DE102009043750A1

DE102009043750A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Detektion von Ablagerungen im Auge

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Publication number: DE102009043750A1
Application number: DE102009043750A
Authority: DE
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-08-04
Also published as: WO2011038892A1; US9320436B2; US20120229766A1; DE102009043750A8

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Detektion von Ablagerungen, insbesondere Amyloid-Plaques im Auge, insbesondere im menschlichen Auge. Gegenstand ist ein optisches Verfahren zur Detektion von Ablagerungen, insbesondere von β-Amyloid in der Retina, welches ortsaufgelöst ist und wobei die Ortsauflösung besser ist als die Schichtdicke einzelner Schichten der Retina. Angegeben wird auch eine Vorrichtung zur optischen Detektion von β-Amyloid in der Retina, welche ein ortsaufgelöstes Bild der Retina erzeugt und wobei die Ortsauflösung besser ist als die Schichtdicke einzelner Schichten der Retina.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Detektion von Ablagerungen, insbesondere Amyloid-Plaques im Auge, insbesondere im menschlichen Auge.
Die Detektion von Amyloid-Plaques ist von besonderem Interesse in Verbindung mit der Diagnose von der sogenannten Alzheimer-Krankheit (Morbus Alzheimer).
Morbus Alzheimer ist eine Krankheit, die typischerweise in höherem Alter auftritt und bei den betroffenen Patienten einen zunehmenden Verlust kognitiver und nicht-kognitiver Fähigkeiten verursacht. Im Gehirn von Patienten mit Morbus Alzheimer bilden sich β-Amyloid Plaques sowie pathologisch veränderte Nervenzellfortsätze mit intrazellulär gelegenen fibrillären Ablagerungen des τ-PHF-Proteins.
Im Verlauf der Erkrankung nimmt die Hirnmasse durch Absterben der Neuronen stark ab, man spricht hierbei von einer Hirnatrophie. Das Vorhandensein von β-Amyloid-Plaques in der Hirnrinde ist ein anerkanntes, frühes pathologisches Kennzeichen des Morbus Alzheimer. Die β-Amyloid-Pathologie beginnt in der Hirnrinde, während die τ-PHF-Pathologie zuerst in der Hippokampusformation auftritt.
Allerdings ist der Nachweis der β-Amyloid Plaques im Gehirn von Patienten nur schwer zu führen.
In der US 7 409 040 wird zu diesem Zweck ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion von pathologischen Makromolekülen im Gehirn auf Basis von Röntgenanalyse oder Mikrowellen/Hochfrequenz-Analyse vorgeschlagen, welches aber sehr aufwendig ist und nach Kenntnis der Anmelderin noch nicht realisiert wurde.
Es ist bekannt, dass sich β-Amyloid-Ablagerungen auch in der Augenlinse (Goldstein L E, Muffat J A, Cherny R A, Moir R D, Ericsson M H, Huang X, (2003) Cytosolic beta-amyloid deposition, and supranuclear cataracts in lenses from people with Alzheimer's disease. Lancet.; 36: 1258–65), der Retina (Parisi V. (2003) Correlation between morphological and functional retinal impairment in patients affected by ocular hypertension, glaucoma, demyelinating optic neuritis and Alzheimer's disease. Semin Ophthalmol.; 18(2): 50–7) und in Blutgefäßen befinden.
Des Weiteren gibt es Evidenzen für Ablagerungen von τ-PHF in der Retina (Gupta N, Fong J, Ang LC, Yücel YH. Retinal tau pathology in human glaucomas. Can J Ophthalmol. 2008 Feb; 43(1): 53–60).
Es ist weiterhin bekannt, dass Morbus Alzheimer Patienten vermehrt an Augenkrankheiten, wie AMD und Glaukom, leiden (vgl. Bayer AU, Ferrari F, Erb C. High occurrence rate of glaucoma among patients with Alzheimer's disease. Eur Neurol. 2002; 47(3): 165–8) oder Vickers J C. (1997) The cellular mechanism underlying neuronal degeneration in glaucoma: parallels with Alzheimer's disease. flust N Z J Ophthalmol.: 105–9. Review).
