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Method Article
本研究提出了一种将治疗药物输送到成年大鼠视网膜和视神经的方法。此外,引入了一种独特的组织检索方法,用于成年大鼠视神经和视网膜的自上而下的整块收集。
由于存在血脑屏障和血视网膜屏障,向眼后段(包括视网膜和视神经)的治疗递送变得复杂。小动物模型,如大鼠,用于研究各种眼部病理。虽然向后眼进行治疗递送具有挑战性,但实现它对于治疗眼部疾病至关重要,其中许多疾病需要在小动物模型中验证转化相关性。因此,提出了两种后路治疗递送技术:玻璃体内注射 (IVI) 和球后注射 (RBI),用于成年大鼠。此外,还介绍了一种用于各种组织学和分子分析技术的整块切除眼睛和视神经的方法。解剖方案能够全面观察神经视觉系统,同时最大限度地减少死后对视网膜和视神经组织的伤害。治疗性环孢菌素成功输送到视网膜和视神经,注射后 24 小时使用 IVI 和 RBI 观察到可检测浓度。此外,成功提取整块视网膜和神经样本进行全眼组织学分析,有助于全面观察视网膜和更广泛的神经视觉系统。
由于眼睛的复杂解剖结构 1,2,特别是血液视网膜屏障 (BRB) 的存在,向视网膜和视神经提供治疗非常困难 3,4,5。BRB 用于保护视网膜免受全身循环侵袭,但由于全身治疗性循环经常被 BRB 阻塞,因此是治疗给药的一个具有挑战性的对手 6,7。小的亲脂性分子可以很容易地通过 BRB 扩散,但较大的亲水分子更难进入视网膜6。玻璃体内 (IVI) 和球后 (RBI) 注射能够将药物输送到眼组织,克服了 BRB 施加的限制。IVI 通过将治疗药物施用于眼睛的内部环境,是一种很有前途的折衷方案 8,9。这种方法要求药物穿过玻璃体,从而绕过 BRB,并通过视网膜和脉络膜扩散以到达视神经7。RBI 从眼后输送到球后间隙10。治疗可以通过球后间隙的组织和腺体扩散来输送,影响视神经和周围结构,而无需直接进入视网膜,从而维持 BRB 的完整性。通过直接或间接将药物输送到眼睛中,玻璃体内和球后注射都可以实现更高的治疗药物局部浓度,与局部或全身给药(口服或静脉内)相比,这增强了其有效性2。这对于需要快速起效或高效效的治疗尤其重要,如许多眼部疾病所见。靶向给药还限制了身体其他部位对药物的暴露,从而降低了脱靶效应的风险,并有助于最大限度地减少局部、口服或静脉注射药物时可能发生的潜在不良反应11。
其他眼周注射,如结膜下、后檱下和视网膜下注射,有其自身的优点和局限性 2,5。已观察到后腱下注射可将高浓度的药物输送到眼组织;然而,肌腱下注射比眼眶脉管更靠近巩膜 5,12。相比之下,RBI 将治疗药物置于比后腱下或结膜下更靠近视神经13。这可能意味着视神经病理学更喜欢 RBI 递送的治疗药物,而不是其他眼周注射类型。后肌腱下注射有相关风险,包括斜视、前房积血和眼压升高5。据报道,眼压升高也是 IVI、结膜下和视网膜下注射的危险因素2。这些注射类型通常需要重复给药才能达到所需的治疗效果2。与视网膜下注射、结膜下注射和 IVI 相关的其他危险因素包括白内障形成、视网膜出血、视网膜脱离和炎症2。这些 IVI、视网膜下注射和结膜下注射比 RBI 注射更具侵入性,因为这些注射是眼内2。RBI 可能被认为侵入性较小,因为它将治疗剂放置在球后间隙,而不是直接将针头进入眼球。其他微创治疗递送策略,例如局部给药,无法充分给药,只有不到 5% 的药物保留在眼表上 2,5。
IVI 是临床前模型中的一项重要技术,因其能够将治疗剂直接输送到眼睛的后段而被使用。IVI 将药物直接输送到玻璃体,使其成为局部治疗的首选输送技术14。IVI 技术允许治疗药物绕过血视网膜屏障,这是药物渗透到视网膜的常见障碍14。IVI 引入了炎症和对眼部结构损伤的机会,因此必须一丝不苟地遵守该程序14。为了最大限度地减少视网膜脱离和白内障的形成,Chiu 等人描述了一种 IVI 方法,该方法强调在平面肌水平进行 45 度斜面插入和注射,避开晶状体、视网膜、眼肌和血管15。在这种技术中,将一根 30 G 的针头插入鼻腔进行治疗性输送15。由于其侵入性,IVI 仍然与风险相关。潜在风险包括视网膜脱离、白内障形成、眼内炎或出血16。IVI 技术的侵入性也会增加眼压,如 Ikjong Park 等人对猪眼进行的实验所示16。该研究显示了进针和注液不同阶段眼压的变化。他们报告了手术过程中眼压的显着变化16。
