網膜刺激内の個々の電極に直接隣接する網膜細胞構築を可視化するための技術。
網膜プロテーゼの最近の開発では、前臨床研究において、これらのデバイスの安全性を評価するための信頼できる技術を開発することが重要である。しかし、標準的な固定、準備、および自動化された組織学手順は理想的ではない。ここでは、インプラントに直接隣接網膜の健康を評価するための新たな手順について説明します。網膜の補綴物は眼組織に接触して電極アレイを備えています。従来の方法は、空間的に配列内の個々の電極に隣接する眼組織をローカライズすることができなかった。注入された目を評価する際に加えて、標準的な組織学的処理は、多くの場合、網膜層の総人為剥離をもたらす。これにより、注入された電極アレイの注入及び刺激によって引き起こされる、存在する場合、局部的な損傷を評価することは困難であった。したがって、我々は、電子注入に隣接する眼組織を識別し、ローカライズするための方法を開発(色分けされた)染料マーキングスキームを使用して、我々は人為網膜剥離を最小限にするために目の固定法を変更lectrodes。また、このメソッドは、個別電極とインプラントの特定の部分のローカライズを可能にする、強膜の半透明のレンダリング。最後に、組織病理学的評価の力を高めるために適合対照を使用した。要約すると、この方法は、信頼性の高い効率的な差別や移植眼の網膜の細胞構築の評価を可能にします。
網膜プロテーゼはすぐに重度の視力低下の様々な形態の治療に有用な臨床的介入になることがある。このような特定の網膜色素変性症などの条件、(RP)、眼の光受容体の広範な変性における結果は、これらの神経信号に光を伝達する責任細胞である。しかし、網膜の他の層のいくつかの細胞が残っていると人工網膜1と電気的刺激のための潜在的なターゲットである。ヒト臨床試験の初期の結果は、電極2,3網膜上、網膜下4,5に移植配列、intrascleral 6箇所に有望されています。これらのデバイスは、異なる形状を有する異なる材料から作られ、それらはすべて視覚的知覚を作成するために、網膜の残りの生存ニューロンを活性化する電気パルスを使用している。
当社の幅広いグループ(バイオニックビジョンオーストラリア)プログレを持つ網膜インプラントを開発してきました脈絡膜上の電極アレイ(治験番号:NCT01603576)を移植した3 RP患者で臨床試験研究にセッド。 図1Aは、この脈絡膜上プロトタイプ人工網膜を示しています。
患者の安全、臨床研究において最も重要であり、したがって、人間の臨床試験を開始する前に、我々は前臨床モデルにおいて豊富急性および慢性試験( 図1B)を行った。組織病理学的評価は、外科手術を絞り込む電極設計反復処理し、最終的にインプラントの安全性を確立することが不可欠でした。標準的な臨床病理プラクティスダブテール効率的なワークフローを維持するために、パラフィン包埋技術を採用した。それはまた、容易に病理学者によって解釈されヘマトキシリンおよびエオシン(H&E)などの臨床基準と同等の染色手順を利用することが望ましかった。またに、免疫組織化学的分析に適合させることができる技術を求めていました組織の細胞のさらなる評価を容易にするため。
インプラント材料の生体適合性、および慢性電気刺激の安全性は、慎重に評価する必要がある。アレイ内の個々の刺激電極に隣接した眼組織の組織病理を調べることができることが重要である。ただし、配列は、それらがテストできるように、それらの金属成分を容易に区分けすることができなかったので、サンプルを処理する前に除去する必要がありました。その結果、当社の確立された組織標本は、移植された電極7に対して組織の局在とのマッピングを許可しなかった。組織測位手段の欠如に加えて、標準的なホルムアルデヒドベースの固定および処理技術が普及アーティファクトと眼の様々な層の収縮差( 図2)により網膜の剥離をもたらした。トンの不均一性に起因する彼網膜は、特に定量的な測定のために、対照組織との有効な比較を行うことは困難であった。これらの組み合わせの制限は、私たちの移植の配列によって生じる潜在的な損傷の正確な評価を複雑。
ここでは、これらの制限を克服するための新たな手法を提示する。我々は専門の注視と処理技術8-10パラフィン系組織学との互換性を維持するために変更しました。我々は、臨床病理医からのフィードバックに基づいて、同等の結果を与えるために、標準組織学的および免疫組織化学的汚れを修正した。強膜組織の半透明をレンダリングした後、染料系のカラーコードは、脈絡膜上スペースから配列を除去する前に、個々の電極に隣接眼組織をマークするために採用されました。電極アレイと個別電極部位をマーキングすることにより、試料を正確に電極隣接地域から収集することができる。マッチしたサンプルは、番目から収集することができた電子制御眼ペアごとの比較を容易にするためである。
インプラントの安全性を評価する前臨床研究のための主要な考慮事項です。人工網膜の前に、それが害を引き起こさないことを確認することが不可欠であるヒトに移植することができる。これは、インプラントの生体適合17-23両方の評価と同様に24-26慢性電気刺激によって引き起こされる可能性のある潜在的な損傷を必要とします。このような人工内耳と同様の神経補綴、の経験は、刺激の広い範囲、および組織の損傷27が発生しない物理的、パラメータへの洞察を提供します。しかし、網膜は他の移植部位に異なる特性、したがって正確な安全限界(例えば最大電荷密度など)は、他のシステムでこれまでの研究から想定することはできませんしています。電荷密度は、アクティブ電極部位で最高であり、これは損傷のための最大の可能性に対応する。直接隣接組織をローカライズする従って方法個々の活性電極に非常にこれらの研究の有用性を増加させる。インプラントの特定の領域に隣接する組織はまた、精密検査のために強調表示されてもよい。このアプローチは、標的 "最悪のシナリオ"を調べたという確信を保持しながら、分析されるべきより少ないセクションを可能にする。
