Summary

Optimalisatie van het Retinal Vein Occlusion Mouse Model om variabiliteit te beperken

Published: August 06, 2021
doi:

Summary

Hier beschrijven we een geoptimaliseerd protocol voor retinale ader occlusie met behulp van rose bengal en een lasergeleid retinaal beeldvormingscoopsysteem met aanbevelingen om de reproduceerbaarheid ervan in genetisch gemodificeerde stammen te maximaliseren.

Abstract

Muismodellen van retinale ader occlusie (RVO) worden vaak gebruikt in de oogheelkunde om hypoxisch-ischemisch letsel in het neurale netvlies te bestuderen. In dit rapport wordt een gedetailleerde methode gegeven die wijst op kritieke stappen met aanbevelingen voor optimalisatie om consistent succesvolle occlusiepercentages te bereiken bij verschillende genetisch gemodificeerde muizenstammen. Het RVO-muismodel bestaat voornamelijk uit de intraveneuze toediening van een fotosensitizerkleurstof gevolgd door laserfotocoagulatie met behulp van een retinale beeldvormingsmicroscoop die is bevestigd aan een oogheelkundige geleide laser. Drie variabelen werden geïdentificeerd als determinanten van occlusieconsistentie. Door de wachttijd na toediening van rose bengalen aan te passen en de baseline en experimentele laseroutput in evenwicht te brengen, kan de variabiliteit tussen experimenten worden beperkt en een hoger slagingspercentage van occlusies worden bereikt. Deze methode kan worden gebruikt om retinale ziekten te bestuderen die worden gekenmerkt door retinaal oedeem en hypoxisch-ischemisch letsel. Bovendien, omdat dit model vasculair letsel induceert, kan het ook worden toegepast om de neurovasculatuur, neuronale dood en ontsteking te bestuderen.

Introduction

Retinale ader occlusie (RVO) is een veel voorkomende retinale vaatziekte die in 2015 wereldwijd ongeveer 28 miljoen mensen trof1. RVO leidt tot achteruitgang en verlies van het gezichtsvermogen bij werkende volwassenen en ouderen, wat neerkomt op een voortdurende gezichtsbedreigende ziekte die naar schatting in de loop van het nabije decennium zal toenemen. Enkele van de verschillende pathologieën van RVO omvatten hypoxisch-ischemisch letsel, retinaal oedeem, ontsteking en neuronaal verlies2. Momenteel is de eerste behandelingslijn voor deze aandoening door de toediening van vasculaire endotheliale groeifactor (VEGF) -remmers. Hoewel anti-VEGF-behandeling heeft geholpen bij het verbeteren van retinaal oedeem, worden veel patiënten nog steeds geconfronteerd met een achteruitgang van het gezichtsvermogen3. Om de pathofysiologie van deze ziekte verder te begrijpen en om potentiële nieuwe behandelingslijnen te testen, is het nodig om een functioneel en gedetailleerd RVO-muismodelprotocol voor verschillende muizenstammen samen te stellen.

Er zijn muismodellen ontwikkeld die hetzelfde laserapparaat implementeren dat wordt gebruikt bij menselijke patiënten, in combinatie met een beeldvormingssysteem dat is geschaald naar de juiste grootte voor een muis. Dit muismodel van RVO werd voor het eerst gerapporteerd in 20074 en verder vastgesteld door Ebneter en anderen 4,5. Uiteindelijk werd het model geoptimaliseerd door Fuma et al. om belangrijke klinische manifestaties van RVO te repliceren, zoals retinaal oedeem6. Sinds het model voor het eerst werd gerapporteerd, hebben veel studies het gebruikt met behulp van de toediening van een fotosensitizerkleurstof gevolgd door fotocoagulatie van belangrijke retinale aderen met een laser. De hoeveelheid en het type kleurstof die wordt toegediend, het laservermogen en de tijd van blootstelling variëren echter aanzienlijk tussen studies die deze methode hebben gebruikt. Deze verschillen kunnen vaak leiden tot een verhoogde variabiliteit in het model, waardoor het moeilijk te repliceren is. Tot op heden zijn er geen gepubliceerde studies met specifieke details over mogelijke wegen voor de optimalisatie ervan.

