Leitthema Ophthalmologe 2015 · 112:20–28 DOI 10.1007/s00347-014-3049-5 Online publiziert: 16. Januar 2015 © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2015
R.G. Schumann1 · A. Gandorfer2 · A. Kampik1 · C. Haritoglou3 1 Vitreoretinale Pathologie und Elektronenmikroskopie, Augenklinik
der Ludwig-Maximilians-Universität, München 2 MVZ Memmingen, Memmingen 3 Augenklinik Herzog Carl Theodor, München
Klinisch-pathologische Korrelationen an der vitreoretinalen Grenzfläche Das Hauptmerkmal aller traktiven Makulopathien ist das Vorhandensein von Zugkräften an der vitreoretinalen Grenzfläche (VRGF) im Bereich der Makula. Zu den traktiven Makulopathien gehören insbesondere die Makulaforamen (MF), die epiretinale Gliose, die vitreomakuläre Traktion (VMT) im Sinne einer symptomatischen vitreomakulären Adhäsion sowie das vitreomakuläre Traktionssyndrom (VMTS). Die pathologischen Veränderungen entstehen dabei an der anatomischen Grenze zwischen Glaskörper und Netzhaut. Hauptbestandteil der VRGF ist die innere Grenzmembran, die Membrana limitans interna (ILM). Diese dünne, transluzide Struktur stellt die Basalmembran der Müller-Zellen dar und fungiert als Leitschiene für fibrozelluläre Proliferationen, die an der vitrealen Seite der ILM dichte, kontraktile epiretinale Membranen (ERM) ausbilden können. Die pathologischen Veränderungen an der VRGF (. Abb. 1) sind bei den traktiven Makulopathien eng verknüpft mit den altersbedingten Veränderungen des Glaskörpers. Durch die ungleiche Verteilung der altersabhängigen hinteren Glaskörperabhebung, die perifoveal im Bereich der Makula beginnt und sich langsam in die Peripherie der Netzhaut fortsetzt, entstehen persistierende Adhäsionen zwischen Glaskörper und Makula, die durch einfache okuläre Sakkaden zu anteroposterior oder tangential gerichteten
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Traktionen an der Netzhaut führen können [1, 2, 3]. Neben dem Auftreten von vitreomakulären Adhäsionen kann es im Rahmen einer inkompletten altersabhängigen hinteren Glaskörperabhebung auch zu einem Verbleib von Kollagenfibrillen der Glaskörperrinde an der Netzhautoberfläche kommen, der Vitreoschisis [4]. Die unterschiedliche Größe und Ausprägung der vitreomakulären Traktion verursacht die interindividuelle Vielfalt der klinischen Veränderungen bei den traktiven Makulopathien [5, 6]. Dabei scheint der Ort der vitreomakulären Adhäsion direkt mit dem Ort der mechanisch bedingten strukturellen Schädigung der Netzhaut zu korrelieren. Zu den direkten pathologischen Effekten der vitreoretinalen Traktion zählen die Dedifferenzierung, Proliferation und Migration von retinalen und extraretinalen Zellen. Epiretinale Membranen, korrekter bezeichnet als prämakuläre Membranen, entstehen an der vitrealen Seite der ILM und besitzen eine hohe Prävalenz in der Bevölkerung. Jeder Dritte 45-Jährige weist eine funduskopisch sichtbare ERM auf [7]. In den vergangenen Jahren wurden unterschiedliche Zellarten an der ILM durch morphologische und immunhistologische Untersuchungen beschrieben. Dabei wurde über das Vorkommen retinaler Zellen wie Astrozyten, MüllerZellen und Mikrogliazellen sowie extraretinaler Zellen wie Fibrozyten, Myofibroblasten, Hyalozyten, retinale Pigmentepithelzellen und Makrophagen berichtet [8, 9, 10]. Die genaue Zuordnung der einzelnen Phänotypen wird jedoch er-
heblich durch eine Transdifferenzierung der Zellen im epiretinalen Zellverband erschwert. Darüber hinaus sind die Komponenten der extrazellulären Matrix epiretinaler Membranen im Vergleich zu den zellulären Bestandteilen weitaus weniger bekannt. Neben der operativen Intervention steht in ausgesuchten Fällen die pharmakologische Vitreolyse mittels Ocriplasmin als Therapiemöglichkeit seit 2013 zur Verfügung [11, 12, 13]. Epiretinale Membranen sowie breitbasige, feste VMT lassen sich durch die Anwendung von Ocriplasmin jedoch nicht lösen. Zur Entlastung dieser vitreoretinalen Traktionen, die häufig durch ERM verstärkt werden, muss deshalb weiterhin der Glaskörper während der Vitrektomie von der Netzhaut gelöst und die ILM von der Netzhautoberfläche mikrochirurgisch entfernt werden. Dieses sog. „Peeling“ der ILM zusammen mit pathologischem, epiretinalem Gewebe ist wesentliche Voraussetzung für eine erfolgreiche Therapie.
Fragestellungen Im Wesentlichen wurden in den dargestellten Arbeiten folgende Fragestellungen untersucht: F Welcher Zusammenhang besteht zwischen dem Auftreten epiretinaler Zell- und Kollagenansammlungen an der ILM und dem Vorliegen einer altersabhängigen hinteren Glaskörperabhebung? F Welchen Einfluss hat das Vorhandensein von Glaskörperkollagen an der
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Abb. 1 8 Vitreoretinale Grenzfläche (VRGF). a Lichtmikroskopische Darstellung der Netzhaut im Serienschnitt nach Hämatoxylin-Eosin-Färbung (Vergr. 100:1). b Lichtmikroskopische Darstellung der VRGF mit innerer Grenzmembran (ILM; Pfeilspitzen) und Müller-Zell-Endplatten (MZE) der retinalen Nervenfaserschicht (Vergr. 400:1). c Transmissionselektronenmikroskopische Darstellung der VRGF mit ILM (Stern) und Müller-Zell-Endplatten (MZE; Vergr. 3600:1). d Lichtmikroskopische Darstellung der ILM (Stern) mit kontinuierlicher Schicht von direkt aufliegendem Glaskörperkollagen (Pfeilspitze) nach Vitreoschisis und epiretinalen Zellen an der vitrealen Seite der ILM (Vergr. 1000:1). e Transmissionselektronenmikroskopische Darstellung der ILM (Stern) mit pathologischer Auflagerung von Glaskörperkollagen (Pfeilspitzen) und epiretinaler Zellproliferation (Vergr. 9500:1). f Rasterelektronenmikroskopische Darstellung der VRGF mit Zellfortsätzen epiretinaler Zellen an der vitrealen Seite der ILM und charakteristischen Knopf-ähnlichen Undulationen der retinalen Seite der ILM (Vergr. 2000:1)
ILM auf den Operationserfolg nach Vitrektomie? F Welche Zellarten lassen sich an der vitrealen Seite der ILM bei traktiven Makulopathien morphologisch und immunhistologisch charakterisieren? F Welche Hinweise ergeben sich bezüglich der Herkunft traktiver Zellkomponenten in epiretinalen Membranen?
Methodik Mittels einer semistrukturierten Literaturrecherche in gängigen Datenbanken und Suchmaschinen (Medlinse, Embase)
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wurde nach relevanten Daten zu klinischpathologischen Korrelationen bei traktiven Makulopathien an der VRGF gesucht. Diese Daten wurden mit wichtigen Übersichtsartikeln und neuen Buchbeiträgen abgeglichen. Ziel war dabei, einen möglichst umfassenden Überblick zu den Ergebnissen klinisch-pathologischer Untersuchungen der VRGF zu geben. Die hier vorgestellten Ergebnisse wurden mehrheitlich durch die Aufbereitung chirurgisch exzidierter Präparate von ILM und ERM bei Makulaforamen, epiretinaler Gliose und vitreomakulärem Traktionssyndrom gewonnen. Die Morphologie der Präparate wurde meist mit Befun-
den der hochauflösenden optischen Kohärenztomographie (OCT) korreliert. Für die Analyse von zellulären und extrazellulären Bestandteilen der ILM und ERM kamen die Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie, die Fluoreszenzmikroskopie sowie die Interferenz- und Phasenkontrastmikroskopie mit immunologischem Antigenitätsnachweis am Serienschnitt oder am Flachpräparat zum Einsatz. Durch die Einführung der neuen Flachpräparation von ILM und ERM war es kürzlich gelungen, zelluläre und fibrozelluläre Proliferationen bei allen Formen der traktiven Makulopathien an der ILM immunhistologisch aus der En-face-
Zusammenfassung · Abstract Ophthalmologe 2015 · 112:20–28 DOI 10.1007/s00347-014-3049-5 © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2015 R.G. Schumann · A. Gandorfer · A. Kampik · C. Haritoglou
Klinisch-pathologische Korrelationen an der vitreoretinalen Grenzfläche Zusammenfassung Hintergrund. Klinisch-pathologische Untersuchungen der vitreoretinalen Grenzfläche (VRGF) haben das vorrangige Ziel, das Verständnis für die Entstehung traktiver Makulopathien zu verbessern, die differenzialdiagnostische Abgrenzung gegenüber anderen Makulaerkrankungen zu optimieren sowie das therapeutische Vorgehen in der Makulachirurgie weiterzuentwickeln. Fragestellung. Es erfolgt die Darstellung der Ergebnisse klinisch-pathologischer Untersuchungen der VRGF. Material und Methode. Mittels einer semistrukturierten Literaturrecherche in gängigen Datenbanken und Suchmaschinen (Medlinse, Embase) wurde nach relevanten Daten zu klinisch-pathologischen Korrelationen bei traktiven Makulopathien an der VRGF gesucht. Diese Daten wurden mit wichtigen Übersichtsartikeln und neuen Buchbeiträgen abgeglichen.
