Infectious Crystalline Keratopathy after Penetrating Keratoplasty with Light and Electron Microscopic Examination

Abstract

Purpose To highlight the typical histological and ultrastructural features of severe infectious crystalline keratopathy (ICK) in a corneal graft, which required excimer laser-assisted repeat penetrating keratoplasty (PKP) and to present the challenging treatment conditions associated with ICK.

Methods An 85-year-old female patient underwent PKP for secondary graft failure after Descemet membrane endothelial keratoplasty (DMEK) for Fuchsʼ endothelial corneal dystrophy in the left eye. One year later, white branched opacities were observed in the superficial corneal stroma of the graft without surrounding inflammation in the left eye. The patient underwent excimer laser-assisted repeat PKP (8.0/8.1 mm) in the left eye after prolonged refractory topical anti-infectious treatment for 1 month. The corneal explant was further examined by light and transmission electron microscopy (TEM).

Results The light microscopic examination of the corneal explant demonstrated aggregates of coccoid bacteria in the superficial and mid-stromal region that were positive for periodic acid-Schiff (PAS) and Gram stain. The bacterial aggregates extended into the interlamellar spaces, showed a spindle-shaped appearance, and were not surrounded by an inflammatory cellular reaction. TEM demonstrated lamellae separation within the anterior corneal stroma with spindle-shaped aggregates of bacteria, which were embedded in an extracellular amorphous matrix with incipient calcification, being consistent with a biofilm. No inflammatory cellular reaction was evident by TEM. At discharge from hospital, the corrected visual acuity was 20/80 in the left eye.

Conclusion ICK is often challenging due to the difficult diagnosis and treatment conditions. The refractory courses are mainly attributed to a biofilm formation, which inhibits effective topical anti-infectious treatment. In such cases, (repeat) PKP may be necessary to completely remove the pathology, prevent recurrences, and improve vision.

Zusammenfassung

Hintergrund Darstellung der typischen histologischen und ultrastrukturellen Merkmale und die schwierigen Behandlungsbedingungen einer schweren infektiösen kristallinen Keratopathie (ICK).

Methoden Eine 85-jährige Patientin unterzog sich einer perforierenden Keratoplastik (PKP) aufgrund sekundären Transplantatversagens nach einer Descemet-Membran-Endothel-Keratoplastik (DMEK) bei Fuchsʼscher endothelialer Hornhautdystrophie am linken Auge. Ein Jahr später wurden weiße verzweigte Trübungen im oberflächlichen Hornhautstroma des Transplantats ohne umgebende Entzündung am linken Auge beobachtet. Die Patientin unterzog sich einer erneuten Excimer-Laser-unterstützten PKP (8,0/8,1 mm) am linken Auge, nachdem die topische antiinfektiöse Behandlung zu keiner Besserung nach einem Monat führte. Das Hornhautexplantat wurde mittels Licht- und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) untersucht.

Ergebnisse Die lichtmikroskopische Untersuchung des Hornhautexplantats zeigte Aggregate von kokkoiden Bakterien im oberflächlichen und mittleren Stromabereich, die positiv in der PAS-Reaktion und Gram-Färbung waren. Die Bakterienaggregate erstreckten sich bis in die interlamellären Räume, zeigten ein spindelförmiges Aussehen und waren nicht von einer entzündlichen Zellreaktion umgeben. Die TEM zeigte eine Lamellenseparation im vorderen Hornhautstroma mit spindelförmigen Bakterienaggregaten, die in eine extrazelluläre amorphe Matrix mit beginnender Verkalkung eingebettet waren, was auf einen Biofilm schließen lässt. In der TEM war keine entzündliche zelluläre Reaktion erkennbar. Bei der Entlassung betrug die korrigierte Sehschärfe 20/80 auf dem linken Auge.

Schlussfolgerung Die ICK stellt aufgrund der schwierigen Diagnose- und Behandlungsbedingungen häufig eine Herausforderung dar. Die therapierefraktären Verläufe werden hauptsächlich auf eine Biofilmbildung zurückgeführt, die eine wirksame topische antiinfektiöse Behandlung verhindert. In solchen Fällen kann eine (Re-)PKP erforderlich sein, um die Pathologie vollständig zu entfernen, Rezidive zu verhindern und das Sehvermögen zu verbessern.

Key words

infectious crystalline keratopathy - infectious keratitis - cornea - keratoplasty

Schlüsselwörter

infektiöse kristalline Keratopathie - infektiöse Keratitis - Kornea - Keratoplastik

