Globala uppskattningar i nyligen genomförda undersökningar tyder på att 285 miljoner människor lever med synnedsättning, inklusive 39 miljoner som är ^blinda1. År 2010 dokumenterade Världshälsoorganisationen att tre av de nio listade ledande orsakerna till blindhet förekommer i det bakre segmentet av ^ögat1. Bakre segment ögonsjukdomar involverar näthinnan, choroid och optik ^nerv2. Näthinnan och synnerven är centrala nervsystemet (CNS) förlängningar av hjärnan. Retinal ganglion cell (RGC) axons är sårbara för skador eftersom de lämnar ögat genom optik nerv huvudet (ONH) för att bilda optik ^nerv3. ONH är fortfarande den mest sårbara punkten för RGC axons på grund av 3D meshwork av bindväv strålar kallas lamina cribrosa (LC)⁴. ONH är den första platsen för förolämpning mot RGC axons i glaukom5,6,7, och genuttryck förändringar inom ONH har studerats i okulär hypertoni och glaukom modeller8,9,10. RGC axons är mottagliga vid ONH på grund av tryckskillnader mellan intraokulära facket, kallas intraokulärt tryck (IOP), och inom det yttre perioptiska subarachnoid utrymmet, kallas intrakraniellt tryck (ICP)¹¹. LC-regionen separerar båda områdena och upprätthåller normala tryckskillnader, med IOP från 10-21 mmHg och ICP från 5-15 ^mmHg12. Tryckskillnaden genom laminan mellan de två kamrarna kallas translaminär tryckgradient (TLPG)¹³. En stor riskfaktor för glaukom är förhöjd ^IOP14.

Ökad IOP ökar belastningen inom och över laminärregionen6,15,16. Experimentella observationer hos människor och djurmodeller presenterar ONH som den ursprungliga platsen för axonal ^skada17,18. Det biomekaniska paradigmet för IOP-relaterad stress och stam som orsakar glauomatiska skador vid ONH påverkar också patofysiologin av glaukom19,20,21. Även om hos människor tryck-inducerade förändringar mekaniskt skada RGC ^axons22, gnagare som saknar kollagen plattor inom lamina kan också utveckla glaukom7,23. Dessutom är förhöjda IOP fortfarande den mest framträdande riskfaktorn i primära öppna vinkel glaukom patienter, medan normala spänning glaukom patienter utveckla glauomatous optik neurotoxiskt även utan förhöjda IOP. Dessutom finns det också en delmängd av okulär hypertensiva patienter som visar inga optik nerv skador. det har också föreslagits att ryggmärgsvätskan tryck (CSFp) kan spela en roll i glaukom patogenes. Bevis tyder på att ICP sänks till ~ 5 mmHg hos glaukom patienter jämfört med normala individer, vilket orsakar ökat translaminärt tryck och spelar en avgörande roll i ^sjukdom24,25. Tidigare visades det i en hundmodell, att genom att kontrollera IOP- och CSFp-förändringar kan det finnas stora förskjutningar av den optiska ^skivan26. Höja GSFp i svin ögon har också visat ökad huvudstam inom LC regionen och retrolaminar neural vävnad. Ökad belastning på RGCs och LC-regionen bidrar till axonal transport blockering och förlust av ^RGCs27. Progressiv degeneration av RGCs har associerats med förlust av trofiskt ^stöd28,29, stimulering av inflammatoriska processer/^{immunreglering30,31} och apoptotiska effektorer29,32,33,34,35. Dessutom orsakar axonal skada (figur 3) skadliga effekter på RGCs, vilket utlöser regenerativa fel36,37,38,39. Även om effekterna av IOP har studerats väl, har minimal forskning utförts på onormala translaminära tryckförändringar. De flesta behandlingar för glaukom fokuserar på att stabilisera IOP. Men även om sänkning av IOP saktar utvecklingen av sjukdomen, det inte vända synfält förlust och förhindra fullständig förlust av RGCs. Förstå tryck-relaterade neurodegenerativa förändringar i glaukom kommer att vara avgörande för att förhindra RGC död.

Aktuella bevis tyder på att translaminar tryck modulering på grund av att olika mekaniska, biologiska eller fysiologiska förändringar hos patienter som lider av traumatiska eller neurodegenerativa synnedsättningar kan orsaka betydande synförlust. För närvarande finns det ingen sann preklinisk mänsklig bakre segmentmodell som kan tillåta studier av glauomatous biomekaniska skador inom ex vivo mänskliga ONH. Observation och behandling av det bakre segmentet av ögat är en enorm utmaning inom ^{oftalmologi27}. Det finns fysiska och biologiska hinder för att rikta in sig på det bakre ögat, inklusive höga elimineringshastigheter, blod-retinal barriär och potentiella immunologiska ^svar40. De flesta effekt- och säkerhetstester för nya läkemedelsmål uppnås med hjälp av in vitro cellulära och in vivo ^{djurmodeller41}. Okulär anatomi är komplex, och in vitro studier inte exakt efterlikna de anatomiska och fysiologiska barriärer som presenteras av vävnad modellsystem. Även om djurmodeller är en nödvändighet för farmakokinetiska studier, kan okulär fysiologin hos det mänskliga bakre ögat variera mellan olika djurarter, inklusive cellulär anatomi av näthinnan, vaskulaturen och ^ONH41,42.

Användningen av levande djur kräver intensiva och detaljerade etiska regler, högt ekonomiskt engagemang och effektiv ^{reproducerbarhet43}. Nyligen har flera andra riktlinjer följt för etisk användning av djur i experimentell forskning44,45,46. Ett alternativ till djurförsök är användningen av ex vivo mänskliga ögonmodeller för att undersöka sjukdomspatogenes och potentiell analys av läkemedel för att skydda ONH-skador. Mänsklig postmortemvävnad är en värdefull resurs för att studera mänskliga sjukdomsparadigm, särskilt när det gäller neurodegenerativa sjukdomar hos människor, eftersom identifiering av potentiella läkemedel som utvecklats i djurmodeller kräver behovet av att kunna översättas till ^människor47. Ex vivo mänskliga donator vävnad har använts i stor utsträckning för studier av mänskliga störningar47,48,49, och mänskliga främre segment perfusion organ kultursystem har tidigare gett en unik ex vivo modell för att studera patofysiologi av förhöjda IOP50,51,52.

För att studera translaminärt tryck relaterade till IOP och ICP i mänskliga ögon, utformade och utvecklade vi framgångsrikt ett tvåkammar translaminärt autonomt system (TAS) som självständigt kan reglera IOP och ICP med hjälp av bakre segment från mänskliga donatorögon. Det är den första ex vivo mänskliga modellen att studera translaminära tryck och utnyttja de biomekaniska effekterna av TLPG på ONH.

Denna ex vivo mänskliga TAS-modell kan användas för att upptäcka och klassificera cellulära och funktionella modifieringar som uppstår på grund av kronisk höjd av IOP eller ICP. I den här rapporten beskriver vi steg-för-steg-protokollet för dissekering, inställning och övervakning av TAS mänskliga bakre segmentmodellen. Protokollet kommer att göra det möjligt för andra forskare att effektivt reproducera denna nya ex vivo trycksatta mänskliga bakre segment modell för att studera biomekanisk sjukdom patogenes.