טכניקות להדמית cytoarchitecture רשתית ישירות בסמוך לאלקטרודות בודדות בתוך ממריץ רשתית.
עם ההתפתחות האחרונה של תותבות ברשתית, חשוב לפתח טכניקות אמינות להערכת הבטיחות של מכשירים אלה במחקרים פרה. עם זאת, הקיבוע סטנדרטי, הכנה, והליכי היסטולוגיה אוטומטיים הם לא אידיאליים. כאן אנו מתארים נהלים חדשים להערכת סיכון של הבריאות של הרשתית ישירות הסמוכה לשתל. פרוטזות רשתית כוללות מערכי אלקטרודה במגע עם רקמות העין. שיטות קודמות לא הצליחו מרחבית למקם את רקמת העין הסמוכה לאלקטרודות בודדות בתוך המערך. בנוסף, עיבוד היסטולוגית סטנדרטי לעתים קרובות תוצאות ניתוק artifactual ברוטו של שכבות הרשתית בעת הערכת עיניים מושתלות. כתוצאה מכך, זה כבר קשה להעריך נזק מקומי, אם קיים, שנגרם על ידי השתלה וגירוי של מערך האלקטרודה מושתל. לכן, פיתחנו שיטה לזיהוי ואיתור רקמות העין הסמוכות לדואר מושתלlectrodes באמצעות ערכה (בצבעים) צבע סימון, ואנחנו שונה טכניקת קיבוע העין כדי למזער את היפרדות רשתית artifactual. שיטה זו גם הפכה את לובן העין שקופה, המאפשרת ללוקליזציה של אלקטרודות בודדות וחלקים ספציפיים של שתל. לבסוף, השתמשנו בביקורת מותאמת כדי להגדיל את כוחו של הערכות histopathological. לסיכום, שיטה זו מאפשרת אפליה אמינה ויעילה והערכה של cytoarchitecture הרשתית בעין מושתל.
פרוטזות רשתית עשויות להפוך בקרוב התערבויות קליניות שימושיות לטיפול בצורות שונות של אובדן ראייה חמור. בתנאים מסוימים, כגון רטיניטיס פיגמנטוזה (RP), מביאים לניוון הנרחב של קולטני האור בעיניים, אלו הם תאי אחראי transducing אור לאותות עצביים. עם זאת, כמה תאים בשכבות אחרות של הרשתית יישארו והם יעדים פוטנציאליים לגירוי חשמלי עם 1 תותב רשתית. תוצאות מוקדמות של ניסויים קליניים בבני אדם כבר מבטיחות למערכי אלקטרודה המושתלים ב2,3 epiretinal, subretinal 4,5, וintrascleral 6 מקומות. מכשירים אלו עשויים מחומרים שונים עם צורות שונות, אך כולם משתמשים בפולסים חשמליים כדי להפעיל את הנוירונים קיימא הנותרים של הרשתית על מנת ליצור תפיסות חזותיות.
הקבוצה הגדולה יותר שלנו (Bionic החזון אוסטרליה) פיתחה שתל רשתית שיש Progressed למחקר פיילוט קליני עם 3 חולי RP מושתלים אלקטרודה עם מערכי suprachoroidal (מספר ניסויים קליני: NCT01603576). איור 1 א מציג תותב רשתית אב טיפוס suprachoroidal זה.
בטיחות מטופל היא בעל חשיבות עליונה במחקרים קליניים, ולכן, לפני תחילת ניסויים בבני אדם, ביצענו בדיקות אקוטיות וכרוניות נרחבות במודלים פרה (איור 1). הערכות histopathological היו חיוניות כדי לחדד את ההליכים כירורגיים, לחזר דרך עיצוב אלקטרודה, וסופו של דבר לקבוע את הבטיחות של השתל. כדי לשמור על זרימת עבודה יעילה השתלבה עם שיטות פתולוגיה קליניות סטנדרטיות, טכניקת הטבעת פרפין הועסקה. גם זה היה רצוי לנצל הליכים מכתים השוואה לסטנדרטים קליניים, כגון haematoxylin ו eosin (H & E), שמתפרשים בקלות על ידי פתולוגים. גם אנחנו רוצים טכניקה שיכולה להיות מותאמות לניתוחי immunohistochemical, בעל מנת להקל עוד יותר הערכה תאית של הרקמות.