RBI 已在以前的研究中成功用作向啮齿动物提供治疗药物的手段。一项这样的研究比较了 通过 RBI17 给予的各种前列腺素类似物的效果。给白化大鼠 RBI,用 26 G 的 0.1 mL 注射液针以 45 度角插入下穹窿的外侧区域17。本研究中使用的方案改编自先前描述的方法,其中 大鼠通过 腹膜内 (IP) 注射水合氯烷18 进行麻醉。另一项对大鼠进行的研究将局部滴眼液与球后注射进行了比较19。 通过 免疫注射氯胺酮/甲苯噻嗪对大鼠进行麻醉, 并通过 30 G 针头给予 RBI19。与前面讨论的镇静方法相比,一项观察 RBI 对眼眶脂肪影响的研究在 RBI20 之前使用吸入异氟醚对大鼠进行镇静。虽然这些研究提供了关于哪些麻醉剂和针头规格可以成功的见解,但没有讨论手术过程中动物的定位和处理。
对小鼠的各种研究也对治疗性递送方法进行 RBI。一项研究比较了 RBI 与侧尾静脉注射成功诱导肾病综合征21。第二项研究还比较了相同的两种注射技术在心脏成像造影剂中的应用22。用吸入异氟醚麻醉小鼠并在眼睛内侧注射22。两项研究都从先前编写的方案中改编了他们的 RBI 方法。需要注意的是,该协议将他们的注射命名为眶后注射,但将注射位置描述为眼睛后面的球后间隙。该方案的作者使用吸入异氟醚作为首选的镇静方法,注意到小鼠的快速激活和恢复时间23。对于 RBI,通过对眼睛周围的皮肤施加压力,眼睛部分从眼窝中突出23。然后,将针头以 30 度角从内眦斜面向下引入并插入直至到达眼睛底部23。对动物施加压力时必须小心,因为可能会发生意外的血流阻塞或气管塌陷23.注射器在插入时也对针尖视而不见,因此,损伤眼睛是一种相关风险。23 在本实验中,治疗给药时损伤眼睛是一个关键风险,因为造成额外的伤害会直接破坏研究结果。还必须注意的是,先前描述的定位和处理技术是在小鼠身上进行的,不包括对大鼠适用性的评论。
已经尝试了多种方式去除视神经和视网膜。其中一种方法探索了整体切除视神经和眼睛,保留完整的视交叉24。这种方法与目前的研究最具可比性,因为单个眼睛和视神经也被保留用于整块切除;然而,视交叉是分开的。由于程序的复杂性,在此过程中谨慎行事至关重要。在目前的方法中,我们从尾颅骨开始解剖,然后沿嘴部工作,以便以限制对视神经的损伤并允许整个神经保持完整的方式提供通路。此外,保持神经完整并附着在眼睛上对于嵌入过程至关重要,因为神经每个部分的损伤可能对应于不同的病理观察24。考虑视神经的方向很重要,因为它的嵌入方式允许不同的横截面,这对于组织学分析可能很重要。
一种被称为小动物实验室眼科手术台(SALOOT,一种眼科手术平台)的定制设备由一系列 3D 打印材料组成,用于提供麻醉并将动物保持在稳定位置以进行眼部治疗注射。SALOOT 设计允许眼科手术的头部和眼部结构保持稳定,从而提高手术的速度和可重复性,同时允许气体麻醉输送和清除呼出颗粒。SALOOT 是一种三维打印块,具有凹面缩小功能,用于固定大鼠身体,前部区域较窄,可将动物的头部固定到带有异氟醚入口的鼻锥中。鼻锥下方是一个小储液罐和排气口。开发了以下方法用于治疗性眼部输送和精确眼组织检索;它们专为研究眼外伤后的组织而设计,因此描述外伤、注射、治疗和解剖的影响以避免对结果的混淆解释至关重要。
本文介绍了两种眼部治疗性注射方法,玻璃体内注射和球后注射,用于成年大鼠。此外,还提出了一种组织检索方法,用于从成年大鼠中整块去除完整的视神经和视网膜。这些技术能够研究诱导病理和治疗的眼部和眼周效应。
所有实验均根据 ARVO 关于在眼科和视觉研究中使用动物的声明进行,并得到俄亥俄州立大学机构动物护理和使用委员会的批准。本研究使用体重 ~200 克、年龄约 2 个月大的雄性 Sprague Dawley 大鼠25。材料 表中列出了所用试剂和所用设备的详细信息。
1. 玻璃体内注射 (IVI)
2. 球后注射 (RBI)
3. 眼组织分离解剖
使用注射染料(Evans Blue 染料)和纹身墨水(图 2B)对尸体动物进行初步试点实验,以优化 RBI 和 IVI 针的位置和大小。纹身墨水是非稀释的,然后将 Evans Blue 粉末混合在 PBS 中,直到液体变得不透明。我们得出结论,理想的 RBI 是将一根 28 G 针沿眶下缘以 6 点钟和 7 点钟之间的中间角度插入,直到感觉到眼窝的后部。这将染料输送到眼眶后部,靠近?...
