Comparative Study of Human Keratocyte Density after Corneal Grafting by Using Confocal Microscopy in Vivo

Zusammenfassung

Hintergrund: In einer kontrollierten Studie untersuchten wir die Keratozytendichte und Zellkerngröße im zentralen Bereich des kornealen Stromas. Methoden: Wir verglichen 20 Korneas nach Keratoplastik mit 24 Augen von gesunden Probanden. Beide Gruppen wurden nach Alter gematcht. Die Keratozytendichte und Zellkerngröße wurden mit dem Nidec Confoscan 2 in jeder Gruppe analysiert. Bei den Transplantatempfängern untersuchten wir die Beeinflussung durch das Spenderalter (4 - 71 Jahre) und die postoperativen Zeitspanne (8 - 77 Monate). Ergebnisse: Der Vergleich der gesunden Probanden und der Keratoplastikpatienten ergab keine Veränderungen der Keratozytendichte und Zellkerngröße in den zentralen Stromaschichten. Bei Keratoplastikpatienten zeigte sich ein Einfluss des Spenderalters in einer Zunahme der Zellkerngröße, jedoch nur in den posterioren stromalen Schichten (p = 0,042), wohingegen diese Veränderungen im anterioren und mittleren Stroma nicht gefunden wurden. Das Spenderalter zeigte keinen signifikanten Einfluss auf die Keratozytendichte in den Stromaschichten. Ebenso zeigte die postoperative Zeitdauer keinen Einfluss auf die Keratozytendichte oder die Zellkerngröße. Schlussfolgerungen: In unserer Studie mit dem konfokalen Mikroskop in vivo fand sich keine Beeinflussung der Keratozytendichte und Zellkerngröße im zentralen kornealen Stromasegment (anteriore, mittlere und posteriore Schichten) bei der korenalen Transplantation. Das Spenderalter zeigte einen Einfluss auf die Zunahme der Zellkerngröße, allerdings nur in den posterioren stromalen Schichten.

Abstract

Purpose: In a case control study we determined keratocyte density and size of nuclear area in the central segment of the corneal stroma. Methods: We compared 20 corneas after keratoplasty with 24 eyes of normal healthy individuals. Both groups were matched according to age. Keratocyte density and nuclear area were analyzed using Nidek Confoscan 2 separately for each group. In corneal graft recipients we studied how the mentioned variables were influenced by age of corneal graft donor (ranged from 4- to 71-years old) and by the time from surgery (8 to 77 months). Results: The comparison of healthy controls and patients with keratoplasty revealed no changes in keratocyte density and the size of nuclear area in central stromal layers. In patients after keratoplasty donor age influenced an increase in keratocyte nuclei area only in the posterior stroma layer (p = 0.042). No such changes were observed in anterior and midstroma layers. Donor age was not found to be significant for keratocyte density in any of the layers. Time from surgery neither influenced changes in keratocyte density nor in keratocyte nuclei area. Conclusions: In our study using confocal microscopy in vivo we found that corneal grafting does not influence keratocyte density and nuclear area in individual layers of the central corneal stroma segment (anterior, midstroma and posterior layers). Donor age influenced an increase in keratocyte nuclei area only in the posterior stroma layer.

Schlüsselwörter

Konfokale Mikroskopie - penetrierende Keratoplastik - humane korneale Keratozytendichte - humane Keratozytenzellkerngröße

Key words

Confocal microscopy - penetrating keratoplasty - human corneal keratocyte density - human keratocyte nuclear area