Ergebnisse. Altersbedingte Veränderungen des Glaskörpers mit persistierenden vitreomakulären Adhäsionen spielen eine wesentliche Rolle bei der Entstehung epiretinaler zellulärer Proliferationen und der Neubildung von Kollagen an der VRGF. Zelluläre und fibrozelluläre Proliferationen können an der vitrealen Seite der inneren Grenzmembran (ILM) bei allen Formen der traktiven Makulopathien vorkommen. Auch der Verbleib von Glaskörperkollagen an der ILM, wie er bei einer Vitreoschisis auftritt, ist nachweislich mit dem Auftreten epiretinaler Zellproliferationen assoziiert. Gliazellen, Hyalozyten und α-SMA-positive Myofibroblasten stellen die prädominierenden Zelltypen in epiretinalen Proliferationen dar. Sowohl Gliazellen als auch Hyalozyten können sich zu Myofibroblasten transdifferenzieren, die nicht nur starke kontraktile Eigenschaften besitzen, son-
dern auch exzessiv kollagene extrazelluläre Matrix produzieren. Schlussfolgerungen. Als therapeutische Zielvorgabe lässt sich die möglichst vollständige Entfernung aller Glaskörperkollagenreste und -adhäsionen von der ILM formulieren. Bei Auftreten epiretinaler fibrozellulärer Proliferationen im Bereich der Makula sollte die ILM jedoch chirurgisch entfernt werden, um Reproliferationen und Rezidive zu vermeiden. Zu verbessern bleibt zukünftig die Darstellbarkeit dieser epiretinalen Zellproliferationen an der VRGF durch neue bildgebende Technologien und die Weiterentwicklung der optischen Kohärenztomographie. Schlüsselwörter Makulopathie · Glaskörper · Optische Kohärenztomographie · Innere Grenzmembran · Zellproliferation
Clinicopathological correlations at the vitreoretinal interface Abstract Background. Clinicopathological studies of the vitreoretinal interface (VRI) improve our understanding of the pathogenesis of vitreal maculopathy, facilitate differential diagnoses and help to develop new treatment strategies. Objective. The aim of the study was to provide a comprehensive overview on clinicopathological correlations of the VRI. Methods. A semi-structured literature search was performed in the Medline and Embase databases for relevant original studies on clinicopathological correlations of vitreal maculopathy, in addition to the latest books and review articles. Results. Age-related vitreous changes with persistent vitreomacular adhesions on the retinal surface promote cellular migration and proliferation onto the vitreal side of the
Perspektive genauer zu charakterisieren. Dabei ergänzt die Flachpräparation insbesondere in der Analyse von Zellverteilung und Zellzahl sowie in der Darstellbarkeit von zellspezifischen Antigenen die konventionelle Serienschnittpräparation.
internal limiting membrane (ILM), thereby cementing the vitreomacular adhesions and strengthening the traction forces on retinal layers. Cellular or fibrocellular proliferation at the vitreomacular interface can be seen in all vitreal maculopathies. Furthermore, vitreoschisis in the context of anomalous posterior vitreous detachment causes the presence of vitreous cortex collagen fibrils on the vitreal side of the ILM which is associated with epiretinal membrane formation. Glial cells, hyalocytes and myofibroblasts represent the major cell types in the epiretinal cell proliferation. Glial cells and hyalocytes are capable of transdifferentiation into myofibroblasts which possess strong contractive properties and are well known for the production of extracellular matrix components.
Ergebnisse klinisch-pathologischer Korrelationen Eine detaillierte Übersicht über die ultrastrukturellen Eigenschaften epiretinaler Zell- und Kollagenkomponenten ist in . Tab. 1 sowie eine Übersicht über die wichtigsten Zielstrukturen der Antikörperfärbungen in . Tab. 2 dargestellt.
Conclusion. Removing vitreomacular adhesions and vitreous cortex collagen fibrils from the retinal surface is most important for successful treatment. In cases with epiretinal cell proliferation, however, removal of the ILM during macular surgery is mandatory to avoid reproliferation and recurrence. Improving the detection of epiretinal cell proliferation and cell distribution in patient eyes by optical coherence tomography or by introduction of new technologies should be addressed in the future. Keywords Maculopathy · Vitreous body · Optical coherence tomography · Internal limiting membrane · Cell proliferation
Idiopathische Makulaforamen Seit der Einführung des gezielten ILMPeelings bei MF wurden die Präparate der ILM zunächst ultrastrukturell später auch immunzytochemisch analysiert [8, 9, 10, 14, 15, 16, 17]. Die Ergebnisse zeigten, dass epiretinale Zellen regelmäßig an der ILM vorhanden waren – sowohl bei idiopathischen MF, rezidivierenden MF Der Ophthalmologe 1 · 2015
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Leitthema Tab. 1 Übersicht über ultrastrukturelle Charakteristika epiretinaler Zell- und Kollagenkom-
ponenten epiretinaler Zellproliferationen Zell- und Kollagenkomponenten Fibröse Astrozyten
Hyalozyten
Myofibroblasten
Fibroblasten
Makrophagen Retinale Pigmentepithelzellen Glaskörperkollagen Neu gebildetes Kollagen
Ultrastrukturelle Charakteristika – Intrazytoplasmatische Intermediärfilamente – Polarisation mit Basalmembran – Junktionale Komplexe – Lobulärer Zellkern – Vakuolen, Vesikel und Mitochondrien – Zellausläufer – Subplasmalemmale Aggregate zytoplasmatischer Filamente – Raues endoplasmatisches Retikulum – Fusiformer Zellkern – Massen an rauem endoplasmatischem Retikulum – Prominente Golgi-Komplexe – Fusiformer Zellkern – Multiple pleomorphe intrazytoplasmatische Vesikel – Irregulärer Zellkern – Intrazytoplasmatische Melaningranula – Polarisation und Mikrovilli – Fibrillendurchmesser: 10–16 nm – Periodizität: 22 nm, regelmäßige Anordnung – Fibrillendurchmesser: >16 nm – Periodizität: >22 nm, irreguläre Anordnung
Tab. 2 Übersicht über die wichtigsten Zielstrukturen in immunhistologischen Untersu-
chungen epiretinaler Zellproliferationen AntiGFAP („glial fibrillary acidic protein“) Vimentin CRALBP („cellular retinaldehyde-binding protein“) CD-45 CD-64 CD-163 α-SMA („alpha-smooth muscle actin“) panCK (Zytokeratine) Collagen-I Collagen-II Collagen-III Collagen-IV Laminin Fibronektin
als auch bei Makulaschichtforamen [18, 19, 20]. Strukturelle Unterschiede fanden sich vor allem in der Zellverteilung und den Zelltypen sowie in der Kollagenverteilung und den Kollagenarten. Dabei waren die fibrozellulären Proliferationen bei MF auch dann vorhanden, wenn sich in der OCT keine ERM darstellen ließen. Schon 2006 demonstrierte die ultrastrukturelle Analyse der ILM von 100 Patienten mit idiopathischen MF °III und °IV das Vorkommen von fibrozellulären Proliferationen bei mehr als der Hälfte aller Patienten anhand der konventionellen
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Zielstruktur Gliazellen Gliazellen Gliazellen, retinale Müller-Zellen Hyalozyten Hyalozyten Hyalozyten Myofibroblasten Retinale Pigmentepithelzellen Neu gebildetes Kollagen Glaskörperkollagen Neu gebildetes Kollagen Innere Grenzmembran Glykoprotein in innerer Grenzmembran Glykoprotein in extrazellulärer Matrix
Serienschnitttechnik [16]. Natives Glaskörperkollagen an der ILM wurde fast ebenso häufig gefunden. Das Vorkommen von Glaskörperkollagenfibrillen an der ILM war in MF °IV signifikant häufiger als in MF °III. Da per definitionem nach Gass bei MF °III eine partielle und bei MF °IV eine komplette hintere Glaskörperabhebung vorliegt, war demnach die Häufigkeit des Vorhandenseins von Glaskörperkollagen an der ILM vom Glaskörperstatus abhängig. Des Weiteren fanden sich mehrschichtige Zellproliferationen an der ILM häufiger in MF °IV. Wenn Kollagen-
fibrillen der Glaskörperrinde an der ILM gefunden wurden, waren immer zelluläre Proliferationen aufgelagert. Die Einführung der Flachpräparation, die von Hisatomi et al. [21] vorgeschlagen und von Gandorfer et al. [22, 23] modifiziert wurde [18], ermöglichte seit 2008 die neue und detaillierte Auswertung der zellulären Proliferationen bei idiopathischen MF (. Abb. 2).
