Este protocolo apresenta uma abordagem trans-escleral guiada por visão transpupilar para entregar com segurança e precisão enxertos celulares sub-retinianos, com baixa taxa de complicações cirúrgicas, em receptores de camundongos com ou sem degeneração retiniana.
O transplante de células fotorreceptoras e células epiteliais pigmentares da retina (EPR) fornece uma terapia potencial para doenças degenerativas da retina. O transplante sub-retiniano de células de doadores terapêuticos em receptores de camundongos é um desafio devido ao espaço cirúrgico limitado permitido pelo pequeno volume do olho de camundongo. Desenvolvemos uma plataforma de transplante cirúrgico transescleral com orientação direta da visão transpupilar para facilitar a liberação sub-retiniana de células exógenas em receptores de camundongos. A plataforma foi testada usando suspensões de células retinianas e folhas tridimensionais da retina coletadas de camundongos Rho:: EGFP ricos em bastonetes e OPN1LW-EGFP ricos em cones; Camundongos NRL-/- , respectivamente. O ensaio de vivos/mortos mostrou baixa mortalidade celular para ambas as formas de células doadoras. Enxertos de retina foram entregues com sucesso no espaço sub-retiniano de um modelo de camundongo de degeneração retiniana, Rd1/NS, com complicações cirúrgicas mínimas detectadas por imagens multimodais de varredura confocal a laser (cSLO). Dois meses após o transplante, a coloração histológica demonstrou evidência de maturação avançada dos enxertos de retina em bastonetes e cones “adultos” (pela expressão robusta de Rho::EGFP, S-opsina e OPN1LW:EGFP, respectivamente) no espaço sub-retiniano. Aqui, fornecemos uma plataforma cirúrgica que pode permitir uma entrega sub-retiniana altamente precisa com uma baixa taxa de complicações em receptores de camundongos. Esta técnica oferece precisão e relativa facilidade de aquisição de habilidades. Além disso, a técnica poderia ser usada não apenas para estudos de transplante de células sub-retinianas, mas também para outros estudos terapêuticos intraoculares, incluindo terapias gênicas.
O transplante de células fotorreceptoras e epiteliais pigmentadas da retina (EPR) fornece terapia potencial para doenças degenerativas da retina, como degeneração macular relacionada à idade (DMRI), doença de Stargardt e retinose pigmentar (RP)1,2,3,4,5,6,7 . Para repor ou substituir os fotorreceptores doentes e as células do EPR nas retinas degeneradas, o espaço sub-retiniano é particularmente adequado como alvo de transplante, dada a anatomia laminar dos fotorreceptores do hospedeiro e das células do EPR. Embora os procedimentos cirúrgicos de transplante sub-retiniano de células do EPR estejam bem estabelecidos em animais de grandeporte8,9,10 e em ensaios clínicos11,12,13, os desafios enfrentados pela pesquisa em transplante de fotorreceptores incluem a escassez de modelos transgênicos de grandes animais e a compreensão limitada dos mecanismos de sinaptogênese em profundidade envolvidos no transplante neuronal, entre outras preocupações. Modelos murinos geneticamente modificados, com vários tipos de mutantes de degeneração retiniana, fornecem ferramentas úteis para estudar mecanismos moleculares no contexto do transplante e orientar o desenvolvimento de terapias eficazes de substituição celular na fase pré-clínica 14,15,16,17,18.
Ao contrário do olho relativamente grande e do cristalino pequeno em animais grandes (por exemplo, porco, macaco), o pequeno tamanho e o grande cristalino dos olhos de camundongo os tornam alvos cirúrgicos difíceis, especialmente para transplante sub-retiniano, no qual restrições de espaço físico e visualização direta limitada são os principais desafios.
As abordagens atuais podem ser classificadas em três tipos principais com base na via de injeção. Primeiro, no caso da abordagem transcórnea, a agulha é passada através da córnea para a cavidade vítrea e, em seguida, para o espaço sub-retiniano19,20. A entrega sub-retiniana bem-sucedida pode ser alcançada usando este método, mas o dano às estruturas do segmento anterior (ou seja, córnea, íris, lente) é um grande risco que pode impedir severamente a análise in vivo a jusante. Em segundo lugar, no caso da abordagem transvítrea, a agulha entra na cavidade vítrea através da pars plana e, em seguida, no espaço sub-retiniano21. Esta abordagem é amplamente utilizada em humanos e animais de grande porte. No entanto, há um risco potencial de danos ao cristalino em roedores, pois o cristalino ocupa um volume relativo maior da cavidade vítrea. Notavelmente, tanto os protocolos transcórneo quanto transvítreo requerem a penetração da retina neural para chegar ao espaço sub-retiniano, o que causa danos à retina do hospedeiro e aumenta o risco de refluxo de células doadoras através do orifício de penetração. Terceiro, no caso da abordagem transescleral22,23, a agulha penetra através do complexo escleral-coróide-EPR e entra diretamente no espaço sub-retiniano. Essa abordagem reduz o potencial de trauma das estruturas do segmento anterior e da cavidade vítrea. No entanto, sem a visualização direta do fundo de olho, falhas cirúrgicas causadas por punções trans-retinianas, descolamento de EPR e hemorragia coroide são comumente detectadas.
