tötung der Tiere die Entnahme der Gehirne und Augen. Die Gehirne wurden nach Paraffineinbettung geschnitten, mit Luxol Fast Blue und Kresylviolett gefärbt und hinsichtlich etwaiger Entmarkungsherde oder anderer Pathologien unter dem Mikroskop bewertet. Der Verlauf des intraokulären Drucks zeigte sowohl zwischen den Gruppen als auch zwischen den verschiedenen Zeitpunkten keine signifikanten Unterschiede. Er bewegte sich im physiologischen Bereich mit durchschnittlich circa 12 mmHg. Die Funduskopien lieferten zu keinem Zeitpunkt krankhafte Veränderungen. Auch die visuell evozierten Potentiale lieferten zwischen den Gruppen keine signifikanten Unterschiede, sondern belegten normale visuelle Funktion bei allen Tieren. Die Auswertung der histologischen Untersuchung der Hirnschnitte zeigte keine Entmarkungsherde. Die erzielten Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, dass der retinale Ganglienzellverlust beim Experimentellen Autoimmun Glaukom Modell ohne eine Augeninnendruckerhöhung stattfindet. Die Fundusuntersuchung und die visuell evozierten Potentiale, wie in diesem Versuchsaufbau durchgeführt, scheinen nicht sensibel genug zu sein, diese Verluste nachzuweisen. In weiteren Arbeiten sollten andere Methoden zum Nachweis der retinalen Ganglienzellverluste erprobt werden. Neben elektrophysiologischen Methoden bieten sich für das weitere Vorgehen besonders immunhistologische Methoden an. Außerdem sollten die Mechanismen erforscht werden durch die es nach der Immunisierung zur Apoptose von retinalen Ganglienzellen kommt und welche Antikörper dazuführen können. Des Weiteren ist von Interesse, ob und wie eine zelluläre Komponente an der Pathogenese des Experimentellen Autoimmun Glaukoms beteiligt ist.

Analyse immunologischer und proteomischer Aspekte im Rahmen der Glaukompathogenese

Das Glaukom stellt eine heterogene Gruppe von okularen Erkrankungen dar, deren Pathogenese sich durch einen langsamen, progradienten Untergang von retinalen Ganglienzellen und ihren Axonen auszeichnet. rnIn den letzten Jahren wurde im Kontext der Glaukompathogenese verstärkt die Beteiligung autoreaktiver Antikörper diskutiert. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit bestand in dem Vergleich solcher Autoantikörper-Reaktionen in den Serum- und Kammerwasserproben einzelner Glaukompatienten. Hierdurch sollte geklärt werden, inwieweit die Immunreaktivitäten dieser beiden Körperflüssigkeiten miteinander übereinstimmen und ob sich Hinweise auf eine lokale Antikörperproduktion im immunprivilegierten Auge finden lassen. Mittels eines etablierten Protein-Microarray-Verfahrens wurden die Immunreaktionen gegen 40 verschiedene Antigene, wie z.B. Hitzeschock-Proteine oder neuronale Strukturproteine, untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass die detektierten Autoantikörper-Reaktionen gegen mehr als 80% der untersuchten Antigene in beiden Körperflüssigkeiten miteinander übereinstimmen. Verdeutlicht wird hierdurch, dass die Antikörper-basierenden immunologischen Vorgänge im Auge bzw. Kammerwasser, trotz dessen Abschottung vom Blutkreislauf durch die Blut-Retina-Schranke, denen des Serums stark ähneln. Nur vereinzelt lassen sich Hinweise auf eine lokale Antikörperproduktion im Auge finden, wodurch die Bedeutung der detektierten Serumantikörper-Reaktionen für die Glaukomerkrankung belegt wird. rnEin weiterer Schwerpunkt der Arbeit lag auf der Detektion möglicher veränderter Proteinexpressionen in den Retinae und Serumproben von Glaukompatienten, die potentiell zu den neurodegenerativen Prozessen der Glaukompathogenese beitragen. Um die Analyse spezifischer Proteinexpressionen zu ermöglichen, wurde das Verfahren des Antikörper-Microarrays etabliert und auf die Fragestellung angewendet. Untersucht wurden hierbei vor allem die Abundanzen von Komplementproteinen, Zytokinen und Hitzeschock-Proteinen, aber auch die von verschiedenen neuronalen Strukturproteinen. Als Probenmaterial dienten Serum- und Retinaproben von Glaukompatienten, die vergleichend denen von gesunden Probanden gegenübergestellt wurden. Die Analyse erbrachte die Erkenntnis, dass neben der verstärkten Expression von Komplementproteinen in der Retina (z.B. C3, C6) auch im Serum der Glaukompatienten eine erhöhte Konzentration dieser Proteine vorliegt, die im Rahmen der Glaukomerkrankung möglicherweise ebenfalls eine Rolle spielen. Ähnliches konnte für verschiedene Zytokine, wie z.B. TNF-α, IFN-γ oder IL1-β beobachtet werden, die in den untersuchten Retinae von Glaukomprobanden, teilweise auch in den Serumproben der Patienten, in verstärktem Maße detektiert werden konnten. Die erhöhte Produktion von Zytokinen in der Retina ist wahrscheinlich auf die Aktivierung von Gliazellen zurückzuführen, ein Ereignis für das in dieser Arbeit zahlreiche Hinweise gefunden werden konnten. Die Gliaaktivierung wird vermutlich durch apoptotische Prozesse in der Retina ausgelöst, eventuell aber auch durch eine erfolgte Komplementaktivierung. Darüber hinaus konnten mittels eines massenspektrometrischen Verfahrens weitere Expressionsunterschiede verschiedener retinaler Proteine bei Glaukompatienten festgestellt werden. Diese Veränderungen, wie z.B. geminderte Mengen von ROS-eliminierenden Proteinen, wie der Superoxid Dismutase und Peroxiredoxin-2, begünstigen bzw. verstärken sehr wahrscheinlich die neurodegenerativen Prozesse in der Retina von GlaukompatientenrnInwieweit die untersuchten Faktoren kausativ an den neurodegenerativen Prozessen beteiligt sind, bleibt ungeklärt, jedoch untermauert deren Vielzahl die Notwendigkeit, die Ursache der Glaukomerkrankung als komplexe Interaktion und Wechselwirkung verschiedener Komponenten zu betrachten und nicht als einen einzelnen fehlgesteuerten Mechanismus.rn