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Epiretinale Zellen sind bei Makulaforamen regelmäßig an der Membrana limitans interna vorhanden Hierbei zeigte sich die Gesamtfläche der jeweils entfernten ILM mit der Gesamtzellzahl und der Gesamtzellverteilung im Überblick. Zelluläre Proliferationen an der ILM wurden auf diese Weise bei allen Präparaten von 60 Patienten mit idiopathischen MF °II, °III und °IV gefunden. Die Zellen waren entweder homogen verteilt oder bildeten Zellcluster mit einer großen Streubreite von Zellzahl und Gesamtfläche. Präparate mit Zellclustern wiesen eine signifikant höhere Zelldichte im Vergleich zu Präparaten mit homogener Zellverteilung auf. Mittels Flachpräparation ist 2011 die Darstellung zellspezifischer Antigene von Myofibroblasten, Gliazellen und Hyalozyten in ILM-Präparaten idiopathischer MF gelungen [18]. Dabei fiel besonders die Kolokalisation von GFAP/CD45, GFAP/ CD64, GFAP/CD68, GFAP/CRALBP sowie von GFAP/CD90 auf. Die raster- und transmissionselektronenmikroskopischen Untersuchungen bestätigen ebenfalls das Vorkommen dieser Zelltypen. Der Viabilitätstest zeigte einen prozentualen Anteil von 73% (SD 29%) lebenden Zellen im ILM-Präparat.
Rezidivierende Makulaforamen Die ultrastrukturelle Analyse von Präparaten der Vitrektomie bei rezidivierenden MF zeigte das Vorhandensein von ausgeprägten, mehrschichtigen fibrozellulären Proliferationen in den Präparaten der zweiten Vitrektomie. Dabei konnten Reste der ILM, die während der ersten Vitrektomie nicht vollständig im gesamten Be-
Abb. 2 9 Makulaforamen. a Fundusbild. b Hochauflösende optische Kohärenztomographie. c Die Phasenkontrastaufnahme zeigt im Flachpräparat, dass die Zellverteilung auf der Membrana limitans interna (ILM) um das Makulaforamen nicht direkt am Foramenrand beginnt, sondern im Abstand von wenigen Mikrometern (Vergr. 100:1). d Die Transmissionselektronenmikroskopie des Serienschnitts stellt die ILM (Stern) mit aufliegender Glaskörperkollagenschicht (Coll) und einzelnen epiretinalen Zellansammlungen dar (Vergr. 4800:1)
reich der Makula gepeelt wurden, während der zweiten Vitrektomie entfernt werden [20]. D Myofibroblasten und Fibrozyten
prädominierten in allen Präparaten. Die Zellen dieser ausgeprägten epiretinalen Proliferationen waren im Gegensatz zu den Präparaten der ersten Vitrektomie irregulär in mehrschichtigen Zellhaufen an der Netzhautoberfläche verteilt. Große Mengen neu gebildeten Kollagens bestimmten überwiegend die extrazelluläre Matrix und fanden sich eingebettet in irregulär angeordnete Zellproliferationen. Die Präparate der ersten Vitrektomie wiesen dagegen regelmäßig verteilte, zelluläre Multilayer auf, die auf einer kontinuierlichen Schicht von Glaskörperkollagen an der ILM verteilt waren.
Makulaschichtforamen
Abb. 3 8 Makulaschichtforamen. a Infrarot-Scanning-Laser-Fundusaufnahme. b Hochauflösende optische Kohärenztomographie mit prämakulär aufgelagerter Schicht mäßig-hoch reflexiven Materials ohne kontraktile Komponente (Pfeilspitzen). c Intraoperatives Fundusbild mit Peeling dieses Gewebes (Pfeilspitzen; aus [19] mit freundl. Genehmigung der Association for Research in Vision and Ophthalmology). d Die transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme zeigt dichtes Glaskörperkollagenband mit fibrillären Kollagenpräzipitaten, dem sog. „fibrous long-spacing collagen“ (Detail), als Zeichen von Ab- und Umbauvorgängen im Glaskörperkollagen (Vergr. 4800:1)
Makulaschichtforamen zeigten morphologische Unterschiede des epiretinalen Gewebes an der ILM im Vergleich zu idiopathischen MF. Immunzytochemische und elektronenmikroskopische Untersuchungen bestätigten die präoperativen Unterschiede der OCT [19]. Es fanden sich sowohl verschiedene zelluläre Komponenten als auch verschiedene Kollagenarten. Die intraoperative Evaluierung des Glaskörperstatus zeigte, dass Der Ophthalmologe 1 · 2015
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Abb. 4 9 Epiretinale Gliose. a Fundusbild. b Hochauflösende optische Kohärenztomographie. c Die Phasenkontrastaufnahme zeigt die typische dichte und homogen verteilte Zellproliferation im Flachpräparat (Vergr. 400:1). d Immunelektronenmikroskopische Untersuchungen stellen Hyalozyten auf einer Glaskörperkollagenschicht (Coll) dar, die mittels Applikation von Nanogoldpartikeln markiert wurden. Die Nanogoldpartikel (Pfeilspitzen) sind gegen CD45 gerichtet, eine transmembranständige Tyrosinphosphatase (Vergr. 9500:1)
sich der Glaskörper bei den meisten Patienten noch nicht von der Netzhaut gelöst hatte, sondern am hinteren Pol anlag. Die hochreflexive Linie, die sich im OCT anterior, aber separat der retinalen Nervenfaserschicht darstellte, entsprach einer epiretinalen Proliferation von Zellen, die positiv für Gliazellmarker und Hyalozytenzellmarker getestet werden konnte. In diesen epiretinalen Membranen fanden sich häufig zelluläre kontraktile Komponenten mit einer positiven Immunreaktion für Anti-α-SMAAntikörper, die gegen intrazelluläre Aktinfilamente von Myofibroblasten gerichtet sind. Im Gegensatz dazu zeigte epiretinales Gewebe, das im OCT als homogene Schicht mäßig reflexiven Materials beschrieben wurde, keine kontraktilen zellulären Komponenten in der immunzytochemischen und ultrastrukturellen Untersuchung (. Abb. 3). Stattdessen fand sich ultrastrukturell eine dichte Schicht von Glaskörperkollagen mit locker aufgelagertem Zellbestand, der ebenfalls positiv für Gliazellmarker und Hyalozytenzellmarker getestet werden konnte. Allerdings fanden sich darin keine kontraktilen Zellkomponenten. Zusätzlich war in den dichten Strängen des Glaskörperkollagens eine Vielzahl von periodisch quergebänderten, kompakten, fibrillären Präzipitaten gefunden worden, das sog. „fibrous long-spacing collagen“, das als Ab-
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und Umbauprodukt u. a. bei kollagenolytischen Prozessen auftritt.
Epiretinale Gliose Die chirurgisch gewonnenen Präparate von ILM und ERM bei Augen mit epiretinaler Gliose zeigten eine hohe Variabilität von Gesamtfläche und Gesamtzellzahl [24, 25]. In der Hälfte aller Präparate zeigte sich eine homogene Zellverteilung, in der anderen Hälfte das Auftreten von Zellclustern (. Abb. 4). Die zellulären Komponenten in ERM von Patienten mit epiretinaler Gliose wurden durch Kampik et al. frühzeitig beschrieben. Fünf Zelltypen wurden ultrastrukturell differenziert, die je nach Grunderkrankung in der epiretinalen Zellkomposition variieren können: F Fibrozyten, F fibröse Astrozyten, F Makrophagen, F Myofibroblasten-ähnliche Zellen (. Abb. 5), F retinale Pigmentepithelzellen (nur im Zusammenhang mit Ablatio retinae). Allen ERM gemeinsam waren das Vorkommen von Kollagen und die Myofibroblasten-ähnlichen Eigenschaften unterschiedlicher Zelltypen, die für die kontraktile Aktivität in ERM verantwortlich sind.
Die fluoreszenzmikoskopische Analyse mit Antigennachweis von Gliazellen und Hyalozyten sowie α-SMA-positiven Myofibroblasten ergab 2013 wichtige Erkenntnisse über das Vorkommen epiretinaler Zellen bei epiretinaler Gliose [24]. Dabei stellten sich positive Anfärbungen für Anti-GFAP, -CD163, -CD45 und -α-SMA in allen mit diesen Antikörpern getesteten Präparaten dar. Hervorzuheben ist, dass die Immunfärbung für Anti-α-SMA in Präparaten von Patienten mit partieller hinterer Glaskörperabhebung quantitativ stärker war als bei Präparaten von Patienten mit komplett abgehobenem Glaskörper. Des Weiteren wurden bei Vorliegen einer partiellen hinteren Glaskörperabhebung mit vitreomakulären Adhäsionen häufiger Zellcluster auf der ILM gefunden.
