मानव दाता पश्चवर्ती खंडों में इंट्राओकुलर और इंट्राक्रैनियल दबाव के मॉडुलन के लिए ट्रांसलैमिनर स्वायत्त प्रणाली मॉडल
Summary
हम ट्रांसलैमिनर स्वायत्त प्रणाली के उपयोग का वर्णन और विस्तार करते हैं। यह प्रणाली मानव पश्चवर्ती खंड का उपयोग स्वतंत्र रूप से खंड (इंट्राओकुलर) के अंदर दबाव को विनियमित करने के लिए करती है और ऑप्टिक तंत्रिका (इंट्राक्रैनियल) के आसपास एक ट्रांसलैमिनर दबाव ढाल उत्पन्न करने के लिए जो ग्लूकोमाटस ऑप्टिक न्यूरोपैथी की विशेषताओं की नकल करती है।
Abstract
एक नए प्रीक्लिनिकल मानव मॉडल के लिए एक वर्तमान अपूर्ण आवश्यकता है जो इंट्राक्रैनियल दबाव (आईसीपी) और इंट्राओकुलर दबाव (आईओपी) का उपयोग करके रोग एटियलजि पूर्व विवो को लक्षित कर सकता है जो ग्लूकोमा रोगजनन से संबंधित विभिन्न रोगजनक प्रतिमानों की पहचान कर सकता है। पूर्व विवो मानव पूर्वकाल खंड परफ्यूजन अंग संस्कृति मॉडल को पहले सफलतापूर्वक उपयोग किया गया है और डॉडरामस रोगजनन की खोज और चिकित्सीय के परीक्षण के लिए प्रभावी प्रौद्योगिकियों के रूप में लागू किया गया है। प्रीक्लिनिकल ड्रग स्क्रीनिंग और पूर्व विवो मानव अंग प्रणालियों पर किए गए शोध नैदानिक अनुसंधान के लिए अधिक ट्रांसलेटेबल हो सकते हैं। यह लेख विस्तार से एक उपन्यास पूर्व विवो मानव ट्रांसलैमिनर दबाव मॉडल की पीढ़ी और संचालन का वर्णन करता है जिसे ट्रांसलैमिनर स्वायत्त प्रणाली (टीएएस) कहा जाता है। टीएएस मॉडल स्वतंत्र रूप से मानव दाता के पीछे के खंडों का उपयोग करके आईसीपी और आईओपी को विनियमित कर सकता है। मॉडल एक प्रीक्लिनिकल तरीके से रोगजनन का अध्ययन करने की अनुमति देता है। यह नेत्र अनुसंधान में जीवित जानवरों के उपयोग को कम कर सकता है। इन विट्रो प्रयोगात्मक मॉडल के विपरीत, ऑप्टिक तंत्रिका सिर (ओएनएच) ऊतक संरचना, जटिलता और अखंडता को पूर्व विवो टीएएस मॉडल के भीतर भी बनाए रखा जा सकता है।
Introduction
हाल के सर्वेक्षणों में वैश्विक अनुमान बताते हैं कि 285 मिलियन लोग दृश्य हानि के साथ रहते हैं, जिनमें से 39 मिलियन अंधे हैं। 2010 में, विश्व स्वास्थ्य संगठन ने दस्तावेज किया कि अंधापन के नौ सूचीबद्ध प्रमुख कारणों में से तीन आंखों के पीछे के खंड में होते हैं। पश्चवर्ती खंड आंखों की बीमारियों में रेटिना, कोरॉइड और ऑप्टिक तंत्रिका 2 शामिल हैं। रेटिना और ऑप्टिक तंत्रिका मस्तिष्क के केंद्रीय तंत्रिका तंत्र (सीएनएस) एक्सटेंशन हैं। रेटिना गैंग्लियन सेल (आरजीसी) अक्षतंतु क्षति के लिए कमजोर होते हैं क्योंकि वे ऑप्टिक तंत्रिका सिर (ओएनएच) के माध्यम से आंख से बाहर निकलते हैं ताकि ऑप्टिक तंत्रिका 3 का निर्माण किया जा सके। ONH आरजीसी अक्षतंतुओं के लिए सबसे कमजोर बिंदु बना हुआ है क्योंकि संयोजी ऊतक बीम के 3 डी मेशवर्क के कारण लामिना क्रिब्रोसा (एलसी) 4 कहा जाता है। ओएनएच डॉडरामस 5,6,7 में आरजीसी अक्षतंतुओं के अपमान की प्रारंभिक साइट है, और ओएनएच के भीतर जीन अभिव्यक्ति परिवर्तनों का अध्ययन