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Das Makulaödem nach einem retinalen Venenastverschluss (VAV) korreliert in den meisten Fällen mit einem Sehverlust. Derzeit stehen zur Behandlung des Makulaödems drei Therapieverfahren zur Verfügung: 1. Intavitreale Injektionen von anti-VEGF-Medikamenten 2. Applikation von Steroiden in den Glaskörper 3. Die fokale gitterförmige Laserphotokoagulation der Netzhaut Alle drei Verfahren können unterschiedlich stark ein Makulaödem nach einen stattgefunden VAV reduzieren. Häufig korreliert der Rückgang des retinalen Ödems mit einer Verbesserung der Sehleistung. Alle drei Verfahren haben auch potentielle Risiken und Nebenwirkungen. So kann es nach der fokalen Laserung zu störenden zentralen Gesichtsfelddefekten kommen. Die Behandlung mit Steroiden und Anti-VEGF-Präparaten muss als Injektion in den Glaskörper erfolgen. Allein diese Applikationsform kann z.B. zur Verletzung der Linse, einer Netzhautablösung und einer Endophthalmitis führen. Des Weiteren erfordern beide Verfahren wiederholte Applikationen, die für die Patienten oft eine hohe Anzahl von Arztbesuchen bedeutet. Deshalb wäre eine ideale Behandlung des Makulaödems eine einmalige Behandlung mit möglichst geringen Nebenwirkungen und einer hohen Effizienz. Eine mögliche Alternative zu den oben genannten Verfahren würde die Arteriolenverengung (AV) (Arterial Crimping) darstellen. Bei dieser Behandlung wird die zuführende Arterie des okkludierten Netzhautgebietes mittels Argonlasers koaguliert und somit der Blutzustrom reduziert. Erste klinische Studien zeigten vielversprechende Ergebnisse. So konnte bei den behandelten Patienten sowohl eine Reduktion des Makulaödems als auch eine Verbesserung der Sehleistung nachgewiesen werden. Allerdings wurden die Wirkungsmechanismen dieses Verfahren bis heute nicht vollständig geklärt. In der vorgelegten Arbeit wurde die Genexpression von Faktoren, die bei der Entwicklung und Resorption des Makulaödems infolge eines retinalen VAV eine Rolle spielen, untersucht. Des Weiteren wurde das Wirkprinzip der AV zur Behandlung eines VAV analysiert. Alle Experimente wurden in einem Rattenmodel durchgeführt und der VAV mittels einer Argon- Laserphotokoagulation induziert. Die Tiere wurden in drei Gruppen eingeteilt: 1. Gruppe: retinaler VAV ohne Therapie (N=32) 2. Gruppe: retinaler VAV mit Arteriolenverengung (N=19) 3. Gruppe: unbehandelte Kontrollgruppe (N=51) Es wurde jeweils an einem Auge der Tiere ein Gefäßverschluss durch Laserkoagulation induziert. Bei der Gruppe, die eine Therapie erhielten, wurde zusätzlich eine Konstriktion der versorgenden Arterie mittels Laser durchgeführt. Die unbehandelten Partneraugen dienten bei allen Tieren als gesunde Kontrollen. In der Pathogenese eines Makulaödems spielen verschiedene Faktoren eine maßgebliche Rolle. Vascular-Endothelial-Growth-Factor (VEGF) bewirkt eine Ödembildung. Einen gleichen Effekt auf die Ödembildung haben inflammatorische Zytokine wie Interleukin-1beta (IL-1β) und Interleukin-6 (IL-6). Für die natürliche Resorption von Wasser aus der Netzhaut sind verschiedene Membranproteine wie z.B. die Kaliumkanäle (Kir4.1) und Aquaporine (AQP1, AQP4,) verantwortlich. Kommt es zu einer verminderten Bildung von diesen Proteinen, resultiert dieses