与向视网膜和视神经提供治疗相关的复杂挑战,主要是由于 BRB 构成的不渗透屏障,强调了这项研究的重要性 3,4。对 IVI 和 RBI 技术的探索不仅突出了克服这些障碍的创新方法,还强调了对眼部护理和治疗开发的更广泛影响。这些发现表明,IVI 和 RBI 都可以促进将治疗药物直接靶向递送到受影响的眼组织。这种有针对性的方法对...
作者声明,该研究是在没有任何可能被解释为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行的。
这项工作部分由美国国防部视觉研究计划奖 W81XWH-15-1-0074 和 W81XWH-22-1-0989 资助。此处包含的观点或主张是作者的个人观点,不应被解释为官方观点或反映陆军部或国防部的观点。这项研究资助部分得到了俄亥俄州预防失明青年研究员学生奖学金(Prevent Blindness Young Investigator Student Fellowship Award for Females Scholar in Vision Research)的支持。我们衷心感谢罗斯基金会的支持。服务是在 P30EY032857 下的 OSU Vision Sciences Research Core Program 进行的。我们要感谢俄亥俄州立大学实验室和动物资源 (ULAR)。此外,我们还要感谢 Reilly 本科生实验室成员 Michelle Mosko、Emma Lally、Sam Duckworth 和 Eve Howard。我们还要感谢 Bongsu Kim 对 SALOOT 设计的贡献,以及 Elizabeth Urbanski 和 Ryan Webb。图 1、图 2A 和图 3 是使用 BioRender.com 创建的。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Anakinra 100 mg/0.67 mL | Sobi | NDC: 66658-0234-07 | |
Antipamezole hydrochloride (Antisedan) 5.0 mg/mL | Zoetis | NADA #141-033 | 107204-8 | |
Bacteriostatic sodium chloride (0.9%) | Hospira Inc. | NDC: 0409-1966-02 | |
Cryotube | VWR | 76417-258 | https://us.vwr.com/store/product?keyword=76417-258 |
Curved forceps | Fischer Scientific | 08-953F | |
cyclosporine injection 250 mg/mL | Perrigo | NDC: 00574-0866-10 | |
cyclosporine topical, 0.05% (Restasis) | AbbVie (Vizient) | NDC: 00023-9163-30 | |
Cyotube Cap | Thermo Scientific | 3471BLK | https://www.fishersci.com/shop/products/screw-cap-microcentrifuge-tube-caps/14755237?searchHijack=true&searchTerm= screw-cap-microcentrifuge-tube-caps&searchType=Rapid& matchedCatNo=14755237 |
Evans Blue | Sigma-Aldrich | E2129-10G | |
Eye Spears | Fischer Scientific | NC0972725 | https://www.fishersci.com/shop/products/ultracell-pva-eye-spears-100-p/NC0972725 |
Fine forceps | Fischer Scientific | 08-953E | https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-dissecting-jewelers-microforceps-2/08953E?gclid=Cj0KCQiAkJO8BhCGARIsAM kswyiER9Kanmi3ZMgoXTr82Zg3 g44m1Q6WLftkYfb36hC7pbkwR hVAy3MaAqkLEALw_wcB&ef_id =Cj0KCQiAkJO8BhCGARIsAMks wyiER9Kanmi3ZMgoXTr82Zg3g4 4m1Q6WLftkYfb36hC7pbkwRhV Ay3MaAqkLEALw_wcB:G:s&ppc _id=PLA_goog_2086145680_81 843405274_08953E__38624700 1354_6556597232892883360& ev_chn=shop&s_kwcid=AL!4428 !3!386247001354!!!g!827721591 040!&gad_source=1 |
Fine ophthalmic forceps with teeth | Fisher Scientific | 50-253-8287 | https://www.fishersci.com/shop/products/bonn-suturing-forceps-7-5-cm/502538287 |
Flat spatula | Fischer Scientific | 14-375-100 | https://www.fishersci.com/shop/products/fisherbrand-spoonula-lab-spoon/1437510#?keyword= |
Hot bead Sterilizer | Fine Science Tools | 18000-45 | https://www.finescience.com/en-US/Products/Instrument-Care-Accessories/Sterilization/Hot-Bead-Sterilizers |