ओकुलर हाइपरटेंशन और डॉडरामस मॉडल 8,9,10 में किया गया है। आरजीसी अक्षतंतु इंट्राओकुलर डिब्बे के बीच दबाव अंतर के कारण ओएनएच पर अतिसंवेदनशील होते हैं, जिसे इंट्राओकुलर दबाव (आईओपी) कहा जाता है, और बाहरी पेरिओप्टिक सबरैक्नोइड स्पेस के भीतर, जिसे इंट्राक्रैनियल प्रेशर (आईसीपी) 11 कहा जाता है। एलसी क्षेत्र दोनों क्षेत्रों को अलग करता है, सामान्य दबाव अंतर को बनाए रखता है, आईओपी 10-21 एमएमएचजी और आईसीपी से 5-15 एमएमएचजी 12 तक होता है। दो कक्षों के बीच लामिना के माध्यम से दबाव अंतर को ट्रांसलैमिनर दबाव ढाल (टीएलपीजी) 13 कहा जाता है। ग्लूकोमा का एक प्रमुख जोखिम कारक ऊंचा IOP14 है।
बढ़ी हुई आईओपी के भीतर और लैमिनर क्षेत्र में तनाव को बढ़ाता है6,15,16. मनुष्यों और पशु मॉडल में प्रयोगात्मक अवलोकन ONH को अक्षीय क्षति 17,18 की प्रारंभिक साइट के रूप में प्रस्तुत करते हैं। आईओपी से संबंधित तनाव और तनाव के बायोमैकेनिकल प्रतिमान के कारण ओएनएच में ग्लूकोमाटस क्षति का कारण बनता है, यह भी डॉडरामस 19,20,21 के पैथोफिजियोलॉजी को प्रभावित करता है। भले ही मनुष्यों में दबाव-प्रेरित परिवर्तन यंत्रवत् रूप से RGC अक्षतंतुओं को नुकसान पहुंचाते हैं, लेकिन लामिना के भीतर कोलेजनस प्लेटों की कमी वाले कृन्तकों को भी ग्लूकोमा 7,23 विकसित किया जा सकता है। इसके अलावा, उन्नत आईओपी प्राथमिक खुले कोण ग्लूकोमा रोगियों में सबसे प्रमुख जोखिम कारक बना हुआ है, जबकि सामान्य तनाव ग्लूकोमा रोगियों को उन्नत आईओपी के बिना भी ग्लूकोमाटस ऑप्टिक न्यूरोपैथी विकसित होती है। इसके अलावा, ओकुलर हाइपरटेंसिव रोगियों का एक सबसेट भी है जो कोई ऑप्टिक तंत्रिका क्षति नहीं दिखाता है। यह भी सुझाव दिया गया है कि मस्तिष्कमेरु द्रव दबाव (सीएसएफपी) ग्लूकोमा रोगजनन में भूमिका निभा सकता है। साक्ष्य इंगित करता है कि आईसीपी को सामान्य व्यक्तियों की तुलना में ग्लूकोमा रोगियों में ~ 5 एमएमएचजी तक कम कर दिया जाता है, जिससे ट्रांसलैमिनर दबाव बढ़ जाता है और रोग 24,25 में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इससे पहले, यह एक कैनाइन मॉडल में प्रदर्शित किया गया था, कि आईओपी और सीएसएफपी परिवर्तनों को नियंत्रित करके, ऑप्टिक डिस्क 26 के बड़े विस्थापन हो सकते हैं। पोर्सिनी आंखों में सीएसएफपी को ऊपर उठाने से एलसी क्षेत्र और रेट्रोलैमिनर तंत्रिका ऊतक के भीतर भी प्रमुख तनाव में वृद्धि हुई है। आरजीसी और एलसी क्षेत्र पर बढ़ा हुआ तनाव अक्षीय परिवहन रुकावट और आरजीसी 27 के नुकसान में योगदान देता है। आरजीसी के प्रगतिशील अध: पतन को ट्रॉफिक समर्थन 28,29 के नुकसान, भड़काऊ प्रक्रियाओं / प्रतिरक्षा विनियमन 30,31 की उत्तेजना और एपोप्टोटिक प्रभावकों 29,32,33,34,35 के नुकसान के साथ जोड़ा गया है। इसके अतिरिक्त, क्षैतिज चोट (चित्रा 3) आरजीसी पर हानिकारक प्रभाव का कारण बनती है, जो पुनर्योजी विफलता 36,37,38,39 को ट्रिगर करती है। भले ही आईओपी के प्रभावों का अच्छी तरह से अध्ययन