Experimental porcine models of retinal ischemia

Abstract: Popular Abstract in Swedish Näthinnan (retina) ligger längst bak i ögat och fungerar som filmen i en kamera. Stavar och tappar registrerar ljus och signalen går via nerver till syncentra i hjärnan. Blodkärl löper genom näthinnan och förser cellerna med syre och näring samt transporterar bort slaggprodukter. Kärlsjukdomar, som t.ex. diabetes, blodproppar i näthinnan till följd av åderförkalkning och högt blodtryck kan skada näthinnan och resultera i synnedsättning eller blindhet. Vid diabetes blir blodkärlen sköra och kan börja läcka. Vid åderförkalkning bildas blodproppar som kan fastna i ögats blodkärl. Om blodkärlen i ögat läcker eller om blodflödet stoppas får inte näthinnan den mängd syre och näring som den behöver och man får syrebrist i näthinnan, s.k. retinal ischemi. Vid retinal ischemi sätts ett lokalt signalsystem igång för att nybilda blodkärl i näthinnan. De nya blodkärlen fungerar inte optimalt, utan växer onormalt och läcker vilket kan leda till synnedsättning. Retinal ischemi är en av de vanligaste orsakerna till blindhet i världen. Vanligtvis behandlar man näthinnan hos dessa patienter med laser. Laserbehandling förhindrar nybildningen av blodkärl, men är en grov metod som slår ut stora delar av näthinnan och påverkar synfältet och mörkerseendet. Nyligen har det kommit läkemedel som blockerar de signalvägar som stimulerar nybildningen av blodkärl i näthinnan, s.k. VEGF-hämmare. Vi tror att det finns stora möjligheter att finna nya och kompletterande läkemedel för att bromsa nybildning av blodkärl i näthinnan på ett mer effektivt sätt. Forskning om de signalvägar som är involverade i utvecklingen av skada efter retinal ischemi går snabbt framåt vad gäller stroke och hjärtinfarkt, som är ischemiska tillstånd i andra delar av kroppen. Vi vill applicera den kunskapen på ischemiska tillstånd i ögat. Det övergripande målet med vårt forskningsprojekt är att upptäcka nya behandlingsmetoder för retinal ischemi. Det specifika syftet med denna avhandling är att skapa retinal ischemi på grisar där skadan på näthinnan så mycket som möjligt liknar den skada som uppkommer hos patienter. På dessa grisar med retinal ischemi kan man sedan kartlägga de cellulära signalsystem som är involverade i utvecklingen av skadan på näthinnan och kärlnybildningen till följd av retinal ischemi. Vi har undersökt två olika metoder för att hindra blodflödet till näthinnan och på så sätt skapa retinal ischemi och en skada på näthinnan som liknar den hos människor. I Studie I använde vi en modell med förhöjt ögontryck för att stänga av blodtillförseln till ögat. I Studie II, III och IV använde vi en kateter som vi under röntgengenomlysning förde upp från ett kärl i ljumsken på grisen och hela vägen till ögats kärl och där stoppade till blodtillförseln till näthinnan. Med ERG kan man mäta funktionen i näthinnan och den skada som uppstår till följd av ischemi. Man mäter den elektriska ström som uppstår när näthinnans celler aktiveras av ljus. När näthinnans celler skadas av ischemi så minskar denna ström. Hittills har man använt fullfälts-ERG för att mäta ischemisk skada i näthinnan. Med fullfälts ERG mäter man den totala strömmen som genereras i näthinnan vid aktivering av ljus. Vi har i våra studier använt multifokalt ERG, vilket är en vidareutveckling av fullfälts-ERG. Med multifokalt ERG mäter man strömmen i många punkter i näthinnan och kan på så sätt få fram en karta över hur näthinnan aktiveras av ljus. Man kan även se varifrån i näthinnan signalen kommer ifrån, och således kan man bestämma vilken del av näthinnan som skadats. Multifokalt ERG har använts i olika djurstudier, mestadels i primater (apor) och gnagare. I Studie I skapade vi retinal ischemi på grisar genom att höja ögontrycket med en vätskeinjektion i ögat. Vi använde mfERG för att mäta skadan som uppkom i näthinnan