In vivo קריאות פגיעה בכלי דם ברשתית העכבר כדי לקדם את יכולת השחזור
Summary
כאן אנו מציגים שלושה פרוטוקולי ניתוח נתונים עבור אנגיוגרפיה פלואורסצנטית (FA) וטומוגרפיה של קוהרנטיות אופטית (OCT) במחקר של חסימת ורידים ברשתית (RVO).
Abstract
ההתקדמות בכלי הדמיה אופתלמיים מציעה רמה חסרת תקדים של גישה לחוקרים העובדים עם מודלים של בעלי חיים של פגיעה נוירו-וסקולרית. כדי למנף כראוי את יכולת התרגום הגדולה הזו, יש צורך להמציא שיטות הניתנות לשחזור של ציור נתונים כמותיים מתמונות אלה. הדמיית טומוגרפיה קוהרנטית אופטית (OCT) יכולה לפתור היסטולוגיה של הרשתית ברזולוציית מיקרומטר ולחשוף הבדלים תפקודיים בזרימת הדם הווסקולרי. כאן, אנו מגדירים קריאות כלי דם לא פולשניות שבהן אנו משתמשים כדי לאפיין נזק פתולוגי לאחר עלבון כלי דם במודל עכבר אופטימלי של חסימת ורידים ברשתית (RVO). קריאות אלה כוללות ניתוח הדמיה חיה של מורפולוגיה ברשתית, חוסר ארגון של שכבות פנימיות ברשתית (DRIL) של איסכמיה נימית, ומדדי אנגיוגרפיה פלואורסצנטית של בצקת רשתית וצפיפות כלי דם. טכניקות אלה תואמות ישירות את אלה המשמשים לבדיקת חולים עם מחלת רשתית במרפאה. סטנדרטיזציה של שיטות אלה מאפשרת השוואה ישירה וניתנת לשחזור של מודלים של בעלי חיים עם פנוטיפים קליניים של מחלות עיניים, ומגדילה את כוח התרגום של מודלים של פגיעה בכלי הדם.
Introduction
מחלות נוירו-וסקולריות הן בעיה בריאותית מרכזית האחראית לשבץ איסכמי, הגורם המוביל לתמותה ותחלואה, ולמחלות כלי דם ברשתית המובילות לאובדן ראייה 1,2. כדי ליצור מודלים של מחלות נוירו-וסקולריות, אנו משתמשים במודל עכברי של חסימת ורידים ברשתית (RVO). מודל זה אינו פולשני ומשתמש בטכניקות הדמיה דומות של in vivo לאלה המשמשות לבדיקת אנשים עם מחלות כלי דם ברשתית במסגרת קלינית. השימוש במודל זה מגדיל אפוא את הפוטנציאל התרגומי של מחקרים המשתמשים במודל זה. כמו בכל דגמי העכברים, חיוני למקסם את יכולת השחזור של המודל.
מחלות כלי דם ברשתית הן גורם מרכזי לאובדן ראייה אצל אנשים מתחת לגיל 70. RVO היא מחלת כלי הדם השנייה בשכיחותה ברשתית אחרי רטינופתיה סוכרתית3. המאפיינים הקליניים האופייניים ל-RVO כוללים פגיעה איסכמית, בצקת ברשתית ואובדן ראייה כתוצאה מאובדן עצבי 3,4. מודלים של עכברים של RVO באמצעות פוטוקואגולציה בלייזר של כלי שיט עיקריים פותחו ושוכללו כדי לשכפל פתולוגיות קליניות מרכזיות שנצפו ב- RVO 5,6,7 אנושי. ההתקדמות בהדמיה אופתלמית מאפשרת גם שכפול של כלי אבחון לא פולשניים המשמשים בבני אדם, כלומר, אנגיוגרפיה פלואורסצנטית (FA) וטומוגרפיה קוהרנטית אופטית (OCT)6. אנגיוגרפיה פלואורסצנטית מאפשרת תצפית על דליפה עקב פירוק מחסום הדם-רשתית (BRB) וכן דינמיקה של זרימת הדם ברשתית, כולל אתרי חסימה, באמצעות הזרקת פלואורסצין, צבע פלואורסצנטי קטן 8,9. הדמיית OCT מאפשרת רכישת תמונות חתך ברזולוציה גבוהה של הרשתית וחקר העובי והארגון של שכבות הרשתית10. ניתוח תמונות FA היה מבחינה היסטורית איכותי במידה רבה, מה שמגביל את הפוטנציאל להשוואה ישירה וניתנת לשחזור בין מחקרים. לאחרונה פותחו מספר שיטות לכימות עובי שכבה בהדמיית OCT, אם כי אין כיום פרוטוקול ניתוח סטנדרטי והאתר של רכישת תמונות OCT משתנה11. על מנת למנף כראוי כלים אלה, יש צורך במתודולוגיית ניתוח נתונים סטנדרטית, כמותית וניתנת לשכפול. במאמר זה אנו מציגים שלוש קריאות כלי דם כאלה המשמשות להערכת נזק פתולוגי במודל עכבר של דליפת RVO-פלואורסצין, עובי שכבת OCT וחוסר ארגון של שכבות הרשתית.