Vitreomakuläre Traktion und vitreomakuläres Traktionssyndrom Wenn vitreomakuläre Adhäsionen persistieren und dauerhaft Zugkräfte auf die Makula ausüben, dann entstehen durch Dedifferenzierung, Migration und Proliferation von extraretinalen und retinalen Zellen an Stellen der VMT mehrschichtige fibrozelluläre Membranen, die die bestehende vitreomakuläre Adhäsion zementieren und zu einem VMTS führen können [26].
Abb. 5 9 Vitreomakuläres Traktionssyndrom. a Fundusbild. b Hochauflösende optische Kohärenztomographie. c Die Phasenkontrastaufnahme zeigt die typische Clusterformation (Pfeilspitzen) der Zellproliferation neben sonst blanker Membrana limitans interna (Stern; Vergr. 100:1). d Die immunzytochemische Darstellung präsentiert die Lokalisation von αSMA-positiven Zellen (rot) mit Zellkernfärbung (blau) im Flachpräparat (Vergr. 200:1)
Histologische und ultrastrukturelle Untersuchungen von en bloc gepeelten Präparaten konnten im Serienschnittverfahren die Interaktion zwischen Glaskörper, epiretinalen Zellen und ILM bei Patienten mit VMTS demonstrieren [27, 28]. Natives Glaskörperkollagen zeichnet sich durch einen Fibrillendurchmesser von 8–15 nm und einer regelmäßigen Anordnung der Kollagenfibrillen aus. In einer konsekutiven Serie von en bloc gepeelten Präparaten bei VMTS zeigten Gandorfer et al. [27], dass in der einen Hälfte der Präparate zelluläre Monolayer an der ILM vorkamen, die mittels Biomikroskopie nicht erkannt werden konnten. Und in der anderen Hälfte der Präparate wurden mehrschichtige Zellproliferationen auf einer kontinuierlichen Schicht Glaskörperkollagen an der ILM gefunden. In immunzytochemischen Untersuchungen am Flachpräparat zeigte sich meist eine Clusterformation der epiretinalen Zellproliferation mit stark positiver Immunreaktion für Myofibroblasten (. Abb. 5, [24].) In einer Studie von 2012 wurden die epiretinalen Zellproliferationen bei VMTS sequenziell gepeelt [29]. Dabei konnte gezeigt werden, dass nach dem ersten Peeling in einem Drittel der Fälle die ERM und die ILM zusammen entfernt wurden. In diesen Präparaten befand sich die Zellproliferation direkt auf der ILM. In zwei Drittel der Fälle verblieb die ILM
an der Netzhautoberfläche zusammen mit durchschnittlich 20% der ursprünglich vorhandenen epiretinalen Zellen der ERM. In diesen Präparaten war Glaskörperkollagen vorhanden. Der Anteil der Zellen, die noch auf der ILM verblieben waren, wurde immunzytochemisch als Gliazellen und Hyalozyten identifiziert.
Schlussfolgerungen Die Ergebnisse der dargestellten Arbeiten ermöglichen eine Beantwortung oben genannter Fragen und stellen gleichzeitig die Bedeutung des Glaskörpers und seiner altersabhängigen Veränderungen bei der Entstehung vitreoretinaler Erkrankungen als wesentlich heraus [30]: Zelluläre und fibrozelluläre Proliferationen an der ILM können bei allen Formen der traktiven Makulopathien vorkommen. Dabei ist der Verbleib von Glaskörperkollagen an der ILM, wie er bei einer Vitreoschisis auftritt, nachweislich mit dem Auftreten epiretinaler Zellproliferationen assoziiert. Des Weiteren spielen persistierende vitreomakuläre Adhäsionen eine wesentliche Rolle bei der Entstehung epiretinaler zellulärer Proliferationen und der Neubildung von Kollagen an der VRGF. Im verbliebenen Glaskörperkollagen finden sich Ansammlungen fibrillärer Kollagenpräzipitate bei allen traktiven Makulopathien. Dieses sog. „fibrous long-
spacing collagen“ wird als Zwischenprodukt im Rahmen eines kollagenolytischen Prozesses gewertet und zeigt im Zusammenhang mit zellulären Proliferationen an der ILM einen Ab- und Umbauprozess von Glaskörperkollagen an. Bei traktiven Makulopathien besteht das epiretinale Gewebe aus pathologischen Ansammlungen von retinalen und extraretinalen Zellen. Dabei spielt insbesondere die Proliferation von Gliazellen und Hyalozyten an der vitrealen Seite der ILM eine wichtige Rolle. Des Weiteren sind α-SMApositive Myofibroblasten in epiretinalem Gewebe bei allen Formen traktiver Makulopathien von Bedeutung. Sie treten in großer Menge auf und besitzen nicht nur starke kontraktile Eigenschaften, sondern sie sind auch für eine exzessive Produktion kollagener extrazellulärer Matrix bekannt, wie das Vorkommen von neu gebildetem Kollagen in vielen Präparaten belegen konnte. Myofibroblasten bewirken damit einen Großteil der retinalen Veränderungen und Umbauprozesse bei traktiven Makulopathien. Die Kolokalisation von zellspezifischen Antigenen weist auf eine Transdifferenzierung von Gliazellen und Hyalozyten zu α-SMA-positiven Myofibroblasten hin. Damit haben Myofibroblasten in epiretinalen Zellproliferationen verschiedene Ursprungsquellen, nämlich retinale und extraretinale. Als therapeutische Zielvorgabe lässt sich die möglichst vollständige EntferDer Ophthalmologe 1 · 2015
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Leitthema nung aller Glaskörperkollagenreste und -adhäsionen von der ILM formulieren. Die Zulassung von Ocriplasmin gilt aus dieser Sicht als vielversprechende Therapieoption in ausgewählten Fällen.
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Ziel ist die vollständige Entfernung aller Glaskörperkollagenreste von der Membrana limitans interna Bei allen Patienten mit epiretinalen fibrozellulären Proliferationen sollte die ILM jedoch im Bereich der Makula chirurgisch entfernt werden. Zukünftig bleibt die Darstellbarkeit dieser epiretinalen Zellproliferationen an der VRGF zu verbessern, da neuere histologische Ergebnisse zeigen, dass auch mittels neuester hochauflösender OCT insbesondere beginnende epiretinale Zellproliferationen und ihre kontraktilen Komponenten nicht regelmäßig zur Darstellung kommen.
Fazit für die Praxis F Altersabhängige Veränderungen des Glaskörpers verursachen das Entstehen traktiver Makulopathien. F Epiretinale Zellproliferationen können bei allen Formen traktiver Makulopathien an der VRGF vorkommen. F Bei allen Patienten mit epiretinalen Zellproliferationen sollte die ILM chirurgisch im Bereich der Makula entfernt werden.
Korrespondenzadresse PD Dr. R.G. Schumann Vitreoretinale Pathologie und Elektronenmikroskopie, Augenklinik der Ludwig- Maximilians-Universität Mathildenstr. 8, 80336 München [email protected]
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Einhaltung ethischer Richtlinien Interessenkonflikt. R.G. Schumann, A. Gandorfer, A. Kampik und C. Haritoglou geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht. Dieser Beitrag beinhaltet keine Studien an Menschen oder Tieren.