Aqui, desenvolvemos uma plataforma cirúrgica transescleral com orientação direta da visão transpupilar para transplante sub-retiniano em receptores de camundongos. Validação da viabilidade de lâminas de retina de doadores e suspensões de células antes do transplante foi realizada. A liberação bem-sucedida das células doadoras no espaço sub-retiniano de um modelo de camundongo com degeneração da retina foi confirmada. Apenas complicações cirúrgicas raras foram detectadas. Além disso, fotorreceptores transplantados nos enxertos de retina sobreviveram e mostraram evidências de maturação avançada em bastonetes e cones “adultos” dois meses após o transplante.
O transplante sub-retiniano em camundongos é tecnicamente desafiador devido ao pequeno tamanho dos olhos de camundongos. Neste estudo, desenvolvemos uma plataforma simples e reprodutível para transplante sub-retiniano em receptores de camundongos. A plataforma permite consistência na proteção da viabilidade do doador, entrega sub-retiniana bem-sucedida e garante uma baixa taxa de complicações.
A técnica de transplante sub-retiniano aqui descrita foi desenvolvida com base na via transescleral, onde a agulha de injeção penetra nas camadas externas (esclera-coróide-complexo EPR) da parede ocular. Comparada à abordagem transcórnea19,20 e transvítrea21,26,27, a abordagem transescleral entra diretamente no espaço sub-retiniano, sem penetrar nas estruturas do segmento anterior e na retina neural, possibilitando um transplante inócuo e reduzindo o risco de refluxo de células doadoras pelo orifício penetrante. Um desafio da abordagem transescleral é garantir que a ponta da agulha se propague ao longo do espaço sub-retiniano antes de chegar ao local terminal de entrega, evitando possíveis distúrbios das camadas adjacentes de EPR e coroide. É desafiador atingir esses objetivos por meio de uma abordagem transescleral tradicional28,29 sem orientação visual direta. Neste estudo, desenvolvemos uma plataforma guiada por visão transpupilar usando um microscópio cirúrgico e iluminação externa da retina para facilitar o transplante sub-retiniano em modelos de camundongos. A plataforma permite que o operador acompanhe o processo cirúrgico e a condição retiniana dos receptores, fornecendo visualização em tempo real do fundo do receptor sob o microscópio cirúrgico. Por exemplo, a penetração bem-sucedida do complexo esclera-coróide-EPR pode ser simplesmente validada por uma reflectância relativamente brilhante da ponta da agulha via visualização transpupilar. É importante ressaltar que, quando guiado pela visualização transpupilar, o operador pode modular com precisão o ângulo e a profundidade da injeção de acordo com a posição relativa entre a agulha e as estruturas anatômicas na retina receptora (por exemplo, vasos da retina e cabeça do nervo óptico). Além disso, a administração precisa de materiais usando essa técnica pode minimizar a PSE, trauma de coroide e outras complicações cirúrgicas. De fato, descobrimos que as hemorragias podem ser minimizadas evitando-se manobras próximas aos vasos sanguíneos da retina com a ajuda da visualização transpupilar.
