Characteristics and Novel Device Application for Fibrotic Bleb after Ahmed Glaucoma Valve Surgery in Dogs = Ahmed 녹내장 밸브 수술을 실시한 개에서 섬유화된 여과포의 성상 및 새로운 장치의 적용

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study investigated the characteristics of fibrotic blebs in dogs that underwent Ahmed® glaucoma valve (AGV) surgery and evaluated a novel device designed to facilitate aqueous humor (AH) drainage through the fibrotic bleb wall.
In Chapter Ⅰ, the characteristics of blebs formed after AGV surgery in dogs were assessed using ultrasound biomicroscopy (UBM), and their correlation with postoperative intraocular pressure (IOP) was analyzed. Sixteen eyes (13 dogs) with primary angle-closure glaucoma (PACG) were included. Bleb wall thickness and relative reflectivity were measured. A significant positive correlation was observed between IOP and relative reflectivity (Pearson's r = 0.60, p = 0.01), and a negative correlation was observed between bleb wall thickness and relative reflectivity (Pearson's r = −0.72, p = 0.002). Less dense, lower-reflective, thick-walled blebs on UBM tended to maintain IOP within normal range, whereas denser, hyper-reflective, thinner-walled blebs showed elevated IOP levels despite the use of antiglaucoma medications. Histological examination of an enucleated eye revealed collagen-rich fibrous encapsulation and the presence of myofibroblasts.
In Chapter Ⅱ, a preliminary investigation was conducted to compare the total protein and transforming growth factor-β2 (TGF-β2) levels in AH of normal eyes and eyes with PACG, with and without AGV surgery. Nineteen glaucomatous and nine normal eyes were analyzed. Glaucomatous eyes were categorized into pre-surgical, post-surgical, and bleb revision groups. Total protein and TGF-β2 concentrations were significantly higher in all PACG groups compared to normal AH (p < 0.01). Bleb AH exhibited the highest TGF-β2 levels among glaucomatous groups. Post-surgical AH had significantly lower TGF-β2 than pre-surgical and bleb AH. No significant correlation was found between IOP and either variable in any group. Elevated TGF-β2 in PACG could suggest its involvement in disease progression and post-surgical fibrosis.
In Chapter Ⅲ, a preliminary experimental study was conducted to evaluate a novel trans-bleb device (TBD) designed to penetrate the fibrotic bleb wall and restore AH outflow in cases of bleb fibrosis following AGV surgery. AGV implantation was performed in one eye of two clinically normal Beagle dogs. When a bleb was observed on UBM as IOP returned to normal levels, the TBD was inserted through a fenestration created in the bleb wall. After TBD application, a significant reduction in IOP was observed. UBM revealed a decrease in bleb cavity height and the presence of diffuse hypoechoic areas consistent with AH dispersion in surrounding tissues. Histological examination confirmed that the device successfully traversed the fibrotic membrane, with findings including neovascularization, mild inflammatory infiltration, and α-smooth muscle actin-positive myofibroblast differentiation around the implant.
Fibrotic blebs observed after AGV surgery were associated with increased IOP and were characterized by higher reflectivity on UBM. Elevated TGF-β2 concentrations in glaucomatous AH, particularly in blebs requiring revision, suggested its involvement in postoperative fibrosis. The TBD effectively penetrated the fibrotic bleb wall and restored AH outflow, resulting in IOP reduction. These findings indicated that evaluation of bleb characteristics, measurement of AH cytokines, and surgical intervention using a novel device could contribute to improved management of postoperative bleb fibrosis in canine glaucoma.