Biocompatibility של חומרי השתל, והבטיחות של גירוי חשמלי כרוני, צריך להיות מוערך בזהירות. זה חשוב להיות מסוגל לבחון histopathology של רקמת העין הסמוכה לאלקטרודות גירוי הבודדות בתוך המערך. עם זאת, את המערכים יש לסלקו קודם לעיבוד הדגימות, כדי שיוכלו להיבחן, ובגלל שהרכיבים המתכתיים שלהם לא היו יכולים להיות בקלות מחולק. כתוצאה מכך, הכנת הרקמה ומבוססת שלנו לא התירה לוקליזציה ומיפוי של רקמה ביחס לאלקטרודות המושתלות 7. בנוסף לחוסר שיטת לוקליזציה רקמות, הקיבעון מבוסס פורמלדהיד הסטנדרטי וטכניקות עיבוד הביאו לממצאים נרחבים וניתוק של רשתית עקב להצטמקות ההפרש של השכבות השונות של העין (איור 2). בשל אי – ההומוגניות של tהוא הרשתית, היה קשה לעשות השוואות תקפות עם רקמת שליטה, במיוחד עבור מדידות כמותיות. מגבלות אלה בשילוב מסובכת הערכות מדויקות של נזק האפשרי שנגרם על ידי המערכים המושתלים שלנו.
כאן אנו מציגים טכניקות חדשניות להתגברות על מגבלות אלה. יש לנו שונה טכניקות קיבעון ועיבוד מיוחדות עיניים 8-10 כדי לשמור על תאימות עם היסטולוגיה המבוססת על הנפט. יש לנו שונה וכתמים היסטולוגית immunohistochemical רגילים לתת תוצאות דומות, המבוסס על משוב מפתולוגים קליניים. לאחר בצוע שקוף רקמת scleral, צבע קוד צבע מבוסס הועסק כדי לסמן את רקמת העין הצמודה לכל אלקטרודה בודדות, לפני הסרת המערך ממרחב suprachoroidal. על ידי סימון מערך האלקטרודה ואתרי אלקטרודה הבודדים, דגימות יכולה להיות שנאספו מדויקת מהאזורים סמוכים אלקטרודה. דגימות תאמו יכולה להיות שנאספו מההעין שליטה אלקטרונית על מנת להקל על השוואות pairwise.
הערכת הבטיחות של השתל היא שיקול עיקרי למחקרים פרה. לפני תותב רשתית יכולה להיות מושתל בבני האדם הוא חיוני כדי לוודא שזה לא יגרום כל נזק. זה דורש הערכה של שניהם biocompatibility שתל 17-23 וכן כל נזק פוטנציאלי שיכול להיגרם על ידי גירוי חשמלי כרוני 24-26. ניסיון עם תותבות עצביות דומות, כגון שתל השבלול, מספק תובנה על מגוון הרחב של גירויים, ופיסיים, פרמטרים שאינם גורמים נזק לרקמות 27. עם זאת, יש לו את רשתית מאפיינים שונים לאתרים אחרים השתלה ומגבלות בטיחות ולכן מדויקות (כגון צפיפות מטען המרבית) לא ניתן להניח ממחקרים קודמים במערכות אחרות. צפיפויות טעינה הן הגבוהים ביותר באתרי אלקטרודה הפעילים וזה מתכתב עם הפוטנציאל הגדול ביותר לנזק. לכן שיטה לאיתור את הרקמה הסמוכה ישירותלאלקטרודות הפעילים הבודדות יהיה להגדיל באופן משמעותי את השימושיות של מחקרים אלה. הרקמות הסמוכות לאזורים ספציפיים של השתל יכולה גם להיות מודגשות לבדיקה מדוקדקת יותר. גישה ממוקדת זו מאפשרת סעיפים פחות להיות מנותחים, תוך שמירה על ביטחון, כי "תרחיש המקרה הגרוע ביותר" נבדק.