References

• 1 Beuerman R W. Confocal microscopy: Into the clinic.  Cornea. 1995;  14 (1) 1-2
• 2 Böhnke M, Masters B R. Confocal microscopy of the cornea.  Retinal and eye research. 1999;  18 (5) 553-628
• 3 Böhnke M, Schipper I, Thaer A. Konfokale Mikroskopie der Hornhaut nach PRK mit dem Eximer-Laser.  Klin Monatsbl Augenheilkd. 1997;  211 159-167
• 4 Bourne W M. Cellular changes in transplanted human corneas.  Cornea. 2001;  20 (6) 560-569
• 5 Cavanagh H D, Petroll W M, Alizadeh H. et al . Clinical and diagnostic use of in vivo confocal microscopy in patients with corneal disease.  Ophthalmology. 1993;  100 1444-1454
• 6 Chiou A G-Y, Chang C, Kaufman S C. et al . Characterization of fibrous retrocorneal membrane by confocal microscopy.  Cornea. 1998;  17 669-671
• 7 Corbett M C, Prydal J I, Verma S. et al . An in vivo investigation of the structures responsible for corneal haze after photorefractive keratectomy and their effect on visual function.  Ophthalmology. 1996;  103 1366-1380
• 8 Fantes F E, Hanna K D, Waring G O. et al . Wound healing after eximer laser keratomileusis (photorefractive keratectomy) in monkeys.  Arch Ophthalmol. 1990;  108 665-675
• 9 Fini M E. Keratocyte and fibroblast phenotypes in the repairing cornea.  Prog Retinal Eye Res. 1999;  18 529-551
• 10 Frueh B E, Cadez R, Böhnke M. In vivo confocal microscopy after photorefractive keratectomy in humans.  Arch Ophthalmol. 1998;  116 1425-1431
• 11 Hanna C, Irwin E S. Fate of cells in corneal graft.  Arch Ophthalmol. 1962;  68 810-817
• 12 Jester J V, Moller-Pedersen T, Huang J. et al . The cellular basis of corneal transparency: evidence for „corneal crystallins”.  J Cell Sci. 1999;  112 613-622
• 13 Klyce S D, Beuerman R W. Structure and function of the cornea. In: Kaufman HE, Barron BA, McDonald MB (eds) The cornea. 2^nd ed. Butterworth-Heinemann 1998: 3-50
• 14 Kratz-Owens K L, Hageman G S, Schanzlin D J. An in vivo technique for monitoring keratocyte migration following lamellar keratoplasty.  J Refract Corneal Surg. 1992;  8 230-234
• 15 Lohmann C, Gartry D, Muir K M. et al . Haze in photorefractive keratectomy: its origins and consequences.  Lasers and light in ophthalmology. 1991;  4 15-34
• 16 Masters B R, Thaer A A. Real-time scanning slit confocal microscopy of the in vivo human cornea.  Appl Optics. 1994;  33 (4) 695-701
• 17 McDonald M B, Frantz J M, Klyce S D. et al . One-year refractive results of central photorefractive keratectomy for myopia in the nonhuman primate cornea.  Arch Ophthalmol. 1990;  108 1316-1322
• 18 Moller-Pedersen T. A comparative study of human corneal keratocyte and endothelial cell density during aging.  Cornea. 1997;  16 333-338
• 19 Mustonen R K, McDonald M B, Srivanneboon S. et al . Normal human corneal cell populations evaluated by in vivo scanning slit confocal microscopy.  Cornea. 1998;  17 485-492
• 20 Patel S V, McLaren J W, Camp J J, Nelson L R, Bourne W M. Automated quantification of keratocyte density by using confocal microscopy in vivo.  Invest Ophthalmol Vis Sci. 1999;  40 320-326
• 21 Patel S V, McLaren J W, Hodge D O, Bourne W M. Normal human keratocyte density and corneal thickness measurement by using confocal microscopy in vivo.  Invest Ophthalmol Vis Sci. 2001;  42 333-339
• 22 Polack F M, Smelser G K, Rose J. Long-term survival of isotopically labeled stromal and endothelial cells in corneal homografts.  Am J Ophthalmol. 1964;  57 67-78
• 23 Sherif Z AR, Pleyer U, Rieck P, Hartmann C. Confocal microscopy in corneal dystrophies.  Klin Monatsbl Augenheilkd. 1999;  214 12-21
• 24 Slowik C, Somodi S, Richter A. et al . Confocal in vivo microscopy after sclerocorneoplasty a chaud with a diameter of 15 mm because of a necrotizing keratitis.  Klin Monatsbl Augenheilkd. 1996;  208 246-250
• 25 Wiegand W, Thaer A A, Kroll P, Geyer O C, Garcia A J. Optical sectioning of the cornea with a new confocal in vivo slit-scanning videomicroscope.  Ophthalmology. 1995;  102 568-575
• 26 Wilson T, Sheppard C. Theory and practice of scanning optical microscopy. London; Academic press 1984
• 27 Yoon Y D, Waring G O, Stulting R D. et al . Keratocyte repopulation in epikeratoplasty specimens.  Cornea. 1998;  17 180-184