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Ein detailliertes Protokoll für die Beurteilung der strukturellen und optischen Anzeigen bei Nagetieren durch optische Kohärenz Tomographie und optokinetischen Reaktion wird vorgestellt. Die Ergebnisse liefern wertvolle Erkenntnisse für die Augenheilkunde sowie neurologische Forschung.
Optische Kohärenztomografie (OCT) ist eine schnelle, nicht-invasive, interferometrischen Technik ermöglicht hochauflösende retinale Bildgebung. Es ist ein ideales Werkzeug für die Untersuchung von Prozessen der Neurodegeneration, Neuroprotektion und Neuro-Reparatur an denen das visuelle System, als diese oft korrelieren gut mit Netzhautveränderungen. Wie eine funktionale auslesen, visuell evozierte kompensatorische Augen- und Kopfbewegungen üblicherweise in experimentellen Modellen unter Einbeziehung der visuellen Funktion eingesetzt werden. Die Kombination beider Techniken ermöglicht eine quantitative in-vivo-Untersuchung der Struktur und Funktion, die die pathologischen Zuständen zu untersuchen oder zu bewerten das Potenzial neuer Therapeutika verwendet werden kann. Ein großer Vorteil der vorgestellten Techniken besteht die Möglichkeit, Längsschnittanalysen ermöglicht die Untersuchung dynamischer Prozesse, Reduzierung der Variabilität führen und reduziert die Anzahl der Tiere, die für die Versuche benötigt. Das Protokoll beschrieben zielt darauf ab, ein Handbuch für die Erfassung und Analyse der retinalen hochwertige Scans von Mäusen und Ratten mit einer low-cost angepasste Halterung mit einer Option, um inhalativ Anästhesie zu liefern. Darüber hinaus die vorgeschlagene Leitfaden soll ein Lehr-Handbuch für Forscher anhand optokinetischen Reaktion (OKR) Analyse bei Nagern, die auf ihre spezifischen Bedürfnisse und Interessen angepasst werden können.
Die Prüfung des optischen Weges, als Teil des zentralen Nervensystems, hat sich bewährt, eine effektive Ausgangspunkt bei der Bewältigung nicht nur ophthalmologische1,2,3,4,5 , aber auch neurologische6,7,8,9,10,11,12,13,14 ,15,16 Fragen. In den letzten Jahren, OCT und OKR wurden identifiziert als nützliche analytische, nicht-invasive Werkzeuge auszuwertende eine Vielzahl von Retinopathies und Netzhaut Manifestationen in verschiedenen Nager-Modelle17,18,19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25. OCT ermöglicht eine schnelle und hohe Auflösung in Vivo Visualisierung der Netzhaut Morphologie und Struktur bei Mäusen und Ratten, mit Ergebnissen in guter Übereinstimmung mit histologischen Abschnitte der Tiere Netzhaut26. OKR stellt eine schnelle und robuste Methode um Sichtfunktion quantitativ zu bewerten.
Viele OCT-Geräte ermöglichen gleichzeitige konfokalen scanning Laser Ophthalmoskopie (cSLO) Bildgebung mit unterschiedlichen Wellenlängen, die Diagnoseinformationen über retinale Erkrankungen, d.h. bietet, Visualisierung von Lipofuszin Einlagen oder Veränderungen an der Netzhaut Pigment Epithel27. Darüber hinaus ist die in-Vivo Bildgebung der Fluoreszenz markiert Zellen in transgenen Tieren möglich28,29,30,31,32. Allerdings ist die Anwendung der OCT-Technologie in der Nager-Modelle noch anspruchsvoll, vor allem wegen der kleinen Größe. Mehreren im Handel erhältlichen Geräte erfordern Anpassungen und oft eine andere Größe des Inhabers ist erforderlich, um die Tiere von verschiedenen Arten Bild. Zusätzlich benötigen die Tiere Anästhesie für die Messung.
OKR Geräte lässt sich die Sehfunktion bei Nagetieren zu beurteilen. Die Tiere werden auf einer Plattform in der Mitte eines tatsächlichen oder virtuellen Zylinders anzeigen eine bewegende Gitter, gelegt, die Tiere mit reflexiven Kopf und Hals Bewegungen zu verfolgen. Diese optokinetischen Antwort ist reduziert oder eliminiert im Falle der Minderung oder Verlust der Sehfunktion.
Das Ziel dieses Protokolls ist ein Handbuch für die Messung der Netzhautdicke mit einem handelsüblichen OCT-Gerät mit einem benutzerdefinierten Halter mit Schnüffelstoffen Anästhesie zu präsentieren. Das Protokoll zeigt, wie Volume-Scans mit der vom Hersteller mitgelieferten Software zu analysieren. Für die visuelle Prüfung soll Anleitungen wie man ein handelsübliches System verwenden, um die OKR zu beurteilen.
