인간 기증자 후방 세그먼트의 내구 및 두개 내 압력 의 변조를위한 트랜스 라미나르 자율 시스템 모델

최근 설문 조사에서 전 세계적으로 추정에 따르면 시각 장애가 있는 3,900만 명을 포함하여 2억 8,500만 명이 시각 장애를 앓고 있는 것으로 나타났습니다¹. 2010년, 세계보건기구(WHO)^{는 눈1}의 후방 부문에서 실명의 주요 원인 9가지 중 3명이 발생한다고 기록했습니다. 후방 세그먼트 눈 질환은 망막, 코로이드 및 시신경²를 포함한다. 망막과 시신경은 뇌의 중추 신경계 (CNS) 확장입니다. 망막 신경절 세포 (RGC) 축축은 시신경 헤드 (ONH)를 통해 눈을 빠져 서 시신경³를 형성하기 때문에 손상에 취약하다. ONH는 라미나 크리브로사(LC)⁴라고 불리는 결합 조직 빔의 3D 메쉬워크로 인해 RGC 축축에 가장 취약한 지점으로 남아 있다. ONH는 녹내장^5,6,7에서 RGC 축록색에 대한 모욕의 초기 사이트이며, ONH 내의 유전자 발현 변화는 안구 고혈압 및 녹내장 모델^8,9,10에서 연구되고 있다. RGC 축축은 내피압력(IOP)이라고 불리는 안구 체획 사이의 압력 차압으로 인해 ONH에서 취약하며, 외부 심방식 수막(ICP)¹¹이라고 불린 공간 내에서 취약하다. LC 영역은 정상 압력 차동을 유지하면서 두 영역을 분리하여 IOP가 10-21 mmHg 및 ICP에서 5-15 ^mmHg12에 이르는 범위로 유지합니다. 두 챔버 사이의 라미나를 통한 압력 차이는 트랜스라미나 압력 그라데이션(TLPG)¹³이라고 합니다. 녹내장의 주요 위험 요소는 상승 ^IOP14.

증가된 IOP는 라미나르 지역 내 및 전체의 균주를 증가^6,15,16. 인간과 동물 모델의 실험적 관찰은 ONH를 축상 손상의 초기 부위로 제시^17,18. ONH에서 녹내장 손상을 일으키는 IOP 관련 스트레스 및 균주의 생체 역학 패러다임은 또한 녹내장^19,20,21의 병리생리학에 영향을 미칩니다. 인간 압력 유도 변화가 기계적으로 RGC 축²²에 손상을 입히더라도, 라미나 내의 콜라주노우스 플레이트가 부족한 설치류는 녹내장^7,23을 개발할 수 있다. 또한, 높은 IOP는 1 차적인 개방각 녹내장 환자에서 가장 눈에 띄는 위험 요소 남아, 정상적인 긴장 녹내장 환자는 높은 IOP 없이도 녹내장 광학 신경 병증을 개발하는 동안. 게다가, 또한 시신경 손상을 보여주지 않는 안구 고혈압 환자의 부분 집합이 있습니다. 또한 뇌척수액 압력 (CSFp)이 녹내장 병인에 역할을 할 수 있다는 것이 제안되었습니다. 증거는 ICP가 일반 개인에 비해 녹내장 환자에서 ~ 5 mmHg로 낮아져 트랜스라미나 압력을 증가시키고 ^disease24,25에서 중요한 역할을 한다는 것을 나타냅니다. 이전에는 IOP 및 CSFp 변화를 제어함으로써 광학 디스크²⁶의 큰 변위가 있을 수 있음을 개 모델에서 입증했습니다. 돼지 눈에서 CSFp를 상승시키는 것은 또한 LC 지역 및 레트로라미나 신경 조직 내의 증가된 주체 긴장을 보여주었습니다. RGC와 LC 지역에 대한 부담이 증가하여 축축운송 막힘과 ^RGCs27 의 손실에 기여합니다. RGC의 점진적 변성은 영양 지원^28,29의 손실, 염증 과정/면역 조절의 자극^30,31, 및 세포세포 이펙터29,32,33,34,35 와 관련이 ^있다. 또한 축 상 부상(그림 3)은 RGC에 해로운 영향을 일으켜 재생 실패^36,37,38,39를 유발합니다. 비록 IOP의 효과 잘 공부 되었습니다. 녹내장에 대 한 대부분의 치료 IOP 안정화에 초점을 맞추고. 그러나 IOP의 하강은 질병의 진행을 늦추더라도 시각 필드 손실을 되돌리고 RGC의 완전한 손실을 방지하지 못합니다.