ebenfalls in einer Ödembildung. Ein Faktor der ebenfalls die Wassereinlagerung in der Netzhaut reduzieren kann, stellt der Wachstumsfaktor Pigment-Epithelium-derived-factor (PEDF) dar. Die Genexpression der genannten Faktoren wurde mittels real time Polymerase Ketten Reaktion (PCR) separat in der Netzhaut und den Zellen des retinalen Pigmentepithels (RPE) untersucht. Die Bestimmung erfolgte am Tag 1, 3 und 7 nach der VAV-Induktion und am Tag 1 und 3 nach der AV-Behandlung. Zusammenfassend zeigte sich eine unterschiedliche Expression der genannten Faktoren in Abhängigkeit vom untersuchten Gewebe (Neuroretina und RPE), sowie von der Dauer der durch den VAV induzierten Netzhautischämie. Die Ergebnisse der Genexpression in der untersuchten Netzhaut nach VAV ergaben folgende zeitabhängige Veränderungen: 1. schnelle vorübergehende Erhöhung der Expression von VEGF mRNA 2. Vermehrte Expression von PEDF mRNA nach drei und sieben Tagen 3. stark verminderte Bildung der mRNA der Kalium-, und Wasserkanäle Kir4.1, AQP4 und AQP1 4. erhöhte Genexpression von den inflammatorischen Zytokinen IL-1β und IL-6. Die Veränderungen in der Genexpression der Netzhaut bei Zustand nach VAV lassen somit vermuten, dass für die Entstehung eines Netzhautödem sowohl die vaskuläre Leckage (induziert durch VEGF und IL-1β und IL-6) als auch die Flüssigkeitsansammlung des retinalen Gewebes (Herunterregulation der glialen Wasser- und Kalium-Kanäle) verantwortlich ist. Die Ergebnisse der Genexpression nach einem VAV zeigten in der Netzhaut einen rapiden Anstieg der VEGF-A-Expression nach einem Tag und einen verspäteten Anstieg der PEDF- Expression nach drei und sieben Tagen. Die Expression von VEGF-B zeigte in der Netzhaut bei allen untersuchten Zeitpunkten keine signifikanten Unterschiede. In den RPE-Zellen wurde ebenfalls ein Anstieg der VEGF-A mRNA Expression nachgewiesen. Die Expression von VEGF-B war am Tag 1 unverändert, reduzierte sich am Tag 3 und 7 signifikant. Die starke vorübergehende Erhöhung der VEGF-Expression in der Netzhaut nach VAV lässt sich durch die verursachte Hypoxie und der daraus resultierenden Entzündungsreaktion erklären. Diese wiederum könnte über eine Ausschüttung von IL-1β zur weiteren Vermehrung von VEGF-A beitragen. Der Abfall der VEGF-A- Expression drei Tage nach einem VAV könnte auf einer vermehrten Bildung von PEDF beruhen, welches zu diesem Zeitpunkt ansteigt. Die Expression von Kalium- und Wasserkanälen (Kir4.1, AQP4, AQP1) wurde in der Netzhaut und in den RPE-Zellen am Tag 1 und 3 herunter reguliert. Am Tag 7 normalisierte sich die Expression von allen Kalium- und Wasserkanälen in den RPE-Zellen. Dieser Effekt konnte nicht in der Netzhaut detektiert werden. Hier wurde nur eine Normalisierung der Expression von Kir4.1 verzeichnet. Um eine mögliche Umverteilung der Membranproteine AQP4, AQP1 und Kir4.1 zu untersuchen, wurden immunhistochemische Analysen durchgeführt. Es zeigte sich kein Effekt des VAV auf das Verteilungsmuster von AQP4 und AQP1. Im Gegensatz dazu kam es zu einer Umverteilung der Lokalisation des Proteins Kir4.1 in der Netzhaut. In den Kontrollen wurde eine Expression von Kir4.1 in der inneren Netzhautschicht (Nervenfaser und Ganglienschicht) und perivaskulär nachgewiesen. Nach VAV wurde eine Verteilung in der