Summary

Разработка изысканный протокола для транс склеры субретинальное трансплантации эпителиальных клеток человека пигмента сетчатки глаза крыс

Published: August 12, 2017
doi:

Summary

Субретинальное инъекции широко применяется в доклинических исследованиях стволовых клеток заместительной терапии для age-related macular вырождения. В этой статье визуализировать мы описываем техника менее рискованным, воспроизводимые и именно изменение субретинальное инъекции через транс склеры подход к доставить клетки крыс глаза.

Abstract

Дегенеративные заболевания сетчатки, например возрастной макулярной дегенерации (AMD) являются основной причиной потери необратимых зрения во всем мире. AMD характеризуется дегенерации сетчатки пигментного эпителия (ПЭС) клеток, которые являются монослоя клеток функционально поддержки и анатомически обтекание нейронных сетчатки. Текущий фармакологических препаратов для не неоваскулярной AMD (сухой AMD) только замедлить прогрессирование болезни, но не может восстановить зрение, требующих исследования, направленные на выявление новых терапевтических стратегий. Замена дегенеративных клеток ПЭС с обещанием держит здоровые клетки для лечения сухой AMD в будущем. Обширные доклинические исследования терапии стволовой клетки для AMD включать трансплантация стволовых клеток НПП клеток в пространство субретинальное животных моделей, в которых применяется техника субретинальное инъекции. Подход, наиболее часто используемых в этих преклинических исследований на животных, через транс склеры маршрут, который затрудняется отсутствием прямого визуализации конца иглы и часто может привести к повреждению сетчатки. Альтернативный подход через стекловидное тело позволяет непосредственное наблюдение за конечное положение иглы, но она сопряжена с высоким риском хирургической травмы как обеспокоены больше тканей глаза. Мы разработали менее рискованным и воспроизводимые модифицированных транс склеры инъекции метод, который использует определенные иглы углах и глубинах успешно и последовательно доставить НПП клетки в пространство субретинальное крыс и избежать чрезмерного повреждения сетчатки. Клетки, доставлен таким образом ранее доказали быть эффективным в Королевском колледже хирургов (RCS) крысы по крайней мере 2 месяца. Этот метод может использоваться не только для трансплантации клеток, но и для доставки небольших молекул или генов терапии.

Introduction

Сетчатки расположен на задней части глаз функции как легкие сенсорные ткани и человека играет решающую роль в восприятии видение. Сетчатки клетки дисфункции или смерть клетки поэтому вызывает проблемы со зрением или причинения постоянной слепоты. Расстройств, связанных с дегенерацией или дисфункции клеток в разных слоях сетчатки известны как дегенеративные заболевания сетчатки, среди которых AMD является наиболее распространенным типом и ведущей причиной необратимой слепоте в пожилых людей в развитых странах 1,2. Патологический процесс AMD связан с накоплением «друз» между слоем ПЭС и мембраны Бруха-основной, который в свою очередь ухудшает НПП поддержку фоторецепторных физиологии, ведущих к нейронных атрофии сетчатки и зрение потери3, 4,5. До сих пор, нет никакого лечения для продвинутых сухие AMD (не неоваскулярной). Появление терапия стволовой клетки как новой парадигмы в регенеративной медицине приносит надежду замены неблагополучных или мертвые клетки НПП стволовых клеток здоровые клетки. Действительно, обширные доклинические исследования пересадки стволовых клеток (например, эмбриональных стволовых клеток человека)-производных НПП клетки в ПЭС дегенеративных Животные модели были выполненных6,7, некоторые из которых достигли Клинические испытания8,9 (NCT01344993, ClinicalTrials.gov). Недавно альтернативный источник стволовых клеток-резидентов в слое человека ПЭС, стволовые клетки человека ПЭС (hRPESCs), была выявлена нашей лаборатории и в настоящее время используется в доклинических исследованиях hRPESC производные НПП клеток (hRPESC ПЭС) трансплантации терапии для AMD 10 , 11 , 12 , 13.

Субретинальное инъекций техника применяется в доклинических исследованиях, упомянутые выше, несколько групп, в том числе нашей группы. Существует два общих подхода для субретинальное инъекций в животных: Транс vitreal и транс склеры. Транс vitreal подход имеет то преимущество, хирурга, возможность непосредственно наблюдать за конец иглы он проникает передней глаз, пересекает всю vitreal полости, прилегающей к объективу и проникает сетчатки на спине для глаз, чтобы добраться до subretinal пространство14,,1516. Однако это требует подрыва сетчатки в двух местах (передняя и задняя), несет риск повреждения объектива и может привести к обратным клеток в стекловидное тело при отзыве иглы. В противоположность этому транс склера подход, в принципе, избегает участия сетчатки и стекловидного тела, и обратный поток выходит из глаз. В пигментированных грызунов хирург может первоначально наблюдать проникновения склеры, но после прохождения в пигментированных хориоидея, больше не виден конец иглы. Без прямого наблюдения нарушение сетчатки является общим и может привести к сетчатки диссекции и доставки клеток и/или крови в стекловидное тело. Кроме того потому что изогнутые поверхности глаза, это очень трудно понять, какие иглы углах и глубинах являются наиболее эффективными для транс склеры инъекции.

