Este artículo describe el desarrollo de un método para inducir la enfermedad aguda o crónica del ojo seco en conejos mediante la inyección de concanavalina A a todas las porciones del sistema de glándulas lagrimales orbitales. Este método, superior a los ya reportados, genera un modelo reproducible y estable de ojo seco adecuado para el estudio de agentes farmacológicos.
La enfermedad del ojo seco (DED), una enfermedad inflamatoria multifactorial de la superficie ocular, afecta a 1 de cada 6 seres humanos en todo el mundo con implicaciones asombrosas para la calidad de vida y los costos de atención médica. La falta de modelos animales informativos que recapitulen sus características clave impide la búsqueda de nuevos agentes terapéuticos para DED. Los modelos animales DED disponibles tienen una reproducibilidad y eficacia limitadas. Aquí se presenta un modelo en el que se induce DED inyectando el mitógeno concanavalina A (Con A) en las glándulas lagrimales orbitales de los conejos. Aspectos innovadores de este modelo son el uso de la guía de ultrasonido (EE.UU.) para asegurar la inyección óptima y reproducible de Con A en la glándula lagrimal inferior; inyección de Con A en todas las glándulas lagrimales orbitales que limita la producción compensatoria de lágrimas; y el uso de inyecciones periódicas de repetición de Con A que prolongan el estado de DED a voluntad. DED y su respuesta a los agentes de ensayo son monitoreados con un panel de parámetros que evalúan la producción de lágrimas, la estabilidad de la película lagrimal y el estado de la mucosa corneal y conjuntival. Incluyen osmolaridad lagrimal, tiempo de ruptura de desgarro, prueba de desgarro de Schirmer, tinción de bengala rosa y niveles de lactoferrina lagrimal. La inducción de DED y el seguimiento de sus parámetros se describen en detalle. Este modelo es simple, robusto, reproducible e informativo. Este modelo animal es adecuado para el estudio de la fisiología lagrimal y de la fisiopatología de DED, así como para la evaluación de la eficacia y seguridad de los agentes candidatos para el tratamiento de DED.
La enfermedad del ojo seco (DED) es una afección crónica con alta prevalencia y morbilidad1,2,3,4. La inflamación juega un papel clave en su patogénesis5,6. La fisiopatología de DED se conceptualiza como derivada de la subproducción o la excesiva evaporación de las lágrimas; el primero también se conoce como DED7aqueo-deficiente. El síndrome de Sjogren, una causa prototípica ampliamente estudiada de la DED, afecta principalmente a las glándulas lagrimales (NG) y es un ejemplo sorprendente de su importancia en la patogénesis de la DED. DeD a menudo se trata con lágrimas artificiales que proporcionan alivio temporal, o con ciclosporina o lifitegrast, que suprimen la inflamación ocular. Ninguno de los tratamientos disponibles para DED son óptimos, lo que requiere el desarrollo de nuevos agentes8,9.
La búsqueda de nuevos agentes terapéuticos para deSDe se ve obstaculizada por tres grandes desafíos: la falta de un objetivo molecular farmacológico reconocido, que puede ser esquiva dada la complejidad fisiopatológica de la DED; la sparsidad de los agentes prometedores; y la falta de modelos animales que recapitulen las características clave de DED.
Al igual que con la mayoría de los esfuerzos de desarrollo de drogas, los modelos informativos de animales de DED son una herramienta de investigación crucial, a pesar de la declaración axiomética de que ningún modelo animal recapitula completamente una enfermedad humana. Los modelos de ratón, rata y conejo de DED son los más utilizados, mientras que los perros y primates se utilizan con poca frecuencia10,11. La mayoría de los más de 12 modelos de CONEJO DED reportados hasta la fecha intentan reducir la producción de lágrimas eliminando LGs o impidiendo su función12,13,14,15,16. Tales enfoques incluyen la resección quirúrgica del ILG; cierre de su conducto excretorio; y deteriorar la función de LG mediante irradiación o inyección de uno de los siguientes: linfocitos activados, mitógenos, toxina botulínica, atropina o benzalklonio. Las principales limitaciones de estos métodos son su incoherencia y la frecuente supresión parcial de la producción de lágrimas.