Alle tierische Verfahren wurden durchgeführt in Übereinstimmung mit den experimentellen Richtlinien genehmigt von den regionalen Behörden (Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz, Referenz Nummer 84-02.04.2014.A059) und der Association for entsprechen Forschung in Vision und Ophthalmology (ARVO) Erklärung für die Verwendung von Tieren in Ophthalmic, Vision Forschung und der Europäischen Richtlinie 2010/63/EU über den Schutz der für wissenschaftliche Zwecke verwendeten Tiere.
(1) konfokalen Scanning Laser Ophthalmoskopie optische Kohärenztomographie
Hinweis: Das Protokoll für cSLO-OCT Messung ist passend für alle Stämme von Mäusen und Ratten.
2. optokinetischen Antwort
Hinweis: Im folgenden eine detaillierte Gebrauchsanweisung OKR Messungen von Mäusen und Ratten vorgesehen ist, die individuellen Bedürfnisse anpassbar.
Mit 3rd -Generation-OCT-Bildgebung in Myelin Oligodendrozyt Glykoprotein (MOG) Peptid induzierten experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE) Mausmodelle, hochauflösende morphologischen Teile der Netzhaut Maus stammen. Mit dieser Technologie wurden schutzbezogenen Fähigkeiten verschiedener Substanzen nachgewiesen17. Die Dicke der Netzhaut Innenlagen (IRL) gewonnen Werte in guter Übereinstimmung mit den Nummern der retinalen Ganglienzellen (RGC) durch die histologische Färbung der retinalen Wholemounts (Abbildung 4).
OKR monitoring bietet eine funktionale Auslesen der Neurodegeneration gesehen von OCT. In diesen Experimenten waren Sehfunktion als Ortsfrequenz von OKR bewertet und neuroaxonalen Schaden als IRL Ausdünnung von OCT, bewertet in enger Korrelation17. Verschiedene Protokolle können eingesetzt werden, um die Sehschärfe zu untersuchen, durch Ändern der räumlichen oder zeitlichen Frequenz, Kontrastempfindlichkeit, Orientierung oder Geschwindigkeit des Rasters bewegen. In der EAE-Modell wurde eine verbesserte Ortsfrequenz von 0,05 Zyklen/Maß (c/d) mit Substanz 1 behandelten Tieren entdeckt im Vergleich zu unbehandelten Mäusen MOG-EAE (Abbildung 5).
Abbildung 1: Custom-Halter für OCT Messung. (A) OCT-Bildgebung der C57BL/6J Maus mithilfe der benutzerdefinierten Halter33 und (B) Drehachse um das Nagetier Auge. Drehung in der Querebene (links) und in der axialen Ebene (rechts) zeigt. Diese Zahl wurde geändert von Dietrich, M. Et Al.33. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2: OCT post-Akquisition Analyse. "1, 2, 3 mm" ETDRS Raster auf dem 25 B-Scan-Volumen-Protokoll (links). Die Dicke der Netzhaut Schichten ist für die verschiedenen Bereiche der Netzhaut von der Software (rechts) zur Verfügung gestellt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 3: OKR Messung von Mäusen und Reiz Einstellungen. (A) Draufsicht durch die Kamera eine C57BL/6J Maus auf der Plattform in der Kammer zu analysieren. (B) Benutzeroberfläche und Einstellungen der Software OKR. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 4: C57BL/6J Mäuse mit MOG EAE zeigen eine abgeschwächte Krankheitsverlauf Behandlung mit Substanz im Vergleich zu unbehandelten Kontrollen 1. (A) die Degeneration der Netzhaut Innenlagen ist reduziert (B) und der klinischen EAE Partitur ist im Laufe der EAE gedämpft, wenn Substanz 1 verabreicht wurde. Mäuse wurden täglich erzielte, und OCT Messungen wurden monatlich über einen Zeitraum von 120 Tagen. Die Diagramme stellen die Mittel und Standardfehler von mindestens zehn Tieren pro Gruppe. (*p < 0,05 ***p < 0,001, Fläche unter der Kurve im Vergleich von ANOVA mit Dunnetts post-hoc-Test). (C) die IRL Dicke Änderung ist in guter Übereinstimmung mit RGC Verlust (***p < 0,001, von ANOVA mit Dunnetts post-hoc-Test im Vergleich zu MOG unbehandelten Mäusen). Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 5: OKR Messung von Mäusen C57BL/6J mit MOG-EAE. (A) OKR zeigt eine verbesserte Sehschärfe von Tieren mit Substanz im Vergleich zu unbehandelten MOG EAE Mäusen Ortsfrequenz Schwelle Tests über einen Zeitraum von 120 Tagen gemessen 1 behandelt. Die Graphen darstellen, dem Mittelwert und der Standardfehler von mindestens sechs Tiere pro Gruppe (**p < 0,01 ***p < 0,001, Fläche unter der Kurve im Vergleich von ANOVA mit Dunnetts post-hoc-Test). (B) Bild einer C57BL/6J Maus in der Prüfkammer. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Dieses Protokoll bietet eine Anleitung für die Dickenmessung und die Prüfung der Sehfunktion bei Nagetieren. Visuelle Anzeigen werden zunehmend in translationale Forschung18,26,38,39,40 eingesetzt und sind leicht übertragbar, klinische Studien. Der wesentliche Vorteil von OCT im Vergleich zur histologischen Untersuchungen in Tierversuchen ist Längsschnittanalysen sind möglich, so dass die Untersuchung dynamischer pathologischer Prozesse, weitgehend zu reduzieren, die Variabilität und die Anzahl der Tiere pro Studie benötigt. Darüber hinaus unterliegt in-vivo Bildgebung mit OCT nicht Fixierung, schneiden oder färben Artefakte, die die Schichtdicke in histologischen Untersuchungen beeinträchtigen können.