Daher gibt es Reihe von Vorschlägen, durch Messungen am Auge eine Alzheimer-Diagnose zu ermöglichen.
In der US 7 297 326 wird vorgeschlagen, an Hand von speziellen Fluoreszenz-Markern welche mit Augengewebe in Kontakt gebracht werden und anschließend in die Augenlinse wandern das Vorhandensein von β-Amyloid-Ablagerungen in der Linse nachzuweisen. Dazu wird aus einer Analyse der Fluoreszenz auf die Bindung der Marker an β-Amyloid gefolgert. Diese Untersuchung lässt sich bei Patienten, denen wegen eines Katarakts die natürliche Augenlinse entfernt worden ist nicht mehr durchführen.
In der US 6 988 995 wird versucht, mit Hilfe eines Polarimeters den Verlust von Ganglienzellen in der Retina zu erkennen und so eine Alzheimer-Diagnose stellen zu können. Die DE 10 2007 061 987 der Anmelderin, auf deren kompletten Inhalt hiermit Bezug genommen wird, schlägt vor, zum Nachweis von β-Amyloid-Ablagerungen in der Augenlinse ein Laser-Scanning-Ophthalmoskop (LSO) zu verwenden.
Die DE 10 2006 030 382 der Anmelderin, auf deren kompletten Inhalt hier ebenfalls Bezug genommen wird, beschreibt verschiedene Marker und optische Detektionsverfahren zum Nachweis u. a. von β-Amyloid im Auge.
Weiterhin ist bekannt, dass sich β-Amyloid auch in den Drusen von Patienten mit Altersmakuladegeneration (AMD) befindet (Dentchev T, Milam A H, Lee V M, Trojanowski J Q, Dunaief: "Amyloid-beta is found in drusen from some age-related macular degeneration retinas, but not in drusen from normal retinas" Mol Vis. 2003 May 14;9: 184–90 und Anderson D H, Talaga K C, Rivest A J, Barron E, Hageman G S, Johnson L V: „Characterization of beta amyloid assemblies in drusen: the deposits associated with aging and age-related macular degeneration.", Exp Eye Res. 2004 Feb; 78(2): 243–56) und β-Amyloid unter anderem beteiligt ist an dem weiteren Krankheitsverlauf der AMD, der zur „geographic atrophy” (Endform der trockenen AMD) oder der choroidalen Neovaskularisierung (CNV, feuchte AMD) führt (Wang J, Ohno-Matsui K, Yoshida T, Kojima A, Shimada N, Nakahama K, Safranova O, Iwata N, Saido T C, Mochizuki M, Morita I.: „Altered function of factor I caused by amyloid beta: implication for pathogenesis of age-related macular degeneration from Drusen.", J Immunol. 2008 Jul 1; 181(1): 712–20.).
Daher können die bisherigen Verfahren, welche den Nachweis von β-Amyloid als Indiz für das Vorhandensein von Morbus Alzheimer nutzen, durch das Vorhandensein von durch AMD verursachten β-Amyloid-Vorkommen in ihrer Aussage massiv verfälscht werden, sogar Fehldiagnosen sind möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher die Nachteile des Standes zu überwinden und zuverlässigere Verfahren zur Detektion von Ablagerungen im Auge anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein optisches Verfahren zur Detektion von Ablagerungen, insbesondere von β-Amyloid in der Retina gelöst, welches ortsaufgelöst ist und wobei die Ortsauflösung besser ist als die Schichtdicke einzelner Schichten der Retina, insbesondere ist die Ortsauflösung besser als 20 μm, besonders bevorzugt besser als 10 μm, weiter besonders bevorzugt besser als 5 μm.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich, wenn das β-Amyloid durch entsprechende molekulare Marker markiert und schichtselektiv detektiert wird. Als Marker sind hier insbesondere geeignet:

• Thioflavin S und deren Derivate (z. B. Pittsburgh Compound B) (IUPAC 4-(3,6-dimethyl-1‚3-benzothiazol-3-ium-2-yl)-N,N-dimethylaniline Chlorid);
• Thioflavin T (IUPAC: 4-(3,6-dimethyl-1,3-benzothiazol-3-ium-2-yl)-N,N-dimethylaniline chloride) und deren Derivate;
• Kongo rot und dessen Derivate (IUPAC: 3,3'-(4,4'Biphenyldiylbisazo)bis-(4-amino-1-naphtalinsulfonsäure)-Dinatriumsalz);
• Methlyen blau (Rember) (3,7-Bis(dimethylamino)-phenothiaziniumchlorid) und seine Derivate;
• β-Amyloid-spezifische Antikörper, Antikörperfragmente, Peptide, Aptamere, RNA-Moleküle mit intrinsischen oder extrinsischen Eigenschaften, welches sich zur optischen Darstellung eignen, (z. B. durch Anhängen eines Farbstoffes wie Indocyanin Green oder Fluorescein oder einer Substanz zur Erhöhung der absorbierenden oder streuenden Eigenschaften, wie „Gold Nanocages”, „Microspheres” mit Melanin oder Gold)

Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Ortsauflösung geeignet ist, die morphologische Struktur der β-Amyloid-Ablagerungen aufzulösen.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind insbesondere geeignet:
hochauflösende OCT-(Optische Kohärenztomographie)-Geräte, hochauflösende Funduskameras, hochauflösende Laser Scanning Ophthalmoskope, ein Polarimeter oder eine Kombination aus vorstehend genannten Vorrichtungen u. ä.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch eine Vorrichtung zur optischen Detektion von β-Amyloid in der Retina, welche ein ortsaufgelöstes Bild der Retina erzeugt und wobei die Ortsauflösung besser ist als die Schichtdicke einzelner Schichten der Retina, insbesondere ist die Ortsauflösung besser als 20 μm, besonders bevorzugt besser als 10 μm, weiter besonders bevorzugt besser als 5 μm.
Eine solche Vorrichtung kann beispielsweise ein hochauflösendes OCT-(Optische Kohärenztomographie)-Gerät, eine hochauflösende Funduskamera, ein hochauflösendes Laser Scanning Ophthalmoskop, ein Polarimeter oder eine Kombination aus vorstehend genannten Vorrichtungen u. ä. umfassen.
Das vorstehend beschriebene Verfahren kann erfindungsgemäß auch zur Detektion von Ablagerungen von τ-PHF in der Retina genutzt werden.
Die schichtselektive Analyse Alzheimer-spezifischer Plaques ist z. B. innerhalb der beschriebenen Verfahren durch Kombination einer hochauflösenden Fundusbildgebung auf Basis der markerspezifischen Fluoreszenz und einer hochauflösenden OCT-Schnittbildgebung insbesondere an den Stellen ausgeprägter markerspezifischer Fluoreszenz vorteilhaft, da damit die auf molekularer Basis detektierten Areale morphologisch bewertet werden können. Eine einfachere markerfreie morphologische Therapiekontrolle ist damit erfindungsgemäß insbesondere bei exakter Registrierung der auf molekularer Basis detektierten betroffenen Areale zur 3-dimensionalen Morphologie besonders mit Hilfe von Kombinationsgeräten sehr gut möglich.
Derartige Kombinationsgeräte sind bevorzugt eine Fundus-Weitfeld-Kameras mit Farbbild-, Fluoreszenz- bzw. Autofluoreszenz- und spektral selektiver Anregung und Detektionsmodalitäten in registrierter Verbindung mit Methoden der Optischen Kohärenz Tomografie (OCT) welche eine 3-dimensional hochaufgelöste morphologische aber „molekular” zugeordnete Bildgebung gestattet.
Weitere erfindungsgemäße Kombinationen sind konfokale Laserscannverfahren die bereits 3-dimensional molekular zugeordnete Fluoreszenzen detektieren können und zur rein morphologischen Nachverfolgung bzw. Therapiekontrolle ein OCT-System registriert, d. h. geometrisch übereinstimmend, zugeordnet haben.
Die Kombination auch markergebundener OCT-Verfahren mit Polarisationsverfahren, konfokalen Scannverfahren oder Fundusimaging-Verfahren ist ebenfalls erfindungsgemäß vorgesehen.
