krankung durchgeführt werden. Knapp vier Jahrzehnte später gelang es den Arbeitsgruppen Smith und Penn das Tiermodell der sauerstoffinduzierten Frühgeborenenretinopathie so zu verfeinern, dass es bis heute weltweit als wissenschaftliches Grundlagenmodell für Studien zur Pathogenese und medikamentösen Therapie der ischämieinduzierten angioproliferativen Retinopathie zum Einsatz kommt.

Ein für das Modell wichtiger Unterschied zwischen Mensch und Maus, Ratte oder Katze besteht in der Tatsache, dass die retinale Gefäßentwicklung bei diesen Tieren erst mit der Geburt beginnt ( Abb. 9.2)

Dadurch ist der Einfluss von Sauerstoff auf die retinale Gefäßentwicklung besonders gut zu beobachten und molekularbiologisch zu untersuchen. Werden sieben Tage alte Jungtiere mit den Muttertieren für fünf Tage bei 75% Sauerstoff gehalten, entsteht eine zentrale, avaskuläre Zone bei der Maus bzw. unter ähnlichen Bedingungen bei der Ratte ein Wachstumsstopp der retinalen Gefäßentwicklung. Beides führt nach Rückkehr in normale Raumluft zu einer relativen Hypoxie mit anschließender »überschießender« Gefäßneubildung, die ähnlich wie beim Menschen den Glaskörper erreichen kann. Im Mausmodell normalisiert sich das retinale Gefäßbild ohne experimentelle Manipulation 10 bis 13 Tage nach der Sauerstoffexposition, sodass fortgeschrittene Stadien der Frühgeborenenretinopathie im OIR-Modell in der Regel nicht zu sehen sind.

Neben den morphologischen Beobachtungen des retinalen Gefäßnetzes ist es im Tiermodell möglich die Wachstumsfaktoren nachzuweisen, die bestimmte Stadien der proliferativen Retinopathie charakterisieren. Der am besten beschriebene Wachstumsfaktor ist der Gefäßwachstumsfaktor VEGF (»vascular endothelial growth factor«, s. u.). Im Mausmodell steigt die retinale Produktion dieses Wachstumsfaktors nur wenige Stunden nach der Rückkehr aus der sauerstoffreichen Umgebung in normale Raumluft deutlich an, Tage bevor das durch ihn geförderte retinale Gefäßwachstum sichtbar wird ( Abb. 9.3). Auch wenn die vermehrte Expression von VEGF eine wichtige Rolle spielt und beispielhaft für den oben beschriebenen Übergang von Phase I in die proliferative Phase II steht, wird der retinale Gewebeumbau durch andere lokale Wachstumsfaktoren und Zellarten wie Neurone, Astrozyten und Mikrogliazellen mitbestimmt. Dies wird unter anderem daran deutlich, dass auch unter hyperoxischen Bedingungen das periphere, physiologische Gefäßwachstum im Mausmodell nicht vollständig zum Stillstand kommt. Ein weiteres Argument für das Zusammenwirken unterschiedlicher Faktoren ist die Beobachtung, dass die medikamentöse Hemmung von VEGF im Tiermodell nicht zu einer vollständigen Inhibition der proliferativen Retinopathie führt.

9.6Kommunikation im Rahmen retinaler Angiogenese

Abb. 9.3 Angioproliferative Retinopathie im Sauerstoff-induzierten Mausmodell (Flachpräparat nach Fluoreszein-Perfusion an P17). Zentral ist fünf Tage nach der Exposition mit 75%igen Sauerstoff und anschließender Haltung in normaler Raumluft noch die zentrale avaskuläre Zone zu erkennen. In der mittleren Peripherie der Netzhaut zeigen sich die retinalen Gefäßproliferationsbeete

Die Regulierung von retinalem Gefäßwachstum oder retinaler Gefäßstabilität sind aktive biologische Prozesse, an denen verschiedene Wachstumsfaktoren und auch verschiedene Zellentypen der Netzhaut beteiligt sind. Damit ein Gewebskomplex stabil und funktionsfähig bleibt, ist es notwendig, dass die einzelnen Zelltypen Informationen austauschen können. Störfaktoren, wie z.B. Hyperoxie oder Hypoxie, Infektion und Trauma, steigern die Notwendigkeit innerhalb dieses Komplexes zu kommunizieren. Dafür stehen unterschiedliche Kommunikationswege zur Verfügung, die über lösliche Botenstoffe und deren Rezeptoren auf der Zielzelle, über Zell-Zell- oder Zell-Matrix-Kontakt genutzt werden. Dies geschieht mit dem Ziel, das gestörte Gleichgewicht eines Gewebskomplexes in ein neues, stabiles zu überführen, das Funktion und Überleben sichert.