किया गया है, असामान्य ट्रांसलैमिनर दबाव परिवर्तनों पर न्यूनतम शोध किया गया है। ग्लूकोमा के लिए अधिकांश उपचार आईओपी को स्थिर करने पर ध्यान केंद्रित करते हैं। हालांकि, भले ही आईओपी को कम करने से बीमारी की प्रगति धीमी हो जाती है, लेकिन यह दृश्य क्षेत्र के नुकसान को उलट नहीं देता है और आरजीसी के पूर्ण नुकसान को रोकता है। ग्लूकोमा में दबाव से संबंधित न्यूरोडीजेनेरेटिव परिवर्तनों को समझना आरजीसी की मृत्यु को रोकने के लिए महत्वपूर्ण होगा।
वर्तमान साक्ष्य इंगित करता है कि दर्दनाक या न्यूरोडीजेनेरेटिव दृश्य हानि से पीड़ित रोगियों में विभिन्न यांत्रिक, जैविक या शारीरिक परिवर्तनों के कारण ट्रांसलैमिनर दबाव मॉडुलन महत्वपूर्ण दृष्टि हानि का कारण बन सकता है। वर्तमान में, कोई भी सच्चा प्रीक्लिनिकल मानव पश्चवर्ती खंड मॉडल मौजूद नहीं है जो पूर्व विवो मानव ओएनएच के भीतर ग्लूकोमाटस बायोमैकेनिकल क्षति के अध्ययन की अनुमति दे सकता है। नेत्र विज्ञान 27 में आंख के पीछे के खंड का अवलोकन और उपचार एक बड़ी चुनौती है। पीछे की आंख को लक्षित करने के लिए भौतिक और जैविक बाधाएं हैं, जिनमें उच्च उन्मूलन दर, रक्त-रेटिना बाधा और संभावित प्रतिरक्षाविज्ञानी प्रतिक्रियाएं शामिल हैं। उपन्यास दवा लक्ष्यों के लिए अधिकांश प्रभावकारिता और सुरक्षा परीक्षण इन विट्रो सेलुलर और विवो पशु मॉडल 41 में उपयोग करके पूरा किया जाता है। ओकुलर एनाटॉमी जटिल है, और इन विट्रो अध्ययन ऊतक मॉडल सिस्टम द्वारा प्रस्तुत शारीरिक और शारीरिक बाधाओं की सटीक नकल नहीं करते हैं। भले ही पशु मॉडल फार्माकोकाइनेटिक अध्ययन के लिए एक आवश्यकता है, मानव पीछे की आंख का ओकुलर फिजियोलॉजी विभिन्न जानवरों की प्रजातियों के बीच भिन्न हो सकता है, जिसमें रेटिना, वास्कुलचर और ओएनएच 41,42 की सेलुलर शरीर रचना शामिल है।
जीवित जानवरों के उपयोग के लिए गहन और विस्तृत नैतिक नियमों, उच्च वित्तीय प्रतिबद्धता और प्रभावी पुनरुत्पादन की आवश्यकता होती है। हाल ही में, प्रयोगात्मक अनुसंधान 44,45,46 में जानवरों के नैतिक उपयोग के लिए कई अन्य दिशानिर्देश सामने आए हैं। पशु परीक्षण के लिए एक विकल्प रोग रोगजनन और ONH क्षति की रक्षा के लिए दवाओं के संभावित विश्लेषण की जांच करने के लिए पूर्व विवो मानव आंख मॉडल का उपयोग है। मानव पोस्टमॉर्टम ऊतक मानव रोग प्रतिमानों का अध्ययन करने के लिए एक मूल्यवान संसाधन है, विशेष रूप से मानव न्यूरोडीजेनेरेटिव बीमारियों के मामले में, क्योंकि पशु मॉडल में विकसित संभावित दवाओं की पहचान के लिए मनुष्यों के लिए अनुवाद योग्य होने की आवश्यकता होती है। पूर्व विवो मानव दाता ऊतक का उपयोग मानव विकारों के अध्ययन के लिए बड़े पैमाने पर किया गया है47,48,49, और मानव पूर्वकाल खंड परफ्यूजन अंग संस्कृति प्रणालियों ने पहले उन्नत आईओपी 50,51,52 के पैथोफिजियोलॉजी का अध्ययन करने के लिए एक अद्वितीय पूर्व विवो मॉडल प्रदान किया है।