Wichtig bei all diesen Kombinationsmöglichkeiten ist, dass die invasivere molekularspezifische Bildgebung, welche die Verabreichung molekularer Sonden erfordert, für eine Verlaufskontrolle oder Therapiekontrolle mit weniger invasiven, aber hochauflösenden bildgebenden Verfahren registriert kombiniert ist, um eine eindeutige Zuordnung molekularer Befunde zu morphologischen Befunden zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird also mit einem Kombinationsgerät eine markerbasierte Fluoreszenzanalyse auf molekularer Ebene (Funduskamera-Fluoreszenzanalyse) durchführt der sich später zur Verlaufskontrolle eine räumlich registrierte morphologische Gewebeanalyse (z. B. OCT) anschließt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
1 einen Querschnitt durch die Retina
2 eine schematische Darstellung der Ganglienzellschicht
3 eine schematische Darstellung der retinalen Nervenfaserschicht
4 eine schematische Darstellung eines Laser Scanning Ophthalmoskops
1 zeigt einen Querschnitt durch die Retina (Netzhaut) des Auges um den Schichtaufbau zu verdeutlichen. Dabei trifft in dieser Darstellung das durch Hornhaut und Linse fokussierte Licht von unten auf die Retina. Nach der Sclera (Lederhaut) 1 kommen in der Reihenfolge die folgenden Schichten: Choroidea (Aderhaut) 2, Bruchsche Membran (lamina vitrea) 3, Retinales Pigmentepithel 4, Stäbchen und Zapfen 5, Äußere Grenzmembran 6, Äußere Körnerschicht 7, Äußere plexiforme Schicht 8, Innere Körnerschicht 9, Innere plexiforme Schicht 10, Ganglienzellschicht 11 und Retinale Nervenfaserschicht (RNFL) 12.
Dabei beträgt die gesamte Dicke der Retina ca. 200–300 μm.
In der Retinalen Nervenfaserschicht 12 und Ganglienzellschicht 11 sind β-Amyloid-Ablagerungen 13 eingelagert.
An der Bruchschen Membran 3 sind hier Drusen 14 vorhanden, welche ebenfalls β-Amyloid-Ablagerungen 15 enthalten.
Dabei ist die Einlagerung von β-Amyloid-Ablagerungen 13 in der Retinalen Nervenfaserschicht 12 und Ganglienzellschicht 11 charakteristisch für Alzheimer, während das Vorhandensein von β-Amyloid in den Drusen 14 auf AMD hinweist.
In 2 ist die Ganglienzellschicht 11 schematisch dargestellt, in (A) weisen die Ganglien 16 eine rundliche bis ovale Form auf und liegen nicht sehr dicht beieinander. In (B) sind die Einlagerungen von β-Amyloid 13 dargestellt, welche sich zwischen den Ganglien 16 befinden und bereits morphologisch von diesen zu unterscheiden sind.
In 3 sind schematisch die Grundlagen für eine polarimetrische Bestimmung des Vorhandenseins von β-Amyloid dargestellt. In (A) wird senkrecht zueinander polarisiertes Licht 17 von der relativ regelmäßigen Retinalen Nerverfaserschicht 12 in charakteristischer Art verzögert, wodurch eine nur durch die Dicke der RNFL 12 bestimmte Verzögerung 18 entsteht. In (B) wird durch die β-Amyloid-Ablagerungen 13 eine zusätzliche inhomogene Verzögerungskomponente eingebracht, so dass die resultierende Verzögerung 19 von der „ungestörten” Verzögerung 18 unterscheidet. Durch Vergleich mit entsprechenden Normwerten oder Datenbanken lässt sich damit mit einem Polarimeter, wie es in US 6 988 995 , auf deren kompletten Inhalt hiermit Bezug genommen wird, dargestellt ist, das Vorhandensein von β-Amyloid-Ablagerungen 13 nachweisen.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Nachweisen von β-Amyloid-Molekülen 20 in einem Auge 21 in Form eines Laser Scanning Ophthalmoskops. Die Vorrichtung umfasst einen Laserscanner 22 einen Spiegel mit dichroitischer Beschichtung 23 und einen Photomultiplier 24. Der Laserscanner 22 weist einen Laser 25, ein Scannmodul 26, das aus zwei Galvoscannern und einem variablen Expander gebildet wird und einen weiteren Modulator 27 auf.
