В городе Виво Методы оценки функции и структуры ганглиозных клеток сетчатки и зрительного нерва у крупных животных
Summary
Здесь мы проводим несколько тестов in vivo (вспышка визуального вызванного потенциала, электроретинограмма паттерна и оптическая когерентная томография) у коз и макак-резусов, чтобы понять структуру и функцию зрительного нерва и его нейронов.
Abstract
Зрительный нерв собирает сигналы аксонов от ганглиозных клеток сетчатки и передает визуальный сигнал в мозг. Большие животные модели повреждения зрительного нерва необходимы для перевода новых терапевтических стратегий от моделей грызунов к клиническому применению из-за их более близкого сходства с людьми по размеру и анатомии. Здесь мы описываем некоторые методы in vivo для оценки функции и структуры ганглиозных клеток сетчатки (RGC) и зрительного нерва (ON) у крупных животных, включая визуальный вызванный потенциал (VEP), электроретинограмму паттерна (PERG) и оптическую когерентную томографию (OCT). В этом исследовании были задействованы как козы, так и нечеловеческие приматы. Представляя эти методы in vivo шаг за шагом, мы надеемся повысить экспериментальную воспроизводимость среди различных лабораторий и облегчить использование больших животных моделей оптических невропатий.
Introduction
Зрительный нерв (ON), который состоит из аксонов из ганглиозных клеток сетчатки (RGC), передает визуальный сигнал от сетчатки к мозгу. Он-заболевания, такие как глаукома, травматическая или ишемическая оптическая невропатия, часто вызывали необратимую дегенерацию ON/RGC и разрушительную потерю зрения. Хотя в настоящее время существует много прорывов в регенерации ON и защите RGC в моделях грызунов1,2,3,4,5,6, клинические методы лечения большинства заболеваний ON оставались практически неизменными в течение последних полувека с неудовлетворительным исходом7,8 . Чтобы заполнить пробел между фундаментальными исследованиями и клинической практикой, трансляционные исследования с использованием большой модели болезней ON на животных часто необходимы и полезны из-за их более близкого анатомического сходства с людьми, чем модели грызунов.
Козы и макаки-резусы являются двумя крупными видами животных, используемыми в нашей лаборатории для моделирования болезни ON человека. Размер глазного яблока козы, ON и прилегающей структуры (орбитальная и носовая полость, основание черепа и т. Д.) Похож на размер человеческого на основе КТ черепа9. Таким образом, модель козы дает возможность оценивать и совершенствовать терапевтические устройства или хирургические процедуры перед использованием у людей. Макака-резус, как нечеловеческий примат (NHP), имеет человекоподобную уникальную зрительную систему, которая не существует у других видов10,11. Кроме того, патофизиологические реакции на травмы и лечение у НХП очень похожи на реакцию у людей12.
Тесты in vivo для оценки структуры и функции ON и RGC продольно важны в исследованиях на крупных животных. Электроретинограмма паттерна (PERG) была использована для оценки функции RGC. Вспышка визуального вызванного потенциала (FVEP) отражает целостность ретино-геникуло-кортикального пути в зрительной системе. Таким образом, PERG в сочетании с FVEP может отражать функцию ON9,13,14. Оптическая когерентная томография сетчатки (ОКТ) может показать структуру сетчатки с высоким временным и пространственным разрешением, что позволяет измерить толщину ганглиозного комплекса сетчатки (GCC)9,15. Для электрофизиологических исследований в этом исследовании мониторинг жизненно важных показателей (скорость нагрева, скорость нарушения, артериальное давление) и уровня насыщения кислородом (SpO2) перед тестированием имеет решающее значение, поскольку эти параметры оказывают мощное влияние на глазной кровоток и, следовательно, на функцию зрительной системы. Тем не менее, мы не контролировали жизненно важные показатели при проведении OCT-визуализации сетчатки для простоты. Согласно нашему предыдущему исследованию9, толщина GCC, измеренная с помощью OCT-визуализации сетчатки, довольно стабильна, с межсессионным коэффициентом вариации, близким к 3%. Эти тесты in vivo у коз и макак-резусов были подробно описаны в нашем предыдущем исследовании9. Здесь мы представляем эти методы, чтобы помочь повысить прозрачность и воспроизводимость экспериментов.
Protocol
Representative Results
Discussion
В этом исследовании мы представляем протокол VEP, PERG и OCT у коз и макак-резусов. Эти методы in vivo могут применяться на крупных животных моделях различных оптических невропатий, таких как глаукома, ишемическая или травматическая оптическая невропатия и неврит зрительного нер…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование финансировалось за счет следующих грантов: Национальная ключевая программа исследований и разработок Китая (2021YFA1101200); Медицинский исследовательский проект Вэньчжоу (Y20170188), Национальная ключевая программа исследований и разработок Китая (2016YFC1101200); Национальный фонд естественных наук Китая (81770926;81800842); Ключевая программа исследований и разработок провинции Чжэцзян (2018C03G2090634); и Ключевая программа исследований и разработок глазной больницы Вэньчжоу (YNZD1201902). Спонсор или финансирующая организация не играли никакой роли в разработке или проведении этого исследования.