मानव आंखों में आईओपी और आईसीपी से संबंधित ट्रांसलैमिनर दबाव का अध्ययन करने के लिए, हमने सफलतापूर्वक एक दो-कक्ष ट्रांसलैमिनर स्वायत्त प्रणाली (टीएएस) को डिजाइन और विकसित किया है जो मानव दाता आंखों से पीछे के खंडों का उपयोग करके स्वतंत्र रूप से आईओपी और आईसीपी को विनियमित कर सकता है। यह पहला पूर्व विवो मानव मॉडल है जो ट्रांसलैमिनर दबाव का अध्ययन करता है और ओएनएच पर टीएलपीजी के बायोमैकेनिकल प्रभावों का शोषण करता है।
इस पूर्व विवो मानव टीएएस मॉडल का उपयोग सेलुलर और कार्यात्मक संशोधनों को खोजने और वर्गीकृत करने के लिए किया जा सकता है जो आईओपी या आईसीपी के पुराने उन्नयन के कारण होते हैं। इस रिपोर्ट में, हम टीएएस मानव पश्चवर्ती खंड मॉडल को विच्छेदन, स्थापित करने और निगरानी करने के चरण-दर-चरण प्रोटोकॉल का विस्तार करते हैं। प्रोटोकॉल अन्य शोधकर्ताओं को बायोमैकेनिकल रोग रोगजनन का अध्ययन करने के लिए इस उपन्यास पूर्व विवो दबाव वाले मानव पश्चवर्ती खंड मॉडल को प्रभावी ढंग से पुन: पेश करने की अनुमति देगा।
Protocol
Representative Results
Discussion
मानव पोस्टमॉर्टम ऊतक मानव न्यूरोडीजेनेरेटिव बीमारियों का अध्ययन करने के लिए एक विशेष रूप से मूल्यवान संसाधन हैं क्योंकि पशु मॉडल में विकसित संभावित दवाओं की पहचान को मनुष्यों के लिए अनुवाद…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस परियोजना के लिए वित्त पोषण डॉ. कोलीन एम मैकडॉवेल के विवेकाधीन निधियों के माध्यम से किया गया था। इस काम को दृष्टिहीनता को रोकने के लिए अनुसंधान से एक अप्रतिबंधित अनुदान द्वारा भाग में समर्थित किया गया था, इंक को ओप्थाल्मोलॉजी और दृश्य विज्ञान के यूडब्ल्यू मैडिसन विभाग के लिए। हम Drs. Abbot F. Clark और Weiming Mao को परफ्यूजन अंग संस्कृति मॉडल के साथ उनकी तकनीकी सहायता के लिए धन्यवाद देते हैं। हम मानव दाता आंखें प्रदान करने के लिए लायंस आई इंस्टीट्यूट फॉर ट्रांसप्लांट एंड रिसर्च (टैम्पा, एफएल) को धन्यवाद देते हैं।
Materials
| #122, 1-1/8" Inside x 1-5/16" Outside Diam, Viton O-Ring, 3/32" Thick, 755 Durometer 50 Pack |
Amazon | B07DRGPPZJ | |
| 114 Buna-N O-Ring, 70A Durometer, Black, 5/8" ID, 13/16" OD, 3/32" Width (Pack of 100) | Amazon | B000FMYRHK | |
| 30 mL Syringes without Needle | Vitality Medical | 302832 | |
| 3-Way Stopcock, 2 Female Luer Locks, Swivel Male Luer Lock, Vented Cap | QOSINA | 2C6201 | |
| 4-40 X 1/2 PH PAN MS SS/CHROME & appropriate sized phillips screwdriver | Brikksen Stainless Steel Fastners | PPMSSSCH4C.5 | |
| ANPROLENE 16 LARGE AMPULE | Fisher Scientific | NC9085343 | |
| Betadine | Purdue | PUR1815001EACH | |
| Corning 100 x 20mm tissue-culture treated culture dishes | Sigma-Aldrich | CLS430167-100EA | |
| Corning L-glutamine Solution | Fisher Scientific | MT25005CI | |
| Covidien 3033 Curity Gauze Sponge, 4" x 4", 12-Ply, Sterile, 1200/CS | Med Plus Medical Supply | COV-3033-CS | |
