Effect of Drugs on Rabbit Retina

Abstract

The adverse effects of drugs in the eye are not easily detected, and the underlying pathogenesis not fully understood. The effects of four different kinds of drugs have been investigated in the rabbit eye, using electroretinography, ocular examination and histochemical methods.



Rifabutin is a broad spectrum antibiotic with known ocular adverse effects (corneal opacities, uveitis and vascular retinopathy) in the human eye. In the rabbit eye rifabutin causes lens discoloration and it significantly reduces both total rod-cone function and isolated cone function, but it does not affect retinal morphology.



Ranibizumab, bevacizumab, and pegaptanib are inhibitors of the cytokine vascular endothelial growth factor. Pegaptanib and ranibizumab are approved for injection into the vitreous. Bevacizumab is a cancer drug injected off-label intravitreally. In rabbit rod-mediated function was found depressed 8 weeks after a single injection of all three VEGF inhibitors. Rod bipolar cells were affected in the groups injected with pegaptanib and ranibizumab, but not with bevacizumab.



Triamcinolone acetonide is a corticosteroid with depot properties, used for intramuscular and intraarticular injections. In Europe, triamcinolone is commercially available only in combination with the preservative benzyl alcohol, and is not approved for intraocular use. Triamcinolone has been and is extensively used off-label for injections into the vitreous body. Intravitreal injection of triamcinolone and benzyl alcohol, separately and in combination, affected both retinal function and histology.



Adalimumab, a monoclonal antibody against the pro-inflammatory cytokine tumor necrosis factor α is approved for subcutaneous injection in autoimmune diseases. The level of TNFα is raised in ocular inflammatory conditions. No functional disturbances were found on examination with ffERG after injection into the vitreous body of rabbits. Retinal histology was found to be intact.





These studies have shown that drugs may affect both retinal function and histology in the rabbit eye, and that retinal electrophysiology combined with histochemistry can detect the retinal level and the cell type involved in these processes, or exclude retinal damage by the drug. This knowledge should alert ophthalmologists to perform extensive investigations in patients on medication who present with unaccountable visual symptoms.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

De fyra studier som ingår i denna avhandling är gjorda för att undersöka eventuella oönskade effekter av läkemedel på näthinnan. Näthinnan är en del av det centrala nervsystemet och känslig för toxiska substanser. För att skydda näthinnan så finns två barriärer – en yttre och en inre blod–näthinne- barriär. Dessa barriärer består av strukturer som håller samman celler i retinala pigment epitelet och inuti blodkärlen hårt och tätt för att substanser inte skall släppas igenom. Trots detta så kan skadliga substanser ibland ta sig igenom. Under de senaste åren så har injektion av läkemedel direkt in i ögat blivit en mycket vanlig metod för att tillföra läkemedel. Injektion i ögat har fördelar: en exakt dos kan tillföras, som inte påverkas av eller påverkar resten av kroppen och glaskroppen kan utnyttjas som en depå. För att undersöka eventuella oönskade effekter av läkemedel så har vi använt en djurmodell, till vilken vi tillfört läkemedlet i fråga, elektrofysiologi för att undersöka näthinnans funktion före och efter tillförsel och i slutet av studien, 6-9 veckor efter tillförsel av läkemedlet, har näthinnans histologi undersökts.

Näthinnan är en tunn hinna som täcker på insidan av ögongloben. Hornhinnan och linsen bryter tillsammans ljusstrålar så att de fokuseras på näthinnan för att forma en skarp bild. Fotoreceptorer i näthinnan omvandlar ljusenergi till elektriska signaler som skickas via synnerven och synbanorna till hjärnbarken i nackloben till syncentrum. Den mänskliga näthinnan innehåller ca 130 miljoner fotoreceptorer, 92-125 miljoner stavar och 4,6- 6,8 miljoner tappar. Stavarna, som gör att vi kan se i mörker, är mycket ljuskänsliga och deras pigment, rhodopsin, bleks snabbt av ljus och de blir därigenom inaktiverade. Stavar finns spridda över hela näthinnan utom i ett område centralt, gula fläcken, macula lutea, där enbart tappar sitter, tätt ansamlade. Tapparna ger färg och detaljseende. Ett fåtal tappar finns spridda utanför gula fläcken, antalet minskar ju längre perifert man undersöker.

Näthinnans funktion kan objektivt undersökas med fullfälts elektroretinografi (ffERG). Individens näthinna skall då vara mörker anpassad så att stavarna har förmåga att reagera på ljuset som ingår i undersökningen. En kontaktlins placeras på hornhinnan och patienten skall se in i en Ganzfeld skärm där ljus presenteras. Genom att modulera ljusstyrka, frekvens med vilken ljuset presenteras och näthinnans mörker/ljus anpassning så kan svar från tappar och stavar särskiljas.

FfERG är en bra metod för att visa global skada på tappar och/eller stavar men en dålig metod för att visa lokaliserade skador. För att kompensera för denna svaghet så utvecklades multifokal elektroretinografi, mfERG. Denna metod görs med näthinnan i ljus anpassat tillstånd och visar enbart tappars funktion. I gengäld så kan man med denna metod visa lokaliserade områden med dålig tapp funktion. Detta är mycket användbart vid åldersrelaterade förändringar i gula fläcken (AMD, age-related macular degeneration) som är en mycket vanlig sjukdom hos äldre. Vid detta tillstånd så visar mfERG sämre funktion i gula fläcken men FfERG visar normal funktion hos både tappar o stavar eftersom att gula fläcken representerar ett mycket litet område i näthinnan och svaret härifrån drunknar i svaren från övriga fotoreceptorer i näthinnan.