O refluxo de células doadoras é uma das principais causas de falha cirúrgica pós-injeção29,30. Múltiplos são os fatores envolvidos na promoção do refluxo celular do doador. A alta pressão intraocular (PIO) dos olhos receptores causada pelas misturas de células doadoras injetadas é um fator importante que promove o refluxo de células para fora do olho. Nosso protocolo reduz a PIO dos receptores pela penetração da câmara anterior no início da cirurgia e permite que a PIO abaixe espontaneamente por meio de saída aquosa de líquido antes de retirar a agulha vítrea da cavidade vítrea. Um segundo fator é o túnel de injeção não selado nos olhos dos receptores. Para evitar o refluxo do enxerto de volta através do túnel de injeção, usamos uma agulha de microinjeção de tamanho pequeno (34G) para criar um túnel auto-selante ao penetrar na parede do olho e micropinças dentadas para segurar as bordas da abertura externa do túnel ao puxar a agulha. No transplante convencional, os enxertos refluídos são dificilmente detectados, pois podem ocorrer rapidamente ou dissipar-se rapidamente. O hialuronato de sódio, após a aplicação da lamínula, quase invariavelmente desliza para fora da córnea para cobrir a maior parte do limbo e esclera, incluindo o local da esclerotomia. Após a injeção celular, o hialuronato de sódio no local da esclerotomia pode ajudar a retardar o fluxo volumoso de conteúdo refluído, se houver, e ajudar a torná-los visualmente detectáveis sob o microscópio cirúrgico. Além disso, a ausência de refluxo também pode ser verificada traçando a constância do bleb sub-retiniano para suspensões celulares e a localização intraocular da lâmina retiniana usando nosso protocolo, o que poderia ser útil para laboratórios onde a tomografia de coerência óptica (OCT) não está disponível.
Embora um número substancial de células fotorreceptoras tenha sobrevivido nas folhas retinianas transplantadas, nenhuma orientação celular discernível, ou orientação da folha, pôde ser detectada. Embora a liberação de lâminas retinianas 3D para animais de grande porte tenha sido estabelecida 26,31,32, o espaço sub-retiniano em camundongos, juntamente com a falta de capacidade de imagem retiniana intraoperatória, torna muito desafiador garantir a manutenção da orientação do lençol no intraoperatório, bem como no período pós-operatório imediato, durante o qual as células ou lâminas transplantadas podem se tornar instáveis à medida que o camundongo recupera a deambulação.
Descrevemos uma plataforma cirúrgica transescleral com orientação direta da visão transpupilar para o transplante sub-retiniano em receptores de camundongos. Esta plataforma permite alta precisão de injeção e baixo índice de complicações cirúrgicas. Esta plataforma permite a entrega precisa de doses conhecidas de células, é relativamente fácil de aprender e facilita a entrega sub-retiniana, além de injeções intra-retinianas ou intravítreas para diferentes tipos de agentes terapêuticos, incluindo terapia gênica.
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi financiado pelos seguintes financiamentos: NEI R01EY033103 (MSS), Foundation Fighting Blindness (MSS), Shulsky Foundation (MSS), Joseph Albert Hekimian Fund (MSS), Juliette RP Vision Foundation (YVL), Research to Prevent Blindness (concessão irrestrita ao Wilmer Eye Institute da Johns Hopkins University e ao Cullen Eye Institute da Baylor College of Medicine). Agradecemos à Dra. Malia Edwards (Johns Hopkins University School of Medicine) por gentilmente fornecer treinamento sobre o microscópio.
Artificial tears | CareAll | P31447-04 | |
Coverslips (5mm in diameter) | Deckglaser | N/A | |
Goat anti-GFP (FITC) | Abcam | Ab6662 | |
Goat-anti-rabbit Cy3 | Invitrogen | A10520 | |
Insulin syringe (30G) | Easy Touch | 08496-3015-11 | |
Ketamine | VETone Zetamine | AH2017J | |
Live Dead Viability Kit | Thermo Fisher Scientific | L3224 | |
Micro scissor | Harvard Apparatus | 72-8503 | |
Micro smooth forceps | ASICO | AE-4360 | |
Micro toothed forceps | World Precision Instruments | 555041FT | |
Microinjection needle (26G) | Hamilton | 7804-03 | |
Microinjection needle (34G) | Hamilton | 207434 | |
Microinjection syringe | Hamilton | 7633-01 | |
Papain dissociation kit | Worthington Biochemical | LK003150 | |
Petri-dish (35 mm) | Thermo Fisher Scientific | FB012920 | |
Povidone-iodine (10%) | Betadine Solution | N/A | |
Proparacaine Hydrochloride (0.5%) | Keeler | AX0500 | |
Rabbit anti-recoverin | Millipore | Ab5585 | |
Rabbit anti-S-opsin | Millipore | Ab5407 | |
Sodium hyaluronate | Johnson & Johnson Vision | 10-2400-11 | |
Sterile cotton swabs | Puritan | 25-806 2PC | |
Sterile needle (25G) | BD PrecisionGlide Needle | 305122 | |
Sterile towel drapes | Dynarex | 4410 | |
Surgical materials/reagents | |||
Tropicamide ophthalmic solution | Henry Schein | 112-7192 | |
Xylazine | AnaSed Injection | N/A |