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Erythropoietin schützt retinale Ganglienzellen und die Sehfunktion nach Ischämie und Sehnervkompression im Rattenmodell

Erythropoietin protects retinal ganglion cells and visual function after ocular ischemia and optic nerve compression

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Zusammenfassung

Hintergrund und Fragestellung

Das Glykoprotein Erythopoietin (EPO) schützt Neurone in zahlreichen Krankheitsmodellen und reduziert die Apopotose retinaler Ganglienzellen (RGZ) nach Durchtrennung des Sehnervs und bei Glaukom. Das Ziel war, den Effekt von EPO auf das Überleben von RGZ nach Ischämie und Sehnervkompression sowie auf die postischämische Sehfunktion im Tiermodell zu untersuchen (Neuroprotektionsmodell). Des Weiteren sollte die Verträglichkeit einer intravitrealen Injektion überprüft werden (Verträglichkeitsmodell).

Methode

EPO wurde männlichen Brown-Norway-Ratten intraokular injiziert. Eine okuläre Ischämie wurde durch Erhöhung des intraokularen Augendrucks für 55 min induziert, die kalibrierte Sehnervkompression erfolgte für 10 s nach Orbitotomie. Die RGZ wurden stereotaktisch markiert und fluoreszensmikroskopisch quantifiziert. EPO wurde in 2 Konzentrationen (2 und 20 U) im Neuroprotektionsmodell und in 3 Konzentrationen (5, 50 und 200 U) im Verträglichkeitsmodell injiziert. Die Netzhautfunktion wurde mittels Elektroretinographie (ERG) und die der gesamten Sehbahn mittels visuell evozierter Potenziale (VEP) bestimmt.

Ergebnisse

Nach Ischämie steigerte EPO (2 bzw. 20 U pro Auge, n=9–21) das Zellüberleben um 21±21% bzw. 127±31% (Mittelwert±SEM) und nach Sehnervkompression um 28±12% bzw. 58±13%. Nach Ischämie waren im ERG A-Welle und B-Welle bei 20 U EPO um 71±13% und 75±19% gesteigert. Im VEP deutete sich bei 20 U EPO ein Anstieg um 264±65% (p=0,053) an. Auf die gesunde Netzhaut hatte EPO (5, 50 und 200 U EPO, n=6-7) intravitreal appliziert keinen Effekt. Weder ERG, VEP oder die Anzahl der RGZ unterschieden sich signifikant.

Schlussfolgerung

Die Kombination aus Verträglichkeit und Schutz retinaler Neurone macht EPO zu einer viel versprechenden Substanz für die Therapie ischämischer Netzhauterkrankungen und kompressionsbedingter Optikusneuropathie.

Abstract

Background

The glycoprotein erythropoietin (EPO) has been shown to be protective in models of neuronal disease and reduced apoptosis of retinal ganglion cells (RGC) after transection of the optic nerve and in glaucoma. In this study we assessed in vivo the properties of EPO on survival of RGC after ischemia and optic nerve compression, as well as on postischemic visual function. Furthermore, the safety of intravitreal injection was assessed.

Methods

In all experiments, EPO was administered intravitreally in male Brown Norway rats. Ocular ischemia was induced by elevating the intraocular pressure for 55 min. The calibrated optic nerve compression was performed for 10 s. RGC were marked stereotactically and quantified by fluorescence microscopy. The retinal function was quantified by electroretinography (ERG) and the whole visual pathway by visual evoked potential (VEP).

Results

EPO (2 and 20 units per eye, n=9–21) increased the survival of RGC after ischemia by 21±21% and 127±31% (mean ± SEM) and after optic nerve compression by 28±12% and 58±13%. With EPO (20 units), postischemic function was increased, in ERG by 71±13% (a-wave) and 75±19% (b-wave) and in VEP by 264±65% (p=0.053). Neither the ERG parameters, nor the VEP, nor the number of RGC differed significantly after intravitreal injection of EPO (5, 50, and 200 units, n=6–7) in healthy eyes.