Dit rapport presenteert een gedetailleerde methodologie van het RVO-muismodel in de C57BL/6J-stam en een tamoxifen-induceerbare endotheel caspase-9 knockout (iEC Casp9KO) stam met een C57BL/6J achtergrond en van belang voor RVO pathologie als referentiestam voor een genetisch gemodificeerde muis. Een eerdere studie had aangetoond dat niet-apoptotische activering van endotheel caspase-9 retinaal oedeem aanwakkert en neuronale dood bevordert8. Ervaring met het gebruik van deze stam heeft geholpen bij het bepalen en inzichtelijk maken van mogelijke aanpassingen om het RVO-muismodel, dat toepasbaar kan zijn op andere genetisch gemodificeerde stammen, aan te passen.

Protocol

Dit protocol volgt de verklaring van de Association for Research in Vision and Ophthalmology (ARVO) voor het gebruik van dieren in oogheelkundig en visieonderzoek. Knaagdierexperimenten werden goedgekeurd en gecontroleerd door het Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) van Columbia University. OPMERKING: Alle experimenten gebruikten twee maanden oude mannelijke muizen die ongeveer 20 g wogen. 1. Bereiding en toediening van tamoxifen voor induceerbare gene…

Representative Results

Het RVO-muismodel heeft tot doel met succes occlusies in de retinale aderen te bereiken, wat leidt tot hypoxisch-ischemisch letsel, afbraak van de retinale bloedbarrière, neuronale dood en retinaal oedeem8. Figuur 1 toont een tijdlijn van stappen om reproduceerbaarheid te garanderen, een schema van het experimentele ontwerp en schetst stappen die verder kunnen worden geoptimaliseerd, afhankelijk van de experimentele vragen. De drie belangrijkste stappen die kunnen wo…

Discussion

Het muis RVO-model biedt een manier om RVO-pathologie verder te begrijpen en potentiële therapieën te testen. Hoewel het muis RVO-model veel wordt gebruikt in het veld, is er behoefte aan een actueel gedetailleerd protocol van het model dat de variabiliteit aanpakt en de optimalisatie van het model beschrijft. Hier bieden we een gids met voorbeelden uit ervaring over wat kan worden gewijzigd om de meest consistente resultaten te krijgen voor een cohort van proefdieren en betrouwbare gegevens te verstrekken.

<p clas…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd ondersteund door het National Science Foundation Graduate Research Fellowship Program (NSF-GRFP) DGE – 1644869 (naar CCO), het National Eye Institute (NEI) 5T32EY013933 (naar AMP) en het National Institute on Aging (NIA) R21AG063012 (naar CMT).

Materials

Carprofen Rimadyl NADA #141-199 keep at 4 °C
Corn Oil Sigma-Aldrich C8267
Fiber Patch Cable Thor Labs M14L02
GenTeal Alcon 00658 06401
Ketamine Hydrochloride Henry Schein NDC: 11695-0702-1
Lasercheck Coherent 1098293
Phenylephrine Akorn NDCL174478-201-15
Phoneix Micron IV with Meridian,  StreamPix, and OCT modules Phoenix Technology Group
Proparacaine Hydrochloride Akorn NDC: 17478-263-12 keep at 4 °C
Refresh Allergan 94170
Rose Bengal Sigma-Aldrich 330000-5G
Tamoxifen Sigma-Aldrich T5648-5G light-sensitive
Tropicamide Akorn NDC: 174478-102-12
Xylazine Akorn NDCL 59399-110-20

