ヒトドナー後部セグメントにおける眼内圧および頭蓋内圧変調に対するトランスラミナー自律システムモデル

最近の調査の世界的な推計によると、2億8,500万人が視覚障害を持ち、そのうち3,900万人が視覚障害を持っています¹。2010年、世界保健機関(WHO)は、目の後部セグメントに記載されている9つの主要な失明原因のうちの3つが発生することを文書化^しました。後部眼疾患は、レチナ、脈絡膜、視神経²を含む。レティナと視神経は脳の中枢神経系(CNS)の拡張である。眼球神経節細胞(RGC)軸索は視神経を通って眼を出て視神経を形成するため損傷を受けやすい³。ONHは、ラミネラクリプロサ(LC)⁴と呼ばれる結合組織ビームの3Dメッシュワークのために、RGC軸索にとって最も脆弱な点であり続けます。ONHは緑内障^5,6,7のRGC軸索に対する侮辱の初期部位であり、ONH内の遺伝子発現変化は眼圧および緑内障モデル^8,9,10で研究されている。RGC軸索は、眼内圧(IOP)と呼ばれる眼内区画間の圧力差と、頭蓋内圧(ICP)¹¹と呼ばれる眼内膜膜下腔内の圧力差のためにONHで感受性を有する。LC領域は両方の領域を分離し、通常の圧力差を維持し、IOPは10~21mmHg、ICPは5~^15mmHg12の範囲です。2つのチャンバー間の層間の圧力差は、経層圧勾配(TLPG)¹³と呼ばれる。緑内障の主な危険因子は、^IOP14の上昇である。

IOPが増加すると、層内および層領域全体の歪が増加する^6,15,16。ヒトおよび動物モデルにおける実験的観測は、軸索損傷の初期部位であるONH^を17,18個としている。ONHで緑内障損傷を引き起こすIOP関連ストレスおよびひずみの生体力学的パラダイムは、緑内障^19,20,21の病態生理学にも影響を及ぼす。ヒトの圧力誘発変化が機械的にRGC軸索^22に損傷を与えるにもかかわらず、薄層内にコラーゲン状のプレートを欠いているげっ歯類も緑内障^7,23を発症する可能性がある。さらに、IOPの上昇は、一次開放的な角緑内障患者の最も顕著な危険因子であり、正常な緊張緑内障患者はIOPが上昇しなくても緑内障の視神経障害を発症する。さらに、視神経損傷を示さない眼圧症患者のサブセットもあります。また、脳脊髄液圧(CSFp)が緑内障の病態に役割を果たす可能性も示唆されている。この証拠は、緑内障患者では正常な個体に比べてICPが〜5mmHgに低下し、それによって経層圧の上昇を引き起こし、疾患^24,25において重要な役割を果たすこと^{を示している}。以前は、イヌモデルで、IOPおよびCSFpの変化を制御することによって、視ディスク²⁶の大きな変位が存在することが実証された。ブタの目にCSFpを上昇させることはまた、LC領域およびレトロ層神経組織内の増加した主な緊張を示している。RgcsとLC領域への負担の増加は、軸索輸送の閉塞および^RGCs27の損失に寄与します。RGCの進行性変性は、栄養性サポート^28,29の喪失、炎症過程/免疫調節^30,31の刺激、およびアポトーシスエフェク^{ター29,32,33,34,35}と関連している。さらに、軸索損傷(図3)は、RGCに有害な影響を及ぼし、回生障害^36,37,38,39を引き起こします。IOPの効果はよく研究されているにもかかわらず、異常な経層圧変化に対して最小限の研究が行われてきた。緑内障のほとんどの治療法は、IOPの安定化に焦点を当てています。しかし、IOPの低下は病気の進行を遅らせるが、視野の喪失を逆転させ、RGCの完全な喪失を防ぐものではない。

現在の証拠は、外傷性または神経変性視覚障害に苦しむ患者の様々な機械的、生物学的、または生理学的変化による経層圧調節が重大な視力低下を引き起こす可能性があることを示している。現在、元生体内ヒトONH内の緑内生体損傷の研究を可能にする真の前臨床ヒト後部セグメントモデルは存在しない。眼科²⁷では眼の後部の観察と治療は大きな課題です。後眼を標的とする物理的および生物学的障壁は、高い排除率、血液性バリア、および潜在的な免疫学的応答⁴⁰を含む。新しい薬剤標的に対するほとんどの有効性および安全性試験は、生体外細胞および生体内動物モデル⁴¹を利用して達成される。眼の解剖学は複雑であり、インビトロ研究は組織モデルシステムによって提示される解剖学的および生理的障壁を正確に模倣しない。動物モデルは薬物動態学的研究の必需品ですが、ヒト後眼の眼生理は、眼の細胞構造、脈管系、^ONH41,42など様々な動物種によって異なる可能性があります。

生きている動物の使用は、集中的かつ詳細な倫理規則、高い財政的コミットメント、および効果的な再現性⁴³を必要とします。最近、実験研究における動物の倫理的使用に関する他のガイドライン44,45,46が制定^{されました}。動物実験の代わりに、病気の病因を調査し、ONHの損傷を保護するための薬物の潜在的な分析を調査するために、ex vivoヒトの目のモデルを使用しています。ヒト死後組織は、ヒト疾患パラダイム、特にヒト神経変性疾患の場合、動物モデルで開発された潜在的な薬物の同定にはヒト⁴⁷に翻訳可能である必要があるため、ヒト疾患パラダイムを研究するための貴重なリソースである。このエクスビボヒトドナー組織は、ヒト障害^47,48,49の研究に広く利用されており、ヒト前セグメント灌流器官培養系は以前、IOP50,51,52の上昇の病態生理学を研究するユニークなex vivoモデルを提供してきました。

ヒトの目のIOPとICPに関連する経層圧を研究するために、我々は、ヒトドナーの眼の後部セグメントを用いてIOPとICPを独立して調節できる2室のトランスラミナー自律システム(TAS)の設計と開発に成功した。これは、経層圧を研究し、ONHに対するTLPGの生体力学的効果を利用する最初のex vivoヒトモデルです。

このex vivoヒトTASモデルは、IOPまたはICPの慢性的な上昇のために起こる細胞および機能性の修飾を発見し、分類するために使用することができる。本レポートでは、TASヒト後部セグメントモデルの解剖、設定、モニタリングのステップバイステップのプロトコルについて詳述する。このプロトコルは、他の研究者が生体機械疾患の病因を研究するために、この新しいex vivo加圧ヒト後部セグメントモデルを効果的に再現することを可能にする。