Pathomechanische Analysen zum Untergang retinaler Ganglienzellen im experimentellen autoimmunen Glaukom-Modell

In den vergangenen Jahren konnten zahlreiche Studien die Veränderung des natürlichen Autoantikörperrepertoirs bei Glaukompatienten aufzeigen. Zu den Antigenen zählen verschiedenen Hitzeschockproteinen, aber ebenso neuronal assoziierte Strukturproteine wie das Myelin basische Protein (MBP) oder das sauren Gliafaserprotein und einige neuropyhsiologische Proteine aus der Retina und dem Sehnerven. Da bei den Glaukompatienten nicht einzelne Antikörperreaktionen verändert sind, sondern vielmehr komplexe Autoantikörpermuster vorliegen, bestand das primäre Ziel der Dissertation zu zeigen, ob eine systemische Immunisierung mit MBP, Homogenaten opticus-assoziierter Antigene (ONA) und Antigenen der retinalen Ganglienzellschicht (RGA) den Verlust von retinalen Ganglienzellen (RGZ) in einem Experimentellen Autoimmunen Glaukom (EAG) Tiermodell auslösen können. Die systemische Injektion von MBP, ONA oder RGA induzierten ophthalmopathologische Veränderungen in der Retina, gekennzeichnet durch retinalen Ganglienzellverlust mitsamt Zerstörung der Axone im Sehnerv. Unter der Annahme, dass die Neurodegeneration durch Autoantiköper vermittelt ist, wurde ebenfalls untersucht, ob sich die Antikörperreaktivität gegen okulare Strukturen oder den Sehnerv im Verlauf der Studie verändern. Getestet wurde die Antikörperreaktivität gegen Gewebsschnitte gesunder Tiere mit dem Ergebnis einer signifikanten und zeitabhängigen Zunahme der Immunreaktivität. Darüber hinaus war es erstmals möglich die Ablagerung von IgG Autoantikörpern in der Retina und dem Sehnerv nachzuweisen sowie die Caspase mediierte Apoptose zu untersuchen. Ebenfalls konnte die Verteilung von aktivierten Mikroglia im optischen System evaluiert werden, wobei diese mehrmals in Kolokalisation mit den IgG-Autoantikörpern auftraten. Diese Beobachtungen lassen den Schluss zu, dass die Immunreaktionen von Autoantikörpern alleine und im Zusammenspiel mit der Mikroglia im Zusammenhang mit der Neurodegeneration der retinalen Ganglienzelle im EAG Modell stehen könnten.

