מודל מערכת אוטונומית טרנסלמינארית לאפנולציה של לחץ תוך עיני ותוך גולגולתי במקטעים האחוריים של התורם האנושי

הערכות עולמיות בסקרים האחרונים מצביעות על כך ש – 285 מיליון אנשים חיים עם לקות ראייה, כולל 39 מיליון ^{עיוורים1}. בשנת 2010, ארגון הבריאות העולמי תיעד כי שלושה מתוך תשעת הגורמים המובילים הרשומים לעיוורון מתרחשים בחלק האחורי של ^העין1. מחלות עיניים מגזר אחורי כוללות את הרשתית, choroid, עצב ^{הראייה2}. הרשתית ועצב הראייה הם הרחבות מערכת העצבים המרכזית (CNS) של המוח. האקסונים של תאי הגנגליון ברשתית (RGC) חשופים לנזק מכיוון שהם יוצאים מהעין דרך ראש עצב הראייה (ONH) כדי ליצור את עצב ^{הראייה3}. ONH נשאר הנקודה הפגיעה ביותר עבור אקסונים RGC בגלל רשת 3D של קורות רקמת חיבור בשם lamina cribrosa (LC)⁴. ONH הוא האתר הראשוני של עלבון אקסונים RGC בגלאוקומה5,6,7, ושינויים ביטוי גנים בתוך ONH נחקרו בדגמי יתר לחץ דם עיניים וגלאוקומה8,9,10. האקסונים של RGC רגישים ב- ONH בשל הפרשי לחץ בין התא התוך עיני, הנקרא לחץ תוך עיני (IOP), ובתוך המרחב התת-עכבישי perioptic החיצוני, הנקרא לחץ תוך גולגולתי (ICP)¹¹. אזור LC מפריד בין שני האזורים, שמירה על הפרשי לחץ נורמליים, עם IOP הנע בין 10-21 מ”מ כ”ג ו- ICP מ 5-15 מ”^מHg12. הפרש הלחץ דרך הלמינה בין שני התאים נקרא שיפוע הלחץ הטרנסלמינארי (TLPG)¹³. גורם סיכון מרכזי לגלאוקומה הוא ^IOP14 גבוה.

IOP מוגבר מגביר את העומס בתוך ומרחב אזור למינאר6,15,16. תצפיות ניסיוניות במודלים של בני אדם ובעלי חיים מציגות את ה- ONH כאתר הראשוני של נזק ^{אקסוני17,18}. הפרדיגמה הביומכנית של מתח ומתח הקשורים ל- IOP הגורמים לנזק גלאוקומה ב- ONH משפיעה גם על הפתופיזיולוגיה של גלאוקומה19,20,21. למרות שבבני אדם שינויים הנגרמים על ידי לחץ פוגעים באופן מכני ב- RGC ^axons22, מכרסמים חסרי לוחות קולגן בתוך הלמינה יכולים גם לפתח גלאוקומה7,23. בנוסף, IOP גבוה נשאר גורם הסיכון הבולט ביותר בחולי גלאוקומה בזווית פתוחה ראשונית, בעוד חולי גלאוקומה מתח נורמלי לפתח נוירופתיה אופטית גלאוקומה גם ללא IOP גבוה. יתר על כן, ישנם גם תת קבוצה של חולים יתר לחץ דם עינית שאינם מראים נזק עצבי הראייה. כמו כן הוצע כי לחץ נוזל השדרתי (CSFp) עשוי לשחק תפקיד פתוגנזה גלאוקומה. הראיות מצביעות על כך ICP הוא הוריד ~ 5 מ”מ כ”ג בחולי גלאוקומה בהשוואה לאנשים רגילים, ובכך גורם ללחץ טרנסלמינארי מוגבר ולשחק תפקיד מכריע ^{במחלה24,25}. בעבר, הוכח במודל כלבים, כי על ידי שליטה בשינויי IOP ו- CSFp, יכולות להיות תזוזות גדולות של הדיסק ^{האופטי26}. העלאת CSFp בעיני חזירים הראתה גם זן עיקרי מוגבר בתוך אזור LC ורקמה עצבית רטרולמינארית. עומס מוגבר על RGCs ואזור LC תורם לחסימת תחבורה אקסונית ואובדן ^RGCs27. ניוון פרוגרסיבי של RGCs קושר לאובדן תמיכה ^{טרופית28,29}, גירוי של תהליכים דלקתיים/ויסות ^{חיסוני30,31}, ומשפיעים אפופטוטיים29,32,33,34,35. בנוסף, פגיעה אקסונית (איור 3) גורמת להשפעות מזיקות על ה-RGCs וגורמת לכשל רגנרטיבי36,37,38,39. למרות ההשפעות של IOP נחקרו היטב, מחקר מינימלי בוצע על שינויים חריגים בלחץ טרנסלמינארי. רוב הטיפולים לגלאוקומה מתמקדים בייצוב IOP. עם זאת, למרות שהורדת IOP מאטה את התקדמות המחלה, היא אינה הופכת אובדן שדה ראייה ומונעת אובדן מוחלט של RGCs. הבנת שינויים נוירודגנרטיביים הקשורים ללחץ בגלאוקומה תהיה חיונית למניעת מוות של RGC.