В этой статье визуализировать мы представляем транс склеры субретинальное инъекционный метод сообщил использования послеоперационные оценки с оптическая когерентная томография (OCT), которая позволяет подробный анализ укола. Наша техника транс склеры инъекции использует определенные места, углов и глубины для инъекций иглами производить очень низкой хирургической травмы и высокой надежностью. Здесь мы конкретно продемонстрировать инъекции клеток hRPESC НПП в пространство субретинальное крыс RCS, доклинические модель человеческих драм. С этим методом инъекций мы успешно и последовательно доставлены hRPESC НПП клетки в субретинальное пространство глаза крыс RCS с очень высокий уровень успеха. Инъекции клеток ранее было установлено, приведет к сохранению RCS фоторецепторов по крайней мере 2 месяца после инъекции13. Эта процедура выполняется под микроскопом рассечения и легко учиться. Он требует двух человек (хирурга и ассистента) для выполнения инъекции и среднее время впрыска для каждого животного составляет менее чем за 5 минут. Определенных углах и глубинах для инъекций иглы позволяют для лабораторий, где OCT недоступна, для достижения успешного субретинальное инъекций. Он обеспечивает высокую воспроизводимость субретинальное доступа и может использоваться не только для трансплантации клеток, но и для доставки и генной терапии наркотиков.

Protocol

Все процедуры с участием животных были одобрены институциональный уход животных и использование Комитет (IACUC) на государственного университета Нью-Йорка в Олбани. 1. Предварительный впрыск подготовка Приготовление суспензии клеток hRPESC НПППримечание: В?…

Representative Results

С помощью метода, описанного в этой статье, мы последовательно выступил hRPESC НПП клетки в пространство субретинальное крыс RCS точно контролировать расположение, угол и глубину инжектор вставки иглы в ткани (рис. 1B- D ). Сразу же следующие трансплантации,…

Discussion

Техника субретинальное инъекции, изображенные в этой статье осуществляется через транс склеры путь, где инжектор иглу проникает внешние слои (склера Хориоидея НПП комплекс) глаз стены без ущерба нейронных сетчатки или нарушая полости стекловидного тела. Альтернативные транс vitreal подх…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Мы хотим поблагодарить Patty Lederman за ее помощь по хирургии и Сьюзен Борден НПП клеток подготовки. Мы также признаем NYSTEM C028504 для финансирования этого проекта. Жюстин D. Миллер поддерживается NIH Грант F32EY025931.

Materials

0.25% Trypsin-EDTA (1x) Life Technologies 25200-072
DNAse I Sigma DN-25
1xDulbecco’s Phosphate Buffered Saline without Calcium & Magnesium (1xDPBS-CMF) Corning Cellgro 431219
Sterile Balanced Salt Solution (BSS) Alcon 00065079550
Sterile eye wash Moore Medical 75519
Sterile 0.9% saline Hospira 488810
Proparacaine Hydrochloride Ophthalmic Solution (0.5%) Akorn 17478026312
Tropicamide Ophthalmic Solution, USP (1%) Bausch & Lomb 24208058559
Phenylepherine Ophtalmic Solution, USP (10%) stock Bausch & Lomb 42702010305 This is used to make 2.5% Phenylepherine
Buprenex Patterson 433502
Dexamethasone APP Pharmaceuticals 63323051610
100% Ethanol Thermo Scientific 615090040
70% Ethanol Ricca Chemical Company 2546.70-5
Sterile GenTeal Lubricant Eye Gel Novartis 78042947
Sterile Systane Ultra Lubricant Eye Drops Alcon 00065143105
hRPESC-RPE cells Not available commercially Please refer to "Reference #12" for cell isolation and mainteinance.
24-well plates Corning 3526
Conical tubes (15 ml) Sarstedt 62554002
Microcentrifuge cap with o-ring LPS inc L233126
Capless Microcentrifuge tubes (1.7 ml) LPS inc L233041
Centrifuge Eppendorf 5804R
Sterile alcohol wipe McKesson 58-204
Sterile cotton tip applicators McKesson 24-106-2S
Sterile Weck-Cel spears Beaver-Visitec International  0008680
Sterile surgical drapes  McKesson 25-515
Gauze McKesson 16-4242
Nanofil syringe (10 ul) World Precision Instruments Nanofil
Nanofil beveled 33-gauge needle World Precision Instruments NF33BV-2
Insulin syringe needles 31-gauge Becton Dickinson 328418
Rat toothed forceps World Precision Instruments 555041FT
Vannas Micro Dissecting Spring Scissors Roboz RS-5602
Circulating water T pump  Stryker TP700
Heating pad Kent Scientific TPZ-814
Animal anesthesia system World Precision Instruments EZ-7000
Balance Ohaus PA1502
Stereo microscope Zeiss Stemi 2000
Microscope light source Schott ACE series
Bioptigen Envisu Spectral Domain Ophthalmic Imaging System Bioptigen R2210
Sterile black marker pen Viscot Industries 1416S-100
Miniature measuring scale Ted Pella Inc 13623
Infrared Basking Spot Lamp  EXO-TERRA PT2144 This is used as a heating lamp for animals during the post-surgical recovery  phase