Der Photomultiplier 24 ist dem Auge 21 gegenüber angeordnet. Der Spiegel mit dichroitischer Beschichtung 23 ist zwischen dem Auge 21 und dem Photomultiplier 24 angeordnet und in einem 45°-Winkel zu einer Verbindungslinie zwischen dem Auge 21 und dem Photomultiplier 24 ausgerichtet. Der Laserscanner 22 ist von dem Spiegel mit dichroitischer Beschichtung 23 beabstandet angeordnet, derart, dass eine Verbindungslinie zwischen dem Spiegel mit dichroitischer Beschichtung 23 und dem Laserscanner 22 einen Winkel von 135° mit dem Spiegel mit dichroitischer Beschichtung 23 bildet.
Der Laser 22 erzeugt einen Laserstrahl 28, der durch die beiden Galvoscanner und den variablen Expander ausgerichtet wird und dessen Wellenlänge durch den Leistungsmodulator 27 auf 360–370 nm oder einer zur Anregung von entsprechenden molekularen Markern geeigneten Wellenlänge im sichtbaren oder infraroten Spektralbereich eingestellt wird. Der Laserstrahl 28 trifft auf den Spiegel mit dichroitischer Beschichtung 23 und wird teilweise auf die Retina 29 des Auges 21 gelenkt. Durch den Laserstrahl 28 werden β-Amyloid-Moleküle 20 in der Retina 29 zur Autofluoreszenz oder spezifisch an β-Amyloid gebundene molekulare Marker zur Fluoreszenz angeregt. Dabei geben sie Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 420 nm ab. Dieses Licht bildet einen Lichtstrahl 30. Der Lichtstrahl 30 tritt teilweise durch den Spiegel mit dichroitischer Beschichtung 23 durch und trifft auf den Photomultiplier 24.
Der Photomultiplier 24 detektiert das von den β-Amyloid-Molekülen 20 oder vom molekularen Marker abgegebene Fluoreszenzlicht.
Dadurch kann auf einfache Weise festgestellt werden, ob in der Retina 29 eines Auges 20 β-Amyloid-Moleküle 20 vorhanden sind.
Die Absorptionsspektren der Zielmoleküle sind in der Regel relativ breit, so dass je nach Ausführungsform eine Variation der Laserwellenlängen von 20 nm möglich ist. Weiterhin weist die Vorrichtung einen Lock-in-Verstärker 31, eine Detektorblende 32, ein Filter 33, eine Transferlinse 34 und eine Fokussierlinse 35 auf.
Die Fokussierlinse 35 ist zwischen dem Auge 21 und dem Spiegel mit dichroitischer Beschichtung 23 im Bereich des Laserstrahls 28 angeordnet. Die Transferlinse 34, das Farbfilter 33 und die Detektorblende 32 sind zwischen dem Photomultiplier 24 und dem Spiegel mit dichroitischer Beschichtung 23 im Bereich des Lichtstrahls 30 angeordnet.
Der Lock-in-Verstärker 31 ist mit dem Photomultiplier 24 verbunden.
Durch die Fokussierlinse 35 wird der Laserstrahl 28 fokussiert, so dass er im Bereich der Retina 29 einen sehr kleinen Querschnitt aufweist. Durch die Transferlinse 34 wird der Lichtstrahl 30 fokussiert. Durch das Farbfilter 33 werden Bestandteile des Lichtstrahls 30, die nicht von einem β-Amyloid-Molekül abgegeben worden sind, ausgefiltert. Die Detektorblende 32 unterdrückt unerwünschte Streulichtanteile. Der Lock-in-Verstärker 31 bereitet das Signal des Detektors so auf, dass das Signal:Rauschverhältnis bei der Detektion erhöht wird.
Durch das Vorsehen der Fokussieroptik 35 ist es möglich, die Retina 29 mit einer hohen Auflösung abzurastern. Die Auflösung kann dabei so hoch gewählt werden, dass Autofluoreszenz bzw. Fluoreszenzbilder der Retina 29 erzeugbar sind. Durch das Vorsehen des Farbfilters 33 und der Detektorblende 32 werden unerwünschte Anteile aus dem Lichtstrahl 30 herausgefiltert bzw. ausgeblendet. Dadurch, dass der Lichtstrahl 30 durch die Transferlinse 34 fokussiert wird, wird eine höhere Energiedichte in dem Fokus des Lichtstrahls 30 erreicht. Dadurch wird eine Detektion des Lichtstrahls 30 erleichtert.