Im Folgenden sollen einige dieser Kommunikationssysteme und -wege ( Abb. 9.4) im Hinblick auf die Frühgeborenenretinopathie des Menschen oder das OIR- Maus-Modell exemplarisch dargestellt werden:

▬VEGF als Beispiel für lösliche Wachstumsfaktoren

▬Ephrine als Mediatoren bei Zell-Zell-Kontakt

Störungen einer biologischen Funktionseinheit zu reagieren. ICM interzelluläre Matrix, BM Basalmembran, Int Integrin, WF löslicher Wachstumsfaktor, R transmembranöser Rezeptor, ML membranständiger Ligand

1-Dimer wurde oben beschrieben. Durch posttranskriptionale Modifikation wie »splicing« entstehen aus einem Gentranskript verschiedene Boten-RNA-Moleküle, die zu den verschiedenen Isoformen von VEGF-A führen. Hier ist es insbesondere das Protein mit 165 Aminosäuren, VEGF-A165, hervorzuheben, das die Permeabilität eines Gefäßes erhöht, die Apoptoserate der Rezeptortragenden Zelle reduziert, die Rekrutierung von Entzündungszellen fördert und vor allem das Wachstum von Endothelzellen anregt. Etwas komplexer wurde das Bild von VEGF-A als von der Arbeitsgruppe um Bates und Churchill in Bristol, England entdeckt wurde, dass weitere Splice-Varianten von VEGF-A existieren, die zwar die gleiche Länge aufwiesen jedoch zum Teil gegensätzlich wirkten. VEGF-A165b wird in vielen gesunden Geweben des Körpers nachgewiesen, auch im Auge. Es wirkt hemmend auf die Gefäßbildung. Mit Entstehen einer proliferativen diabetischen Retinopathie verschiebt sich jedoch das Gleichgewicht von VEGF-A165 und VEGF-A165b zu Gunsten der angiogenen Isoform. Ähnliches konnte in der Glaskörperflüssigkeit von Patienten mit Zentralvenenthombose nachgewiesen werden. Für die Frühgeborenenretinopathie gibt es hierzu noch keine Untersuchungen.

▬Integrine als Orientierungshilfe einer Zelle in der umgebenden interzellulären Matrix

▬IGF-1 in seiner Funktion als modulierendes Somatomedin

9.6.1 VEGF

Der Ophthalmologe Michaelson hat vor über 60 Jahren bereits einen löslichen Faktor X postuliert, der die Ischämie der Netzhaut mit der der Gefäßneubildung im Bereich der Iris in Verbindung bringt. Mit der Entdeckung des VPF (»vascular permeability factor«), der später in »vascular endothelial growth factor« (VEGF) umbenannt wurde, wurde die Hypothese des Faktors X wissenschaftlich überprüfbar und therapeutisch manipulierbar. Von den inzwischen fünf bekannten Genen, die für VEGF-A bis E kodieren, werden VEGF-C und D vor allem mit der Lymphangiogenese in Verbindung gebracht, können jedoch auch die Angiogenese beeinflussen. Dem gegenüber stehen drei bekannte membrangebundene Rezeptoren auf den Zielzellen, VEGFR1 bis R3, wobei letzterer bei der Lymphangiogenese eine bedeutende Rolle spielt.

Eine zentrale Rolle für die Blutgefäßentwicklung unter hypoxischen Bedingungen nimmt das VEGF-A ein. Die Steuerung der VEGF-Transkription durch das HIF-

9.6.2 Integrine

Integrine sind transmembranöse Glukoproteine, die aus einem nichtkovalenten Dimer einer α- und einer β-Untereinheit bestehen. Erstere ist vor allem für die Spezifität dieser Oberflächenrezeptoren zuständig. Die β-Einheit ist für die intrazelluläre Signalweiterleitung unverzichtbar. Integrine stellen den funktionellen Kontakt zwischen einer Zelle, insbesondere ihrem Zytoskelett, und ihrer biologischen Umgebung her. Neben den Zytoadhäsionsmolekulen werden die Leukozytenadhäsionsmoleküle den Integrinen zugeordnet.

Im Zusammenhang mit Augenerkrankungen wurden in Tiermodellen die Rolle des Integrins αV-β1, dem Rezeptor für Fibronektin, Laminin und anderen Matrixproteinen, untersucht. αV-β1 ist an der Migration und Proliferation von Endothelzellen beteiligt. Die medikamentöse Hemmung dieses Dimers führt in dem OIR-Mausmodell zu einer Abnahme der Gefäßproliferationen.

αV-β3 wird neben Osteoklasten häufig auf Endothelzellen sowie glatten Muskelzellen gefunden. Auch wenn dieses Protein häufig als Vitronektin-Rezeptor bezeichnet wird, bindet es an eine Vielzahl von Matrixproteinen. Ähnlich wie αV-β1 ist es auf Endothelzellen und glatten Muskelzellen nachweisbar. Da auch verschiedene Tumorzellen positiv für αV-β3 sind, ist auch dieses Integrin als Ziel einer antiangiogenen Therapie interessant.