Identifizierung und Charakterisierung von Protein-Biomarkern beim Glaukom

Das Glaukom ist, nach dem Katarakt, die zweithäufigste Ursache für Erblindungen weltweit mit Milionen von Betroffenen, die von dieser zunächst weitgehend symptomfreien neurodegenerativen Erkrankung heimgesucht werden. Die Möglichkeiten auf dem Feld der Diagnose beschränken sich bislang weitestgehend auf die Messung des Augeninnendrucks und der Beurteilung des Augenhintergrundes durch einen erfahrenen Augenarzt. Eine labordiagnostische Prophylaxe ist bis heute nicht verfügbar, die Zahl unerkannter Erkrankungen dementsprechend hoch. Hierdurch geht wertvolle Zeit verloren, die man für eine effektive Therapie nutzen könnte.rnBezüglich der Pathogenese des Glaukoms geht man heute von mehreren, miteinander wechselwirkenden Pathomechanismen aus, zu denen neben mechanischen Einflüssen durch einen erhöhten IOD auch Hypoxie, verminderte Neutrophinversorgung, Exzitotoxizität, oxidativer Stress und eine Beteiligung autoimmuner Prozesse gezählt werden. Unabhängig vom Pathomechanismus folgt stets die Etablierung umfangreicher degenerativer Prozesse im Sehnervenkopf, den retinalen Ganglienzellen und den Axonen des Sehnerven, die letztlich im irreversiblen Untergang dieser Neuronen münden. Diese pathologischen Prozesse im ZNS hinterlassen auf Proteomebene Spuren, die mithilfe moderner massenspektrometrischer Methoden in Kombination mit multivariaten statistischen Methoden detektierbar und als sogenannte Biomarker-Kandidaten mit definiertem Molekulargewicht darstellbar sind. In dieser Arbeit wurde ein „Workflow“ entwickelt, der es ermöglicht, diese Biomarker-Kandidaten im Blutserum und in der Tränenflüssigkeit in einfachen, reproduzierbaren Schritten zu identifizieren und zu charakterisieren. Abweichend von der etablierten Methotik der Bottom-Up-Proteomics musste hierfür eine Methode entsprechend einer Top-Down-Philosophie entwickelt werden, die es erlaubt, die Spuren des Glaukoms im Proteom zu detektieren und zu charakterisieren.rnDies erfolgte in dieser Arbeit durch sowohl massenspektroskopischen Methoden wie SELDI-TOF® und MALDI-Tof-Tof als auch durch Bead-, Gel- und Flüssigkeits-chromatographisch-basierte Separations und Fraktionierungstechniken.rnDie erfolgreiche Kombination dieser Methoden führte zu Identifikationen einer ganzen Reihe von Biomarker-Kandidaten. Unter den identifizierten Proteinen, die bezüglich ihres korrespondierenden SELDI-Peaks im Massenbereich von Biomarker-Kandidaten liegen, finden sich Zytokine und Effektormoleküle der angeborernen Immunität, stressinduzierbare Kinasen, Faktoren, die zum Schutz der Telomeren dienen, Proliferationsmarker, neuronale Antigene und Transportproteine. Darüber hinaus wurden Komponenten identifiziert, die an der neuronalen Neutrophinversorgung beteiligt sind, neuronale Rezeptoren und Antigene, Komponenten des Komplementsystems und des MHC-I-Komplexes. All diese identifizierten Proteine sind bezüglich ihrer Funktion und möglichen Rolle innerhalb der Pathogenese des Glaukoms detailliert beschrieben und charakterisiert. Dies erlaubt einen umfassenden Einblick in alle Pathomechanismen, denen nach heutigem Kenntnisstand, eine Rolle an der Pathogenese des Glaukoms unterstellt wird.rn

Synaptic circuitry of ganglion cells in the mammalian retina

Before signals of the visual environment are transferred to higher brain areas via the optic nerve, they are processed and filtered in parallel pathways within the retina. In the past a plethora of functionally distinct ganglion cell types responding to certain aspects of the environment, such as direction of movement, contrast and colour have been described. Aim of this thesis was the anatomical investigation of the selectivity in retinal circuits underlying this diversity. For this purpose, mouse and macaque retinae were analysed. OFF-ganglion cells in the mouse retina received their excitatory drive unselectively from all bipolar cell types stratifying within the area of their dendritic trees. Only the input to direction-selective C6 ganglion cells and bistratified D2 ganglion cells appeared to be weighted. In primates the highly specialised midget-system forms a 1:1 connection from red- and green-sensitive cones onto midget bipolar- and ganglion cells, building the substrate for red/green colour vision. Here it was demonstrated that blue-sensitive (S-) cones also contact OFF-midget bipolars and are, thus, potential candidates to transfer blue-OFF signals to M1 intrinsically photosensitive ganglion cells (ipRGCs). M1 cells received glycinergic input from A8 amacrine cells and express GABAA receptors containing subunit alpha 3. M2 cells, in contrast, received less inhibitory input.