Die Anforderungen an den Nachweis von β-Amyloid in der Retina sind in nachfolgender Tabelle zusammengefasst:

Parameter	Wert
Retina
Dicke der Retina	200–300 μm
Dicke Ganglienzellschicht	20–30 μm
Dicke retinales Pigmentepithel	20–30 μm
Dicke Bruchs Membran	2 μm
β-Amyloid-Plaques in der Ganglienzellschicht:
Größe	5 bis > 50 μm (z. T. Cluster-Bildung)
Eigenschaften	Fibrilläre Struktur „grüne” Doppelbrechung
Absorptionsmaxima Emissionsmaxima	360–370 nm > 420 nm
β-Amyloid in den Drusen:
Drusen	Klassifizierung: Trockene AMD: 63–124 μm Intermediäre AMD: > 125 μm

Zur Detektion von β-Amyloid in der Retina sind mehrere Verfahren möglich:
1. Schichtselektiver Nachweis durch Marker-basierte Verfahren
Mit Hilfe von molekularen Markern, welche spezifisch sind gegen β-Amyloid und/oder τ-PHF, werden β-Amyloid- und/oder τ-PHF-Plaques in Kombination mit einer geeigneten, bildgebenden Vorrichtung schichtselektiv nachgewiesen.
Molekularer Marker
Folgende β-Amyloid-spezifische Marker sind unter anderem einsetzbar:

• Thioflavin S & und deren Derivate (z. B. Pittsburgh Compound B) (IUPAC 4-(3,6-dimethyl-1,3-benzothiazol-3-ium-2-yl)-N,N-dimethylaniline Chlorid);
• Thioflavin T (IUPAC: 4-(3,6-dimethyl-1,3-benzothiazol-3-ium-2-yl)-N,N-dimethylaniline chloride) und deren Derivate;
• Kongo rot und dessen Derivate (IUPAC: 3,3'-(4,4'Biphenyldiylbisazo)bis-(4-amino-1-naphtalinsulfonsäure)-Dinatriumsalz);

• Methlyen blau (Rember) (3,7-Bis(dimethylamino)-phenothiaziniumchlorid) und seine Derivate;
• β-Amyloid-spezifische Antikörper, Antikörperfragmente, Peptide, Aptamere, RNA-Moleküle mit intrinsischen oder extrinsischen (z. B. durch anhängen eines Farbstoffes) Eigenschaften, welches sich zur optischen Darstellung eignen.

Als τ-PHF-spezifischer Marker sind Thiazohydrazid und dessen Derivate sowie τ-PHF-spezifische Antikörper, Antikörperfragmente, Peptide, Aptamere, RNA-Moleküle mit intrinsischen oder extrinsischen Eigenschaften, welches sich zur optischen Darstellung eignen. vorgesehen.
Bildgebende Vorrichtung
Als bildgebende Vorrichtung können folgende Geräte (oder Kombinationen daraus) eingesetzt werden:

• Optische Kohärenztomographie;
• hochauflösendes Laserscanning Ophthalmoscope (LSO) (siehe 4), Scanning Ophthalmoskop mit Superlumineszenzdiode (SLD);
• Funduskameras mit spektral-abhängiger Eindringtiefe zum Beispiel durch Verwendung von Licht im blauen Spektralbereich, welches nur die vorderen Abschnitte der Retina anregt und somit auch eine Art Schichtselektivität bewirkt.

Der Nachweis kann direkt durch Visualisierung der Plaques in der betreffenden Schicht erfolgen, aber auch automatisch durch eine Software-gestützte Bildanalyse verbunden mit einer Segmentierung und Merkmalsextraktion sowie Vergleich mit einer normativen Datenbank.
Befinden sich Plaques in der Ganglienzellschicht handelt es sich um Morbus Alzheimer, Plaques im sub-RPE (Retinale Pigmentschicht) deuten auf AMD hin.
2. Schichtselektiver Nachweis durch hochauflösende Bildgebung
Mit Hilfe eines hochauflösenden, bildgebenden Verfahrens werden β-Amyloid-Plaques in der Ganglienzellschicht nachgewiesen. Die bildgebende Vorrichtung muss dazu in der Lage sein die in der obigen Tabelle genannten Randbedingungen zu erfüllen.
Die Körper die Ganglienzellen besitzen eine rundliche bis ovale Form und liegen nicht sehr dicht beieinander (vgl. 2). Die β-Amyloid-Plaques zeichnen sich durch eine andere Morphologie aus, zudem unterbrechen sie die Ganglienzellschichtlage.
Bildgebende Vorrichtung
Der Nachweis erfolgt durch Aufnahme eines hochauflösenden Bildes der hinteren Augenabschnitte bspw. mit einer der folgenden bildgebenden Vorrichtung:

• Hochauflösende Optische Kohärenztomographie (Auflösung < 20 μm);
• hochauflösendes Laserscanning Ophthalmoscope (LSO), Scanning Ophthalmoskop mit Superlumineszenzdiode (SLD);
• hochauflösende Funduskameras mit spektral-abhängiger Eindringtiefe und/oder mit strukturierter Beleuchtung
• Kombination aus vorstehend genannten Vorrichtungen (z. B. OCT und Funduskamera).