Materials
| 47.6 x 26.8 cm monitors | DELL Inc. | E2216HV | The visual stimuli of contrast-reversal black-white checkerboards were displayed on screens |
| 6.0 mm tracheal tube | Henan Tuoren Medical Device Co., Ltd | PVC 6.0 | ensure the airway |
| alligator clip | |||
| atropine | Guangdong Jieyang Longyang Animal pharmaceutical Co.,Ltd. | reduce bronchial secretion and protect heart from vagal nerve activation | |
| Carbomer Eye Gel | Fabrik GmbH Subsidiary of Bausch & Lomb | moisten the cornea and stabilize the recording electrodes | |
| ERG-Jet recording electrodes | Roland Consult Stasche&Finger GmbH | 2300 La Chaux-De-Fonds | ERG recording |
| eye speculum | Shanghai Jinzhong Medical Device Co., Ltd | ZYD020 | open palpebral fissure |
| Heidelberg Spectralis OCT system | Heidelberg Engineering | OCT system | |
| Imaging | (https://www.heidelbergengineering.com/media/e-learning/Totara-US/files/pdf-tutorials/2238-003_Spectralis-Training-Guide.pdf) | ||
| isoflurane | RWD Life Science Co., Ltd | R510-22 | isoflurane anesthesia |
| male Saanen goats | Caimu Livestock Company, country (Hangzhou, China) | The male Saanen goats, aged from 4 to 6 months with weight of 19–23 kg | |
| needle electrode | Roland Consult Stasche&Finger GmbH | U51-426-G-D | use for FVEP ground electrode and PERG reference electrodes |
| periphery venous catheter intravenously | BD shanghai Medical Device Co., Ltd | 383019 | intravenous access for atropine and propofol |
| propofol | Xian Lipont Enterprise Union Management Co.,Ltd. | induce Isoflurane anesthesia in goat | |
| Tropicamide Phenylephrine Eye Drops | SANTEN OY, Japan | 5% tropicamide and 5% phenylephrine hydrochloride | |
| visual electrophysiology device | Gotec Co., Ltd | GT-2008V-III | use for FVEP & PERG |
| xylazine | Huamu Animal Health Products Co., Ltd. | xylazine anesthesia: intramuscular injection of xylazine 3mg/kg | |
| zoletil50 | Virbac | induce Isoflurane anesthesia in monkey |
References
- Benowitz, L., Yin, Y. Rewiring the injured CNS: lessons from the optic nerve. Experimental Neurology. 209 (2), 389-398 (2008).
- Park, K. K., et al. Promoting axon regeneration in the adult CNS by modulation of the PTEN/mTOR pathway. Science. 322 (5903), 963-966 (2008).
- Duan, X., et al. Subtype-specific regeneration of retinal ganglion cells following axotomy: effects of osteopontin and mTOR signaling. Neuron. 85 (6), 1244-1256 (2015).
- Bei, F., et al. Restoration of visual function by enhancing conduction in regenerated axons. Cell. 164 (1-2), 219-232 (2016).
- He, Z., Jin, Y. Intrinsic control of axon regeneration. Neuron. 90 (3), 437-451 (2016).
- Yang, S. -. G., et al. Strategies to promote long-distance optic nerve regeneration. Frontiers in Cellular Neuroscience. 14, 119 (2020).
- Foroozan, R. New treatments for nonarteritic anterior ischemic optic neuropathy. Neurologic Clinics. 35 (1), 1-15 (2017).
- Singman, E. L., et al. Indirect traumatic optic neuropathy. Military Medical Research. 3, 2 (2016).
- Zhang, Y., et al. In vivo evaluation of retinal ganglion cells and optic nerve’s integrity in large animals by multi-modality analysis. Experimental Eye Research. 197, 108117 (2020).
- Tolbert, W. D., et al. From Rhesus macaque to human: structural evolutionary pathways for immunoglobulin G subclasses. mAbs. 11 (4), 709-724 (2019).
- Preuss, T., et al. . Specializations of the human visual system: the monkey model meets human reality. , 231-259 (2004).
- Friedli, L., et al. Pronounced species divergence in corticospinal tract reorganization and functional recovery after lateralized spinal cord injury favors primates. Science Translational Medicine. 7 (302), (2015).
- Porciatti, V. Electrophysiological assessment of retinal ganglion cell function. Experimental Eye Research. 141, 164-170 (2015).
- Smith, C. A., Vianna, J. R., Chauhan, B. C. Assessing retinal ganglion cell damage. Eye. 31 (2), 209-217 (2017).
- Schuman, J. S., et al. Optical coherence tomography and histologic measurements of nerve fiber layer thickness in normal and glaucomatous monkey eyes. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 48 (8), 3645-3654 (2007).
- You, Y., et al. Improving reproducibility of VEP recording in rats: electrodes, stimulus source and peak analysis. Documenta Ophthalmologica. 123 (2), 109-119 (2011).
- Odom, J. V., et al. ISCEV standard for clinical visual evoked potentials: (2016 update). Documenta Ophthalmologica. 133 (1), 1-9 (2016).
- Zhang, J., et al. Silicone oil-induced ocular hypertension and glaucomatous neurodegeneration in mouse. eLife. 8, 45881 (2019).
- Seidman, S. H., Telford, L., Paige, G. D. Vertical, horizontal, and torsional eye movement responses to head roll in the squirrel monkey. Experimental Brain Research. 104 (2), 218-226 (1995).
- Porciatti, V. The mouse pattern electroretinogram. Documenta Ophthalmologica. 115 (3), 145-153 (2007).