Literatur 1. Sebag J (2004) Anomalous posterior vitreous detachment: a unifying concept in vitreo-retinal disease. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 242:690– 698 2. Johnson MW (2010) Posterior vitreous detachment: evolution and complications of its early stages. Am J Ophthalmol 49:371–382 3. Uchino E, Uemura A, Ohba N (2001) Initial stages of posterior vitreous detachment in healthy eyes of older persons evaluated by optical coherence tomography. Arch Ophthalmol 119:1475–1479 4. Sebag J (2008) Vitreochisis. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 246:329–332 5. Sebag J, Wang MY, Nguyen D et al (2009) Vitreopapillary adhesion in macular diseases. Trans Am Ophthalmol Soc 107:35–46 6. Johnson MW (2005) Perifoveal vitreous detachment and its macular complications. Trans Am Ophthalmol Soc 103:537–567 7. Ng CH, Cheung N, Wang JJ et al (2011) Prevalence and risk factors for epiretinal membranes in a multi-ethnic United States population. Ophthalmology 118:694–699 8. Kampik A, Green WR, Michels RG et al (1980) Ultrastructural features of progressive idiopathic epiretinal membrane removed by vitreous surgery. Am J Ophthalmol 90:797–809 9. Kampik A, Kenyon KB, Michels RG et al (1981) Epiretinal and vitreous membranes: comparative study of 56 cases. Arch Ophthalmol 99:1445–1454 10. Smiddy WE, Maguire AM, Green WR et al (1989) Idiopathic epiretinal membranes: ultrastructural characteristics and clinicopathologic correlation. Ophthalmology 96:811–820 11. Bartz-Schmidt K-U, Bertram B, Bornfeld N et al (2013) Current Statement of the German Ophthalmological Society, the Retina Society and the Professional Association of German Ophthalmologists for therapeutic intravitreal application of Ocriplasmin (JETREA ®) in ophthalmology (May 2013). Klin Monbl Augenheilkd 230:629–634 12. Duker JS, Moshfeghi AA (2013) Ocriplasmin: a medical or surgical therapy? Retina 33:2001–2002 13. Stalmans P, Duker JS, Kaiser PK et al (2013) OCTbased interpretation of the vitreomacular interface and indications for pharmacologic vitreolysis. Retina 33:2003–2011 14. Green WR (2006) The macular hole: histopathologic studies. Arch Ophthalmol 124:317–321 15. Messmer EM, Heidenkummer HP, Kampik A (1998) Ultrastructure of epiretinal membranes associated with macular holes. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 236:248–254 16. Schumann RG, Schaumberger MM, Rohleder M et al (2006) Ultrastructure of the vitreomacular interface in full-thickness idiopathic macular holes: a consecutive analysis of 100 cases. Am J Ophthalmol 141:1112–1119 17. Hiscott PS, Grierson I, Trombetta CJ et al (1984) Retinal and epiretinal glia – an immunochistochemical study. Br J Ophthalmol 68:698–707
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R.G. Schumann1 · A. Gandorfer2 · A. Kampik1 · C. Haritoglou3 1 Vitreoretinale Pathologie und Elektronenmikroskopie, Augenklinik
der Ludwig-Maximilians-Universität, München 2 MVZ Memmingen, Memmingen 3 Augenklinik Herzog Carl Theodor, München
Klinisch-pathologische Korrelationen an der vitreoretinalen Grenzfläche Das Hauptmerkmal aller traktiven Makulopathien ist das Vorhandensein von Zugkräften an der vitreoretinalen Grenzfläche (VRGF) im Bereich der Makula. Zu den traktiven Makulopathien gehören insbesondere die Makulaforamen (MF), die epiretinale Gliose, die vitreomakuläre Traktion (VMT) im Sinne einer symptomatischen vitreomakulären Adhäsion sowie das vitreomakuläre Traktionssyndrom (VMTS). Die pathologischen Veränderungen entstehen dabei an der anatomischen Grenze zwischen Glaskörper und Netzhaut. Hauptbestandteil der VRGF ist die innere Grenzmembran, die Membrana limitans interna (ILM). Diese dünne, transluzide Struktur stellt die Basalmembran der Müller-Zellen dar und fungiert als Leitschiene für fibrozelluläre Proliferationen, die an der vitrealen Seite der ILM dichte, kontraktile epiretinale Membranen (ERM) ausbilden können. Die pathologischen Veränderungen an der VRGF (. Abb. 1) sind bei den traktiven Makulopathien eng verknüpft mit den altersbedingten Veränderungen des Glaskörpers. Durch die ungleiche Verteilung der altersabhängigen hinteren Glaskörperabhebung, die perifoveal im Bereich der Makula beginnt und sich langsam in die Peripherie der Netzhaut fortsetzt, entstehen persistierende Adhäsionen zwischen Glaskörper und Makula, die durch einfache okuläre Sakkaden zu anteroposterior oder tangential gerichteten
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Traktionen an der Netzhaut führen können [1, 2, 3]. Neben dem Auftreten von vitreomakulären Adhäsionen kann es im Rahmen einer inkompletten altersabhängigen hinteren Glaskörperabhebung auch zu einem Verbleib von Kollagenfibrillen der Glaskörperrinde an der Netzhautoberfläche kommen, der Vitreoschisis [4]. Die unterschiedliche Größe und Ausprägung der vitreomakulären Traktion verursacht die interindividuelle Vielfalt der klinischen Veränderungen bei den traktiven Makulopathien [5, 6]. Dabei scheint der Ort der vitreomakulären Adhäsion direkt mit dem Ort der mechanisch bedingten strukturellen Schädigung der Netzhaut zu korrelieren. Zu den direkten pathologischen Effekten der vitreoretinalen Traktion zählen die Dedifferenzierung, Proliferation und Migration von retinalen und extraretinalen Zellen. Epiretinale Membranen, korrekter bezeichnet als prämakuläre Membranen, entstehen an der vitrealen Seite der ILM und besitzen eine hohe Prävalenz in der Bevölkerung. Jeder Dritte 45-Jährige weist eine funduskopisch sichtbare ERM auf [7]. In den vergangenen Jahren wurden unterschiedliche Zellarten an der ILM durch morphologische und immunhistologische Untersuchungen beschrieben. Dabei wurde über das Vorkommen retinaler Zellen wie Astrozyten, MüllerZellen und Mikrogliazellen sowie extraretinaler Zellen wie Fibrozyten, Myofibroblasten, Hyalozyten, retinale Pigmentepithelzellen und Makrophagen berichtet [8, 9, 10]. Die genaue Zuordnung der einzelnen Phänotypen wird jedoch er-
heblich durch eine Transdifferenzierung der Zellen im epiretinalen Zellverband erschwert. Darüber hinaus sind die Komponenten der extrazellulären Matrix epiretinaler Membranen im Vergleich zu den zellulären Bestandteilen weitaus weniger bekannt. Neben der operativen Intervention steht in ausgesuchten Fällen die pharmakologische Vitreolyse mittels Ocriplasmin als Therapiemöglichkeit seit 2013 zur Verfügung [11, 12, 13]. Epiretinale Membranen sowie breitbasige, feste VMT lassen sich durch die Anwendung von Ocriplasmin jedoch nicht lösen. Zur Entlastung dieser vitreoretinalen Traktionen, die häufig durch ERM verstärkt werden, muss deshalb weiterhin der Glaskörper während der Vitrektomie von der Netzhaut gelöst und die ILM von der Netzhautoberfläche mikrochirurgisch entfernt werden. Dieses sog. „Peeling“ der ILM zusammen mit pathologischem, epiretinalem Gewebe ist wesentliche Voraussetzung für eine erfolgreiche Therapie.
Fragestellungen Im Wesentlichen wurden in den dargestellten Arbeiten folgende Fragestellungen untersucht: F Welcher Zusammenhang besteht zwischen dem Auftreten epiretinaler Zell- und Kollagenansammlungen an der ILM und dem Vorliegen einer altersabhängigen hinteren Glaskörperabhebung? F Welchen Einfluss hat das Vorhandensein von Glaskörperkollagen an der
Leitthema
Abb. 1 8 Vitreoretinale Grenzfläche (VRGF). a Lichtmikroskopische Darstellung der Netzhaut im Serienschnitt nach Hämatoxylin-Eosin-Färbung (Vergr. 100:1). b Lichtmikroskopische Darstellung der VRGF mit innerer Grenzmembran (ILM; Pfeilspitzen) und Müller-Zell-Endplatten (MZE) der retinalen Nervenfaserschicht (Vergr. 400:1). c Transmissionselektronenmikroskopische Darstellung der VRGF mit ILM (Stern) und Müller-Zell-Endplatten (MZE; Vergr. 3600:1). d Lichtmikroskopische Darstellung der ILM (Stern) mit kontinuierlicher Schicht von direkt aufliegendem Glaskörperkollagen (Pfeilspitze) nach Vitreoschisis und epiretinalen Zellen an der vitrealen Seite der ILM (Vergr. 1000:1). e Transmissionselektronenmikroskopische Darstellung der ILM (Stern) mit pathologischer Auflagerung von Glaskörperkollagen (Pfeilspitzen) und epiretinaler Zellproliferation (Vergr. 9500:1). f Rasterelektronenmikroskopische Darstellung der VRGF mit Zellfortsätzen epiretinaler Zellen an der vitrealen Seite der ILM und charakteristischen Knopf-ähnlichen Undulationen der retinalen Seite der ILM (Vergr. 2000:1)
ILM auf den Operationserfolg nach Vitrektomie? F Welche Zellarten lassen sich an der vitrealen Seite der ILM bei traktiven Makulopathien morphologisch und immunhistologisch charakterisieren? F Welche Hinweise ergeben sich bezüglich der Herkunft traktiver Zellkomponenten in epiretinalen Membranen?