Alle Vorrichtungen können zur Verbesserung der Auflösung kombiniert werden mit einer adaptiven Optik.
Die Detektion kann durch einfache Visualisierung der Ganglienzellschicht und Feststellung morphologischer Unterschiede erfolgen. Weiterhin möglich ist die Detektion durch eine Software-gestützte Bildanalyse verbunden mit einer Segmentierung und Merkmalsextraktion sowie Vergleich mit einer normativen Datenbank.
3. Schichtselektiver Nachweis durch Polarisationssensitive Messung
Der Nachweis von β-Amyloid-Plaques erfolgt mittels polarimetrischen Verfahren, wie z. B. einem Laserscanning-Polarimeter wie es aus US 6 988 995 bekannt ist.
Das Verfahren funktioniert wie folgt; Die relativ regelmäßige, doppelbrechende retinale Nervenfaserschicht (RNFL) verzögert die Phasen von senkrecht zueinander polarisiertem Licht (Vgl. 3). Die zufällig orientierten, ebenfalls doppelbrechenden β-Amyloid-Plaques – welche in unmittelbarer Nähe der RNFL liegen – verändern die Phasen anders als die regelmäßige RNFL, so dass durch den Vergleich mit einer normativen Datenbank so eine Detektion von β-Amyloid-Plaques möglich ist.
In analoger Art und Weise lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch τ-PHF-Plaques in der Retina nachweisen.
4. Schichtselektiver Nachweis und Therapiekontrolle durch multimodale Bildgebung
Die Verwendung von molekularen Markern stellt ein hochsensitives und spezifisches Verfahren zur Detektion von β-Amyloid-Plaques und τ-PHF dar und ist vorzugsweise zur Erstellung der eigentlichen Diagnose verwendbar. Parallel dazu können die Fluoreszenzbilder mit Bildern von markerfreien Verfahren wie OCT, LSO oder Polarisationsverfahren kombiniert werden. Die morphologischen Änderung oder die Polarisationsänderungen können so krankheitsspezifischen molekularen Veränderungen zugeordnet werden, z. B. kann eine morphologische Veränderung eindeutig als β-Amyloid-Plaque identifiziert werden.
Diese morphologischen Änderungen, z. B. Größe und Form der Plaques, oder Änderungen des Polarisationsverhaltens, können dann im Rahmen der medikamentösen Therapie, als non-invasiver Indikator für den Therapieerfolg und gegebenenfalls zur Anpassung des Behandlungsregimes verwendet werden.
Dieses Verfahren stellt eine erhebliche Kostreduktion und eine Risikominimierung für den Patienten dar, da es – bis auf den eigentlichen Diagnoseschritt – non-invasiv ist. Außerdem wird durch das markerfreie Therapiemonitoring eine „point of care”-Einsatz ermöglicht, z. B. die Anwendung der Methode in Pflegeheimen oder bei niedergelassenen Ärzten.
Denkbar ist dies sowohl durch die Verwendung von 2 separaten Geräten als auch durch ein Kombinationsgerät, wobei durch Spiegelsysteme beide bildgebenden Vorrichtungen in das Auge eingekoppelt werden können. Die Zusammenführung der Bilder der beiden Vorrichtungen erfolgt durch eine entsprechende Software.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7409040 [0006]
US 7297326 [0011]
US 6988995 [0012, 0042, 0066]
DE 102007061987 [0012]
DE 102006030382 [0013]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Goldstein L E, Muffat J A, Cherny R A, Moir R D, Ericsson M H, Huang X, (2003) Cytosolic beta-amyloid deposition, and supranuclear cataracts in lenses from people with Alzheimer's disease. Lancet.; 36: 1258–65 [0007]
Parisi V. (2003) Correlation between morphological and functional retinal impairment in patients affected by ocular hypertension, glaucoma, demyelinating optic neuritis and Alzheimer's disease. Semin Ophthalmol.; 18(2): 50–7 [0007]
Gupta N, Fong J, Ang LC, Yücel YH. Retinal tau pathology in human glaucomas. Can J Ophthalmol. 2008 Feb; 43(1): 53–60 [0008]
Bayer AU, Ferrari F, Erb C. High occurrence rate of glaucoma among patients with Alzheimer's disease. Eur Neurol. 2002; 47(3): 165–8 [0009]
Vickers J C. (1997) The cellular mechanism underlying neuronal degeneration in glaucoma: parallels with Alzheimer's disease. flust N Z J Ophthalmol.: 105–9 [0009]
Dentchev T, Milam A H, Lee V M, Trojanowski J Q, Dunaief: ”Amyloid-beta is found in drusen from some age-related macular degeneration retinas, but not in drusen from normal retinas” Mol Vis. 2003 May 14;9: 184–90 [0014]
Anderson D H, Talaga K C, Rivest A J, Barron E, Hageman G S, Johnson L V: „Characterization of beta amyloid assemblies in drusen: the deposits associated with aging and age-related macular degeneration.”, Exp Eye Res. 2004 Feb; 78(2): 243–56 [0014]
Wang J, Ohno-Matsui K, Yoshida T, Kojima A, Shimada N, Nakahama K, Safranova O, Iwata N, Saido T C, Mochizuki M, Morita I.: „Altered function of factor I caused by amyloid beta: implication for pathogenesis of age-related macular degeneration from Drusen.”, J Immunol. 2008 Jul 1; 181(1): 712–20 [0014]