ここで説明する強膜色素ローカライゼーション法が広く手の形、成形シリコーン/ Pt電極アレイ28-30でテストされています。なお、薄膜ポリアミドアレイ7,31、また、薄膜シリコン/ Ptのアレイ32で使用されている。いくつかの人工網膜の研究では、intrascleral注入33 "弾丸の形"の電極を採用。本技術は、電極アレイのこのタイプを評価するための効果的である。薄い強膜とネコ目(後極90で厚さ – 200μm)を配列内の個々の電極の可視化を可能にした。しかし、たとえ個々のエレクトロデその位置を容易にアレイの輪郭は(ステップ2.6で用いたものと同様)ことが分かるシリコーンテンプレートを使用して推論することができ、表示されませんでした。
染料マッピングが存在する染料とのセクションだけが得られるように、非関連の組織切片を取得する必要性を制限する。正確に電極位置を推測する機能は、関連する病理組織学的解析と大きく統計的検出力を可能にしますが、人件費と同様に使用スライドとブレードの量を減らすことによって、時間とコスト管理に大きな影響を持っていないだけ。接着性であり、また、未染色組織切片に見えながら、組織処理に耐えることができる染料の使用は重要な初期の考慮事項です。解剖で組織の染料と向きのと埋め込み時の位置の知識は切削加工を支援します。これは正しく斜めにカットされていないセクションを達成するためのブロックを配向含まれており、フルrepresentatiを与え組織の上に。それは、切断を行う人は染料アプリケーション、切開および埋め込みの時点で存在することが重要である。
全体的なプロトコルは、特に固定タイミングで、マイナーな変更に堅牢です。しかし、目の解剖と染料マーキング手順は良い手先の器用さの恩恵が試料の損傷を避けるために、その繊細な手順です。ダビッドソンの固定はインプラント近く網膜の人為的剥離を低減させるための効果的な証明されている一方で、それは解剖時に直接機械的損傷を防ぐことはできません。ダビッドソンの固定は、いくつかの特別な組織学的および免疫組織化学的手続きと容易に互換性がありませんでした。したがって、上記の詳細にこれらの手順を変更/最適化する必要があった。最適な結果が達成されるまで染色時間と濃度の増分変更が行われました – 詳細については、補足資料を参照してください。
網膜の定量組織学は問題が残っている。網膜は不均一であり、厚さ及び面積中枢34,35から遠ざかるにつれて、セル密度変化の双方。したがって、注入された眼内の隣接組織を比較に使用することができず、制御眼の代わりに用いられる。ペアワイズ制御目で、各セクションのマッチングは私たちに病理学的変化のより強力な統計比較を与え、有効性と安全性の成果を網膜補綴と対象36で仲間の目を比較する際に、より良い評価されている。これは定量に影響を与えるように特別な注意が斜めのカットを最小限にするために注意しなければなりません。
要約すると、上述の方法は、有意に順番に、より効率的な前臨床ワークフローにつながっている我々の組織病理学的分析を改善している。これらのメソッドを直接使用する前臨床試験の結果は3 RP患者を安全にsuprachoroiが注入されていた臨床試験につながっDAL網膜プロテーゼ。これらの方法は、長期的な移植に病理学的応答を評価する必要が網膜刺激装置や他の眼用インプラントの両方に関連している。この方法は、インプラントに関心領域に病理の細胞構築と登録を維持するための価値のある利点を提供する。具体的にテストされていないが、これらの手順の変形例は、アレイが表面的に移植される場合は特に、他の種および他の解剖学的部位に使用することができる。
The authors have nothing to disclose.
著者は感謝したいと思います:さんアレクシアサンダースさんとミシェルMcPhedran実験支援のため、電極製造のため氏ヘレン風水;博士ペニーアレンおよび外科支援のため博士ジョナサン·ヨー、ロイヤルビクトリア朝の瞳と耳の病院の生物のスタッフ原稿の草案フォームで批判的なコメントのために博士とブライオニーNayagam氏とロナルド·レオン、動物のケアのための研究センター、一般的なガイダンスのために全体の教授ロブシェパード。
この作品は、バイオニクス研究所、セント·ビンセント病院、メルボルンで行われた。資金は、バイオニックビジョンオーストラリア(BVA)にバイオニックビジョン科学技術助成金で、その特別研究イニシアティブを通じてイアンポッター財団、ジョン·T·リード慈善信託、およびオーストラリアの研究評議会によって提供されていました。バイオニクス研究所は、その運用インフラストラクチャ·サポート·プログラムを通じてビクトリア州政府から受ける支援を認めるものです。
Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
The Davidson marking system | Bradley Products | 1163-4 – red 1163-5 – blue 1163-2 – yellow 1163-1- green | |
Rabbit Polyclonal Anti-Glial Fibrillary Acidic Protein Antibody | Millipore | AB5804 | 1:1500, overnight incubation |
Mouse Monoclonal Anti-Glutamine Synthetase Antibody | Millipore | MAB302 | 1:100 overnight incubation |
Monoclonal Mouse Anti-Neurofilament 200 Antibody | Sigma-Aldrich | N0142 | 1:100 overnight incubation |
4',6-diamindino-2-phenylindole, dilactate (dilactate) | Life Technologies | D3571 | 1:25,000 30 min incubation |
Alexa Fluor 488 goat anti-mouse IgG | Life Technologies | A11029 | 1:500 |
