כאן, אנו מציגים פרוטוקול לגרום ליתר לחץ דם עינית בעין murine שתוצאתו אובדן תאי הגנגליון ברשתית כפי שנצפה גלאוקומה. microbeads המגנטי מוזרק לתוך החדר הקדמי ומשך לזווית iridocorneal שימוש במגנט כדי לחסום את היצוא של הומור מימי.
השימוש במודלים של מכרסמים של גלאוקומה כבר חיוני כדי להבין את המנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס הפתופיזיולוגיה של מחלות ניווניות multifactorial זה. עם כניסתו של קווי עכבר מהונדסים רבים, יש עניין גובר במודלי Murine מושרים של יתר לחץ דם עיניים. כאן, אנו מציגים מודל חסימה של גלאוקומה מבוסס על הזרקה של microbeads המגנטי לתוך החדר הקדמי של העין באמצעות microneedle שונה עם שיפוע facetted. Microbeads המגנטי נמשך לזווית iridocorneal באמצעות מגנט כף יד כדי לחסום את ניקוז הומור מימי מן החדר הקדמי. הפרעה זו בתוצאות דינמיקה מימיות בתוך התעלות מתמדת של לחץ תוך עיניים, אשר לאחר מכן מוביל לאובדן של תאי גנגליון רשתית, כפי שנצפה בחולי גלאוקומת אדם. מודל חסימת microbead שהוצג בכתב היד הזה הוא פשוט בהשוואה לדגמים מושרים אחרים של גלאוקומה גם מאודיעיל לשחזור. חשוב לציין, השינויים המוצגים כאן למזער בעיות נפוצות לעתים קרובות עולות במודלי חסימה. ראשית, השימוש microneedle מזכוכית משופעת מונע זרימה חוזרת של microbeads ומבטיח כי נזק מינימלי מתרחשת לקרנית במהלך ההזרקה, ובכך להקטין תופעות הקשורות לפציעה. שנית, השימוש של microbeads המגנטי מבטיח את היכולת למשוך החרוזים ביותר לזווית iridocorneal, ובכך מפחית ביעילות את מספר החרוזים צפים בלשכה הקדמית הימנעות ממגע עם מבנים אחרים (למשל., איריס, עדשה). לבסוף, שימוש מגנט כף יד מאפשר גמישות בעת טיפול בעין העכבר הקטנה לכוון את microbeads המגנטי ביעילות להבטיח שיש ריפלוקס הקטן של microbeads מהעין כאשר microneedle היא נסוגה. לסיכום, מודל עכבר חסימת microbead המוצג כאן הוא כלי מחקר רב עצמה כדי לחקור שינויים ניווניות המתרחשים במהלך ההתפרצות וההתקדמות של גלאותִרדֶמֶת.
גלאוקומה היא מחלה מסנוורת מתקדמת ובלתי הפיכה שתשפיע כ -80 מיליון אנשים ברחבי עולם עד שנת 2020 1. בחולי גלאוקומה, אובדן ראייה נגרם על ידי מותו סלקטיבית של תאי הגנגליון ברשתית (RGCs), הנוירונים פלט המעבירים מידע חזותי מן מהרשתית אל המוח. גלאוקומה היא מחלה ניוונית של מערכת עצבים הקשורות לגיל עם גורמי סיכון רבים אשר הנפוץ ביותר היא לחץ תוך עיני מוגבר (IOP). ואכן, IOP הוא גורם הסיכון הניתנים לשינוי רק גלאוקומה טיפולים שוטפים להתמקד אך ורק בניהול הלחץ בעין. עם זאת, גורמים גנטיים, הסלולר, וסביבתיים מרובים המשפיעים על ההופעה והתקדמות של המחלה הזאת. לכן, הבנת המנגנונים השונים שבסופו של דבר לתרום ומוות עצבי חיוני לפתח טיפולים יעילים גלאוקומה.