Claims

Verfahren zur Detektion von Ablagerungen, insbesondere β-Amyloid, in einer Retina eines Auges, welches ortsaufgelöst ist und wobei die Ortsauflösung besser ist als die Schichtdicke einzelner Schichten der Retina.
Verfahren zur Detektion von β-Amyloid in einer Retina nach Anspruch 1, wobei die Ortsauflösung besser ist als 20 μm, besonders bevorzugt besser als 10 μm, weiter besonders bevorzugt besser als 5 μm.
Verfahren zur Detektion von β-Amyloid in einer Retina nach Anspruch 1 oder 2., wobei das β-Amyloid durch entsprechende molekulare Marker markiert und schichtselektiv detektiert wird
Verfahren zur Detektion von β-Amyloid in der Retina nach Anspruch 3, wobei als Marker mindestens einer aus der Gruppe • Thioflavin S & und deren Derivate (z. B. Pittsburgh Compound B) (IUPAC 4-(3,6-dimethyl-1,3-benzothiazol-3-ium-2-yl)-N,N-dimethylaniline Chlorid); • Thioflavin T (IUPAC: 4-(3,6-dimethyl-1,3-benzothiazol-3-ium-2-yl)-N,N-dimethylaniline chloride) und deren Derivate; • Kongo rot und dessen Derivate (IUPAC: 3,3'-(4,4'Biphenyldiylbisazo)bis-(4-amino-1-naphtalinsulfonsäure)-Dinatriumsalz); • Methlyen blau (Rember) (3,7-Bis(dimethylamino)-phenothiaziniumchlorid) und seine Derivate; • β-Amyloid-spezifischer Antikörper, Antikörperfragmente, Peptide, Aptamere, RNA-Moleküle mit intrinsischen oder extrinsischen Eigenschaften, welches sich zur optischen Darstellung eignen vorgesehen ist.
Verfahren zur Detektion von β-Amyloid in der Retina nach Anspruch 1–4, wobei die Ortsauflösung geeignet ist, die morphologische Struktur der β-Amyloid-Ablagerungen aufzulösen.
Verfahren zur Detektion von β-Amyloid in der Retina nach Anspruch 1–5, wobei eine der folgenden Vorrichtungen vorgesehen ist: hochauflösende OCT-(Optische Kohärenztomographie)-Gerät, hochauflösende Funduskamera, hochauflösende Laser Scanning Ophthalmoskop, Polarimeter, oder eine Kombination aus vorstehend genannten Vorrichtungen.
Vorrichtung zur Detektion von β-Amyloid in einer Retina, welche ein ortsaufgelöstes Bild der Retina erzeugt und wobei die Ortsauflösung besser ist als die Schichtdicke einzelner Schichten der Retina
Vorrichtung zur Detektion von β-Amyloid in einer Retina nach Anspruch 7. wobei die Ortsauflösung besser ist als 20 μm, besonders bevorzugt besser als 10 μm, weiter besonders bevorzugt besser als 5 μm.
Vorrichtung zur Detektion von β-Amyloid in einer Retina nach Anspruch 7 oder 8, wobei eine der folgenden Vorrichtungen vorgesehen ist: hochauflösendes OCT(Optische Kohärenztomographie)-Gerät, hochauflösende Funduskamera, hochauflösendes Laser Scanning Ophthalmoskop Polarimeter oder eine Kombination aus vorstehend genannten Vorrichtungen.
Verfahren zur Detektion von Ablagerungen von τ-PHF in einer Retina, welches ortsaufgelöst ist und wobei die Ortsauflösung besser ist als die Schichtdicke einzelner Schichten der Retina.