Ultrastructural Examination of the Corneal Interface after Predescemetic Deep Anterior Lamellar Keratoplasty (DALK) – A Case Report with Light and Transmission Electron Microscopy

Abstract

Purpose To examine corneal buttons with light and transmission electron microscopy (TEM) to visualize the interface area and highlight the ultrastructural corneal changes after deep anterior lamellar keratoplasty (DALK).

Methods Two patients underwent excimer laser-assisted penetrating repeat keratoplasty after predescemetic DALK. The corneal buttons were examined by light microscopy and TEM.

Results The light microscopic examination of the corneal buttons revealed fragments of a second Descemetʼs membrane in the central and midperipheral areas (Case 1). In both cases, visualization of the interface area was not possible by light microscopy. The donor and host stroma were tightly attached without dehiscence. TEM identified the interface area by irregularities in the collagen distribution between the donor and host stroma. The thickness of the remaining recipient corneal stroma measured approximately 30 µm (Case 1) and 100 µm (Case 2), respectively. In the host stroma, TEM revealed the absence or degeneration of keratocytes, accumulation of amorphous material between the collagen lamellae, and vacuolar inclusions dispersed in the stroma, forming a band-like zone anterior to Descemetʼs membrane.

Conclusion The interface area after DALK has been mainly investigated by in vivo confocal microscopy. Light microscopy and TEM findings indicate remodeling processes after DALK that are associated with increased keratocyte degeneration and structural alterations of the extracellular matrix in the host stroma. The choice of surgical method may influence the postoperative morphological and functional outcome since these findings were primarily apparent in the remaining host stroma. Therefore, complete exposure of Descemetʼs membrane is an important prognostic factor for the postoperative visual outcome.

Zusammenfassung

Hintergrund Untersuchung von Hornhautexzisaten mit Licht- und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) zur Visualisierung des Interface-Bereichs und Hervorhebung der ultrastrukturellen Hornhautveränderungen nach tiefer anteriorer lamellärer Keratoplastik (DALK).

Methoden Bei 2 Patienten wurde eine Excimerlaser-gestützte perforierende Keratoplastik nach einer prädescemetalen DALK durchgeführt. Die Hornhautexzisate wurden mittels Lichtmikroskopie und TEM untersucht.

Ergebnisse Die lichtmikroskopische Untersuchung der Hornhautexzisate zeigte Fragmente einer 2. Descemet-Membran im zentralen und mittleren peripheren Bereich (Fall 1). In beiden Fällen war die Visualisierung des Interface-Bereichs lichtmikroskopisch nicht möglich. Das Spender- und Wirtsstroma waren ohne Dehiszenz miteinander verbunden. In der TEM wurde der Interface-Bereich durch Unregelmäßigkeiten in der Kollagenverteilung zwischen Spender- und Wirtsstroma identifiziert. Die Dicke des verbliebenen Empfängerhornhautstromas betrug ca. 30 µm (Fall 1) bzw. 100 µm (Fall 2). Im Wirtsstroma zeigte die TEM fehlende oder degenerierte Keratozyten, Ansammlungen von amorphem Material zwischen den Kollagenlamellen und vakuoläre Einschlüsse, die im Stroma verstreut waren und eine bandartige Zone vor der Descemet-Membran bildeten.

Schlussfolgerung Bislang wurde der Interface-Bereich nach DALK hauptsächlich konfokalmikroskopisch untersucht. Die licht- und elektronenmikroskopischen Befunde deuten auf Umbauprozesse nach DALK hin, die mit einer verstärkten Keratozytendegeneration und strukturellen Veränderungen der extrazellulären Matrix im Wirtsstroma einhergehen. Die Wahl der Operationsmethode kann das postoperative morphologische und funktionelle Ergebnis beeinflussen, da diese Befunde vor allem im verbliebenen Wirtsstroma zu beobachten waren. Daher ist eine vollständige Freilegung der Descemet-Membran ein wichtiger prognostischer Faktor für das postoperative Visusergebnis.

Key words

deep anterior lamellar keratoplasty - penetrating keratoplasty - light microscopy - transmission electron microscopy - interface - DALK

Schlüsselwörter

tiefe anteriore lamelläre Keratoplastik - perforierende Keratoplastik - Lichtmikroskopie - Transmissionselektronenmikroskopie - Interface - DALK