Protocol
Representative Results
Discussion
הדמיית רשתית מכרסמים לא פולשנית מציגה דרך לחקור פתולוגיה ולפתח התערבויות. מחקרים קודמים פיתחו וייעלו מודל עכברי של RVO, המגבילים את השונות ומאפשרים תרגום אמין של פתולוגיות קליניות נפוצות ברשתית מורין 5,7,13. התפתחויות בטכנולוגיית דימות עינ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי תוכנית עמיתי המחקר לתארים מתקדמים של הקרן הלאומית למדע (NSF-GRFP) מענק DGE – 1644869(ל- CKCO), מכון העיניים הלאומי (NEI) 5T32EY013933 (ל- AMP), המכון הלאומי להפרעות נוירולוגיות ושבץ מוחי (RO1 NS081333, R03 NS099920 ל- CMT), ומשרד ההגנה צבא / חיל האוויר (DURIP ל- CMT).
Materials
| AK-Fluor 10% | Akorn | NDC: 17478-253-10 | light-sensitive |
| Carprofen | Rimadyl | NADA #141-199 | keep at 4 °C |
| GenTeal | Alcon | 00658 06401 | |
| Image J | NIH | ||
| InSight 2D | Phoenix Technology Group | OCT analysis software | |
| Ketamine Hydrochloride | Henry Schein | NDC: 11695-0702-1 | |
| Phenylephrine | Akorn | NDCL174478-201-15 | |
| Phoenix Micron IV | Phoenix Technology Group | Retinal imaging microscope | |
| Phoenix Micron Meridian Module | Phoenix Technology Group | Laser photocoagulator software | |
| Phoenix Micron Optical Coherence Tomography Module | Phoenix Technology Group | OCT imaging software | |
| Phoenix Micron StreamPix Module | Phoenix Technology Group | Fundus imaging and acquisition targeting | |
| Photoshop | Adobe | ||
| Refresh | Allergan | 94170 | |
| Tropicamide | Akorn | NDC: 174478-102-12 | |
| Xylazine | Akorn | NDCL 59399-110-20 |
References
- Tong, X., et al. The burden of cerebrovascular disease in the united states. Preventing Chronic Disease. 16, 180411 (2019).
- Nakahara, T., Mori, A., Kurauchi, Y., Sakamoto, K., Ishii, K. Neurovascular interactions in the retina: physiological and pathological roles. Journal of Pharmacological Sciences. 123 (2), 79-84 (2013).
- Jaulim, A., Ahmed, B., Khanam, T., Chatziralli, I. Branch retinal vein occlusion: epidemiology, pathogenesis, risk factors, clinical features, diagnosis, and complications. An update of the literature. Retina. 33 (5), 901-910 (2013).
- Ho, M., Liu, D. T. L., Lam, D. S. C., Jonas, J. B. Retinal vein occlusions, from basics to the latest treatment. Retina. 36 (3), 432-448 (2016).
- Zhang, H., et al. Development of a new mouse model of branch retinal vein occlusion and retinal neovascularization. Japanese Journal of Ophthalmology. 51 (4), 251-257 (2007).
- Ebneter, A., Agca, C., Dysli, C., Zinkernagel, M. S. Investigation of retinal morphology alterations using spectral domain optical coherence tomography in a mouse model of retinal branch and central retinal vein occlusion. PLoS One. 10 (3), 0119046 (2015).