Die orthogonale Ausrichtung des Laserstrahls auf allen Ebenen in Bezug auf die Netzhaut ist jedoch ein wichtiger Schritt zur Sicherung der Qualität und Reproduzierbarkeit der Dicke Werte. Es erfordert einige Übung des Prüfers und ist zwingend vor der Anschaffung von OCT Scans. Darüber hinaus wie die kommerzielle Geräte für menschliche Anwendungen gebaut werden, ist die Qualität der Nagetier OCT Bilder noch schlechter als im Vergleich zu B-Scans von menschlichen Patienten. In Erfahrung der Autoren ist es möglicherweise schwer zu unterscheiden, die verschiedenen inneren Netzhaut Schichten (retinalen Nervenfaserschicht, Ganglion Zellschicht und inneren plexiformen Schicht) während der manuellen Korrektur. Wir empfehlen daher, diese Schichten als eine zusammengesetzte auslesen (IRL) zu analysieren.
Der experimentelle Aufbau bietet eine Option für volatile Anästhesie, z. B. Inhalat Isofluran, das ist nach unserer Erfahrung, sicherer und einfacher zu steuern als injizierbare Anästhesie, z. B. Ketamin-Xylazin41,42 und reduziert das Risiko der vorzeitige Erwachen der Nager bei längeren Erwerb Zeiten (z. B. bei Bildgebung Fluoreszent markierten Zellen). In einer Vorstudie wurden Volumen Scans als die Protokolle mit die höchste Validität und Zuverlässigkeit gekennzeichnet. Die Inter Rater und Test-Retest-Zuverlässigkeit war ausgezeichnet, wenn Volumen Scans mit Ausnahme das zentrale Teil enthält die Papille mit ICC (Intra-Klasse Korrelationskoeffizient) Werten über 0,85 für alle Bewertungen beurteilt wurden.
Die Messung der optokinetischen Antwort basiert auf den unfreiwilligen optokinetischen Reflex, die als Reaktion auf ein kontinuierlich bewegenden Feld auftritt. Bei Nagetieren, im Gegensatz zu anderen Arten ist die Bewegung nicht nur die Augen, sondern den ganzen Kopf, die mit der Kamera leicht erkannt werden können.
Unterscheidung zwischen "Tracking" oder normal Behaviorale Bewegungen der Tiere erfordert einige Übung des Prüfers und es ist wichtig für die experimentelle Gruppe blenden lassen. Darüber hinaus die Tiere brauchen eine Phase der Anpassung, die experimentelle Einstellung und während der langjährigen Messprotokolle unterzubringen, die Tiere müssen immer wieder animiert werden, um sicherzustellen, dass "keine Verfolgung" durch erreichen der Schwelle OKR und nicht zu einer Reduzierung Aufmerksamkeit. Es gibt auch eine erhebliche Belastung Variabilität bezüglich der visuellen Funktion von Labor Mäuse und Ratten43,44. Die Sehschärfe des Nagers sollte daher ausgewertet werden, bevor sie getestet werden und einige Stämme, wie SJL Mäuse, sogar möglicherweise nicht geeignet für OKR Messungen sind homozygot für das Allel Pde6brd1 (Degeneration der Netzhaut 1).