Conclusion

The combination of toxicological safety and protection of retinal neurons makes EPO a promising drug for ischemic retinal diseases and traumatic optic neuropathy.

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Abb. 1
Abb. 2
Abb. 3
Abb. 4
Abb. 5

Abbreviations

EPO:

Erythropoietin

RGZ:

Retinale Ganglienzellen

ERG:

Elektroretinogaphie

VEP:

Visuell evozierte Potenziale

Literatur

  1. Chappell D, Tilbrook PA, Bittorf T et al (1997) Prevention of apoptosis in J2E erythroid cells by erythropoietin: involvement of JAK2 but not MAP kinases. Cell Death Differ 4:105–113

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  2. Diem R, Sattler MB, Merkler D et al (2005) Combined therapy with methylprednisolone and erythropoietin in a model of multiple sclerosis. Brain 128:375–385

    Article  PubMed  Google Scholar 

  3. Dureau P, Bonnel S, Menasche M et al (2001) Quantitative analysis of intravitreal injections in the rat. Curr Eye Res 22:74–77

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  4. Grimm C, Wenzel A, Groszer M et al (2002) HIF-1-induced erythropoietin in the hypoxic retina protects against light-induced retinal degeneration. Nat Med 8:718–724

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  5. Grimm C, Wenzel A, Stanescu D et al (2004) Constitutive overexpression of human erythropoietin protects the mouse retina against induced but not inherited retinal degeneration. J Neurosci 24:5651–5658

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  6. Jehle T, Dimitriu C, Auer S et al (2008) The neuropeptide NAP provides neuroprotection against retinal ganglion cell damage after retinal ischemia and optic nerve crush. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol 246:1255–1263

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  7. Jehle T, Ehlken D, Wingert K et al (2009) Influence of narcotics on luminance and frequency modulated visual evoked potentials in rats. Doc Ophthalmol

  8. Jehle T, Kunze D, Wingert K et al (2007) Modulation of Contrast Depth and Flash Frequencies: Effects on Visual Evoked Potentials Recorded in Awake, Freely Moving Brown Norway Rats. Poster Presentation at ARVO’s 2007 Annual Meeting, May 6 – May 10, 2007 in Fort Lauderdale, Florida:3756/B3394

  9. Jehle T, Lagreze WA, Blauth E et al (2000) Gabapentin-lactam (8-aza-spiro[5,4]decan-9-on; GBP-L) inhibits oxygen glucose deprivation-induced [3H]glutmate release and is a neuroprotective agent in amodel of acute retinal ischemia. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol 362:74–81

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  10. Jehle T, Wingert K, Dimitriu C et al (2008) Quantification of ischemic damage in the rat retina: a comparative study using evoked potentials, electroretinography and histology. Invest Ophthalmol Vis Sci 49:1056–1064

    Article  PubMed  Google Scholar 

  11. Junk AK, Mammis A, Savitz SI et al (2002) Erythropoietin administration protects retinal neurons from acute ischemia-reperfusion injury. Proc Natl Acad Sci U S A 9910659–10664

  12. Kermer P, Klocker N, Bahr M (1999) Long-term effect of inhibition of ced 3-like caspases on the survival of axotomized retinal ganglion cells in vivo. Exp Neurol 158:202–205

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  13. Kilic U, Kilic E, Soliz J et al (2005) Erythropoietin protects from axotomy-induced degeneration of retinal ganglion cells by activating ERK-1/-2. FASEB J 19:249–251

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  14. King CE, Rodger J, Bartlett C et al (2007) Erythropoietin is both neuroprotective and neuroregenerative following optic nerve transection. Exp Neurol 205:48–55