במודלים של בעלי חיים של גלאוקומה חיוניים ללמוד פתופיזיולוגיה מחלות לזהות ולבדוקרפוי הבטיח. הזמינות הגוברת של קווי עכבר מהונדס כולל זנים בנוקאאוט מותנה עכברים שנשאו קליעים נותבים ניאון גנטית בקידוד הזניקה את הצורך מודלים גלאוקומה murine מושרה. במודלים של מכרסמים כמה גלאוקומה פותחו לאורך השנים (הנסקרת ב 2,3). ברבים מן המודלים האלה, גלאוקומה מושרה ע"י שיבוש דינמיקת הומור מימי, וכתוצאה מכך העלאת IOP. מודלים ספיגים, שבו microbeads או חומרים אחרים מוזרקים לתוך החדר הקדמי של העין לחסום ניקוז מימי, צברו פופולריות בשנים האחרונות בין היתר בשל הקלות היחסית שלהם להגדיל IOP 4-14.
מודל חסימת microbead של גלאוקומה, בצע לראשונה פרימטים 12, ארנבות 8, וחולדות 4,9,11, הותאם לאחרונה לשימוש בעכברים 5,6,10. במחקרים אלה, זריקת intracameral של microbeads פוליסטירן, לבד אובשילוב עם חומר viscoelastic, הביא העלאת IOP מוביל 6,10 למות RGC שלאחר מכן. עם זאת, ריפלוקס כשהמחט היא נסוגה מן העין ומן הפירוק של microbeads מזווית iridocorneal הן בעיות נפוצות המתעוררות במהלך ההליך. כדי למזער את החסרונות האלה, מגנטים שימשו כדי למשוך את microbeads מגנטי לזווית iridocorneal של העין 4,9.
הפרוטוקול המתואר כאן הוא הליך שונה בהתבסס על מחקרים קודמים 9,10 המשתמש microbeads מגנטי מגנט כף יד מותאמי עין העכבר (איור 1). כמה משינויים מהותיים הוכנסו בפרוטוקול שלנו על מנת להבטיח עליית IOP יעילה לשחזור בעכברים. ראשית, הזרקה של microbeads נעשה באמצעות microneedle זכוכית שהוכן בקפידה עם שפוע facetted. משטחי החלקים וכתוצאה מכך של microneedle וכן הקצה המחודד שלה מבטיח כי ניזק מינימאלי הואשנגרם כפי שהוא מנפץ את הקרנית. השימוש microneedle זכוכית פעולה זו גורמת גם שליטה מוגברת כאשר קצה microneedle נכנס לתא הקדמי, ובכך להפחית את הסיכון של מבנים סמוכים תהליכים מזיקים כגון הקשתית ואת העדשה. בנוסף, נגע ההזרקה הזעיר הופך לפשוט תיקון עצמי קרני ומפחית תופעות הקשורות פגיעה בלתי רצויות.
שנית, ההזרקה של microbeads המגנטי ושימוש מגנט כף יד מאפשרים שליטה מדויקת כדי למשוך את החרוזים לזווית iridocorneal בעיני העכבר הקטנות. microbeads מגנטי כי הם 4.5 מיקרומטר בקוטר היו בשימוש בגלל גודל microbead זה לא לסתום את פתח microneedle המוכן חשוב, פעם מוזרקת, microbeads אלה ביעילות חסם את ניקוז הומור מימי. גישה זו לא רק מפחיתה ריפלוקס של microbeads המוזרק, אלא גם מבטיחה כי מספר מרבי של microbeads מצטבר באזור היעד לחסום ניקוז הומור מימי ביעילות. Furthermore, אסטרטגיה זו גם מפחיתה את מספר החרוזים צפים בלשכה הקדמית הימנעות ממגע עם מבנים אחרים, כמו אירוס ואת העדשה, ומעבר מניעה לתא האחורי. ביחד, שינויים אלה להבטיח כי ניתוח הזרקת microbead מתבצע בקלות יחסית במועד וכתוצאה מכך אינדוקציה לשחזור, יעילה מאוד, ומתמשכת של יתר לחץ דם עינית בעכברים.