| Dressing Forceps Delicate Curved (serrated) | Katena | K5-4010 | |
| Dumont #5 – Fine Forceps | F.S.T. | 11254-20 | |
| Eye Scissors Standard Curved | Katena | K4-7410 | |
| Falcon 150 x 15mm Plain Sterile Disposable Petri Dishes | Capitol Scientific | 351058 | |
| Fisherbrand 4 oz. Specimen Containers | Fisher Scientific | 16-320-730 | |
| Fisherbrand Instant Sealing Sterilization Pouches | Fisher Scientific | 01-812-54 | |
| Fisherbrand Instant Sealing Sterilization Pouches | Fisher Scientific | 01-812-55 | |
| Fisherbrand Instant Sealing Sterilization Pouches | Fisher Scientific | 01-812-58 | |
| HyClone Dulbecco's Modified Eagles Medium | Fisher Scientific | SH3024302 | |
| HyClone Penicillin Streptomycin 100X Solution | Fisher Scientific | SV30010 | |
| Hydrophilic Filter with Female Luer Lock Inlet, Male Luer Slip Outlet, Blue and Clear | Qosina | 28217 | |
| Hydrostatic pressure transducers, DELTRAN ® II, Catalog # DPT-200 with a 3CC/HR flow rate | AD instruments | DPT-200 | |
| JG15-0.5HPX 15 Gauge 0.5" NT Premium Series Dispensing Tip 50/Box | Jenson Global | JG15-0.5HPX 15 | |
| Keyence B2‐X710 microscope | Keyence | B2-X710 | |
| LabChart 8 | AD instruments | LabChart 8 | |
| Leica ST5020 Multi-stainer | Leica | ST5020 | |
| Non-Vented Universal Luer Lock Cap, White | QOSINA | 65811 | |
| Octal Bridge Amp (Model # FE228) | AD instruments | FE228 | |
| Pharmco Products ETHYL ALCOHOL, 200 PROOF | Fisher Scientific | NC1675398 | |
| Phosphate Buffered Solution (PBS) | Sigma-Aldrich | D8537-500ML | |
| PowerLab 8/35 (Model # PL3508) | AD instruments | PL3508 | |
| ProLong Gold Antifade Mountant with DAPI | ThermoFisher | P36935 | |
| Push-to-Connect Tube Fitting for Air and Water Straight Adapter, 1/8" Tube OD x 1/8 NPT Male | McMAster-Carr | 7880T113 | |
| Push-to-Connect Tube Fitting with Universal Thread for Air and Water, Adapter, 1/8" Tube OD x 1/8 Pipe | McMAster-Carr | 51235K101 | |
| Saint-Gobain Tygon S3 E-3603 Flexible Tubing 500 ft. | Fisher Scientific | 14-171-268 | |
| Superblock T20 | Fisher Scientific | PI37536 | |
| Surgical Scissors – Sharp-Blunt | F.S.T. | 14001-14 | |
| Tissue Forceps Delicate 1×2 Teeth Curved | Katena | K5-4110 | |
| Translaminar Autonomous System (TAS) | University of North Texas Health Science Center | N/A | |
| USA Size 030 O-ring Buna-N, B1000, 70 Durometer, Black, Buna-N (NBR, Nitrile, Buna) |
Marco Rubber & Plastics | B1000-030 |
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