שיטת לוקליזציה צבע scleral המתוארת כאן נבדקה בהרחבה עם סיליקון ביד בצורה והיצוק / אלקטרודה arrays Pt 28-30. זה כבר נעשה שימוש במערכי סרט דק פוליאמיד 7,31 וגם סרט דק סיליקון / Pt מערכים 32. כמה מחקרים תותבים רשתית מועסקים אלקטרודות "כדור בצורת" עם implantations intrascleral 33. הטכניקה הנוכחית צריכה להיות יעילה להערכת סוג של אלקטרודה arrays זה. עיניים חתוליות עם לובן העין (עובי דק בקוטב אחורי 90-200 מיקרומטר) אפשרו להדמיה של אלקטרודות בודדות במערך. עם זאת, גם אם אדם אלקטרוdes לא היו גלוי לעין, את עמדותיהם אפשר להסיק בקלות שימוש בתבנית סיליקון, כאשר ניתן לראות את קווי המתאר של המערך (בדומה לזה המשמש בשלב 2.6).
מיפוי הצבע מגביל את הצורך בקבלת חלקי רקמות שאינם רלוונטיים כסעיפים רק עם הווה הצבע מתקבלים. היכולת להסיק עמדת האלקטרודה במדויק לא רק מאפשרת ניתוח histopathological רלוונטי וכוח סטטיסטי רב יותר, אך יש לו השפעה גדולה על זמן וניהול עלויות על ידי הפחתת כמות השקופיות ולהבים בשימוש, כמו גם את עלות העבודה. השימוש בצבע שהוא חסיד והוא יכול לעמוד עיבוד רקמות בזמן גם להיות גלוי בחלקי רקמות בלא כתם הוא שיקול חשוב ראשוני. ידע של המיקום של הצבע והכיוון של הרקמות בנתיחה ובמהלך ההטמעה מסייע בתהליך החיתוך. זה כולל כראוי orientating הבלוק כדי להשיג קטע שאינו אלכסון לגזור ונותן representati מלאעל של הרקמה. לכן חשוב שהאדם המבצע את החיתוך הוא נוכח בזמן של צבע יישום, לנתיחה והטבעה.
הפרוטוקול הכולל הוא איתן לשינוי קל, במיוחד עם תזמוני קיבעון. עם זאת, לנתיחה העין וצעדים לציון צבע הם פעולות עדינות הנהנים ממיומנות ידנית טובה כדי למנוע פגיעה בדגימה. בעוד מקבע של דוידסון הוכיח עצם כיעילה להפחתת ניתוק artifactual של הרשתית ליד שתל, זה לא מונע נזק מכאני ישיר במהלך נתיחה. המקבע של דוידסון לא היה תואם בקלות עם כמה נהלים היסטולוגית וimmunohistochemical מיוחדים. לכן לא היה צורך לשנות / לייעל את הפעולות הבאות, כמפורט לעיל. שינויים מצטברים בזמנים מכתים וריכוזים שנעשו עד לקבלת התוצאה האופטימלית הושגה – לקבלת פרטים נוספים, עיינו בחומרים המשלימים.
כימות של רשתיתהיסטולוגיה נותרת בעייתית. הרשתית היא שאינן הומוגני וגם העובי וצפיפות תאים עם שינוי מרחק הולך וגדל מהאזור centralis 34,35. לכן, רקמות השכנות מושתלת בתוך העין לא יכולות לשמש להשוואות ועין שליטה מועסקת במקום. Pairwise ההתאמה של כל קטע עם העין השליטה נותנת לנו השוואה סטטיסטית חזקה יותר של שינויים פתולוגיים; תוצאות יעילות ובטיחות עם תותבות רשתית טובה יותר העריכה כאשר משווים את עיני חברים ב36 נושא. יש לנקוט באמצעי זהירות מיוחד כדי למזער את החיתוך אלכסוני כמו זה ישפיע על כימות.