Publikationsverlauf

Eingereicht: 31. Mai 2022

Angenommen: 05. Oktober 2022

Artikel online veröffentlicht:
09. Dezember 2022

• References

• 1 Gorovoy MS, Stern GA, Hood CI. et al. Intrastromal noninflammatory bacterial colonization of a corneal graft. Arch Ophthalmol 1983; 101: 1749-1752 DOI: 10.1001/archopht.1983.01040020751018.
• 2 Porter AJ, Lee GA, Jun AS. Infectious crystalline keratopathy. Surv Ophthalmol 2018; 63: 480-499 DOI: 10.1016/j.survophthal.2017.10.008.
• 3 Sutphin JE, Kantor AL, Mathers WD. et al. Evaluation of infectious crystalline keratitis with confocal microscopy in a case series. Cornea 1997; 16: 21-26 DOI: 10.1097/00003226-199701000-00005.
• 4 Naumann GOH, Apple DJ. Pathology of the Eye. New York, NY: Springer; 1986
• 5 Flockerzi E, Daas L, Schlötzer-Schrehardt U. et al. Ocular changes in nephropathic cystinosis: The course of the gold-dust. Int Ophthalmol 2019; 39: 1413-1418 DOI: 10.1007/s10792-018-0954-7.
• 6 Fulcher TP, Dart JKG, McLaughlin-Borlace L. et al. Demonstration of biofilm in infectious crystalline keratopathy using ruthenium red and electron microscopy. Ophthalmology 2001; 108: 1088-1092 DOI: 10.1016/S0161-6420(01)00561-9.
• 7 Saraswathi P, Beuerman RW. Corneal Biofilms: From Planktonic to Microcolony Formation in an Experimental Keratitis Infection with Pseudomonas Aeruginosa . Ocul Surf 2015; 13: 331-345 DOI: 10.1016/j.jtos.2015.07.001.
• 8 Bredow L, Reinhard T, Auw-Hädrich C. [Two cases of snowflake-like keratitis]. Ophthalmologe 2010; 107: 1068-1071 DOI: 10.1007/s00347-010-2207-7.
• 9 Lubniewski AJ, Houchin KW, Holland EJ. et al. Posterior infectious crystalline keratopathy with Staphylococcus epidermidis . Ophthalmology 1990; 97: 1454-1459 DOI: 10.1016/S0161-6420(90)32388-6.
• 10 Schrecker J, Seitz B, Berger T. et al. Malignant Keratitis Caused by a Highly-Resistant Strain of Fusarium Tonkinense from the Fusarium Solani Complex. J Fungi (Basel) 2021; 7: 1093 DOI: 10.3390/jof7121093.
• 11 Berger T, Seitz B, Flockerzi F. et al. Recurrent Filamentous Fungal Keratitis Caused When the Primarily Selected Graft Diameter was Too Small. Klin Monbl Augenheilkd 2022; DOI: 10.1055/a-1756-5147.
• 12 Szentmáry N, Shi L, Daas L. et al. Diagnostics and management approaches for Acanthamoeba keratitis. Expert Opin Orphan Drugs 2020; 8: 227-236 DOI: 10.1080/21678707.2020.1791081.
• 13 Alfaro Rangel R, Lepper S, Szentmáry N. et al. Herpes Simplex Virus Keratitis in a University Tertiary Referral Centre – Clinical Features and Surgical Approaches. Klin Monbl Augenheilkd 2021; 238: 989-995 DOI: 10.1055/a-1306-0896.
• 14 Alvarenga L, Freitas D, Hofling-Lima AL. et al. Infectious post-LASIK crystalline keratopathy caused by nontuberculous mycobacteria. Cornea 2002; 21: 426-429 DOI: 10.1097/00003226-200205000-00020.
• 15 Sridhar MS, Sharma S, Garg P. et al. Epithelial infectious crystalline keratopathy. Am J Ophthalmol 2001; 131: 255-257 DOI: 10.1016/S0002-9394(00)00712-1.
• 16 McDonnell JM, Gritz DC, Hwang D. et al. Infectious crystalline keratopathy with ring opacity. Cornea 1992; 11: 479-483 DOI: 10.1097/00003226-199209000-00020.
• 17 Nguyen NX, Seitz B, Martus P. et al. Long-term topical steroid treatment improves graft survival following normal-risk penetrating keratoplasty. Am J Ophthalmol 2007; 144: 318-319 DOI: 10.1016/j.ajo.2007.03.028.
• 18 Flemming HC, Wingender J, Szewzyk U. et al. Biofilms: an emergent form of bacterial life. Nat Rev Microbiol 2016; 14: 563-575 DOI: 10.1038/nrmicro.2016.94.
• 19 Elder MJ, Stapleton F, Evans E. et al. Biofilm-related infections in ophthalmology. Eye (Lond) 1995; 9: 102-109 DOI: 10.1038/eye.1995.16.
• 20 Christakopoulos CE, Prause JU, Heegaard S. Infectious crystalline keratopathy histopathological characteristics. Acta Ophthalmol Scand 2003; 81: 659-661 DOI: 10.1046/j.1600-0420.2003.0169.x.
• 21 Daas L, Viestenz A, Bischoff M. et al. [Confocal microscopy for the diagnostics of fungal keratitis]. Ophthalmologe 2016; 113: 767-771 DOI: 10.1007/s00347-015-0206-4.
• 22 Daas L, Bischoff-Jung M, Viestenz A. et al. [Confocal microscopy as an early relapse marker after keratoplasty due to Fusarium solani keratitis]. Ophthalmologe 2017; 114: 66-69 DOI: 10.1007/s00347-016-0270-4.
• 23 Tu EY, Jain S. Topical linezolid 0.2 % for the treatment of vancomycin-resistant or vancomycin-intolerant gram-positive bacterial keratitis. Am J Ophthalmol 2013; 155: 1095-1098.e1 DOI: 10.1016/j.ajo.2013.01.010.
• 24 Riedel T, Seitz B, Langenbucher A. et al. [Morphological results after eccentric perforating keratoplasty]. Ophthalmologe 2001; 98: 639-646 DOI: 10.1007/s003470170100.
• 25 Alfaro Rangel R, Szentmáry N, Lepper S. et al. Large-diameter penetrating keratoplasties are mostly due to very severe infectious keratitis and cannot always prevent secondary enucleation. Klin Monbl Augenheilkd 2021; DOI: 10.1055/a-1396-4787.