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  15. Klocker N, Cellerino A, Bahr M (1998) Free radical scavenging and inhibition of nitric oxide synthase potentiates the neurotrophic effects of brain-derived neurotrophic factor on axotomized retinal ganglion cells In vivo. J Neurosci 18:1038–1046

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  16. Lafuente MP, Villegas-Perez MP, Mayor S et al (2002) Neuroprotective effects of brimonidine against transient ischemia-induced retinal ganglion cell death: a dose response in vivo study. Exp Eye Res 74:181–189

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  17. Lagreze WA, Feltgen N, Bach M et al (2009) Feasibility of intravitreal erythropoietin injections in humans. Br J Ophthal, angenommen

  18. Lagreze WA, Knorle R, Bach M et al (1998) Memantine is neuroprotective in a rat model of pressure-induced retinal ischemia. Invest Ophthalmol Vis Sci 39:1063–1066

    CAS  PubMed  Google Scholar 

  19. Rex TS, Allocca M, Domenici L et al (2004) Systemic but not intraocular Epo gene transfer protects the retina from light-and genetic-induced degeneration. Mol Ther 10:855–861

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  20. Sattler MB, Merkler D, Maier K et al (2004) Neuroprotective effects and intracellular signaling pathways of erythropoietin in a rat model of multiple sclerosis. Cell Death Differ 11(Suppl 2):S181–S192

    Article  PubMed  Google Scholar 

  21. Song BJ, Cai H, Tsai JC et al (2008) Intravitreal recombinant human erythropoietin: a safety study in rabbits. Curr Eye Res 33:750–760

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  22. Tsai JC (2008) Safety of intravitreally administered recombinant erythropoietin (an AOS thesis). Trans Am Ophthalmol Soc 106:459–472

    PubMed  Google Scholar 

  23. Tsai JC, Wu L, Worgul B et al (2005) Intravitreal administration of erythropoietin and preservation of retinal ganglion cells in an experimental rat model of glaucoma. Curr Eye Res 30:1025–1031

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  24. Wang J, Hu H, Lu Y et al (2005) The effects of recombinant human erythropoietin on electroretinogram after raising intraocular pressure in rabbits. Yan Ke Xue Bao 21:161–164

    PubMed  Google Scholar 

  25. Weishaupt JH, Rohde G, Polking E et al (2004) Effect of erythropoietin axotomy-induced apoptosis in rat retinal ganglion cells. Invest Ophthalmol Vis Sci 45:1514–1522

    Article  PubMed  Google Scholar 

  26. Zhang J, Wu Y, Jin Y et al (2008) Intravitreal injection of erythropoietin protects both retinal vascular and neuronal cells in early diabetes. Invest Ophthalmol Vis Sci 49:732–742

    Article  PubMed  Google Scholar 

  27. Zhang JF, Wu Yl, Xu JY et al (2008) Pharmacokinetic and toxicity study of intravitreal erythropoietin in rabbits. Acta Pharmacol Sin 29:1383–1390

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  28. Zhang W, Sun B, Yu Z et al (2009) High dose erythropoietin promotes functional recovery of rats following facial nerve crush. J Clin Neurosci 16:554–556

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

  29. Zhong L, Bradley J, Schubert W et al (2007) Erythropoietin promotes survival of retinal ganglion cells in DBA/2J glaucoma mice. Invest Ophthalmol Vis Sci 48:1212–1218

    Article  PubMed  Google Scholar 

  30. Zhong YS, Liu XH, Cheng Y et al (2008) Erythropoietin with retrobulbar administration protects retinal ganglion cells from acute elevated intraocular pressure in rats. J Ocul Pharmacol Ther 24:453–459

    Article  CAS  PubMed  Google Scholar 

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Jehle, T., Meschede, W., Dersch, R. et al. Erythropoietin schützt retinale Ganglienzellen und die Sehfunktion nach Ischämie und Sehnervkompression im Rattenmodell. Ophthalmologe 107, 347–353 (2010). https://doi.org/10.1007/s00347-009-2030-1

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