gesamten Netzhaut beobachtet. Die Netzhautexpression der Entzündungszytokine (IL-1ß, IL-6) wurde signifikant hoch reguliert, in den RPE-Zellen war der Expressionsanstieg nur am Tag 1 bei IL-6 sichtbar. Am Tag 7 wurde für beide Entzündungszytokine eine signifikante Reduktion der mRNA- Expression beobachtet. Die Behandlung des VAV durch die AV zeigte unterschiedliche Effekte auf die untersuchten Gene. Die AV hatte keinen Einfluss auf die Genexpression von VEGF-A und VEGF-B. Wie bereits beschrieben kam es auch bei diesen Tieren zu einer vermehrten Bildung der VEGF-A- Expression nach einem Tag. Der Effekt war sowohl in der Netzhaut als auch im RPE nachzuweisen. Die VEGF-B mRNA Expression war in der Netzhaut unverändert, im RPE zeigte sich wie bei den unbehandelten Tieren mit VAV eine unveränderte Expression von VEGF-B am Tag 1 und eine Reduktion am 3. und 7. Tag. Ein ähnliches Ergebnis zeigte sich auch für die Expression von PEDF. Auch hier konnte kein Einfluss der AV auf die mRNA Bildung nachgewiesen werden. Im RPE kam zu einem Anstieg der mRNA Menge an dem Tag 3 und 7. Im Gegensatz zu dem marginalen Einfluss der AV auf die Genexpression von VEGF und PEDF zeigten sich signifikante Effekte auf die Bildung der mRNA der Membranproteine Kir4 und AQP4. Die AV führte zu einer schnellen Normalisierung der gestörten Genexpression der Kanäle Kir4.1 und AQP4 im RPE. Derselbe Effekt wurde auch für Kir4.1 in der Neuroretina gefunden. Zusätzlich wurde die Überexpression von IL-6 in der Neuroretina durch die AV reduziert. Die AV hatte keinen Einfluss auf die VAV induzierte Umverteilung des Kir4.1 Proteins. Die Ergebnisse unserer Experimente zeigten, dass eine AV ein protektiver Faktor gegenüber der Entstehung eines Netzhautödems beim VAV darstellt. Die beschleunigte Wiederherstellung der durch den VAV supprimierten Membranproteine Kir4.1, AQP4 und AQP1 im RPE und von Kir4.1 in der Neuroretina könnte zu einer schnelleren Resorption des Makulaödems beitragen. Des Weiteren ist es denkbar, dass durch die beschleunigte Normalisierung der hochregulierten Expression von IL-6 in der Neuroretina, die retinale Entzündung und das Ausmaß der Gefäßpermeabilität verringert werden. Alle Effekte der AV nach VAV auf die retinale Genexpression wurden nach drei Tagen, aber nicht nach einen Tag beobachtet. Daher kann man den Schluss ziehen, dass der Effekt der AV verzögert eintritt. Es bleibt zu erforschen ob eine Abnahme des hydrostatischen Druckes ein kausativer Faktor ist für die AV induzierte beschleunigte Abnahme des hochregulierten IL-6. Zusammenfassend führen die hier vorliegenden Ergebnisse zu einem besseren Verständnis der Pathogenese des Makulaödems infolge eines VAV und zeigen, dass die Veränderungen teilweise durch die AV Technik normalisiert werden können. Somit lässt sich spekulieren, dass die AV Behandlung nach weiteren experimentellen und klinischen Studien als Alternative zu den bisher üblichen Behandlungsmethoden eines Makulaödems bei VAV angewendet werden könnte.:INHALTSVERZEICHNIS Seite 1. Einführung 5 2. Publikationsmanuskript 13 3. Zusammenfassung 23 4. Literaturverzeichnis 28 5. Darstellung des eigenen Beitrages 34 6. Selbstständigkeitserklärung 35 7. Lebenslauf 36 8. Danksagung 38

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