Referências

  1. De Jong, P. T. Age-related macular degeneration. N Engl J Med. 355, 1474-1485 (2006).
  2. Wong, W. L., et al. Global prevalence of age-related macular degeneration and disease burden projection for 2020 and 2040: a systematic review and meta-analysis. Lancet Global Health. 2 (2), e106-e116 (2014).
  3. Ambati, J., Fowler, B. J. Mechanisms of agerelated macular degeneration. Neuron. 75, 26-39 (2012).
  4. Abdelsalam, A., Del Priore, L. V., Zarbin, M. A. Drusen in age-related macular degeneration: Pathogenesis, natural course, and laser photocoagulation-induced regression. Surv Ophthalmol. 44 (1), 1-29 (1999).
  5. Jager, R. D., Mieler, W. F., Miller, J. W. Age-related macular degeneration. N Engl J Med. 358 (24), 2606-2617 (2008).
  6. Lund, R. D., et al. Human embryonic stem cell-derived cells rescue visual function in dystrophic RCS rats. Cloning Stem Cells. 8 (3), 189-199 (2006).
  7. Vugler, A., et al. Embryonic stem cells and retinal repair. Mech Dev. 124 (11-12), 807-829 (2007).
  8. Schwartz, S. D., et al. Embryonic stem cell trials for macular degeneration: a preliminary report. Lancet. 379 (9817), 713-720 (2012).
  9. Schwartz, S. D., et al. Human embryonic stem cell-derived retinal pigment epithelium in patients with age-related macular degeneration and Stargardt’s macular dystrophy: follow-up of two open-label phase 1/2 studies. Lancet. 385 (9967), 509-516 (2015).
  10. Stanzel, B. V., et al. Human RPE Stem Cells Grown into Polarized RPE Monolayers on a Polyester Matrix Are Maintained after Grafting into Rabbit Subretinal Space. Stem Cell Reports. 2 (1), 64-77 (2014).
  11. Blenkinsop, T. A., et al. Human adult retinal pigment epithelial stem cell-derived RPE monolayers exhibit key physiological characteristics of native tissue. Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (12), 7085-7099 (2015).
  12. Salero, E., et al. Adult human RPE can be activated into a multipotent stem cell that produces mesenchymal derivatives. Cell Stem Cell. 10 (1), 88-95 (2012).
  13. Davis, J. R., et al. Human RPE Stem Cell-Derived RPE Preserves Photoreceptors in the Royal College of Surgeons Rat: Method for Quantifying the Area of Photoreceptor Sparing. Journal of Ocular Pharmacology and Therapeutics. 32 (5), 304-309 (2016).
  14. Westenskow, P. D., et al. Performing Subretinal Injections in Rodents to Deliver Retinal Pigment Epithelium Cells in Suspension. J Vis Exp. (95), e52247 (2015).
  15. Lopez, R., et al. Transplanted Retinal Pigment Epithelium Modifies the Retinal Degeneration in the RCS Rat. Invest Ophthalmol Vis Sci. 30 (3), 586-588 (1989).
  16. Eberle, D., Santos-Ferreira, T., Grahl, S., Ader, M. Subretinal Transplantation of MACS Purified Photoreceptor Precursor Cells into the Adult Mouse Retina. J Vis Exp. (84), e50932 (2014).
  17. Nair, G., et al. Effects of Common Anesthetics on Eye Movement and Electroretinogram. Doc Ophthalmol. 122 (3), 163-176 (2011).
  18. McGill, T. J., et al. Transplantation of human central nervous system stem cells – neuroprotection in retinal degeneration. Eur J Neurosci. 35, 468-477 (2012).
  19. Al-Hussaini, H., Kam, J. H., Vugler, A., Semo, M., Jeffery, G. Mature retinal pigment epithelium cells are retained in the cell cycle and proliferate in vivo. Mol Vis. 14, 1784-1791 (2008).
  20. Wang, S., Lu, B., Wood, P., Lund, R. D. Grafting of ARPE-19 and Schwann Cells to the Subretinal Space in RCS Rats. Invest Ophthalmol Vis Sci. 46 (7), 2552-2560 (2005).
  21. Fabian, R. J., Bond, J. M., Drobeck, H. P. Induced corneal opacities in the rat. Br J Ophthalmol. 51 (2), 124-129 (1967).
check_url/pt/55220?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Zhao, C., Boles, N. C., Miller, J. D., Kawola, S., Temple, S., Davis, R. J., Stern, J. H. Development of a Refined Protocol for Trans-scleral Subretinal Transplantation of Human Retinal Pigment Epithelial Cells into Rat Eyes. J. Vis. Exp. (126), e55220, doi:10.3791/55220 (2017).

View Video