לסיכום, בשיטות שתוארו לעיל השתפרו ניתוח histopathological שלנו, אשר בתורו הוביל לזרימת עבודה יעילה יותר באופן משמעותי קלינית. התוצאות של מחקרים פרה באמצעות שיטות אלה הובילו ישירות לניסוי קליני בחולים ש3 RP כבר מושתלים בבטחה עם suprachoroiפרוטזות רשתית דאל. שיטות אלה הן רלוונטיות גם לגירוי ברשתית העין ושתלים אחרים שבו התגובה פתולוגית להשתלה לטווח ארוכה צריכה להיות מוערכת. שיטה זו סיפק יתרונות כדאיים לשמירה על cytoarchitecture והרישום של הפתולוגיה לאזורים של עניין על השתל. למרות שלא נבדק באופן ספציפי, שינוי של נהלים אלה עשויים לשמש במינים אחרים ובמקומות אנטומיים אחרים, במיוחד כאשר מערך הוא מושתל שטחי.
The authors have nothing to disclose.
המחברים מבקשים להודות לגב 'אלכסיה סונדרס וגב' מישל McPhedran לסיוע ניסיוני; גב 'הלן פנג עבור ייצור אלקטרודה, ד"ר פני אלן ד"ר יונתן וYeoh לסיוע כירורגית; צוות של העין ואוזן הוויקטוריאני המלכותית של בית החולים ביולוגיים מרכז מחקר לטיפול בבעלי החיים, פרופ 'רוב שפרד להדרכה כללית בכל רחבי; וד"ר Bryony Nayagam ומר רונלד ליונג להערות ביקורתיות על טופס טיוטה של כתב היד.
עבודה זו בוצעה במכון Bionics ובית החולים סנט וינסנט, מלבורן. מימון ניתן על ידי קרן איאן פוטר, הנאמנויות בג'ון ריד T הצדקה, והמועצה למחקר האוסטרלי באמצעות היוזמה המחקר המיוחדת שלה במענק הטכנולוגיה מדע הביוני חזון וראייה לביוני אוסטרליה (בוא). Bionics המכון מכיר בתמיכה שהיא מקבלת מהממשלה ויקטוריאני באמצעות תכנית התמיכה בתשתית התפעולית שלה.
Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
The Davidson marking system | Bradley Products | 1163-4 – red 1163-5 – blue 1163-2 – yellow 1163-1- green | |
Rabbit Polyclonal Anti-Glial Fibrillary Acidic Protein Antibody | Millipore | AB5804 | 1:1500, overnight incubation |
Mouse Monoclonal Anti-Glutamine Synthetase Antibody | Millipore | MAB302 | 1:100 overnight incubation |
Monoclonal Mouse Anti-Neurofilament 200 Antibody | Sigma-Aldrich | N0142 | 1:100 overnight incubation |
4',6-diamindino-2-phenylindole, dilactate (dilactate) | Life Technologies | D3571 | 1:25,000 30 min incubation |
Alexa Fluor 488 goat anti-mouse IgG | Life Technologies | A11029 | 1:500 |
Superfrost 90° yellow | Grale Scientific | SF41299 | |
FLEX IHC Microscope Slides | DAKO | K802021-2 | |
Alexa Fluor 594 goat anti-rabbit IgG | Life Technologies | A11037 | 1:500 |
Normal goat serum | Life Technologies | PCN5000 | 10% serum/0.1% Triton X-100/PBS |
Non-Standard Solution Preparation for Special Stains 1% Aqueous Cresyl Violet Stock Solution
Cresyl Violet Acetate Working Solution
Biebrich Scarlet-Acid Fuchsin Solution
Phosphomolybdic-Phosphtungstic Acid Solution
Aniline Blue Solution
Solutions for Immunohistochemistry Wash Buffer Solution
Serum Block Solution
SUPPLEMENTARY MATERIAL Luxol Fast Blue The purpose of performing a Luxol Fast Blue (LFB) stain was to identify the ganglion cells in the ganglion cell layer through the counterstain of cresyl violet. While LFB stains myelin, the cresyl violet stain binds to the Nissl substances in neurons, composed of rough endoplasmic reticulum and ribosomes. Numerous cells in the retina contain Nissl substance including amacrine cells. These cells usually are located in the inner boundary layer of the inner nuclear layer, but displaced amacrine cells can be found in the ganglion cell layer. The staining of Nissl substance is helpful in differentiating large, heavily stained ganglion cells from smaller displaced amacrine cells. To aid visualisation of these cells, we modified the cresyl violet working solution protocol by increasing the volume of the cresyl violet stock solution in the working solution. We increased the volume in 1.0 ml increments from 6.0 ml to 9.0 ml, in turn reducing the volume of distilled water. Assessing the ease of visualising and