Methodik Mittels einer semistrukturierten Literaturrecherche in gängigen Datenbanken und Suchmaschinen (Medlinse, Embase)
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wurde nach relevanten Daten zu klinischpathologischen Korrelationen bei traktiven Makulopathien an der VRGF gesucht. Diese Daten wurden mit wichtigen Übersichtsartikeln und neuen Buchbeiträgen abgeglichen. Ziel war dabei, einen möglichst umfassenden Überblick zu den Ergebnissen klinisch-pathologischer Untersuchungen der VRGF zu geben. Die hier vorgestellten Ergebnisse wurden mehrheitlich durch die Aufbereitung chirurgisch exzidierter Präparate von ILM und ERM bei Makulaforamen, epiretinaler Gliose und vitreomakulärem Traktionssyndrom gewonnen. Die Morphologie der Präparate wurde meist mit Befun-
den der hochauflösenden optischen Kohärenztomographie (OCT) korreliert. Für die Analyse von zellulären und extrazellulären Bestandteilen der ILM und ERM kamen die Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie, die Fluoreszenzmikroskopie sowie die Interferenz- und Phasenkontrastmikroskopie mit immunologischem Antigenitätsnachweis am Serienschnitt oder am Flachpräparat zum Einsatz. Durch die Einführung der neuen Flachpräparation von ILM und ERM war es kürzlich gelungen, zelluläre und fibrozelluläre Proliferationen bei allen Formen der traktiven Makulopathien an der ILM immunhistologisch aus der En-face-
Zusammenfassung · Abstract Ophthalmologe 2015 · 112:20–28 DOI 10.1007/s00347-014-3049-5 © Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2015 R.G. Schumann · A. Gandorfer · A. Kampik · C. Haritoglou
Klinisch-pathologische Korrelationen an der vitreoretinalen Grenzfläche Zusammenfassung Hintergrund. Klinisch-pathologische Untersuchungen der vitreoretinalen Grenzfläche (VRGF) haben das vorrangige Ziel, das Verständnis für die Entstehung traktiver Makulopathien zu verbessern, die differenzialdiagnostische Abgrenzung gegenüber anderen Makulaerkrankungen zu optimieren sowie das therapeutische Vorgehen in der Makulachirurgie weiterzuentwickeln. Fragestellung. Es erfolgt die Darstellung der Ergebnisse klinisch-pathologischer Untersuchungen der VRGF. Material und Methode. Mittels einer semistrukturierten Literaturrecherche in gängigen Datenbanken und Suchmaschinen (Medlinse, Embase) wurde nach relevanten Daten zu klinisch-pathologischen Korrelationen bei traktiven Makulopathien an der VRGF gesucht. Diese Daten wurden mit wichtigen Übersichtsartikeln und neuen Buchbeiträgen abgeglichen.
Ergebnisse. Altersbedingte Veränderungen des Glaskörpers mit persistierenden vitreomakulären Adhäsionen spielen eine wesentliche Rolle bei der Entstehung epiretinaler zellulärer Proliferationen und der Neubildung von Kollagen an der VRGF. Zelluläre und fibrozelluläre Proliferationen können an der vitrealen Seite der inneren Grenzmembran (ILM) bei allen Formen der traktiven Makulopathien vorkommen. Auch der Verbleib von Glaskörperkollagen an der ILM, wie er bei einer Vitreoschisis auftritt, ist nachweislich mit dem Auftreten epiretinaler Zellproliferationen assoziiert. Gliazellen, Hyalozyten und α-SMA-positive Myofibroblasten stellen die prädominierenden Zelltypen in epiretinalen Proliferationen dar. Sowohl Gliazellen als auch Hyalozyten können sich zu Myofibroblasten transdifferenzieren, die nicht nur starke kontraktile Eigenschaften besitzen, son-
dern auch exzessiv kollagene extrazelluläre Matrix produzieren. Schlussfolgerungen. Als therapeutische Zielvorgabe lässt sich die möglichst vollständige Entfernung aller Glaskörperkollagenreste und -adhäsionen von der ILM formulieren. Bei Auftreten epiretinaler fibrozellulärer Proliferationen im Bereich der Makula sollte die ILM jedoch chirurgisch entfernt werden, um Reproliferationen und Rezidive zu vermeiden. Zu verbessern bleibt zukünftig die Darstellbarkeit dieser epiretinalen Zellproliferationen an der VRGF durch neue bildgebende Technologien und die Weiterentwicklung der optischen Kohärenztomographie. Schlüsselwörter Makulopathie · Glaskörper · Optische Kohärenztomographie · Innere Grenzmembran · Zellproliferation
Clinicopathological correlations at the vitreoretinal interface Abstract Background. Clinicopathological studies of the vitreoretinal interface (VRI) improve our understanding of the pathogenesis of vitreal maculopathy, facilitate differential diagnoses and help to develop new treatment strategies. Objective. The aim of the study was to provide a comprehensive overview on clinicopathological correlations of the VRI. Methods. A semi-structured literature search was performed in the Medline and Embase databases for relevant original studies on clinicopathological correlations of vitreal maculopathy, in addition to the latest books and review articles. Results. Age-related vitreous changes with persistent vitreomacular adhesions on the retinal surface promote cellular migration and proliferation onto the vitreal side of the
Perspektive genauer zu charakterisieren. Dabei ergänzt die Flachpräparation insbesondere in der Analyse von Zellverteilung und Zellzahl sowie in der Darstellbarkeit von zellspezifischen Antigenen die konventionelle Serienschnittpräparation.
internal limiting membrane (ILM), thereby cementing the vitreomacular adhesions and strengthening the traction forces on retinal layers. Cellular or fibrocellular proliferation at the vitreomacular interface can be seen in all vitreal maculopathies. Furthermore, vitreoschisis in the context of anomalous posterior vitreous detachment causes the presence of vitreous cortex collagen fibrils on the vitreal side of the ILM which is associated with epiretinal membrane formation. Glial cells, hyalocytes and myofibroblasts represent the major cell types in the epiretinal cell proliferation. Glial cells and hyalocytes are capable of transdifferentiation into myofibroblasts which possess strong contractive properties and are well known for the production of extracellular matrix components.
Ergebnisse klinisch-pathologischer Korrelationen Eine detaillierte Übersicht über die ultrastrukturellen Eigenschaften epiretinaler Zell- und Kollagenkomponenten ist in . Tab. 1 sowie eine Übersicht über die wichtigsten Zielstrukturen der Antikörperfärbungen in . Tab. 2 dargestellt.
Conclusion. Removing vitreomacular adhesions and vitreous cortex collagen fibrils from the retinal surface is most important for successful treatment. In cases with epiretinal cell proliferation, however, removal of the ILM during macular surgery is mandatory to avoid reproliferation and recurrence. Improving the detection of epiretinal cell proliferation and cell distribution in patient eyes by optical coherence tomography or by introduction of new technologies should be addressed in the future. Keywords Maculopathy · Vitreous body · Optical coherence tomography · Internal limiting membrane · Cell proliferation
Idiopathische Makulaforamen Seit der Einführung des gezielten ILMPeelings bei MF wurden die Präparate der ILM zunächst ultrastrukturell später auch immunzytochemisch analysiert [8, 9, 10, 14, 15, 16, 17]. Die Ergebnisse zeigten, dass epiretinale Zellen regelmäßig an der ILM vorhanden waren – sowohl bei idiopathischen MF, rezidivierenden MF Der Ophthalmologe 1 · 2015
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Leitthema Tab. 1 Übersicht über ultrastrukturelle Charakteristika epiretinaler Zell- und Kollagenkom-
ponenten epiretinaler Zellproliferationen Zell- und Kollagenkomponenten Fibröse Astrozyten
Hyalozyten
Myofibroblasten
Fibroblasten
Makrophagen Retinale Pigmentepithelzellen Glaskörperkollagen Neu gebildetes Kollagen
Ultrastrukturelle Charakteristika – Intrazytoplasmatische Intermediärfilamente – Polarisation mit Basalmembran – Junktionale Komplexe – Lobulärer Zellkern – Vakuolen, Vesikel und Mitochondrien – Zellausläufer – Subplasmalemmale Aggregate zytoplasmatischer Filamente – Raues endoplasmatisches Retikulum – Fusiformer Zellkern – Massen an rauem endoplasmatischem Retikulum – Prominente Golgi-Komplexe – Fusiformer Zellkern – Multiple pleomorphe intrazytoplasmatische Vesikel – Irregulärer Zellkern – Intrazytoplasmatische Melaningranula – Polarisation und Mikrovilli – Fibrillendurchmesser: 10–16 nm – Periodizität: 22 nm, regelmäßige Anordnung – Fibrillendurchmesser: >16 nm – Periodizität: >22 nm, irreguläre Anordnung
Tab. 2 Übersicht über die wichtigsten Zielstrukturen in immunhistologischen Untersu-
chungen epiretinaler Zellproliferationen AntiGFAP („glial fibrillary acidic protein“) Vimentin CRALBP („cellular retinaldehyde-binding protein“) CD-45 CD-64 CD-163 α-SMA („alpha-smooth muscle actin“) panCK (Zytokeratine) Collagen-I Collagen-II Collagen-III Collagen-IV Laminin Fibronektin
als auch bei Makulaschichtforamen [18, 19, 20]. Strukturelle Unterschiede fanden sich vor allem in der Zellverteilung und den Zelltypen sowie in der Kollagenverteilung und den Kollagenarten. Dabei waren die fibrozellulären Proliferationen bei MF auch dann vorhanden, wenn sich in der OCT keine ERM darstellen ließen. Schon 2006 demonstrierte die ultrastrukturelle Analyse der ILM von 100 Patienten mit idiopathischen MF °III und °IV das Vorkommen von fibrozellulären Proliferationen bei mehr als der Hälfte aller Patienten anhand der konventionellen
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Zielstruktur Gliazellen Gliazellen Gliazellen, retinale Müller-Zellen Hyalozyten Hyalozyten Hyalozyten Myofibroblasten Retinale Pigmentepithelzellen Neu gebildetes Kollagen Glaskörperkollagen Neu gebildetes Kollagen Innere Grenzmembran Glykoprotein in innerer Grenzmembran Glykoprotein in extrazellulärer Matrix
Serienschnitttechnik [16]. Natives Glaskörperkollagen an der ILM wurde fast ebenso häufig gefunden. Das Vorkommen von Glaskörperkollagenfibrillen an der ILM war in MF °IV signifikant häufiger als in MF °III. Da per definitionem nach Gass bei MF °III eine partielle und bei MF °IV eine komplette hintere Glaskörperabhebung vorliegt, war demnach die Häufigkeit des Vorhandenseins von Glaskörperkollagen an der ILM vom Glaskörperstatus abhängig. Des Weiteren fanden sich mehrschichtige Zellproliferationen an der ILM häufiger in MF °IV. Wenn Kollagen-
fibrillen der Glaskörperrinde an der ILM gefunden wurden, waren immer zelluläre Proliferationen aufgelagert. Die Einführung der Flachpräparation, die von Hisatomi et al. [21] vorgeschlagen und von Gandorfer et al. [22, 23] modifiziert wurde [18], ermöglichte seit 2008 die neue und detaillierte Auswertung der zellulären Proliferationen bei idiopathischen MF (. Abb. 2).