טכניקת הווידאו המובאת כאן מספקת מפורטות צעד אחר צעד הוראות כיצד לבצע הזרקת intracameral של microbeads המגנטי ביעילות reproducibly לגרום העלאת IOP בעכברים. תוצאות הליך זה ב עלייה מתמשכת IOP שאינה דורשת זריקות נוספות ומקדם soma RGC לגילוי ואובדן האקסון בתוך 3 השבועות הראשונים של יתר לחץ דם עינית induction.Elevated IOP הוא גורם סיכון עיקרי לפיתוח גלאוקומה בבני אדם. לכן, זהו מודל גלאוקומת יתר לחץ דם תלוי עינית murine ערך כי יש פוטנציאל עבור מגוון רחב של יישומים.
חסרון נפוץ הקשורות הזרקת microbeads לתוך החדר הקדמי מתייחס חרוז ריפלוקס באמצעות זריקת כשהמחט היא נסוגה, עלולה לגרום לחסימה חלקית בלבד של יצוא מהימי ולהבדלים מוגברים. כדי לטפל בבעיה זו, כמה משינויים מהותיים יושמו. firs t, ההכנה הקפדנית של microneedle זכוכית נקיה, חד עם שפוע facetted חיוני הזריקה המוצלחת של microbeads. Microneedle הוכן כראוי מאפשר חדירה מבוקרת וחלקה של הקרנית עם יישום מינימאלי של לחץ על פני השטח של עין העדינה. לנקב קרנית הקטנה מונע זרימה חוזרת של microbeads. בנוסף, microneedle המיקרוסקופי מפחית את הסיכון של מבנים סמוכים תהליכים מזיקים כגון קשתית ואת העדשה, אשר עלול לגרום דלקת שאינה קשור למחלה. שנית, הבקשה של מגנט כף יד לאזורים עיניים אסטראטגי במהלך ואחרי ההזרקה עוד היבט קריטי של הטכניקה הזו. במהלך ההזרקה, המגנט משמש כדי למשוך את microbeads המגנטי ריפלוקס מניעת הלשכה הקדמי של microbeads כאשר microneedle היא נסוגה. לאחר הזריקה, המגנט מכן נעשה שימוש כדי לכוון את microbeads לזווית iridocorneal לחסום יצוא הומור מימי.
אוהל "> בעיה נוספת נתקל לעתים קרובות במודלים חסימה microbead הוא כי זריקות חרוז חוזרות לעתים קרובות יש צורך להשיג מתמשכת IOP העלאת 10,11. זו עשויה להיות התוצאה של microbeads dislodging מהזווית iridocorneal עם הזמן. השילוב של מגנט כף יד, כמתואר לעיל, ואת המיקום של העכבר שלאחר ניתוח משפר באופן משמעותי את התוצאה. שימוש הרדמה בזריקות, המאפשרים גמיש כדי להזיז את הראש במהלך ההליך ודורש תקופת החלמה שלאחר ניתוח ארוך יותר, הוא מועדף. מיקום של עכבר בעין המופעלת כלפי מעלה במשך כמה שעות לאחר הניתוח תורם ליישוב microbeads בזווית iridocorneal ומפחית את הסיכון של פירוק בחזרה לתוך החדר הקדמי.הבטחה כי מספר החרוזים המוזרקים הוא יחסית עקבי היא עוד שלב קריטי כדי למזער וריאציות בין-חיה. מאז microbeads להתיישב בבית בottom של הצינור, יש צורך homogenize פתרון microbead המלא ולסגת הנפח המתאים לתוך microneedle מבעוד מועד. הזרקה של חרוזים פחות לתוך החדר הקדמי עלולה לגרום לחסימה החלקית של מבני ניקוז הומור המימיים, אשר צפוי לגרום העלאת IOP עניה או משתנית. מן הראוי לציין כי, למרות המטרה הסופית של הזרקת microbead היא לרומם IOP, יש לנקוט זהירות כאשר מדידות לחץ תוך עיני מעכברים ער גבוהים יותר מאשר ערכי השיא שדווח במחקר זה (~ 25 מ"מ כספית). IOPS גבוהה מאוד להגדיל את הסיכון לנזק איסכמי עלולים גם הם לגרום כאב לחיה. את העלאתו של IOP צריכה להיחשב כאחד גורמים רבים להעריך את ההצלחה של הניתוח. ככזה, התוצאה של ההליך צריך תעיד מבוסס על מספר פרמטרים ובכלל זה העלאת IOP, מוות soma RGC, ואובדן האקסון.