till följd av ischemi. Resultaten visar att högt tryck i ögat ger förändringar i multifokalt ERG som är typiska för retinal ischemi. Multifokalt ERG kan vara en användbar metod för att utvärdera och övervaka lokal skada i näthinnan till följd av ischemi. Ett problem med att studera ischemi till följd av högt tryck i ögat är att man troligen inte bara får skador av blodbristen utan även av trycket. Syftet med Studie II var att skapa en mer renodlad djurmodell för retinal ischemi där skadan i näthinnan bara beror på blodbristen. Med hjälp av röntgengenomlysning letade vi oss upp in i kärlsystemet, från ljumsken och hela vägen till ögats blodkärl, med en kateter. En uppblåsbar ballongkateter användes för att stänga av (ockludera) det stora kärlet som leder till ögat (oftalmicaartären) tillfälligt. Ett lim (Onyx®) injicerades genom en injektionskateter för att stänga av de mindre kärlen som leder till ögat permanent. I gris heter dessa kärlen ”the main ciliary arteries”. Ocklusion i oftalmicaartären ledde till en mild ischemi i näthinnan, förmodligen på grund av att andra kärlsystem då kan förse ögat med blod genom att ansluta sig bortom ocklusionen. Ocklusion i ”the main ciliary arteries” orsakade fullständig ischemi. I Studie II var vi först i världen med att i gris nå hela vägen fram till ögats blodcirkulation med en kateter och att vi där kunde ockludera blodkärlen för att skapa retinal ischemi. I Studie II gav ballongocklusion en för mild ischemi och limmet var svårt att reglera och det blev en stor variation i graden av ischemi. Syftet med Studie III var att vidareutveckla tekniken i Studie II med hjälp av s.k. ”coiling”. En coil är en liten metalltråd om man skjuter in i blodkärlet. Coilen har en förutbestämd tredimensionell struktur och blir ett nystan när den kommer ut i blodkärlet. I nystanet koagulerar blodet och kärlet täpps till. Man använder coiling på kliniken för att bl a täppa till aneurysm (artärbråck) i hjärnan. Vi ville undersöka om coiling kan användas för att stänga av blodtillförseln till näthinnan och om man kan framkalla olika grader av ischemi genom att ockludera kärlet på olika avstånd från näthinnan. Hypotesen var att coiling kunde vara en lämplig teknik eftersom man kan bestämma platsen på vilken man sätter coilen med stor precision. Resultaten visade att graden av ischemi är relaterat till avståndet mellan ocklusionen och näthinna. Coiling i oftalmicaartären, långt från ögat, orsakade ingen eller liten ischemi, medan coiling i oftalmicaartären, nära ögat, orsakade en mer uttalad ischemi. Trots den precision med vilken vi kunde placera coilen i kärlen så var variationen i graden av ischemi stor. Intressant nog så började vi i slutet av Studie III få klart för oss att det nog fanns ett blodflöde som gick mellan ögonen. Syftet med Studie IV var att undersöka detta närmare. På röntgen av blodkärlen kunde vi se ett kärl som gick från ena ögonartären till den andra. Om vi stängde av blodflödet till ena ögat så tror vi att funktionen i näthinnan på andra ögat påverkas. Denna upptäckt förklarar troligen den stora variationen i graden av retinal ischemi som vi får när vi ockluderar de tillförande kärlen och har betydelse för den fortsatta utvecklingen av denna djurmodell av retinal ischemi. Vi hoppas att genom dessa studier ha tillfört kunskap om djurmodeller för retinal ischemi. På sikt hoppas vi få en stabil djurmodell för retinal ischemi och i denna hitta nya intressanta cellulära signalvägar som aktiveras av retinal ischemi och ta fram läkemedel mot dessa. Om man har en bra djurmodell så kan man undersöka läkemedlets effekt mot den skada och nybildning av blodkärl som uppkommer till följd av retinal ischemi. Först därefter kan man pröva dessa läkemedel på patienter med t.ex. diabetes och blodproppar i näthinnan. Förhoppningen är att hindra synnedsättning och blindhet till följd av retinal ischemi.