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Epiretinale Zellen sind bei Makulaforamen regelmäßig an der Membrana limitans interna vorhanden Hierbei zeigte sich die Gesamtfläche der jeweils entfernten ILM mit der Gesamtzellzahl und der Gesamtzellverteilung im Überblick. Zelluläre Proliferationen an der ILM wurden auf diese Weise bei allen Präparaten von 60 Patienten mit idiopathischen MF °II, °III und °IV gefunden. Die Zellen waren entweder homogen verteilt oder bildeten Zellcluster mit einer großen Streubreite von Zellzahl und Gesamtfläche. Präparate mit Zellclustern wiesen eine signifikant höhere Zelldichte im Vergleich zu Präparaten mit homogener Zellverteilung auf. Mittels Flachpräparation ist 2011 die Darstellung zellspezifischer Antigene von Myofibroblasten, Gliazellen und Hyalozyten in ILM-Präparaten idiopathischer MF gelungen [18]. Dabei fiel besonders die Kolokalisation von GFAP/CD45, GFAP/ CD64, GFAP/CD68, GFAP/CRALBP sowie von GFAP/CD90 auf. Die raster- und transmissionselektronenmikroskopischen Untersuchungen bestätigen ebenfalls das Vorkommen dieser Zelltypen. Der Viabilitätstest zeigte einen prozentualen Anteil von 73% (SD 29%) lebenden Zellen im ILM-Präparat.
Rezidivierende Makulaforamen Die ultrastrukturelle Analyse von Präparaten der Vitrektomie bei rezidivierenden MF zeigte das Vorhandensein von ausgeprägten, mehrschichtigen fibrozellulären Proliferationen in den Präparaten der zweiten Vitrektomie. Dabei konnten Reste der ILM, die während der ersten Vitrektomie nicht vollständig im gesamten Be-
Abb. 2 9 Makulaforamen. a Fundusbild. b Hochauflösende optische Kohärenztomographie. c Die Phasenkontrastaufnahme zeigt im Flachpräparat, dass die Zellverteilung auf der Membrana limitans interna (ILM) um das Makulaforamen nicht direkt am Foramenrand beginnt, sondern im Abstand von wenigen Mikrometern (Vergr. 100:1). d Die Transmissionselektronenmikroskopie des Serienschnitts stellt die ILM (Stern) mit aufliegender Glaskörperkollagenschicht (Coll) und einzelnen epiretinalen Zellansammlungen dar (Vergr. 4800:1)
reich der Makula gepeelt wurden, während der zweiten Vitrektomie entfernt werden [20]. D Myofibroblasten und Fibrozyten
prädominierten in allen Präparaten. Die Zellen dieser ausgeprägten epiretinalen Proliferationen waren im Gegensatz zu den Präparaten der ersten Vitrektomie irregulär in mehrschichtigen Zellhaufen an der Netzhautoberfläche verteilt. Große Mengen neu gebildeten Kollagens bestimmten überwiegend die extrazelluläre Matrix und fanden sich eingebettet in irregulär angeordnete Zellproliferationen. Die Präparate der ersten Vitrektomie wiesen dagegen regelmäßig verteilte, zelluläre Multilayer auf, die auf einer kontinuierlichen Schicht von Glaskörperkollagen an der ILM verteilt waren.
Makulaschichtforamen
Abb. 3 8 Makulaschichtforamen. a Infrarot-Scanning-Laser-Fundusaufnahme. b Hochauflösende optische Kohärenztomographie mit prämakulär aufgelagerter Schicht mäßig-hoch reflexiven Materials ohne kontraktile Komponente (Pfeilspitzen). c Intraoperatives Fundusbild mit Peeling dieses Gewebes (Pfeilspitzen; aus [19] mit freundl. Genehmigung der Association for Research in Vision and Ophthalmology). d Die transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme zeigt dichtes Glaskörperkollagenband mit fibrillären Kollagenpräzipitaten, dem sog. „fibrous long-spacing collagen“ (Detail), als Zeichen von Ab- und Umbauvorgängen im Glaskörperkollagen (Vergr. 4800:1)
Makulaschichtforamen zeigten morphologische Unterschiede des epiretinalen Gewebes an der ILM im Vergleich zu idiopathischen MF. Immunzytochemische und elektronenmikroskopische Untersuchungen bestätigten die präoperativen Unterschiede der OCT [19]. Es fanden sich sowohl verschiedene zelluläre Komponenten als auch verschiedene Kollagenarten. Die intraoperative Evaluierung des Glaskörperstatus zeigte, dass Der Ophthalmologe 1 · 2015
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Leitthema
Abb. 4 9 Epiretinale Gliose. a Fundusbild. b Hochauflösende optische Kohärenztomographie. c Die Phasenkontrastaufnahme zeigt die typische dichte und homogen verteilte Zellproliferation im Flachpräparat (Vergr. 400:1). d Immunelektronenmikroskopische Untersuchungen stellen Hyalozyten auf einer Glaskörperkollagenschicht (Coll) dar, die mittels Applikation von Nanogoldpartikeln markiert wurden. Die Nanogoldpartikel (Pfeilspitzen) sind gegen CD45 gerichtet, eine transmembranständige Tyrosinphosphatase (Vergr. 9500:1)
sich der Glaskörper bei den meisten Patienten noch nicht von der Netzhaut gelöst hatte, sondern am hinteren Pol anlag. Die hochreflexive Linie, die sich im OCT anterior, aber separat der retinalen Nervenfaserschicht darstellte, entsprach einer epiretinalen Proliferation von Zellen, die positiv für Gliazellmarker und Hyalozytenzellmarker getestet werden konnte. In diesen epiretinalen Membranen fanden sich häufig zelluläre kontraktile Komponenten mit einer positiven Immunreaktion für Anti-α-SMAAntikörper, die gegen intrazelluläre Aktinfilamente von Myofibroblasten gerichtet sind. Im Gegensatz dazu zeigte epiretinales Gewebe, das im OCT als homogene Schicht mäßig reflexiven Materials beschrieben wurde, keine kontraktilen zellulären Komponenten in der immunzytochemischen und ultrastrukturellen Untersuchung (. Abb. 3). Stattdessen fand sich ultrastrukturell eine dichte Schicht von Glaskörperkollagen mit locker aufgelagertem Zellbestand, der ebenfalls positiv für Gliazellmarker und Hyalozytenzellmarker getestet werden konnte. Allerdings fanden sich darin keine kontraktilen Zellkomponenten. Zusätzlich war in den dichten Strängen des Glaskörperkollagens eine Vielzahl von periodisch quergebänderten, kompakten, fibrillären Präzipitaten gefunden worden, das sog. „fibrous long-spacing collagen“, das als Ab-
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und Umbauprodukt u. a. bei kollagenolytischen Prozessen auftritt.