Concanavalina A (Con A), una lectina de origen vegetal, es un potente estimulador de los subconjuntos de células T y se ha utilizado en modelos experimentales de hepatitis17 y DED18. Se informó que el modelo original basado en Con A ofrece ventajas significativas, incluyendo su relativa simplicidad; afluencia de células inflamatorias en los gnl, imitando enfermedades como la de Sjogren; estimulación de las citoquinas proinflamatorias IL-1, IL-8 y TGF-1; reducción de la función de desgarro supervisada mediante la medición del aclaramiento de fluoresceína de desgarro y el tiempo de rotura del desgarro (TBUT); y la capacidad de respuesta de los medicamentos se muestra para un corticosteroide antiinflamatorio.
Cuando se aplicó este método prometedor, además de sus ventajas, se identificaron limitaciones que requerían su revisión general y mejoras drásticas. Se documentan tres deficiencias críticas del método. En primer lugar, el modelo era agudo; el DED inducido disminuyó después de aproximadamente 1 semana. En segundo lugar, la respuesta de los animales fue inconsistente. Como se ha demostrado, en las inyecciones transcutáneas “ciegas” a la Inferior LG (ILG), Con A se entregó sólo al azar a la glándula objetivo. El estudio detallado de la anatomía del ILG reveló que su tamaño podría variar hasta 4 veces19 haciendo tales inyecciones “hit-or-miss” esfuerzos. Finalmente, incluso cuando se inyectó el ILG, el LG superior (SLG) compensó con frecuencia el flujo de desgarro reducido, haciendo que el modelo fuera problemático.
Estas limitaciones clave se superaron introduciendo tres modificaciones en el método, generando un modelo animal superior de DED. En primer lugar, la inyección de Con A en el ILG se realizó bajo guía de ultrasonido (EE.UU.), asegurando que Con A entró en la glándula. El éxito de la inyección se confirmó mediante la obtención de una imagen de EE. UU. post-inyección, como se muestra en la Figura 1. En segundo lugar, para eliminar la contribución de desgarro compensatorio del SLG, tanto las porciones palpebrales como orbitales de esta glándula se inyectaron con Con A. Finalmente, este modelo agudo de DED se convirtió en uno crónico por inyecciones repetidas de Con A cada 7-10 días. DED de 2 meses de duración se logra fácilmente en estos conejos. El éxito de este enfoque ha sido ampliamente documentado19.
Como ya se ha mencionado, una aplicación importante de los modelos animales de DED es determinar la eficacia y seguridad de los agentes terapéuticos candidatos. La utilidad de este modelo fue demostrada por el estudio de fosfosulindaco (OXT-328), una novedosa molécula pequeña antiinflamatoria20,21 administrada como gotas para los ojos. Su eficacia se demostró sobre la base de un panel de parámetros de DED19. La relativa simplicidad y la naturaleza informativa de este modelo también permitieron la comparación lado a lado de fosfosulindac a los dos medicamentos aprobados por la FDA para DED, ciclosporina y lifitegrast, demostrando su fuerte superioridad preclínica.
Los conejos son muy atractivos para el estudio de DED. Su córnea y conjuntiva tienen una superficie más cercana a la de los seres humanos en comparación con ratones y ratas; su complemento de enzimas metabolizadoras de fármacos como la esterasa, y la histología de sus glándulas lagrimales son similares a los de los seres humanos, y sus ojos son lo suficientemente grandes como para estudios farmacocinéticos informativos. En comparación con los cerdos y monos, con los que comparten características similares, cuestan menos y su manipulación experimental es más fácil. Si se contemplan estudios mecánicos, un inconveniente relativo del conejo, en comparación con los ratones, es que hay menos reactivos (por ejemplo, anticuerpos monoclonales). Por otro lado, el conejo es muy superior a los ratones para estudios farmacocinéticos y de biodistribución porque los tejidos individuales se diseccionan fácilmente y de tamaño suficiente para el trabajo analítico, evitando la “agrupación de muestras”.
