Charakterisierung eines in vivo Modells zur Untersuchung der Wimpernbiologie und Trichomegalie: Mäusewimpern Morphologie, Entwicklung, Wachstumszyklus und Prolongation von Anagen durch Bimatoprost

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2011-07-28
Issue Year
2010
Authors
Fuchs, Tobias
Editor
Abstract

Background and intention: Hypertrichosis or alopecia of eyelashes can be associated with various diseases or treatments. Eyelash disorders can be optically disturbing and thus, due to the affection of the face region, psychologically strain. In addition, changes in number and morphology of eyelashes can result in eye damage, discontinuation of treatment or non-compliance. As mechanisms of growth controls of eyelashes and the underlying causes of eyelash hypo- or hypertrichosis are largely obscure, available therapy is limited. The intention of this study was, to investigate whether the mouse can serve as a model for eyelash morphogenesis and to compare the eyelash cycle with the hair cycle of the mouse. In a second experimental setup changes in eyelash follicle biology were described following treatment with Bimatoprost, an antiglaucoma drug, that induces hypertrichosis of eyelashes in a number of patients. Methods: Upper eyelids and defined regions of dorsal skin were excised from female C57BL-6J mice at 0,1,2,3,4,5 and 6 weeks of age (2-4/age). Eyelashes of right eyelids were counted under a stereomicroscope. Left eyelids were embedded in epon and serial sections of 1μm (160 sections; 160μm/eyelid) were prepared and stained with toluidineblue to describe histologically morphogenesis and the first growth cycle. Right eyelids of 4 week old female C57BL-6J mice were treated with 0,03% bimatoprost or its vehicle (10/each). Eyelashes of excised eyelids were counted and basal thickness was measured. Serial sections were prepared (160 sections; 160μm/eyelid). Eyelash follicles within this sections were counted, growth phase was determined, diameter of the bulb and the dermal papilla was measured and number of melanin granules was quantified. Results and observations: Mouse eyelids exhibited the same anatomic features as human eyelids. General morphological features of mouse eyelashes, regarding to shaft, follicle, morphogenesis, and growth cycle, were comparable to those of pelage hair follicles. Eyelashes had no m. arrector pili. After morphogenesis of mouse eyelashes, a synchronized cycle was observed, that initiated earlier and progressed faster, compared to pelage hairs. Eyelash exogen occurred during each cycle during catagen. Treatment with bimatoprost, significantly extended the duration of anagen and induced generation of longer and thicker eyelashes. There was no evidence of bimatoprost-induced de-novo folliculogenesis. Conclusions: Mouse eyelashes offer an excellent in-vivo-model for the quantitative and qualitative analysis of eyelash morphology, morphogenesis, growth cycle and determination of exogen. This model will help to analyze the molecular controls of eyelash growth and to develop novel drugs to treat eyelash disorders. Hypertrichosis following treatment with bimatoprost is presumably due to an extended anagen, leading to an increased number of two shaft follicles.

Abstract

Hintergrund und Ziele: Hypertrichosis oder Alopezie der Wimpern ist sowohl mit unterschiedlichen Krankheiten als auch mit bestimmten Therapeutika assoziiert. Veränderungen der Wimpern können optisch störend und damit, gerade weil die Gesichtsregion betroffen ist, psychisch belastend sein und zu Schäden am Auge, zu Therapieabbrüchen und zu Non-Compliance führen. Da die Mechanismen des Wimpernwachstums und die damit zugrundeliegenden Ursachen der Wimpernhypotrichose oder Wimpernhypertrichose weitgehend unklar sind, ist auch die Therapie limitiert. Ziel dieser Studie war es zunächst zu untersuchen, ob die Maus ein Tiermodell für das Wimpernwachstum darstellt und wie der Wimpernzyklus sich zu dem Haarzyklus der Maus verhält. Bei menschlichen Augen induziert die Behandlung mit Prostaglandin F-2α, das zur Augeninnendrucksenkung bei Glaukompatienten angewandt wird, eine Hypertrichose der Wimpern. In einem zweiten Versuchsaufbau wurde dann die pharmakologische Beeinflussung des Wimpernfollikels durch Behandlung mit dem Prostaglandin F-2α Analog Bimatoprost untersucht. Methoden: Obere Augenlider und definierte Abschnitte dorsaler Rückenhaut wurden weiblichen 0,1,2,3,4,5 und 6 Wochen alten C57BL-6J Mäusen entnommen (pro Gruppe=2-4). Die Wimpern der rechten Augenlider wurden unter dem Stereomikroskop gezählt. Die linken Augenlider und die Haut wurden in Epon eingebettet und 1μm dicke, mit Toluidinblau gefärbte Serienschnitte (160 Schnitte; 160μm/Augenlid) zur histologischen Beschreibung der Morphogenesestadien und des ersten Wachstumszyklus angefertigt. Die rechten Augenlider von 4 Wochen alten weiblichen C57BL-6J Mäusen wurden 14 Tage mit 0,03% Bimatoprost bzw. mit Vehikel behandelt (pro Gruppe=10). Die Wimpern der entnommenen oberen Augenlider wurden gezählt und der basale Durchmesser vermessen. Serienschnitte wurden angefertigt (160 Schnitte; 160μm/Augenlid). Alle Wimpernfollikel innerhalb der 160 Serienschnitte wurden gezählt, einer Wachstumsphase zugeordnet, der Durchmesser des Bulbus und der dermalen Papille vermessen und die Anzahl der Melaningranula quantifiziert. Ergebnisse und Beobachtungen: Augenlider von Mäusen wiesen die gleichen anatomischen Strukturen auf wie humane Augenlider. Die generellen morphologischen Eigenschaften der Wimpern von Mäusen (Schaft, Follikel, Morphogenese und Wachstumszyklus) waren mit denen der dorsalen Fellhaare vergleichbar. Es fehlte jedoch der M. arrector pili. Nach der Morphogenese der Mäusewimpern wurde ein synchroner Zyklus beobachtet, welcher früher begann und schneller voranschritt, als bei den dorsalen Fellhaaren. Exogen fand während jedes Zyklus in Katagen statt. Bimatoprostbehandlung prolongierte signifikant die Dauer von Anagen und induzierte die Bildung längerer und dickerer Wimpern. Es gab keine Anzeichen für eine durch Bimatoprost induzierte de-novo Follikulogenese. Praktische Schlussfolgerungen: Wimpern von Mäusen eignen sich hervorragend als gut standardisierbares in-vivo-Modell zur quantitativen und qualitativen Analyse der Morphologie, der Morphogenese, des Wachstumszyklus und der Bestimmung des Zeitpunktes von Exogen. Anhand dieses Wimpernmodells können molekulare Kontrollmechanismen des Wachstumszyklus analysiert und neuartige Medikamente zur Therapie von Wimpernfehlregulationen entwickelt werden. Die durch Bimatoprost induzierte Hypertrichose der Wimpern beruht wahrscheinlich auf einer Verlängerung von Anagen, so dass vermehrt Follikel mit zwei Wimpern pro Follikel verblieben.

DOI
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