Hypromellose 0.3% (GenTeal Tears Severe Dry Eye Gel) | Alcon Laboratories Inc. | https://www.amazon.com/GenTeal-Tears-Lubricant-Ointment-Night-Time/dp/B01IN5G1L0/ref=sr_1_4?dib=eyJ2IjoiMSJ9.DxYpqjIIBNO TVuPo7jln5xeGazA_YFg0cbt3 kCyC-0ouZARw5qIHYvCM7vB R_vO30OWUEXDZhQmQfLQ9 ySld4mujpzrWjxbsEXLBs5JPhjZ eUPgPY0sHoJA46f9EYULdxiTu BQy5fVA2OB20RV09mbdW8hX 6j8-bXIYTZljPGMo5_GMq9jnJo8 3iR35c1THxEiEH2FsvSx7VXup- QK9uCkWwAYrw2v3tyLUCq2JT APPF34nsYqGnSASMgOARU_ 2lVz-kIy-QUEYHGOoIimIWwBY htz33RkFrq7YjtnC2uDbImNiudG zWJv-uUhmJngYjbBGbeWE0VX 7CGPkEokUZrCQ8AI2HeXjSMph gPhMbK88RcHJ63AyH0TiBtS2k1 Xceh-CD26_prJSNxF6Mv5-jgGf9 iLmXvVtKkkSwc-5uYLk7gZHaFC Yj73F_imbmeHYr.4vfu7h4m4Jlfy- qiqmgeAnDHlJTGYV22HJ2w_xD ir0k&dib_tag=se&keywords=Gent eal+gel&qid=1736793609&sr=8-4 | |
ibudilast | Millipore Sigma | I0157-10MG | |
insulin syringe 0.5 mL with a 28 gauge Micro-Fine IV Needle | Becton, Dickinson and Company (BD) | 14-826-79 | |
Isoflurane | Covetrus | NDC: 11695-6777-2 | |
Ketamine | Covetrus | NDC: 11695-0703-1 | |
Long Evans Rat | Charles River Laboratories International, Inc. | https://www.criver.com/products-services/find-model/long-evans-rat?region=3611 | |
Mayo Scissors | Electron Microscopy Sciences | 72968-03 | |
Medium microscissors | Amazon | https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/z168866#product-documentation | |
Medium straight hemostats or needle drivers | Sigma-Aldrich | Z168866-1EA | https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/z168866#product-documentation |
Needle 33 G with a style 4 tip at a length of 10 mm and angle of 15 degrees | Hamilton | 7803-05 | |
paraformaldehyde 4 in phosphate-buffered saline (PBS) (4% PFA) | Thermo Fischer | J61899.AK | |
Petri dish | Millipore Sigma | P5606-400EA | https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/sigma/p5606?utm_source=google&utm_medium= cpc&utm_campaign=8674694095 &utm_content=105162454052& gad_source=1&gclid=Cj0KCQiA kJO8BhCGARIsAMkswygXXfgY ABr7EfLtf4tvuLS0E8A4SxX4XM NJQDaI80Yi4FO-iahCsPcaAp9E EALw_wcB |
phosphate-buffered saline (PBS) | Sigma-Aldrich | P3813-10PAK | https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/sigma/p3813 |
Povidone-Iodine (Betadine) 5% | Alcon Laboratories Inc. | NDC: 0065-0411-30 | |
Shaker Model 3500 | VWR | 89032-092 | |
Small iris scissors | Sigma-Aldrich | Z265977-1EA | https://www.sigmaaldrich.com/US/en/product/aldrich/z265977& |
small microscissors | Fisher Scientific | 17-456-004 | https://www.fishersci.com/shop/products/self-opening-scissors-2/17456004?keyword=true |
Sprague Dawley Rat | Charles River Laboratories International, Inc. | SAS 400 | https://emodels.criver.com/product/400 |
Sucrose | Millipore Sigma | 57-50-1 | https://www.sigmaaldrich.com/US/en/substance/sucrose3423057501 |
syringe 10 µL (Model 701 RN) | Hamilton | 80330 | |
Tattoo Ink (Intenze Tattoo Ink True Black 1 oz) | Amazon | https://www.amazon.com/Intenze-Tattoo-Ink-True-Black/dp/B01GW747L2 | |
tauroursodeoxycholic acid (TUDCA) | Milipore Sigma | 580549-1GM | |
Tetracaine Hydrochloride Ophthalmic Solution 0.5% | Bausch & Lomb Inc. | NDC: 68682-920-64 | |
Xylazine (Rompun) 100 mg/mL | Dechra | NADA #047-956 | |
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