Globale skøn i de seneste undersøgelser tyder på, at 285 millioner mennesker lever med synshandicap, herunder 39 millioner, der er ^blinde1. I 2010 dokumenterede Verdenssundhedsorganisationen, at tre af de ni anførte førende årsager til blindhed forekommer i det bageste segment af ^øjet1. Posterior segment øjensygdomme involverer nethinden, choroid, og synsnerven2. Nethinden og synsnerven er centralnervesystemet (CNS) udvidelser af hjernen. Den retinale ganglion celle (RGC) axoner er sårbare over for skader, fordi de forlader øjet gennem synsnerven hovedet (ONH) til at danne synsnerven3. ONH er fortsat det mest sårbare punkt for RGC axons på grund af 3D meshwork af bindevævsbjælker kaldet lamina cribrosa (LC)⁴. ONH er det første sted for fornærmelse mod RGC axoner i glaukom5,6,7, og genekspression ændringer i ONH er blevet undersøgt i okulær hypertension og grøn stær modeller8,9,10. RGC-axonerne er modtagelige på ONH på grund af trykforskelle mellem det intraokulære rum, kaldet intraokulært tryk (IOP), og inden for det ydre peroptiske subarabiske rum, kaldet intrakranielt tryk (ICP)¹¹. LC-regionen adskiller begge områder og opretholder normale trykforskelle med IOP fra 10-21 mmHg og ICP fra 5-15 ^mmHg12. Trykforskellen gennem laminaen mellem de to kamre kaldes translaminartrykgradienten (TLPG)¹³. En væsentlig risikofaktor for grøn stær er forhøjet ^IOP14.

Øget IOP øger belastningen i og på tværs af laminarregionen6,15,16. Eksperimentelle observationer hos mennesker og dyremodeller præsenterer ONH som det oprindelige sted for axonal ^skade17,18. Det biomekaniske paradigme for IOP-relateret stress og stamme, der forårsager grøn stær skade på ONH, påvirker også glauologien af grøn stær19,20,21. Selv om der hos mennesker tryk-induceret ændringer mekanisk skade RGC ^axons22, gnavere mangler kollagen plader i lamina kan også udvikle grøn ^stær7,23. Derudover er forhøjet IOP fortsat den mest fremtrædende risikofaktor hos primære åbne glaukompatienter, mens patienter med normal spændings glaukom udvikler glaukomisk optisk neuropati selv uden forhøjet IOP. Desuden er der også en delmængde af okulær hypertensive patienter, der viser ingen synsnerveskader. Det er også blevet foreslået, at cerebrospinalvæsketryk (CSFp) kan spille en rolle i glaukompatogenese. Beviser tyder på, at ICP sænkes til ~ 5 mmHg hos glaukompatienter sammenlignet med normale individer, hvilket forårsager øget translaminartryk og spiller en afgørende rolle i ^sygdom24,25. Tidligere blev det påvist i en hundemodel, at ved at kontrollere IOP- og CSFp-ændringer kan der være store forskydninger af den optiske ^disk26. Opløftende CSFp i porcine øjne har også vist øget hovedbelastning inden for LC-regionen og retrolaminar neurale væv. Øget belastning af de RGC’er og LC-regionen bidrager til axonal transport blokering og tab af ^RGCs27. Progressiv degeneration af RGCs har været forbundet med tab af trofisk ^støtte28,29, stimulering af inflammatoriske processer / ^{immunregulering30,31}, og apoptotiske effektorer29,32,33,34,35. Derudover forårsager axonal skade (figur 3) skadelige virkninger på RGCs, hvilket udløser regenerativ fiasko36,37,38,39. Selv om virkningerne af IOP er blevet godt undersøgt, minimal forskning er blevet udført på unormale translaminar trykændringer. De fleste behandlinger for grøn stær fokuserer på at stabilisere IOP. Men selv om sænkning af IOP bremser udviklingen af sygdommen, det ikke vende synsfelt tab og forhindre fuldstændig tab af RGCs. Forståelse tryk-relaterede neurodegenerative ændringer i grøn stær vil være afgørende for at forhindre RGC død.

Nuværende beviser tyder på, at translaminar trykmodulationer på grund af forskellige mekaniske, biologiske eller fysiologiske ændringer hos patienter, der lider af traumatiske eller neurodegenerative synshandicap kan forårsage betydelige synstab. I øjeblikket findes der ingen ægte præklinisk human posterior segmentmodel, der kan tillade undersøgelse af glaukomet biomekanisk skade inden for den ex vivo menneskelige ONH. Observation og behandling af det bageste segment af øjet er en enorm udfordring i ^{oftalmologi27}. Der er fysiske og biologiske barrierer for at målrette det bageste øje, herunder høje elimineringshastigheder, blod retinal barriere og potentielle immunologiske ^reaktioner40. De fleste effekt- og sikkerhedstest for nye lægemiddelmål udføres ved hjælp af in vitro cellulære og in vivo ^{dyremodeller41}. Okulær anatomi er kompleks, og in vitro-undersøgelser efterligner ikke nøjagtigt de anatomiske og fysiologiske barrierer, der præsenteres af vævsmodelsystemer. Selv om dyremodeller er en nødvendighed for farmakokinetiske undersøgelser, okulær fysiologi af det menneskelige bageste øje kan variere mellem forskellige dyrearter, herunder cellulære anatomi af nethinden, vaskulatur, og ^ONH41,42.

Brugen af levende dyr kræver intensive og detaljerede etiske regler, et stort økonomisk engagement og effektiv ^{reproducerbarhed43}. For nylig har der fulgt flere andre retningslinjer for etisk brug af dyr i eksperimentel forskning44,45,46. Et alternativ til dyreforsøg er brugen af ex vivo menneskelige øjenmodeller til at undersøge sygdomspatogenese og potentiel analyse af lægemidler til beskyttelse af ONH-skader. Human postmortem væv er en værdifuld ressource til at studere menneskelige sygdom paradigmer, især i tilfælde af menneskelige neurodegenerative sygdomme, fordi identifikation af potentielle lægemidler udviklet i dyremodeller kræver behovet for at kunne oversættes til ^mennesker47. Ex vivo humane donorvæv er blevet flittigt udnyttet til undersøgelse af menneskelige lidelser47,48,49, og menneskelige forreste segment perfusion organkultur systemer har tidligere givet en unik ex vivo model til at studere patofysiologi af forhøjet IOP50,51,52.

For at studere translaminartryk relateret til IOP og ICP i menneskelige øjne designede og udviklede vi med succes et tokammertranslaminar autonomt system (TAS), der uafhængigt kan regulere IOP og ICP ved hjælp af posterior segmenter fra menneskelige donorøjne. Det er den første ex vivo menneskelige model til at studere translaminar tryk og udnytte de biomekaniske virkninger af TLPG på ONH.

Denne ex vivo menneskelige TAS model kan bruges til at opdage og klassificere cellulære og funktionelle ændringer, der opstår på grund af kronisk højde af IOP eller ICP. I denne rapport beskriver vi den trinvise protokol for dissekering, opsætning og overvågning af TAS-segmentmodellen for menneskelige posterior. Protokollen vil gøre det muligt for andre forskere effektivt at reproducere denne nye ex vivo tryk humane posterior segment model til at studere biomekaniske sygdom patogenese.