INVESTIGATION OF INTRAOCULAR PRESSURE AS A PREDICTOR OF TRAUMATIC EYE INJURIES

Eye injuries are a large societal problem in both the military and civilian sectors. Eye injury rates are increasing in recent military conflicts, and there are over 1.9 million eye injuries in the United States civilian sector annually. In order to develop a better understanding of eye injury risk, several previous studies have developed eye injury criteria based on projectile characteristics. While these injury criteria have been used to estimate eye injury potential of impact scenarios, they require that the mass, size and velocity of the projectile are known. It is desirable to develop a method to assess the severity of an eye impact in environments where it would be difficult or impossible to determine these projectile characteristics. The current study presents a measurement technique for monitoring intraocular pressure of the eye under impactloading. Through experimental tests with a custom pressure chamber, a subminiature pressure transducer was validated to be thermally stable and suitable for testing in an impact environment.Once validated, the transducer was utilized intraocularly, inserted through the optic nerve, to measure the pressure of the eye during blunt-projectile impacts. A total of 150 impact tests were performed using projectiles ranging from 3.2 mm to 17.5 mm in diameter. Investigation of the relationship between projectile energy and intraocular pressure lead to the identification of at least two distinct trends. Intraocular pressure and normalized energy measurements indicated a different response for penetrating-type globe rupture injuries with smaller diameter (d < 1 cm)projectiles, and blunt-type globe rupture injuries with larger diameter (d > 1 cm) projectiles. Furthermore, regression analysis indicates that relationships exist between intraocular pressureand projectile energy that may allow quantification of eye injury risk based on pressure data, and also that intraocular pressure measurements of impact may lead to a better understanding of thetransition between penetrating and blunt globe rupture injury mechanisms.

Vestibular deficits do not underlie looping behavior in achiasmatic fish

Zebrafish belladonna (bel) mutants carry a mutation in the lhx2 gene that encodes a Lim domain homeobox transcription factor, leading to a defect in the retinotectal axon pathfinding. As a result, a large fraction of homozygous bel mutants is achiasmatic. Achiasmatic bel mutants display ocular motor instabilities, both reserved optokinetic response (OKR) and spontaneous eye oscillations, and an unstable swimming behavior, described as looping. All these unstable behaviors have been linked to the underlying optic nerve projection defect. Looping has been investigated under different visual stimuli and shown to be vision dependent and contrast sensitive. In addition, looping correlates perfectly with reversed OKR and the spontaneous oscillations of the eyes. Hence, it has been hypothesized that looping is a compensatory response to the perception of self-motion induced by the spontaneous eye oscillations. However, both ocular and postural instabilities could also be caused by a yet unidentified vestibular deficit. Here, we performed a preliminary test of the vestibular function in achiasmatic bel larval mutants in order to clarify the potential role of a vestibular deficit in looping. We found that the vestibular ocular reflex (VOR) is normally directed in both bel mutants and wild types and therefore exclude the possibility that nystagmus and looping in reverse to the rotating optokinetic drum can be attributed to an underlying vestibular deficit.

Retinal thickness in Parkinson's disease

BACKGROUND: Visual symptoms are common in Parkinson's disease with studies consistently demonstrating reductions in visual acuity, contrast sensitivity, colour and motion perception as well as alterations in electroretinogram latencies and amplitudes. Optical coherence tomography can examine retinal structure non-invasively and retinal thinning has been suggested as a potential biomarker for neurodegeneration in Parkinson's disease. Our aim was to examine the retinal thickness of a cohort of Parkinson's disease subjects (and age-matched controls) to establish the practical utility of optical coherence tomography in a representative older Parkinson's disease group. METHODS: Fifty-one established Parkinson's disease subjects and 25 healthy controls were subjected to ophthalmological assessment and optical coherence tomography (Zeiss Stratus 3000™) of macular thickness and volume and retinal nerve fibre thickness around the optic nerve head. Twenty four percent of control and 20% of Parkinson's disease subjects were excluded from final analysis due to co-morbid ocular pathology. Further data was excluded either due to poor tolerability of optical coherence tomography or poor quality scans. RESULTS: Despite a reduction in both visual acuity and contrast sensitivity in the residual evaluable Parkinson's disease cohort, we did not detect any differences between the two study groups for any measures of retinal thickness, in contrast to previously published work. CONCLUSIONS: In addition to technical problems inherent in the evaluation, the lack of difference between Parkinson's disease and healthy control subjects suggests longitudinal studies, employing newer techniques, will be required to define the role of optical coherence tomography as a potential diagnostic biomarker.