I det första arbetet undersöks effekten av ett bredspektrum antibiotikum, rifabutin. Tanken att utforska rifabutin uppkom efter att en pojke med långvarig rifabutin medicinering remitterats till ögonkliniken pga. allvarliga ögonbiverkningar. För att utforska om biverkningarna upp¬kommit av medicineringen gavs kaniner en motsvarande dos under 15 månader och jämfördes med en grupp som inte fått substansen. Under studiens gång så visade under¬sökning av näthinnans funktion en progressiv sänkning av fotoreceptorernas funktion. Vävnads¬under¬sökning av näthinnan visade inga morfologiska förändringar vid jämförelse mot kontroll gruppen, men linserna hos samtliga kaniner som fått rifabutin var kraftigt missfärgade.



I det andra arbetet undersöktes näthinnans funktion och morfologi på kaniner efter injektion av substans som hämmar tillväxtfaktorn “vascular endothelial growth factor”, VEGF, i högra ögat. Vid tidpunkten för den här studien fanns 3 sådana substanser på marknaden: pegaptanib, bevacizumab och ranibizumab. Kaninerna jämfördes mot kaniner som fått balanserad saltlösning injicerad i ögat. Man fann att alla 3 substanser, i olika grad, påverkade näthinnans funktion negativt. Undersökning med mfERG visade ingen skillnad mellan medicinerade och kontroll kaniner. Vävnads undersökning av näthinnan visade minskad inmärkning av stavbipolära celler i den medicinerade gruppen, men i övrigt normal näthinna.



I den tredje och fjärde studien använde vi oss av samma modell och undersökte effekten av läkemedel som injicerats direkt in i kaninögat. Triamcinolon (Kenacort®, Kenalog®) är en syntetisk corticosteroid. I Europa säljs triamcinolon som medel för injektion vid behandling av inflammatoriska tillstånd och tillstånd där reglering av ett överaktivt immunsystem behövs. Ofta behandlas allergiska tillstånd som uppkommer under begränsad tidsperiod, så som pollenallergi, astma och inflammatoriska tillstånd i leder och muskler. Beredningen ligger i kristallform som ger en långsam utsöndring av triamcinolon under en längre period, och används därför som ett ”depot” läkemedel. Denna egenskap har gjort att man använt medlet för injektion vid lokala inflammatoriska tillstånd i ögat, utanför indikationen för läkemedlet. Vissa studier har visat att medlet är toxiskt för näthinnan, andra att det inte är det. I Europa säljs medlet alltid konserverat med benzyl alkohol medan det i USA finns beredningar utan konserveringsmedel, ämnat för injektion i ögat. Vår studie visar att både triamcinolon och konserveringsmedlet har negativ effekt på näthinnans funktion.

Adalimumab är en monoklonal antikropp riktad mot den kroppsegna inflammations höjande substansen ”tumor necrosis alpha”, TNFα. TNFα startar och underhåller inflammatorisk reaktion i kroppens vävnader. Adalimumab och andra TNFα hämmande medel har förbättrat utsikterna för patienter med autoimmuna sjukdomar, sjukdomar där kroppens immunsystem angriper den egna vävnaden, så som vid ledgångs reumatism och inflammatoriska tarm¬sjuk-domar, genom att sänka nivån av TNFα och därmed minska inflammationen som bryter ner vävnaderna i kroppen. Vid inflammatoriska ögonsjukdomar har man funnit ökad mängd TNFα i ögat, samt att om man sprutar in substansen TNFα i ögat så uppkommer en inflammatorisk reaktion. Vi har ägnat vårt fjärde arbete åt att undersöka möjligheten att injicera TNFα hämmaren adalimumab direkt i ögat. Undersökning av näthinnans funktion och morfologi visar inga tecken till skada som följd av en injektion av adalimumab.

Avhandlingen visar att läkemedel kan påverka både näthinnans funktion och morfologi. Elektroretinografi tillsammans med vävnadsundersökningar kan visa vilka celler i näthinnan som påverkats eller utesluta påverkan på näthinna i vald djurmodell. Kunskapen bör påverka behandlade läkare till att vara uppmärksamma på eventuella syn störningar i samband med läkemedelsbehandling.

• author: Cardiakidis Myers, Anna
• supervisor: Vesna Ponjavic; Anitha Bruun; Fredrik Ghosh; Sten Andréasson
• opponent: Professor Krohn, Jørgen, University of Bergen
• organization: Ophthalmology, Lund
• publishing date: 2013
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Ophthalmology
• keywords: Drug toxicity, electroretinography, histopathology, intravitreal injection, rifabutin, anti-VEGF, triamcinolone, benzyl alcohol, anti-TNF-alpha, adalimumab
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2013:109
• pages: 122 pages
• defense location: Segerfalksalen, Lund
• defense date: 2013-10-25 09:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-87449-81-9
• language: English
• LU publication?: yes
• id: b5d7d240-61ab-4f93-85f4-32a9003a562b (old id 4076246)
• date added to LUP: 2016-04-01 14:35:46
• date last changed: 2023-04-18 20:11:30