本文介绍了一种方法,通过注射结沙蛋白A到轨道乳腺系统的所有部分来诱发兔子急性或慢性干眼病。该方法优于已经报告的方法,产生了一种可重复的、稳定的干眼模型,适合药理剂的研究。
干眼病(DED)是一种眼表面多因素炎症性疾病,影响全球每6个人中就有1人,对生活质量和医疗费用具有惊人的影响。缺乏信息丰富的动物模型来概括其关键特征,阻碍了为DED寻找新的治疗剂。可用的DED动物模型具有有限的可重复性和有效性。这里给出了一个模型,通过将线粒体康卡林A(Con A)注射到兔子的轨道乳胶腺中诱导DED。该模型的创新方面是使用超声波(美国)指导,以确保Con A最佳和可重复地注射到劣质乳胶体;将Con A注入所有轨道乳胶腺中,限制眼泪的补偿性生产;以及使用定期重复注射 Con A,可随时延长 DED 状态。DED 及其对测试剂的反应通过一组参数进行监测,这些参数用于评估撕裂生产、泪膜的稳定性以及角膜和结膜粘膜的状态。它们包括泪渗透、撕裂时间、席尔默的撕裂测试、玫瑰刺渍和泪乳铁蛋白水平。详细介绍了DED的归纳及其参数的监测。此模型简单、可靠、可重现且信息丰富。该动物模型适用于DED撕裂生理学和病理生理学的研究,以及DED治疗候选制剂的疗效和安全性的评估。
干眼病(DED)是一种慢性疾病,发病率高,发病率为1、2、3、4。炎症在其发病机制5,6中起着关键作用。DED的病理生理学被概念化为源于产量不足或眼泪蒸发过度;前者也被称为水缺乏DED7。Sjögren 综合征是 DED 的一个广泛研究的原型原因,主要影响乳胶腺 (LG),是其在 DED 发病机制中的重要性的一个突出例子。DED通常用人工眼泪治疗,提供暂时的缓解,或用环孢菌素或利菲格拉斯特,两者都抑制眼炎。DED的可用治疗方法都不是最佳的,因此需要开发新的制剂8,9。
DED寻找新的治疗剂受到三大挑战的阻碍:缺乏公认的药物可分量分子靶点,鉴于DED的病理生理学复杂性,这可能难以实现;有前途的制剂的稀疏性;以及缺乏重新概括DED主要特征的动物模型。
与大多数药物开发工作一样,DED 的翔实动物模型是一个至关重要的调查工具,尽管公理声明认为没有动物模型能够完全概括人类疾病。DED的小鼠、大鼠和兔子模型是最常用的,而狗和灵长类动物则很少使用10,11。迄今报告的12个以上兔子DED模型大多试图通过去除LG或阻碍其功能12,13,14,15,16来减少撕裂生产。这些方法包括ILG的外科切除;关闭排泄管;通过辐照或注射下列之一损害LG功能:活性淋巴细胞、线粒体、肉毒杆菌毒素、阿托品或苯甲酸酯。这些方法的主要局限性是它们不一致和频繁部分抑制撕裂生产。
Concanavalin A(Con A),一种植物来源的诱导素,是一种有效的刺激剂T细胞子集,已用于17型肝炎和DED18的实验模型。据报道,基于 Con A 的原始模型具有显著优势,包括相对简单;炎症细胞涌入LG,模仿疾病,如Sjogren的;刺激前激细胞因子IL-1+、IL-8和TGF-β1;通过测量撕裂荧光清障和撕裂时间(TBUT)监测的减泪功能;抗炎皮质类固醇的药物反应。
在应用这一有希望的方法时,除了其优点外,还查明了需要对其进行总体修订和重大改进的局限性。该方法的三个关键缺点已记录在案。首先,该模型是一个尖锐的模型;诱导的DED在大约1周后消退。其次,动物的反应不一致。如所示,在”盲”转皮注射到下级LG(ILG),Con A只随机输送到目标腺体。对ILG解剖结构的详细研究表明,其大小可能变化多达4倍19,使这种注射”命中或错过”的努力。最后,即使注射ILG,卓越的LG(SLG)也经常补偿减少的撕裂流,使模型成为问题。
通过对该方法进行三次修改,克服了这些关键限制,产生了优越的DED动物模型。首先,在超声波(美国)指导下将Con A注射到ILG中,确保Con A进入腺体。注射的成功通过获得注射后美国图像得到确认,如图1所示。其次,为了去除SLG的补偿性撕裂贡献,该腺体的胸腺和轨道部分都注射了Con A。最后,这种急性DED模型每7-10天反复注射Con A,转化为慢性。这些兔子很容易达到2个月的DED。这种方法的成功已充分记载19。