Epiretinale Gliose Die chirurgisch gewonnenen Präparate von ILM und ERM bei Augen mit epiretinaler Gliose zeigten eine hohe Variabilität von Gesamtfläche und Gesamtzellzahl [24, 25]. In der Hälfte aller Präparate zeigte sich eine homogene Zellverteilung, in der anderen Hälfte das Auftreten von Zellclustern (. Abb. 4). Die zellulären Komponenten in ERM von Patienten mit epiretinaler Gliose wurden durch Kampik et al. frühzeitig beschrieben. Fünf Zelltypen wurden ultrastrukturell differenziert, die je nach Grunderkrankung in der epiretinalen Zellkomposition variieren können: F Fibrozyten, F fibröse Astrozyten, F Makrophagen, F Myofibroblasten-ähnliche Zellen (. Abb. 5), F retinale Pigmentepithelzellen (nur im Zusammenhang mit Ablatio retinae). Allen ERM gemeinsam waren das Vorkommen von Kollagen und die Myofibroblasten-ähnlichen Eigenschaften unterschiedlicher Zelltypen, die für die kontraktile Aktivität in ERM verantwortlich sind.
Die fluoreszenzmikoskopische Analyse mit Antigennachweis von Gliazellen und Hyalozyten sowie α-SMA-positiven Myofibroblasten ergab 2013 wichtige Erkenntnisse über das Vorkommen epiretinaler Zellen bei epiretinaler Gliose [24]. Dabei stellten sich positive Anfärbungen für Anti-GFAP, -CD163, -CD45 und -α-SMA in allen mit diesen Antikörpern getesteten Präparaten dar. Hervorzuheben ist, dass die Immunfärbung für Anti-α-SMA in Präparaten von Patienten mit partieller hinterer Glaskörperabhebung quantitativ stärker war als bei Präparaten von Patienten mit komplett abgehobenem Glaskörper. Des Weiteren wurden bei Vorliegen einer partiellen hinteren Glaskörperabhebung mit vitreomakulären Adhäsionen häufiger Zellcluster auf der ILM gefunden.
Vitreomakuläre Traktion und vitreomakuläres Traktionssyndrom Wenn vitreomakuläre Adhäsionen persistieren und dauerhaft Zugkräfte auf die Makula ausüben, dann entstehen durch Dedifferenzierung, Migration und Proliferation von extraretinalen und retinalen Zellen an Stellen der VMT mehrschichtige fibrozelluläre Membranen, die die bestehende vitreomakuläre Adhäsion zementieren und zu einem VMTS führen können [26].
Abb. 5 9 Vitreomakuläres Traktionssyndrom. a Fundusbild. b Hochauflösende optische Kohärenztomographie. c Die Phasenkontrastaufnahme zeigt die typische Clusterformation (Pfeilspitzen) der Zellproliferation neben sonst blanker Membrana limitans interna (Stern; Vergr. 100:1). d Die immunzytochemische Darstellung präsentiert die Lokalisation von αSMA-positiven Zellen (rot) mit Zellkernfärbung (blau) im Flachpräparat (Vergr. 200:1)
Histologische und ultrastrukturelle Untersuchungen von en bloc gepeelten Präparaten konnten im Serienschnittverfahren die Interaktion zwischen Glaskörper, epiretinalen Zellen und ILM bei Patienten mit VMTS demonstrieren [27, 28]. Natives Glaskörperkollagen zeichnet sich durch einen Fibrillendurchmesser von 8–15 nm und einer regelmäßigen Anordnung der Kollagenfibrillen aus. In einer konsekutiven Serie von en bloc gepeelten Präparaten bei VMTS zeigten Gandorfer et al. [27], dass in der einen Hälfte der Präparate zelluläre Monolayer an der ILM vorkamen, die mittels Biomikroskopie nicht erkannt werden konnten. Und in der anderen Hälfte der Präparate wurden mehrschichtige Zellproliferationen auf einer kontinuierlichen Schicht Glaskörperkollagen an der ILM gefunden. In immunzytochemischen Untersuchungen am Flachpräparat zeigte sich meist eine Clusterformation der epiretinalen Zellproliferation mit stark positiver Immunreaktion für Myofibroblasten (. Abb. 5, [24].) In einer Studie von 2012 wurden die epiretinalen Zellproliferationen bei VMTS sequenziell gepeelt [29]. Dabei konnte gezeigt werden, dass nach dem ersten Peeling in einem Drittel der Fälle die ERM und die ILM zusammen entfernt wurden. In diesen Präparaten befand sich die Zellproliferation direkt auf der ILM. In zwei Drittel der Fälle verblieb die ILM
an der Netzhautoberfläche zusammen mit durchschnittlich 20% der ursprünglich vorhandenen epiretinalen Zellen der ERM. In diesen Präparaten war Glaskörperkollagen vorhanden. Der Anteil der Zellen, die noch auf der ILM verblieben waren, wurde immunzytochemisch als Gliazellen und Hyalozyten identifiziert.
Schlussfolgerungen Die Ergebnisse der dargestellten Arbeiten ermöglichen eine Beantwortung oben genannter Fragen und stellen gleichzeitig die Bedeutung des Glaskörpers und seiner altersabhängigen Veränderungen bei der Entstehung vitreoretinaler Erkrankungen als wesentlich heraus [30]: Zelluläre und fibrozelluläre Proliferationen an der ILM können bei allen Formen der traktiven Makulopathien vorkommen. Dabei ist der Verbleib von Glaskörperkollagen an der ILM, wie er bei einer Vitreoschisis auftritt, nachweislich mit dem Auftreten epiretinaler Zellproliferationen assoziiert. Des Weiteren spielen persistierende vitreomakuläre Adhäsionen eine wesentliche Rolle bei der Entstehung epiretinaler zellulärer Proliferationen und der Neubildung von Kollagen an der VRGF. Im verbliebenen Glaskörperkollagen finden sich Ansammlungen fibrillärer Kollagenpräzipitate bei allen traktiven Makulopathien. Dieses sog. „fibrous long-
spacing collagen“ wird als Zwischenprodukt im Rahmen eines kollagenolytischen Prozesses gewertet und zeigt im Zusammenhang mit zellulären Proliferationen an der ILM einen Ab- und Umbauprozess von Glaskörperkollagen an. Bei traktiven Makulopathien besteht das epiretinale Gewebe aus pathologischen Ansammlungen von retinalen und extraretinalen Zellen. Dabei spielt insbesondere die Proliferation von Gliazellen und Hyalozyten an der vitrealen Seite der ILM eine wichtige Rolle. Des Weiteren sind α-SMApositive Myofibroblasten in epiretinalem Gewebe bei allen Formen traktiver Makulopathien von Bedeutung. Sie treten in großer Menge auf und besitzen nicht nur starke kontraktile Eigenschaften, sondern sie sind auch für eine exzessive Produktion kollagener extrazellulärer Matrix bekannt, wie das Vorkommen von neu gebildetem Kollagen in vielen Präparaten belegen konnte. Myofibroblasten bewirken damit einen Großteil der retinalen Veränderungen und Umbauprozesse bei traktiven Makulopathien. Die Kolokalisation von zellspezifischen Antigenen weist auf eine Transdifferenzierung von Gliazellen und Hyalozyten zu α-SMA-positiven Myofibroblasten hin. Damit haben Myofibroblasten in epiretinalen Zellproliferationen verschiedene Ursprungsquellen, nämlich retinale und extraretinale. Als therapeutische Zielvorgabe lässt sich die möglichst vollständige EntferDer Ophthalmologe 1 · 2015
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Leitthema nung aller Glaskörperkollagenreste und -adhäsionen von der ILM formulieren. Die Zulassung von Ocriplasmin gilt aus dieser Sicht als vielversprechende Therapieoption in ausgewählten Fällen.
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Ziel ist die vollständige Entfernung aller Glaskörperkollagenreste von der Membrana limitans interna Bei allen Patienten mit epiretinalen fibrozellulären Proliferationen sollte die ILM jedoch im Bereich der Makula chirurgisch entfernt werden. Zukünftig bleibt die Darstellbarkeit dieser epiretinalen Zellproliferationen an der VRGF zu verbessern, da neuere histologische Ergebnisse zeigen, dass auch mittels neuester hochauflösender OCT insbesondere beginnende epiretinale Zellproliferationen und ihre kontraktilen Komponenten nicht regelmäßig zur Darstellung kommen.
Fazit für die Praxis F Altersabhängige Veränderungen des Glaskörpers verursachen das Entstehen traktiver Makulopathien. F Epiretinale Zellproliferationen können bei allen Formen traktiver Makulopathien an der VRGF vorkommen. F Bei allen Patienten mit epiretinalen Zellproliferationen sollte die ILM chirurgisch im Bereich der Makula entfernt werden.
Korrespondenzadresse PD Dr. R.G. Schumann Vitreoretinale Pathologie und Elektronenmikroskopie, Augenklinik der Ludwig- Maximilians-Universität Mathildenstr. 8, 80336 München [email protected]
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Einhaltung ethischer Richtlinien Interessenkonflikt. R.G. Schumann, A. Gandorfer, A. Kampik und C. Haritoglou geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht. Dieser Beitrag beinhaltet keine Studien an Menschen oder Tieren.
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