identifying the ganglion cells, optimal staining was achieved with 9 ml of additional cresyl violet stock solution and 51 ml of distilled water. Cresyl violet is a basic dye, though to dye the Nissl substance, it is required to be used in an acidic solution, and therefore the volume of acetic acid remained unchanged at 0.5 ml. Periodic Acid Schiff The Periodic Acid Schiff (PAS) stain was performed to highlight polysaccharides especially glycogen, found in basement membranes and fungal cell walls, indicating a fungal infection. The process of the PAS stain is to oxidise the hydroxyl groups in polysaccharides using periodic acid, producing aldehyde groups. The application of the Schiff reagent, binds to the aldehyde groups producing a magenta color with haematoxylin counterstaining producing purple cell nuclei. Our slides showed weak staining at the inner limiting membrane. This may be due to the polysaccharides present, as not all polysaccharides can be oxidised with a standard time frame, especially those containing anionic polysaccharides. We therefore increased the duration of the oxidation step from 10 min to 12, 15, and 20 min. We found that a 15 min oxidation step was most effective in PAS staining. Masson’s Trichrome Blue The principle of the Masson's trichrome blue stain is to stain collagen and muscle, which in our retinal slides can be used to indicate an increase in collagen tissue which may indicate fibrosis due to injury. This stain is sensitive to fixation techniques, so alterations were needed to obtain optimal staining. The process of this stain is to initially stain cytoplasm and muscle fibres red using the acidic Biebrich scarlet-acid fuchsin red dye. Differentiation with phosphomolybdic/phosphotungstic acid competes with the red dye in the collagen fibres. In the sclera, the large phosphomolybdic/phosphotungstic acid molecules are able to penetrate the loose connective tissue, as opposed to the dense muscle fibres which are penetrable to small molecules only. Aniline blue dye is then applied to replace the acid in the collagen fibres producing blue dyed sclera. To optimise this stain in retinal sections, the duration of staining with Biebrich scarlet-acid fuchsin dye was reduced to create a balance between the blue and the red dye. The use of Davidson's fixative also required an extended differentiation time to remove the red dye from the collagen. We trialled differentiation at 5, 6, 8, and 10 min, with optimal results occurring at 6 min. Differentiation also varies on the thickness and cutting of smooth sections, with greater than 6 min differentiation possibly being required. Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP) Antibody Polyclonal, host species is rabbit, has a molecular weight of 50 kDa. GFAP antigen is an intermediate filament found in the cytoplasm (the cytoplasm of astrocytes and Müller cells in the retina), the antigen is made form 428 amino acids and has a molecular weight of 49512 Da. Neurofilament-200 antibody Monoclonal, host species is mouse, clone N52, isotype IgG1, it recognises phosphorylated and non-phosphorylated forms of the heavy neurofilaments which have a molecular weight of 200 kDa. The antibody will bind to an epitope in the tail domain of the neurofilament. The antibody will stain neurofilaments in the neuronal perikarya, dendrites and axons. Glutamine Synthetase (GS) antibody Monoclonal, clone GS-6, host species is mouse, has a molecular weight of 45 kDa and antibody isotype IgG2a. The GS antigen is found in the cell cytoplasm (cytoplasm of Müller cells in the retina), the antigen has 373 amino acids and a molecular weight of 42,064 Da. |