Zusammenfassend lässt sich sagen die Untersuchung der Netzhaut Morphologie und Sehfunktion in Tiermodellen für nicht-invasive, longitudinale Untersuchungen der strukturellen und funktionellen Schäden im Zusammenhang mit EAE erlaubt und kann hilfreich sein bei anderen Modellen unter Einbeziehung der visuelles Systems, einschließlich aber nicht beschränkt auf die Modelle der Sehnerv Verletzungen oder Retinopathies.
Dass die Autoren erklären die folgenden finanziellen Angaben in keinem Zusammenhang mit der Arbeit vorgestellt:
Michael Dietrich erhielt Lautsprecher Honorare von Novartis. Andrés Cruz-Herranz ist postdoctoral Fellow der National Multiple Sclerosis Society. Ari J. Green serviert im wissenschaftlichen Beirat von MedImmune, Novartis, OCTIMS, Gründung 5 Biosciences und Bionure; ist Mitherausgeber der JAMA Neurologie; war ein Mitglied im editorial Board der Neurologie; hält ein Patent für Remyelinisierung Moleküle und Wege; für Gründung 5 Wissenschaften konsultiert; empfangene Forschungsförderung von Novartis Pharma OCTIMs, Inception Sciences SRA NINDS, NIA, nationale MS-Gesellschaft, Sherak Foundation und Hilton Foundation; hält Aktien oder Aktienoptionen in Gründung 5; und diente als Sachverständiger bei Mylan V Teva Pharma. Hans-Peter Hartung erhielt von Biogen Idec, GeNeuros, Sanofi Genzyme, Merck, Novartis Pharma, Octapharma, Opexa Therapeutics, Teva Pharmaceuticals, MedImmune, Bayer HealthCare, vorwärts Pharma, Gebühren für Mittelwicklung Lenkungsausschüssen und Roche, Gebühren für die Tätigkeit in den Beiräten von Biogen Idec, Sanofi Genzyme, Merck, Novartis Pharma, Octapharma, Opexa Therapeutics, Teva Pharmaceuticals und Roche und Vortrag Gebühren von Biogen Idec, Sanofi Genzyme, Merck, Novartis Pharmaceuticals , Octapharma Opexa Therapeutics, Teva Pharmaceuticals, MedImmune und Roche. Philipp Albrecht erhielt Entschädigung für Mittelwicklung Scientific Advisory Boards für Ipsen, Novartis, Biogen; Er erhielt Lautsprecher Honorare und Unterstützung von Novartis, Teva, Biogen, Merz Pharmaceuticals, Ipsen, Allergan, Bayer Healthcare, Esai, UCB und Glaxo Smith Kline; Er erhielt Forschungsförderung von Novartis, Biogen, Teva, Merz Pharmaceuticals, Ipsen und Roche. Die anderen Autoren berichten keine Angaben.
Diese Arbeit wurde unterstützt durch Zuschüsse der Dr. Robert Pfleger-Stiftung Ilselore Luckow-Stiftung, sowie Biogen und Novartis, PA Abbildung 1 b wurde übernommen aus: "Ganzkörper-positionelle Manipulatoren für okuläre Bildgebung narkotisierter Mäuse und Ratten: eine do it yourself Anleitung. Dietrich, M., Cruz-Herranz, A., Yiu, H., Hartung, Aktaş, O., Brandt, A. U. HP., grün, A., Albrecht, P. BMJ offen Augenheilkunde. 1 (1), e000008, 2017" mit freundlicher Genehmigung von BMJ Publishing Group Ltd.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Heidelberg Spectralis HRA+OCT system | Heidelberg Engineering, Germany | N/A | ophthalmic imaging platform system |
Heidelberg Eye Explorer | Heidelberg Engineering, Germany | N/A | Version 1.9.10.0 |
blue 25D non-contact lens | Heidelberg Engineering, Germany | N/A | lens for rodent mesurement |
OptoMotry | CerebralMechanics Inc., Canada | N/A | system for visual function analysis |
OptoMorty HD software | CerebralMechanics Inc., Canada | N/A | Version 2.1.0 |
Inhalation Anesthetic Isoflurane | Piramal Critical Care, Bethlehem, PA, USA | 803250 | inhalation anesthetic |
Phenylephrin 2.5%-Tropicamide 0.5% | University Hospital Düsseldorf, Germany | N/A | pupillary dilation |
Visc-Ophtal | Dr. Robert Winzer Pharma GmbH, Berlin, Germany | 58407 | ophthalmologic eye gel |
GraphPad Prism | GraphPad Software Inc, San Diego, CA, USA | N/A | statistical analysis software, Version 5.00 |
IBM SPSS Statistics | IBM Corporation, Armonk, New York, USA | N/A | statistical analysis software, Version 20 |
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