Superfrost 90° yellow | Grale Scientific | SF41299 | |
FLEX IHC Microscope Slides | DAKO | K802021-2 | |
Alexa Fluor 594 goat anti-rabbit IgG | Life Technologies | A11037 | 1:500 |
Normal goat serum | Life Technologies | PCN5000 | 10% serum/0.1% Triton X-100/PBS |
Non-Standard Solution Preparation for Special Stains 1% Aqueous Cresyl Violet Stock Solution
Cresyl Violet Acetate Working Solution
Biebrich Scarlet-Acid Fuchsin Solution
Phosphomolybdic-Phosphtungstic Acid Solution
Aniline Blue Solution
Solutions for Immunohistochemistry Wash Buffer Solution
Serum Block Solution
SUPPLEMENTARY MATERIAL Luxol Fast Blue The purpose of performing a Luxol Fast Blue (LFB) stain was to identify the ganglion cells in the ganglion cell layer through the counterstain of cresyl violet. While LFB stains myelin, the cresyl violet stain binds to the Nissl substances in neurons, composed of rough endoplasmic reticulum and ribosomes. Numerous cells in the retina contain Nissl substance including amacrine cells. These cells usually are located in the inner boundary layer of the inner nuclear layer, but displaced amacrine cells can be found in the ganglion cell layer. The staining of Nissl substance is helpful in differentiating large, heavily stained ganglion cells from smaller displaced amacrine cells. To aid visualisation of these cells, we modified the cresyl violet working solution protocol by increasing the volume of the cresyl violet stock solution in the working solution. We increased the volume in 1.0 ml increments from 6.0 ml to 9.0 ml, in turn reducing the volume of distilled water. Assessing the ease of visualising and identifying the ganglion cells, optimal staining was achieved with 9 ml of additional cresyl violet stock solution and 51 ml of distilled water. Cresyl violet is a basic dye, though to dye the Nissl substance, it is required to be used in an acidic solution, and therefore the volume of acetic acid remained unchanged at 0.5 ml. Periodic Acid Schiff The Periodic Acid Schiff (PAS) stain was performed to highlight polysaccharides especially glycogen, found in basement membranes and fungal cell walls, indicating a fungal infection. The process of the PAS stain is to oxidise the hydroxyl groups in polysaccharides using periodic acid, producing aldehyde groups. The application of the Schiff reagent, binds to the aldehyde groups producing a magenta color with haematoxylin counterstaining producing purple cell nuclei. Our slides showed weak staining at the inner limiting membrane. This may be due to the polysaccharides present, as not all polysaccharides can be oxidised with a standard time frame, especially