אף על פי הפרוטוקול המתואר כאן תוצאות ברוב microbeads מוצלחly ליישוב בזווית, מגבלת פוטנציאל של מודל זה היא כי חרוזים אלה שנותרו צף החדר הקדמי עלולים להפריע הדמית רשתית חייה דרך הקרנית, כמו גם מבחני אלקטרו או התנהגותיים הדורשים מעבר של אור יעיל. היבט חשוב נוסף שיש לקחת בחשבון בעת ניצול מודל חסימה microbead זו היא כי מידת הגובה IOP וניוון RGC עוקבות משתנה עם גיל ורקע הגנטי של העכבר פעל [4]. לכן, במידה של העלאת IOP ואת ציר הזמן של ניוון RGC יהיה צורך שנקבע לכל קו עכבר מהונדס ספציפיים ו / או טווח הגילאים.
אחד מאפיינים של מודל זה הוא שתוצאות IOP גבוהות לאובדן ההדרגתי של מות RGC במהלך שלושת השבועות הראשונים לאחר הזרקת microbead, ומות RGC משמעותי מזוהות ב 3 שבועות לאחר ההליך. לפיכך, מודל זה מאפשר בחינת שינויים מוקדמים ו / או עדינים המתרחשים ד זהisease, לפני גלויים soma RGC ואובדן האקסון. עלייה משמעותית למות RGC לא נצפתה בין 3 ו -6 שבועות לאחר הגיוס של יתר לחץ דם עיניים. למעשה, אובדן סומה האקסון RGC נותר יציב ברמה של ~ 22 – 25% בין 3 ל -6 שבועות למרות מוצלח ומתמשך העלאת IOP בנקודות זמן אלה. משכו זמן ארוך יותר של IOP המתמשכת עשוי להידרש אובדן RGC נוסף להתרחש C57BL / 6 עכברים, שכפי הנראה להיות עמיד יותר בפני ניזקי RGC לעומת זני עכבר אחרים. 5 שינויים נוספים הפרוטוקול המובא כאן, לרבות התאמת גודל חרוז וזריקות נוספות, ייתכן שתידרש כדי ללמוד אובדן RGC בנקודות מאוחר יותר זמן. לכן, הפרוטוקול שלנו הוא אידיאלי עבור מחקרים התמקדו בשינויי pathophysiological מוקדם מתואמים עם ניוון מוחיה צנוע RGC אשר רלוונטיים התפרצות והתקדמות מוקדם גלאוקומת אדם.
The authors have nothing to disclose.
The authors wish to thank Drs. David Calkins (Vanderbilt University) and James Morgan (Cardiff University) for sharing their expertise and for helpful advice towards developing this procedure. This study was supported by grants from the Canadian Institutes of Health Research (A.D.P.). Y.A.I. and N.B. are the recipients of postdoctoral fellowships from the Fonds de recherche du Québec-Santé (FRQS). N.B. was awarded a H.H. Jasper scholarship from the Groupe de Recherche sur le Système Nerveux Central (GRSNC). A.D.P. is a Chercheur Boursier National FRQS.