Publication History

Received: 05 November 2021

Accepted: 18 January 2022

Article published online:
23 March 2022

• References

• 1 Seitz B, Daas L, Hamon L. et al. [Stage-appropriate treatment of keratoconus]. Ophthalmologe 2021; 118: 1069-1088 DOI: 10.1007/s00347-021-01410-8.
• 2 Daas L, Hamon L, Ardjomand N. et al. [Excimer laser-assisted DALK: a case report from the Homburg Keratoconus Center (HKC)]. Ophthalmologe 2021; 3: 2-5 DOI: 10.1007/s00347-021-01342-3.
• 3 Sarnicola V, Toro P, Gentile D. et al. Descemetic DALK and predescemetic DALK: outcomes in 236 cases of keratoconus. Cornea 2010; 29: 53-59 DOI: 10.1097/ICO.0b013e3181a31aea.
• 4 Schiano-Lomoriello D, Colabelli-Gisoldi RA, Nubile M. et al. Descemetic and predescemetic DALK in keratoconus patients: a clinical and confocal perspective study. Biomed Res Int 2014; 2014: 123156 DOI: 10.1155/2014/123156.
• 5 Ardjomand N, Hau S, McAlister JC. et al. Quality of vision and graft thickness in deep anterior lamellar and penetrating corneal allografts. Am J Ophthalmol 2007; 143: 228-235 DOI: 10.1016/j.ajo.2006.10.043.
• 6 Abdelkader A, Kaufman HE. Descemetic versus pre-descemetic lamellar keratoplasty: clinical and confocal study. Cornea 2011; 30: 1244-1252 DOI: 10.1097/ICO.0b013e318219bc1a.
• 7 Hovakimyan M, Falke K, Stahnke T. et al. Morphological analysis of quiescent and activated keratocytes: a review of ex vivo and in vivo findings. Curr Eye Res 2014; 39: 1129-1144 DOI: 10.3109/02713683.2014.902073.
• 8 Abdelkader A, Elewah ESM, Kaufman HE. Confocal microscopy of corneal wound healing after deep lamellar keratoplasty in rabbits. Arch Ophthalmol 2010; 128: 75-80 DOI: 10.1001/archophthalmol.2009.357.
• 9 Abdelkader A. Corneal biomechanical properties and their correlates with healing process after Descemetic versus pre-Descemetic lamellar keratoplasty. Eur J Ophthalmol 2013; 23: 652-657 DOI: 10.5301/ejo.5000279.
• 10 Feizi S, Zare M, Hosseini SB. et al. Donor Descemet-off versus Descemet-on deep anterior lamellar keratoplasty: a confocal scan study. Eur J Ophthalmol 2014; 25: 90-95 DOI: 10.5301/ejo.5000470.
• 11 Sarnicola E, Sarnicola C, Cheung AY. et al. Surgical Corneal Anatomy in Deep Anterior Lamellar Keratoplasty: Suggestion of New Acronyms. Cornea 2019; 38: 515-522 DOI: 10.1097/ICO.0000000000001845.
• 12 Melles GRJ, Remeijer L, Geerards AJM. et al. A quick surgical technique for deep, anterior lamellar keratoplasty using visco-dissection. Cornea 2000; 19: 427-432 DOI: 10.1097/00003226-200007000-00004.
• 13 Anwar M, Teichmann KD. Big-bubble technique to bare Descemetʼs membrane in anterior lamellar keratoplasty. J Cataract Refract Surg 2002; 28: 398-403 DOI: 10.1016/S0886-3350(01)01181-6.
• 14 Schlötzer-Schrehardt U, Bachmann BO, Tourtas T. et al. Ultrastructure of the posterior corneal stroma. Ophthalmology 2015; 122: 693-699 DOI: 10.1016/j.ophtha.2014.09.037.
• 15 Seitz B, Cursiefen C, El-Husseiny M. et al. DALK und perforierende Laserkeratoplastik bei fortgeschrittenem Keratokonus. Ophthalmologe 2013; 110: 839-848 DOI: 10.1007/s00347-013-2822-1.
• 16 Mulholland B, Tuft SJ, Khaw PT. Matrix metalloproteinase distribution during early corneal wound healing. Eye 2005; 19: 584-588 DOI: 10.1038/sj.eye.6701557.
• 17 Favuzza E, Mencucci R, Rosa I. et al. Manual DALK in Keratoconus: An Ex Vivo Light and Transmission Electron Microscopy Analysis 2 Years After Surgery. Cornea 2022; 41: 370-373 DOI: 10.1097/ICO.0000000000002752.
• 18 Berlau J, Becker HH, Stave J. et al. Depth and age-dependent distribution of keratocytes in healthy human corneas: a study using scanning-slit confocal microscopy in vivo . J Cataract Refract Surg 2002; 28: 611-616 DOI: 10.1016/S0886-3350(01)01227-5.
• 19 Feizi S, Javadi MA, Kanavi MR. Cellular changes of donor corneal tissue after deep anterior lamellar keratoplasty versus penetrating keratoplasty in eyes with keratoconus: a confocal study. Cornea 2010; 29: 866-870 DOI: 10.1097/ICO.0b013e3181ca2ed6.