Un parámetro general crítico es el período de aclimatación de los conejos. Los animales son enviados desde el vendedor en condiciones que a menudo no aseguran un ambiente de transporte de la temperatura o humedad adecuada. Es posible que algunos animales ya hayan desarrollado el ojo seco a su llegada. Se recomienda un período de aclimatación de dos semanas. Igualmente importante es la atención escrupulosa a la humedad y temperatura del espacio donde los conejos del estudio se alojan en el vivarium. Las desviaciones en cualquiera de las dos condiciones pueden inducir enormes variaciones en su estado ocular. Tenga a mano humidificadores y deshumidificadores de respaldo. Si el sistema central falla, actúe rápidamente para restaurar la humedad ambiental utilizando el equipo de respaldo. Tenga en cuenta que tales acontecimientos desafortunados son más comunes en los meses de verano. Los tres pasos más críticos, sin embargo, para inducir con éxito DED en conejos son: 1) el uso hábil de imágenes estadounidenses para identificar el ILG y para dirigir y confirmar la inyección de Con A; 2) asegurar la inyección tanto del ILG como de las dos partes del SLG; y 3) la asacción fiable y reproducible de los parámetros de DED.
Desarrollar la habilidad experimental requerida no es trivial, pero no debe disuadir a ningún investigador serio. Espere que la curva de aprendizaje se complete en cinco iteraciones. Un sistema de imágenes de los Estados Unidos de calidad razonable es esencial. El reconocimiento de las señas de identidad anatómicas por parte de Estados Unidos es importante, por lo tanto, el investigador debe revisar la anatomía del conejo. La excelente descripción de la anatomía del conejo por Davis25, un clásico, puede ser inmensamente útil. También tenga en cuenta la variación en el tamaño del ILG. El corolario de esto es que el éxito de Con A siempre debe ser confirmado con imágenes de seguimiento. Variaciones en la respuesta a Con A en un grupo de conejos se debe más a menudo a la técnica de inyección (inyección fallida o parcialmente exitosa) o a ignorar la capacidad de los tejidos residuales de la glándula lagrimal para compensar con la sobreproducción de lágrimas. Para aquellos que desean dominar la técnica de inyección, inyectar azul de metileno seguido de una rápida disección anatómica puede ser útil; la visualización se logra si llega a la glándula lagrimal o se derrama sobre los tejidos vecinos. Hasta la fecha, este método de inyección ha sido realizado más de 270 veces por los autores sin una sola complicación.
Decir los cinco parámetros de DED presentados anteriormente puede ser tan complicado como es su determinación en la práctica clínica. Aunque las variaciones circadianas aún no se han documentado formalmente en ninguna de ellas, hay suficiente evidencia de fondo de tales fenómenos en el ojo28 que deben ser ensayadas a la misma hora del día (1 h), especialmente cuando se deben realizar ensayos repetidos y en comparación entre sí. La consistencia en la realización de estos ensayos es esencial. Se requiere un equipo de dos. Cuatro o más investigadores en la misma sala que participan en los ensayos pueden ser disruptivos, dado que algunos pasos requieren un tiempo estricto. La documentación fotográfica adecuada y de alta calidad, donde se indique, es importante.
Este modelo es ideal para estudios de desarrollo de fármacos. El dominio del modelo animal y las técnicas de ensayo aseguraron una excelente reproducibilidad19 de los estudios de eficacia y seguridad.