those containing anionic polysaccharides. We therefore increased the duration of the oxidation step from 10 min to 12, 15, and 20 min. We found that a 15 min oxidation step was most effective in PAS staining. Masson’s Trichrome Blue The principle of the Masson's trichrome blue stain is to stain collagen and muscle, which in our retinal slides can be used to indicate an increase in collagen tissue which may indicate fibrosis due to injury. This stain is sensitive to fixation techniques, so alterations were needed to obtain optimal staining. The process of this stain is to initially stain cytoplasm and muscle fibres red using the acidic Biebrich scarlet-acid fuchsin red dye. Differentiation with phosphomolybdic/phosphotungstic acid competes with the red dye in the collagen fibres. In the sclera, the large phosphomolybdic/phosphotungstic acid molecules are able to penetrate the loose connective tissue, as opposed to the dense muscle fibres which are penetrable to small molecules only. Aniline blue dye is then applied to replace the acid in the collagen fibres producing blue dyed sclera. To optimise this stain in retinal sections, the duration of staining with Biebrich scarlet-acid fuchsin dye was reduced to create a balance between the blue and the red dye. The use of Davidson's fixative also required an extended differentiation time to remove the red dye from the collagen. We trialled differentiation at 5, 6, 8, and 10 min, with optimal results occurring at 6 min. Differentiation also varies on the thickness and cutting of smooth sections, with greater than 6 min differentiation possibly being required. Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP) Antibody Polyclonal, host species is rabbit, has a molecular weight of 50 kDa. GFAP antigen is an intermediate filament found in the cytoplasm (the cytoplasm of astrocytes and Müller cells in the retina), the antigen is made form 428 amino acids and has a molecular weight of 49512 Da. Neurofilament-200 antibody Monoclonal, host species is mouse, clone N52, isotype IgG1, it recognises phosphorylated and non-phosphorylated forms of the heavy neurofilaments which have a molecular weight of 200 kDa. The antibody will bind to an epitope in the tail domain of the neurofilament. The antibody will stain neurofilaments in the neuronal perikarya, dendrites and axons. Glutamine Synthetase (GS) antibody Monoclonal, clone GS-6, host species is mouse, has a molecular weight of 45 kDa and antibody isotype IgG2a. The GS antigen is found in the cell cytoplasm (cytoplasm of Müller cells in the retina), the antigen has 373 amino acids and a molecular weight of 42,064 Da. |