Hornhinnen, som er den gjennomsiktige overflaten av øyet, består av tre forskjellige lag: epitelet, stroma og endotelet. Dette organet har den høyeste tettheten av innervering i kroppen og består hovedsakelig av sensoriske fibre (type Aδ og C) som stammer fra den oftalmiske grenen av trigeminal ganglion. Sensoriske fibre trenger inn i periferien av hornhinnen i midten av stroma i form av store bunter som grener ut for å dekke overflaten. De forgrener seg deretter for å gjennombore Bowmanns membran og danne subbasal plexus, som er lett gjenkjennelig ved dannelsen av en virvel i midten av hornhinnen. Disse fibrene avsluttes som frie nerveender på epitelets ytre overflate. De er i stand til å transdusere termiske, mekaniske og kjemiske stimuli og frigjøre trofiske faktorer som er essensielle for epitelhomeostase ^1,2. Neurotrofisk keratitt (NK) er en degenerativ sykdom som påvirker hornhinnen sensorisk innervering. Denne sjeldne sykdommen stammer fra en reduksjon eller tap av hornhinnefølsomhet som resulterer i lavere tåreproduksjon og dårlige helbredende egenskaper av hornhinnen³. NK utvikler seg gjennom tre godt beskrevne stadier, fra stadium 1 hvor pasientene lider av epiteldefekter, til stadium 3 hvor stromal smelting og/eller hornhinneperforasjon forekommer⁴.

Klinisk kan opprinnelsen til denne sykdommen være mangfoldig. Pasienter kan miste hornhinneinnervering etter fysisk skade på øyet, kirurgi eller gjennom kroniske sykdommer, som diabetes ^5,6. Hittil er NK-patogeneseprosessen fortsatt dårlig forstått, og terapeutiske muligheter for denne synstruende tilstanden er svært begrenset. Derfor er det nødvendig med en bedre forståelse av egenskapene til epiteldefekter for bedre å forstå mekanismene bak regenerering av disse fibrene og potensielt fremme dem. Her foreslår vi flere modeller av hornhinneskade som induserer NK hos mus.

Den første modellen er slitasje av epitellaget av hornhinnen med en okulær burr. Denne modellen har hovedsakelig blitt studert i sammenheng med regenerering av epitelet i forskjellige dyr, som gnagere og fisk ^7,8,9, og for å teste molekyler som fremmer hornhinneheling^10,11. Fysiologisk tar det 2-3 dager for epitelcellene å lukke såret. Det fysiologiske mønsteret av innerveringen tar imidlertid mer enn fire uker å komme seg fra slitasje^12,13. Under operasjonen fjerner den okulære burren epitellaget av hornhinnen som inneholder subbasal plexus og fibrenes frie nerveender. Denne prosedyren kan klinisk sammenlignes med pasienter med fotorefraktiv keratektomi (PRK) for å korrigere øyebrytningsdefekter. Prosedyren består i å fjerne epitelet i hornhinnen og deretter omforme stroma med en laser¹⁴. Pasienter kan oppleve flere bivirkninger etter en slik operasjon, for eksempel en reduksjon av hornhinnenes nervetetthet i 2 år og en reduksjon i følsomhet i en varighet på 3 måneder til ett år etter operasjonen¹⁵. Gitt at operasjonen induserer en skjøthet i hornhinnenes mikromiljø, kan denne modellen bidra til å undersøke disse bivirkningene og utvikle terapeutiske tilnærminger som vil fremme raskere reinnervasjon, og dermed redusere de aktuelle bivirkningene.

Den andre modellen består av å seksjonere aksonene i periferien av hornhinnen med et biopsislag, indusere en walleriansk degenerasjon av den sentrale innerveringen ¹⁶. Klinisk kan denne metoden sammenlignes med fremre lamellar keratoplastikk, hvor kirurgen innser en delvis trefinering av hornhinnen for å fjerne en del av hornhinnenes fremre tykkelse og erstatte den med en donortransplantasjon ¹⁷. Etter lamellar keratoplastikk kan pasienter lide av en rekke symptomer, inkludert tørre øyne, tap av hornhinneinnervering og avstøtning av transplantat¹⁸. Denne aksotomimodellen utført på hornhinnendere kan gi innsikt i mekanismene for fiberdegenerasjon, som oppstår etter et transplantat, etterfulgt av axons regenerering.

Den tredje metoden skader hornhinnen med en laser. Ved å bruke et multifotonmikroskop på hornhinnen av bedøvede dyr, induseres degenerasjon av nerver lokalisert i det optiske feltet som et resultat av dannelse av reaktive oksygenarter (ROS), noe som fører til DNA-skade og cellulær kavitasjon¹⁹. Denne metoden rekapitulerer hornhinnen fotodamage indusert av overeksponering for naturlig UV (solbrenthet), som også utløser ROS-dannelse, noe som fører til DNA-skade²⁰. Pasienter som lider av solbrenthet i hornhinnen opplever stor smerte, da forverringen av epitelceller frarøver hornhinnenes fibre ekstremiteter av alle.

De tre metodene beskrevet her er utformet for å muliggjøre undersøkelse av NK-patogeneseprosessen og aksonregenerering. De er lett reproduserbare og presise. Videre tillater de rask gjenoppretting og enkel overvåking av dyrene.