Einfluss von Serum und osmotisch wirksamen Substanzen auf den Stoffwechsel in 262 Organkulturen der Kornea von Schweineaugen - Ein Beitrag zur Verbesserung des Spendermaterials zur Keratoplastik[1] [2]

Zusammenfassung

Hintergrund In den zur Zeit in Europa üblichen Organkulturen mit einem geschlossenen System beeinträchtigt die Quellung der Kornea außer der begrenzten Lagerzeit die Qualität des Spendermaterials für die Keratoplastik. Deshalb wurde Dextran in Konzentrationen von 2,5 %, 5 %, 7,5 % und 10 % dem Kulturmedium für die ganze Lagerungszeit zugesetzt und sein Einfluss auf die Hydration und den Energie liefernden Stoffwechsel untersucht.

Material und Methoden Die Experimente erfolgten mit 262 Schweinehornhäuten. MEM und einige Supplemente wurden als synthetisches Kulturmedium bei 31 °C verwendet. Auf den Zusatz von Serum wurde verzichtet, nachdem der Glukoseverbrauch, die Laktatproduktion und die ATP-Gehalte sich mit und ohne Serumzusatz als ausreichend für den Stoffwechsel der Kornea erwiesen hatten. Die Hornhäute wurden nach 6 und 12 Tagen in der Organkultur mit Perchlorsäure extrahiert und in enzymatisch-optischen Tests analysiert. Im Korneaepithel wurden die ATP- und ADP-Gehalte, im Stroma die Glukose- und Laktatspiegel gemessen.

Ergebnisse In der Organkultur der Kornea über 12 Tage hemmte Dextran die Glykolyse und die Produktion von ATP. Mit 7,5 % und 10 % Dextran fielen die Laktatspiegel in Stroma von 6,09 auf 4,5 bzw. 4,6 μM/g H₂O ab anstatt anzusteigen. Die Glukose stieg mit 7,5 % und 10,0 % Dextran dagegen paradoxerweise von 1,27 auf 3,4 bzw. 2,2 μM/g H₂O an. Mit 5 % Dextran arbeitete die Glykolyse über 12 Tage zufriedenstellend. Die Laktatproduktion hob die Spiegel im Korneastroma durchschnittlich von 6,0 auf 8,8 μM/g H₂O und reduzierte dementsprechend die Glukosespiegel von 1,27 nach 0,57. Die ATP-Gehalte waren nach 12 Tagen mit 7,5 % und 10,0 % Dexran von 4,54 auf 0,98 bzw. 0,49 μM/g Trockengewicht herabgesetzt, und die ATP/ADP-Quotienten fielen von 1,9 auf 1,1 bzw. 0,7. Bei einem Dextrangehalt im Medium von 2,5 % wurde eine Minderung der ATP-Gehalte von 4,5 auf 2,2 μM/g Trockengewicht verzeichnet. Mit 5 % Dextran, das einen optimalen Hydrationswert der Kornea von 4,1 brachte, waren die ATP-Gehalte nur von 4,5 auf 2,6 μM/g Trockengewicht reduziert, und die ATP/ADP-Quotienten blieben mit dem Wert 2,09 so gut wie ohne Dextranzusatz.

Schlussfolgerungen Ein serumfreies Kulturmedium und eine dauerhafte Entquellung der Kornea in der Organkultur können die morphologische Qualität und den Energie liefernden Stoffwechsel im Spendermaterial verbessern. Ergebnisse früherer Publikationen legen es nahe, anstelle von Dextran das weniger toxische HAES (Hydroyäthylstärke) zu verwenden und eine niedrigere Lagerungstemperatur von 21 °C einzustellen, bei der die Glukose langsamer verbraucht wird, ohne die Metabolite des Energie liefernden Stoffwechsels zu beeinträchtigen.

Background The storage time of corneal organ cultures is limited in the closed system mainly used in European eye banks. In addition, swelling during storage reduces the quality of the donor material for keratoplasty. Therefore, dextrane was added in concentrations of 2.5 %, 5 %, 7.5 % and 10 % to the culture medium, and the energy producing metabolism was investigated.

Materials and methods The experiments were carried out with 262 pig corneas. MEM with some supplements was used at 31 °C. No serum was added, because glucose consumption, lactate production and ATP levels proved to be the same or better than with serum supplement. After 6 and 12 days, the corneas from organ cultures were extracted with perchloric acid. The levels of glucose and lactate in the stroma and of ATP and ADP in the epithelium were analysed with enzymatic-optical tests.

Results Dextrane inhibited glycolysis and the production of ATP in corneal organ cultures during twelve days. With 7.5 % and 10 % dextrane in the medium, lactate levels in the cornea decreased from 6.09 to 4.5 and 4.6 μM/g H₂O instead of increasing. At the same time, glucose increased paradoxical from 1.3 to 3.4 and 2.2 μM/g H₂O, respectively. With 5 % dextrane, glycolysis operated sufficiently producing an increase of lactate levels from 6.0 to 8.8 μM/g H₂O and consuming glucose from levels of 1.27 down to 0.57 μM/g H₂O. After 12 days with 7.5 % and 10.0 % dextrane, ATP levels were reduced, from 4.54 to 0.98 and 0.49 μM/g dry weight, and ATP/ADP ratios from 1.9 to 1.1 and 0.7 respectiviely. With 2.5 % dextrane, the ATP was diminished from 4.5 to 2.2 μM/g dry weight. When 5 % dextrane were added to the culture medium, the hydration was at optimum by 4.1, and ATP levels were reduced only from 4.5 to 2.6 μM/g dry weight. Moerover, the ATP/ADP ratios were at 2.1 as good as without dextrane.

Conclusions From the results it was concluded, that serum free medium may be used, and that permanent deswelling proved to be beneficial for the energy producing metabolism of the cornea in organ culture. Such conditions may improve morphological and metabolic quality of donor material. From previous publications, it was recommended, to use instead of toxic dextran the well tolerated HES (hydroxyethyl starch) and to apply a storage temperature of 21 °C, which slowed down glucose consumption without impairing the energy producing metabolism.

Schlüsselwörter

Kornea - Organkultur - Dextran - Hydration - ATP - ADP - Laktat - Glukose - Stoffwechsel

Key words

Cornea - organ culture - dextrane - hydration - ATP - ADP - lactate - glucose - metabolism

01 Manuskript erstmalig eingereicht am 9. 6. 00 und in der vorliegenden Form angenommen am 12. 7. 00.

02 Herrn Prof. Dr. rer. nat. Dr. med. h.c. Otto Hockwin gewidmet.

Literatur

01 Manuskript erstmalig eingereicht am 9. 6. 00 und in der vorliegenden Form angenommen am 12. 7. 00.

02 Herrn Prof. Dr. rer. nat. Dr. med. h.c. Otto Hockwin gewidmet.

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