如前所述,DED动物模型的一个重要应用是确定候选治疗剂的疗效和安全性。对磷酸素林酸(OXT-328)的研究证明了该模型的效用,这是一种新型抗炎小分子20,21作为眼药水施用。其有效性基于DED19的参数组进行演示。该模型的相对简单性和信息性还允许将磷酸素与FDA批准的DED、环孢菌素和利菲格拉斯的两种药物进行并排比较,显示出其强大的临床前优越性。
兔子对DED的研究极具吸引力。与小鼠和大鼠相比,它们的角膜和结膜表面积接近人类;它们的药物代谢酶(如酯酶)和乳胶腺的成因学与人类相似,它们的眼睛足够大,足以进行翔实的药代动力学研究。与猪和猴子相比,它们具有相似的功能,它们的成本更低,并且实验操作更容易。如果考虑进行机械研究,与小鼠相比,兔子的相对缺点是可用的试剂(例如单克隆抗体)较少。另一方面,在药代动力学和生物分布研究方面,兔子远远优于小鼠,因为单个组织易于解剖,并且有足够的大小用于分析工作,避免了”样本池”。
关键的一般参数是兔子的适应期。这些动物在通常无法确保适当温度或湿度的运输环境的情况下从供应商处运出。有些动物在抵达时可能已经发育出干眼。建议两周的适应期。同样重要的是,一丝不苟地注意研究兔子被安置在活体室的湿度和温度。任何一种情况的偏差都会导致眼睛状态的巨大变化。手头有备份加湿器和除湿器。如果中央系统发生故障,请使用备份设备快速恢复环境湿度。请记住,这种不幸的事态发展在夏季更为常见。然而,成功诱导DED在兔子中的三个最关键的步骤是:1) 熟练地使用美国成像来识别ILG,并指导和确认Con A的注射;2) 确保注射ILG和SLG的两个部分;3) 可靠且可重复地对 DED 参数进行诊断。
发展所需的实验技能并非易事,但不应阻止任何认真的调查员。期望学习曲线在五次迭代中完成。美国合理的成像系统至关重要。美国对解剖学特征的识别很重要,因此,研究者应该对兔子的解剖结构进行审查。戴维斯25对兔子解剖学的出色描述,一个经典,可以是非常有帮助的。还要记住 ILG 大小的变化。其推论是,Con A 的成功必须始终通过后续成像得到确认。一组兔子对Con A的反应变化通常是由于注射技术(不成功或部分成功注射)或忽略残留的乳腺组织的能力,以补偿眼泪的过度生产。对于那些希望掌握注射技术,注射亚甲蓝,然后及时解剖解剖是有帮助的;如果它到达乳腺或溢出到邻近组织,则实现可视化。迄今为止,这种注射方法已由作者执行超过270次,没有一个单一的并发症。
测定上述DED的五个参数,在临床实践中的确定同样棘手。虽然昼夜变化尚未正式记录在任何一个,有足够的背景证据表明,这种现象在眼睛28,他们应该在一天的同一时间(± 1小时),尤其是当重复检测是执行和相互比较。执行这些检测的一致性至关重要。需要两人小组。由于某些步骤需要严格的时间,参与检测的同一房间的四名或四名以上调查员可能会造成干扰。适当和高质量的摄影文件(如果指明)非常重要。
此模型非常适合药物开发研究。掌握动物模型和测定技术确保了良好的重复性19的功效和安全研究。
这是一种强大的实验方法,因为它消除了先前模型的混淆变异性,简化了动物模型,并基本标准化了DED的五个参数的化验。该模型在候选治疗剂研究上的成功应用,肯定了其作为急需新制剂的疾病的信息性动物模型的实际效用,并加深了对其发病机制的理解。
The authors have nothing to disclose.
所有动物研究均按照所有相关的法规和机构准则完成。所有研究均获得石溪大学机构审查委员会的批准,并根据《关于在眼科和视觉研究中使用动物的ARVO声明》进行。
这些研究部分得到了石溪大学医学院的定向研究机会赠款(第1149271-1-82502)和来自纽约塞陶基特Medicon制药公司的研究补助金的支持。作者感谢米歇尔·麦克特南的编辑支持。
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 |