References

  1. Song, P., Xu, Y., Zha, M., Zhang, Y., Rudan, I. Global epidemiology of retinal vein occlusion: a systematic review and meta-analysis of prevalence, incidence, and risk factors. Journal of Global Health. 9 (1), 010427 (2019).
  2. Ehlers, J. P., Fekrat, S. Retinal vein occlusion: beyond the acute event. Survey of Ophthalmology. 56 (4), 281-299 (2011).
  3. Iftikhar, M., et al. Loss of peak vision in retinal vein occlusion patients treated for macular edema. American Journal of Ophthalmology. 205, 17-26 (2019).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Fuma, S., et al. A pharmacological approach in newly established retinal vein occlusion model. Scientific Reports. 7, 43509 (2017).
  7. Zhang, C., et al. Activation of microglia and chemokines in light-induced retinal degeneration. Molecular Vision. 11, 887-895 (2005).
  8. Avrutsky, M. I., et al. Endothelial activation of caspase-9 promotes neurovascular injury in retinal vein occlusion. Nature Communications. 11 (1), 3173 (2020).
  9. 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).
  10. Moein, H. R., et al. Optical coherence tomography angiography to detect macular capillary ischemia in patients with inner retinal changes after resolved diabetic macular edema. Retina. 38 (12), 2277-2284 (2018).
  11. Hirabayashi, K., et al. Development of a novel model of central retinal vascular occlusion and the therapeutic potential of the adrenomedullin-receptor activity-modifying protein 2 system. American Journal of Pathology. 189 (2), 449-466 (2019).
  12. Martin, G., Conrad, D., Cakir, B., Schlunck, G., Agostini, H. T. Gene expression profiling in a mouse model of retinal vein occlusion induced by laser treatment reveals a predominant inflammatory and tissue damage response. PLoS One. 13 (3), 0191338 (2018).
  13. Drechsler, F., et al. Effect of intravitreal anti-vascular endothelial growth factor treatment on the retinal gene expression in acute experimental central retinal vein occlusion. Ophthalmic Research. 47 (3), 157-162 (2012).
  14. Genevois, O., et al. Microvascular remodeling after occlusion-recanalization of a branch retinal vein in rats. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 45 (2), 594-600 (2004).
  15. Khayat, M., Lois, N., Williams, M., Stitt, A. W. Animal models of retinal vein occlusion. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 58 (14), 6175-6192 (2017).
  16. Nguyen, V. P., Li, Y., Zhang, W., Wang, X., Paulus, Y. M. High-resolution multimodal photoacoustic microscopy and optical coherence tomography image-guided laser induced branch retinal vein occlusion in living rabbits. Scientific Reports. 9 (1), 10560 (2019).
  17. Sayyed, S. A. A. R., Beedri, N. I., Kadam, V. S., Pathan, H. M. Rose Bengal sensitized bilayered photoanode of nano-crystalline TiO2-CeO2 for dye-sensitized solar cell application. Applied Nanoscience. 6 (6), 875-881 (2015).
  18. Emmart, E. W. Observations on the absorption spectra of fluorescein, fluorescein derivatives and conjugates. Archives of Biochemistry and Biophysics. 73 (1), 1-8 (1958).
  19. Yu, L., Liu, Z., Liu, S., Hu, X., Liu, L. Fading spectrophotometric method for the determination of polyvinylpyrrolidone with eosin Y. Chinese Journal of Chemistry. 27 (8), 1505-1509 (2009).
  20. MacDonald, D. The ABCs of RVO: a review of retinal venous occlusion. Clinical & Experimental Optometry. 97 (4), 311-323 (2014).
  21. Stahl, A., et al. Postnatal weight gain modifies severity and functional outcome of oxygen-induced proliferative retinopathy. American Journal of Pathology. 177 (6), 2715-2723 (2010).
  22. LaVail, M. M., Gorrin, G. M., Repaci, M. A. Strain differences in sensitivity to light-induced photoreceptor degeneration in albino mice. Current Eye Research. 6 (6), 825-834 (1987).
  23. Jeffery, G. The albino retina: an abnormality that provides insight into normal retinal development. Trends in Neurosciences. 20 (4), 165-169 (1997).
  24. Kinnear, P. E., Jay, B., Witkop, C. J. Albinism. Survey of Ophthalmology. 30 (2), 75-101 (1985).
  25. Stahl, A., et al. Postnatal weight gain modifies severity and functional outcome of oxygen-induced proliferative retinopathy. American Journal of Pathology. 177 (6), 2715-2723 (2010).

Play Video

Cite This Article
Colón Ortiz, C., Potenski, A., Lawson, J. M., Smart, J., Troy, C. M. Optimization of the Retinal Vein Occlusion Mouse Model to Limit Variability. J. Vis. Exp. (174), e62980, doi:10.3791/62980 (2021).

View Video