Zielsetzung: Wir stellen ein Konzept zur berührungslosen tomographischen Vermessung und Charakterisierung von Hornhautspendergewebe im Kulturmedium vor mit dem Ziel, dieses auf Pathologien und Veränderungen nach refraktiver Chirurgie zu untersuchen. Methodik: Die Bildaufnahme erfolgt mit einem klinischen optischen Kohärenztomografen (OCT) für den vorderen Augenabschnitt (Casia 2, Tomey Corp., Nagoya, Japan). Nach der Bildvorverarbeitung wird eine Kantenerkennung der Vorder- und Rückfläche der Spenderhornhaut durchgeführt. Anschließend wird an die detektierten Flächen jeweils ein sphärozylindrisches Flächenmodell angepasst, aus welchem die Krümmungsradien, die Flächenbrechwerte sowie der Keratometerwert und die zentrale Dicke der Hornhaut bestimmt werden. Zur Validierung setzten wir ein Hornhautphantom mit definierter Geometrie ein, abschließend wurden 74 Spenderhornhäute in der Zellkulturflasche vermessen. Ergebnisse: Der große Tiefenmessbereich des OCTs erlaubt eine Vermessung des Phantoms und der Gewebeproben in der Kulturflasche, wobei ein Messbereich von ca. 7 mm Durchmesser erreicht wird. Flaschenwand- und Halterartefakte können zuverlässig aus den Daten entfernt werden, sodass die Berechnung des sphärozylindrischen Modells für die Vorder- und Rückfläche erfolgreich durchführbar ist. Die Messergebnisse für das Phantom zeigen geringe Abweichungen von den Herstellerangaben. Die gemessenen Krümmungsradien der Spenderhornhäute bewegen sich im Normalbereich. Schlussfolgerung: Das Vorderabschnitts-OCT Casia 2 erlaubt eine schnelle Vermessung von Spenderhornhautgewebe im Kulturmedium. Der messbare Bereich von ca. 7 mm ist im Wesentlichen durch die verwendete Halterung für das Spendergewebe limitiert. Aus den Volumendaten können topographische und pachymetrische Parameter berechnet werden.

Keywords:
Hornhautbank, Spenderhornhaut, Transplantat, Qualitätskontrolle, Optische Kohärenztomographie

Hintergrund

Um künftig dem Bedarf an Hornhaut-Transplantaten gerecht werden zu können, muss neben der Verbesserung der Spenderbereitschaft durch Information der Bürger auch eine gezielte Verwendung der gewonnenen Hornhautspenden erfolgen [1]. Die morphologische Untersuchung der Spenderhornhäute auf stromale Narben und Gewebeveränderungen erfolgt in der Regel subjektiv an der Spaltlampe. Feinste Veränderungen wie ein Status nach refraktiver Hornhautchirurgie (LASIK oder PRK) oder eine milde Form des Keratokonus könnten hierbei unentdeckt bleiben, sofern sie anamnestisch nicht festgestellt wurden [1]. Viele berührungslose Pachymetrie Mapping-Systeme wie Orbscan (Placido), Pentacam (Scheimpflug), Galilei (Placido + Scheimpflug) und neuerdings auch die optische Kohärenztomographie (OCT) wurden entwickelt und umgehen die Nachteile des Kontaktverfahrens der Ultraschallpachymetrie [2]. Während Keratometrie und Scheimpflug-Technologie nur am Spender direkt oder an ganzen Bulbi durchführbar sind, erscheint die OCT aufgrund ihrer hohen Auflösung die geeignete Technologie für ein Screening von Spendergewebe in der Zellkultur zu sein, wie Untersuchungen von z.B. Damian et al. belegen [3].

Studienergebnisse

Die Bildaufnahme erfolgte mit dem klinisch eingesetzten Vorderaugenabschnitts-OCT Casia 2 (Tomey Corp., Nagoya, Japan). Dieses arbeitet bei einer zentralen Wellenlänge von λ = 1310 nm und erlaubt eine Eindringtiefe von bis zu 13 mm in vivo. Hierdurch kann die Spenderhornhaut innerhalb der Zellkulturflasche dargestellt werden. Die zu untersuchende Spenderhornhaut wurde in ihrer Zellkulturflasche bei einer Raumtemperatur von ca. 23 °C vermessen. Die Messung erfolgte ca. 24 h nach dem Umsetzen in ein zur Abschwellung mit Dextran angereichertes Kulturmedium. Die Kulturflasche wurde in einer Halterung auf der Kinnstütze des OCTs positioniert (vgl. Abb. 1 in [1]). Anschließend wurde ein Rasterscan (12 mm × 12 mm × 10,5 mm; A/B-Scans: 2000 Scans; B/C-Scans: 64; Sampling in C: 1864 Scans) durch die Rückfläche der Spenderhornhaut durchgeführt und damit ein Volumendatensatz erzeugt. Die hierdurch erreichte Tiefenauflösung liegt bei 5,621 μm/Voxel im wässrigen Medium bzw. 7,51 μm/Voxel in Luft. Die laterale Auflösung beträgt 6 μm/Voxel. Bis zu 4 Scans wurden zur Reduzierung des Rauschens gemittelt.

Insgesamt wurden mit der Methode 74 zur Transplantation freigegebene Spenderhornhäute vermessen, die von der LIONS Hornhautbank Saar-Lor-Lux, Trier/Westpfalz in Homburg/Saar bereitgestellt wurden. Das durchschnittliche Spenderalter lag bei 72 ± 17 Jahren. Insgesamt wurden 48 Hornhäute von weiblichen und 45 Hornhäute von männlichen Spendern untersucht. Die Abb. 2 und 3 in [1] zeigen, dass sowohl die Aufnahme des PMMA-Phantoms als auch die des Hornhautspendergewebes mit dem Vorderabschnitts-OCT möglich sind.

Fazit für die Praxis

Ziel dieser Studie war die Entwicklung einer Methodik zur tomographischen Bildgebung und Charakterisierung von Hornhautspendergewebe in der Kulturflasche. Dies konnte in der hier vorgestellten «proof of principle»-Studie von Mäurer et al. mithilfe der OCT-Technologie gezeigt werden. Ich sehe zukünftig neben der von den Autoren beschriebenen Optimierung der Spenderhornhautanalyse eine weitere sinnvolle mögliche Anwendung bei der Vorbereitung individualisierter Spendergewebe für eine allogene Lentikelimplantation [4] zur Behandlung des Keratokonus.

Hiermit erkläre ich, dass keine Interessenskonflikte in Bezug auf den vorliegenden Kommentar bestehen.

1.
Mäurer S, Asi F, Rawer A, et al.: Konzept zur 3-D-Vermessung von Hornhautspendergewebe mithilfe eines klinischen OCT. Ophthalmologe 2018;DOI:10.1007/s00347-018-0801-2.
2.
Nam SM, Im CY, Lee HK, et al.: Accuracy of RTVue optical coherence tomography, Pentacam, and ultrasonic pachymetry for the measurement of central corneal thickness. Ophthalmology 2010;117:2096-2103.
3.
Damian A, Seitz B, Langenbucher A, et al.: Optical coherence tomography-based topography determination of corneal grafts in eye bank cultivation. J Biomed Opt 2017;22:16001.
4.
Li M, Zhao F, Li M, et al.: Treatment of corneal ectasia by implantation of an allogenic corneal lenticule. J Refract Surg 2018;34:347-350.
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2019
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