- Fuma, S., et al. A pharmacological approach in newly established retinal vein occlusion model. Scientific Reports. 7, 43509 (2017).
- Cavallerano, A. Ophthalmic fluorescein angiography. Clinical Optometry. 5 (1), 1-23 (1996).
- Laatikainen, L. The fluorescein angiography revolution: a breakthrough with sustained impact. Acta Ophthalmologica Scandinavica. 82 (4), 381-392 (2004).
- Huang, D., et al. Optical coherence tomography. Science. 254 (5035), 1178-1181 (1991).
- Oberwahrenbrock, T., et al. Reliability of intra-retinal layer thickness estimates. PLoS One. 10 (9), 0137316 (2015).
- Avrutsky, M. I., et al. Endothelial activation of caspase-9 promotes neurovascular injury in retinal vein occlusion. Nature Communications. 11 (1), 3173 (2020).
- Colón Ortiz, C., Potenski, A., Lawson, J., Smart, J., Troy, C. Optimization of the retinal vein occlusion mouse model to limit variability. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (174), e62980 (2021).
- Schmidt-Erfurth, U., et al. Guidelines for the management of retinal vein occlusion by the European society of retina specialists (EURETINA). Ophthalmologica. 242 (3), 123-162 (2019).
- Yoshimura, T., et al. Comprehensive analysis of inflammatory immune mediators in vitreoretinal diseases. PLoS One. 4 (12), 8158 (2009).
- Mezu-Ndubuisi, O. J. In vivo angiography quantifies oxygen-induced retinopathy vascular recovery. Optometry and Vision Science. 93 (10), 1268-1279 (2016).
- Hui, F., et al. Quantitative spatial and temporal analysis of fluorescein angiography dynamics in the eye. PLoS One. 9 (11), 111330 (2014).
- Berry, D., Thomas, A. S., Fekrat, S., Grewal, D. S. Association of disorganization of retinal inner layers with ischemic index and visual acuity in central retinal vein occlusion. Ophthalmology. Retina. 2 (11), 1125-1132 (2018).
- Nicholson, L., et al. Diagnostic accuracy of disorganization of the retinal inner layers in detecting macular capillary non-perfusion in diabetic retinopathy. Clinical & Experimental Ophthalmology. 43 (8), 735-741 (2015).
- Obrosova, I., Chung, S., Kador, P. Diabetic cataracts: mechanisms and management. Diabetes/Metabolism Research and Reviews. 26 (3), 172-180 (2010).
- Hegde, K., Henein, M., Varma, S. Establishment of the mouse as a model animal for the study of diabetic cataracts. Ophthalmic Research. 35 (1), 12-18 (2003).
- Takahashi, H., et al. Time course of collateral vessel formation after retinal vein occlusion visualized by OCTA and elucidation of factors in their formation. Heliyon. 7 (1), 05902 (2021).
- Haj Najeeb, B., et al. Fluorescein angiography in diabetic macular edema: A new approach to its etiology. Investigation Ophthalmology & Visual Science. 58 (10), 3986-3990 (2017).
- Alam, M., et al. Quantitative optical coherence tomography angiography features for objective classification and staging of diabetic retinopathy. Retina. 40 (2), 322-332 (2020).
- Uddin, M., Jayagopal, A., McCollum, G., Yang, R., Penn, J. In vivo imaging of retinal hypoxia using HYPOX-4-dependent fluorescence in a mouse model of laser-induced retinal vein occlusion (RVO). Investigation Ophthalmology & Visual Science. 58 (9), 3818-3824 (2017).
- Qiang, W., Wei, R., Chen, Y., Chen, D. Clinical pathological features and current animal models of type 3 macular neovascularization. Frontiers in Neuroscience. 15, 734860 (2021).
- Park, J., et al. Imaging laser-induced choroidal neovascularization in the rodent retina using optical coherence tomography angiography. Investigation Ophthalmology & Visual Science. 57 (9), 331 (2016).
- Chen, J., Qian, H., Horai, R., Chan, C., Caspi, R. Use of optical coherence tomography and electroretinography to evaluate retinal pathology in a mouse model of autoimmune uveitis. PLoS One. 8 (5), 63904 (2013).