Puller | Narishige | PC-10 | |
Thin Wall Glass Capillaries | World Precision Instruments | TW150F-4 | Capillary has an outer diameter of 1.5 mm and inner diameter of 1.12 mm |
Stereo Microscope | Zeiss | MZ9.5 | Zoom factor range of 2.5 to 6.0. Microscope used for needle-making and the micro-bead injection surgery. |
Footswitch | Linemaster | T-91-SE | |
Stainless Steel Blade | Feather | No. 11 | |
Microelectrode Beveler | Science Products | BV-10 | |
Aerosol Duster | Fisher | 23-022-523 | |
Sodium Hydroxide | Fisher Scientific | BP359-500 | |
Tris Base | Fisher Scientific | BP152-1 | |
Vortex | Fisher Scientific | 12-812 | |
Dynabeads M-450 Epoxy | Life Technologies | 14011 | Magnetic beads are 4.5 µm in diameter. Stock solution is at a concentration of 4 x 108 beads/mL. Store at 4°C. |
Mini-Tube Rotators | Fisher Scientific | 05-450-127 | |
3 Handheld Magnets | Geomag | 0.45 Tesla. Magnet used for microbead preparation and microbead injection surgery. | |
25 mL serological pipet | Costar | 4489 | |
Pipet | Drummond | 4-000-101 | |
Biological Containment Hood | Biostad | 377355 | |
Balanced salt solution (BSS) | Alcon | 0065-0800-25 | |
P1000 Micropipet | Gilson | F123602 | |
Microtube 1.5 mL | Sarstedt | 72.690 | |
P200 Micropipet | Gilson | F123601 | |
0.2 mL PCR tube | Sarstedt | 72737.002 | |
Ketamine | Controlled substance | ||
Xylazine | Bayer Healthcare | ||
Acepromazine | Vetoquinol | ||
U-100 Insulin Syringe | Becton Dickinson and Company | 329461 | |
Balance | Ohaus | CS 200 | |
Buprenorphine | Controlled substance | ||
Tropicamide ophthalmic solution | Alcon | 0998-0355-15 | 1% Mydriacyl |
Manual Microsyringe Pump with Digital Display | World Precision Instruments | DMP | |
Manual Micromanipulator | World Precision Instruments | M3301R | |
Platform | Fisher Scientific | 14-673-52 | 8 x 8 inch |
Absorbent swabs | Kettenbach | 30601 | |
P20 Micropipet | Gilson | F123600 | |
Plastic forcep | Euroband | 1001 | Ensure forcep is plastic and has a flat surface to avoid damaging the eye |
Fluoroquinolone ophthalmic solution | Alcon | Vigamox | |
Heating pad | Sunbeam | E12107-834 | |
Tonometer | iCare | TV02 | TONOLAB rebound tonometer |
Paraformaldehyde, Para | Fisher Scientific | T353-500 | |
Dissection tools | |||
Small brush | |||
Glutaraldehyde solution | Sigma-Aldrich | G7651 | |
Sodium Cacodylate, tryhydrate | Canemco and Marivec | 124-65-2 | |
Brn-3a antibody (C-20) | Santa Cruz Biotechnology | sc-31984 | |
Tissue Culture Plate, 48 well | Falcon | 353078 | |
Triton X-100 | Fisher Scientific | BP151-500 | |
Donkey Serum | Sigma-Aldrich | D9663 | |
Donkey anti-Goat IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor 594 conjugate | Life Technologies | A-11058 | |
Aluminum foil | |||
Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
Slow fade Gold antifade reagent | Life Technologies | S36936 | |
Cover Glass | Fisher Scientific | 12-548-5E | |
Osmium tetroxide 2% aqueous solution | Electron Microscopy Sciences | 3294949 | |
Embed-812 | Electron Microscopy Sciences | 14900 | |
Dodecenyl succinic anhydride | Electron Microscopy Sciences | 13710 | |
Nadic methyl anhydride | Electron Microscopy Sciences | 19000 | |
DMP-30 | Electron Microscopy Sciences | 13600 | |
Propylene oxide | Sigma-Aldrich | 110205-1L | |
Embedding mold-Dykstra | Electron Microscopy Sciences | 70907 | |
Porter-Blum ultra-microtome | Sorvall | MT-2 | |
Toluidine blue O (Certified Biological Stain) | Fisher-Scientific | T161-25 |