Este es un enfoque experimental potente porque elimina la variabilidad de confunción de modelos anteriores, ha simplificado el modelo animal y esencialmente estandarizado los cinco parámetros de DED. La aplicación exitosa de este modelo al estudio de un agente terapéutico candidato ha afirmado su utilidad práctica como modelo informativo animal para una enfermedad en necesidad desesperada de agentes novedosos y de una comprensión más profunda de su patogénesis.
The authors have nothing to disclose.
Todos los estudios en animales se completaron de acuerdo y cumplen con todas las directrices reglamentarias e institucionales pertinentes. Todos los estudios fueron aprobados por la Junta de Revisión Institucional de la Universidad Stony Brook y realizados de acuerdo con la Declaración DE ARVO para el Uso de Animales en Investigación Oftálmica y de La Visión.
Estos estudios fueron apoyados en parte por una subvención de Oportunidades de Investigación Dirigida de la Escuela de Medicina de la Universidad Stony Brook (Número de subvención 1149271-1-82502) y una beca de investigación de Medicon Pharmaceuticals, Inc., Setauket, NY. Los autores agradecen a Michele McTernan por su apoyo editorial.
100 mm macro lens | Canon EF 100mm f/2.8L IS USM | 3554B002 | |
26 gauge needles (5/8) | Becton Dickinson and Company, Franklin Lakes, NJ | 305115 | Needles for injecting ConA into the lacrimal glands |
27 gauge needles (5/8) | Becton Dickinson and Company, Franklin Lakes, NJ | 305921 | Needles for injecting ConA into the lacrimal glands |
Aceproinj (acepromazine) | Henry Schein Animal Health, Dublin, OH | NDC11695-0079-8 | 0.1ml/kg subcutaneously injection for rabbit sedation |
Anesthesia vaporizer | VetEquip, Pleasanton, CA | Item #911103 | |
Bishop Harmon Forceps | Bausch and Lomb (Storz), Bridgewater, NJ | E1500-C | Tissue forceps |
Caliper | Bausch and Lomb (Storz), Bridgewater, NJ | E-2404 | Caliper used to measure length of needle during ConA injection |
Concanavalin A | Sigma, St. Louis, MO | C2010 | Make 5mg/ml in PBS for injection into rabbit lacrimal glands |
DSLR camera | Canon EOS 7D DSLR | 3814B004 | Digital single lens reflex camera |
fluorescein | AKRON, Lake Forest, IL | NDC17478-253 | Dilute to 0.2% with PBS to measure TBUT |
Isoflurane | Henry Schein, Melville, NY | 29405 | |
Lactoferrin ELISA kit | MyBiosource, San Diego, CA | MBS032049 | Measure tear lactoferrin level |
lidocaine | Sigma, St. Louis, MO | L5647 | 1% in PBS for anesthesia agent |
macro/ring flash | Canon Macro Ring Lite MR-14EXII | 9389B002AA | |
Osmolarity tips | TearLab Corp., San Diego, CA | #100003 REV R | Measure tear osmolarity |
PBS (phosphate buffered saline) | Mediatech, Inc. Manassas, VA | 21-031-CV | |
Rabbit, New Zealand White or Dutch Belted (as described in text) | Charles River Labs, Waltham, MA | 2-3 kg | Research animals |
Rose Bengal | Amcon Laboratories Inc., St. Louis, MO | NDC51801-004-40 | 1% in PBS, stain the ocular surface |
Schirmer strips | Eaglevision, Katena products. Denville, NJ | AX13613 | Measure tear production |
Surgical Loupes +1.50 | Designs for Vision, Bohemia, NY | Specialty item | Provide magnificantion of ocular surface while observing tear break up and performing Concanavalin A injections. |
TearLab Osmometer | TearLab Corp., San Diego, CA | Model #200000W REV A | Measure tear osmolarity |
Ultrasound probe | VisualSonics Toronto, Ont | MX 550 S | Untrasonography-guide Con A injection for inferior lacrimal gland |