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 Ahmed® 녹내장 밸브(AGV) 수술을 실시한 개에서 섬유화된 여과포의 성상을 조사하고, 섬유화된 여과포 벽을 관통하여 안방수 유출을 유도하기 위해 고안된 새로운 장치의 유효성을 평가하고자 하였다.
제 1장에서는 AGV 수술 후 형성된 여과포에 대하여 초음파 생체현미경(UBM)을 이용하여 성상을 관찰하고, 수술 후 안압과의 상관관계를 분석하였다. 원발 폐쇄각 녹내장(PACG)으로 진단된 13마리 개의 16안구를 대상으로 하였으며, 여과포 벽의 두께와 반사도를 측정하였다. 안압은 여과포 반사도와 유의한 양의 상관관계를 보였고(Pearson's r = 0.60, p = 0.01), 여과포 벽 두께는 반사도와 유의한 음의 상관관계를 나타냈다(Pearson's r = −0.72, p = 0.002). UBM 검사에서 낮은 반사도를 보이는 두꺼운 여과포는 정상 범위의 안압을 유지하는 경향이 있었으며, 높은 반사도를 보이는 얇은 여과포는 항녹내장 약물 점안에도 불구하고 높은 안압을 보였다. 적출된 안구의 조직학적 검사에서는 콜라겐이 풍부한 섬유성 피막과 α-평활근 작용단백질(α-SMA) 양성의 근섬유아세포가 관찰되었다.
제 2장에서는 PACG 안구에서 AGV 수술 전후 및 여과포 재건술 중 채취한 안방수와 정상 안구 안방수를 대상으로 총단백질 및 형질전환생장인자-β2(TGF-β2)농도를 비교하였다. 녹내장에 이환된 19 안구와 정상 9 안구가 분석에 포함되었으며, 녹내장 안구는 수술 전, 수술 후, 여과포 재건술 군으로 분류되었다. 모든 PACG 군에서 정상 안구보다 총단백질과 TGF-β2농도가 유의하게 높았으며(p < 0.01), 그 중 여과포 재건술 군에서 가장 높은 농도를 보였다. 수술 후 안방수 군에서 수술 전 및 재건술 군보다 유의하게 낮은 TGF-β2 농도가 측정되었으며(각각 p = 0.0168, p = 0.0023), 어떠한 군에서도 안압과 변수 간 유의한 상관관계는 확인되지 않았다. PACG 안구에서 상승된 TGF-β2는 질병 진행 및 수술 후 섬유화와 관련성이 있음을 시사하였다.
제 3장에서는 AGV 수술 후 여과포 섬유화로 인한 안방수 유출 저하를 해결하기 위해 고안된 새로운 여과포 관통장치(TBD)의 삽입 실험을 실시하였다. 정상 비글견 두 마리를 대상으로 한쪽 안구에 AGV 수술을 실시한 뒤, 여과포가 형성되고 안압이 상승한 시점에 여과포 벽에 창을 형성하고 TBD를 삽입하였다. 삽입 후 안압은 유의하게 감소하였으며(p < 0.001), UBM 검사 상 여과포 높이가 낮아지고 안방수가 주변 조직으로 확산된 것으로 보이는 저반사 영역이 확인되었다. 조직학적으로는 TBD가 섬유성 피막을 성공적으로 관통하였으며, 그 주변에서 혈관신생, 경미한 염증세포 침윤, α-SMA 양성 근섬유아세포의 분화가 관찰되었다.
AGV 수술 후 발생하는 여과포 섬유화는 높은 안압과 관련되었고, UBM 검사 상 높은 반사도와 관련된 특징을 보였다. 여과포 재건술 시 채취한 안방수에서 상승된 TGF-β 농도는 수술 후 섬유화와 관련성이 있음을 시사하였다. TBD는 섬유화된 여과포 벽을 효과적으로 관통하여 안방수 유출을 회복시켜 안압을 감소시키는 데 기여하였다. 여과포의 형태학적 특성과 안방수 내 사이토카인 농도 평가, 그리고 새로운 장치를 활용한 외과적 개입은 AGV 수술 후 발생하는 여과포 섬유화의 관리에 도움이 될 수 있을 것으로 사료된다.

목차 (Table of Contents)

• GENERAL INTRODUCTION 1
• CHAPTER I 5
• ABSTRACT 6
• INTRODUCTION 7
• MATERIALS AND METHODS
• 1. Patient enrollment 9
• 2. UBM examination of the bleb 14
• 3. UBM image analyses 16
• 4. Histological examination 18
• 5. Statistical analyses 18
• RESULTS
• 1. Demographic details 20
• 2. Bleb UBM parameters 20
• 3. Correlation analyses 21
• 4. Histological findings 21
• DISCUSSION 24
• CONCLUSIONS 31
• CHAPTER II 32
• ABSTRACT 33
• INTRODUCTION 34
• MATERIALS AND METHODS
• 1. Animals and surgeries 38
• 2. Collection of AH 40
• 3. TP assay 41
• 4. TGF-β2 enzyme-linked immunosorbent assay 42
• 5. Statistical analyses 43
• RESULTS
• 1. Demographic details 44
• 2. Clinical characteristics at the time of AH collection 46
• 3. TP levels 48
• 4. Total TGF-β2 levels 51
• 5. IOP and TP/total TGF-β2 correlation 51
• DISCUSSION 52
• CONCLUSIONS 59
• CHAPTER III 60
• ABSTRACT 61
• INTRODUCTION 62
• MATERIALS AND METHODS
• 1. TBD design and fabrication 65
• 2. Animals 67
• 3. AGV implantation 68
• 4. TBD application 69
• 5. AGV-TBD removal and histological examination 74
• 6. Statistical analyses 75
• RESULTS
• 1. Clinical observations 76
• 2. IOP 76
• 3. UBM examination 80
• 4. Histological examination 80
• DISCUSSION 84
• CONCLUSIONS 95
• GENERAL CONCLUSIONS 96
• REFERENCES 98
• ABSTRACT IN KOREAN 11