הראיות הנוכחיות מצביעות על כך אפנון לחץ translaminar עקב שינויים מכניים, ביולוגיים, או פיזיולוגיים שונים בחולים הסובלים מליקויי ראייה טראומטיים או ניווניות יכול לגרום לאובדן ראייה משמעותי. נכון לעכשיו, לא קיים מודל פלח דם פרה-אקליני אמיתי שיכול לאפשר את המחקר של נזק ביומכני גלאוקומה בתוך ONH האנושי ex vivo. תצפית וטיפול בחלק האחורי של העין הוא אתגר עצום ברפואת ^{עיניים27}. ישנם מחסומים פיזיים וביולוגיים כדי למקד את העין האחורית, כולל שיעורי חיסול גבוהים, מחסום רשתית הדם, ותגובות חיסוניות ^{פוטנציאליות40}. רוב בדיקות היעילות והבטיחות למטרות סמים חדשניות מושגות תוך שימוש במודלים של תאי במבחנה ובדגמים של בעלי חיים ^ב-vivo41. האנטומיה העין מורכבת, ובמחקרי במבחנה אינם מחקים במדויק את המחסומים האנטומיים והפיזיולוגיים המוצגים על ידי מערכות מודל רקמות. למרות שמודלים של בעלי חיים הם הכרח למחקרים פרמקוקינטיים, הפיזיולוגיה העיןית של העין האחורית האנושית עשויה להשתנות בין מינים שונים של בעלי חיים, כולל אנטומיה תאית של הרשתית, vasculature, ו ^ONH41,42.

השימוש בבעלי חיים דורש תקנות אתיות אינטנסיביות ומפורטות, מחויבות פיננסית גבוהה ושחזור ^יעיל43. לאחרונה, הנחיות רבות אחרות התפתחו לשימוש אתי בבעלי חיים במחקר ניסיוני44,45,46. חלופה לניסויים בבעלי חיים היא שימוש במודלים של עיניים אנושיות ex vivo כדי לחקור פתוגנזה מחלות וניתוח פוטנציאלי של תרופות להגנה על נזק ONH. רקמה אנושית לאחר המוות היא משאב בעל ערך לחקר פרדיגמות מחלות אנושיות, במיוחד במקרה של מחלות ניווניות אנושיות, מכיוון שזיהוי תרופות פוטנציאליות שפותחו במודלים של בעלי חיים דורש את הצורך להיות מתורגם לבני ^אדם47. רקמת התורם האנושי ex vivo כבר בשימוש נרחב לחקר הפרעות אנושיות47,48,49, ומערכות תרבות איברים מגזרי קדם אנושי סיפקו בעבר מודל ex vivo ייחודי לחקור את הפתופיזיולוגיה של IOP50,51,52.

כדי לחקור לחץ טרנסלמינארי הקשור ל- IOP ו- ICP בעיני האדם, עיצבנו ופיתחנו בהצלחה מערכת אוטונומית טרנסלמינארית דו-תאית (TAS) שיכולה לווסת באופן עצמאי את IOP ו- ICP באמצעות מקטעים אחוריים מעיני תורם אנושי. זהו המודל האנושי ex vivo הראשון לחקור לחץ טרנסלמינאר ולנצל את ההשפעות הביומכניות של TLPG על ONH.

מודל זה של Ex vivo אנושי TAS יכול לשמש כדי לגלות ולסווג שינויים תאיים ותפקודיים המתרחשים עקב העלאה כרונית של IOP או ICP. בדוח זה, אנו מפרטים את הפרוטוקול שלב אחר שלב של ניתוח, הגדרה וניטור של מודל המקטע האחורי האנושי של TAS. הפרוטוקול יאפשר לחוקרים אחרים לשחזר ביעילות את מודל הקטע האחורי האנושי החדש הזה של ex vivo כדי לחקור פתוגנזה של מחלות ביומכניות.