현재 의 증거는 외상성 또는 신경 퇴행성 시각 장애로 고통받는 환자의 다양한 기계적, 생물학적 또는 생리적 변화로 인한 트랜스 라미나르 압력 변조가 상당한 시력 손실을 일으킬 수 있음을 나타냅니다. 현재, 전생체 인간 ONH 내에서 녹내장 생체 역학적 손상의 연구를 허용할 수 있는 진정한 전임상 인간 후방 세그먼트 모형이 존재하지 않습니다. 눈의 후방 세그먼트의 관찰 및 치료는 안과²⁷에 있는 거대한 도전입니다. 높은 제거 율, 혈액 망막 장벽 및 잠재적인 면역 학적 반응을 포함하여 후방 눈을 표적으로 하는 물리적 및 생물학적 장벽이 있습니다⁴⁰. 새로운 약물 표적에 대한 대부분의 효능 및 안전 성 검사는 체외 세포 및 생체 내 동물 모델을 활용하여 수행됩니다⁴¹. 안구 해부학은 복잡하고, 체외 연구에서 조직 모델 시스템에 의해 제시된 해부학적 및 생리적 장벽을 정확하게 모방하지 않습니다. 동물 모델이 약동학 연구의 필요성이 있더라도, 인간 후방 눈의 안구 생리학은 망막의 세포 해부학, 혈관 및 ^ONH41,42를 포함하여 각종 동물 종 사이에서 다를 수 있습니다.

살아있는 동물의 사용은 집중적이고 상세한 윤리적 규정, 높은 재정 적 헌신 및 효과적인 재현성이 필요합니다⁴³. 최근, 실험 연구에서 동물의 윤리적 사용에 대 한 여러 가지 다른 지침 44,45,46 계속. 동물 실험의 대안은 ONH 손상을 보호하기위한 질병의 발병과 약물의 잠재적 분석을 조사하기 위해 전 생체 내 눈 모델의 사용입니다. 인간 포스트모템 조직은 인간 질병 패러다임을 연구하기위한 귀중한 자원이며, 특히 인간 신경 퇴행성 질환의 경우 동물 모델에서 개발 된 잠재적 인 약물의 식별은 인간에게 번역 할 필요가 필요하기 때문에⁴⁷. 전 생체 인간 기증자 조직은 인간 무질서^47,48,49의 연구 결과에 광범위하게 이용되고 있고, 인간 전방 세그먼트 관류 기관 배양 시스템은 이전에 높은 IOP50,51,52의 병리생리학을 연구하기 위하여 유일한 ex vivo 모형을 제공^했습니다.

인간의 눈에 IOP 및 ICP와 관련된 트랜스라미나 압력을 연구하기 위해, 우리는 성공적으로 설계및 인간의 기증자 눈에서 후방 세그먼트를 사용하여 독립적으로 IOP와 ICP를 조절 할 수있는 2 챔버 트랜스 라미나르 자율 시스템 (TAS)을 개발. 트랜스라미나 압력을 연구하고 ONH에 TLPG의 생체 역학적 효과를 악용한 최초의 전 생체 인간 모델이다.

이 ex vivo 인간 TAS 모델은 IOP 또는 ICP의 만성 고도로 인해 발생하는 세포 및 기능적 수정을 발견하고 분류하는 데 사용할 수 있습니다. 이 보고서에서는 TAS 휴먼 후방 세그먼트 모델을 해부, 설정 및 모니터링하는 단계별 프로토콜을 자세히 설명합니다. 이 프로토콜은 다른 연구원이 생물 기계식 질병 병인을 연구하기 위하여 이 새로운 ex vivo 가압된 인간 후방 세그먼트 모형을 효과적으로 재현하는 것을 허용할 것입니다.