גלאוקומה וישכנע נוהל בבית<em&gt; In vivo</em&gt; מודל עכברוש ואת כל הר רשתית הכנה

Summary

Glaucoma is characterized by damage to retinal ganglion cells. Inducing glaucoma in animal models can provide insight into the study of this disease. Here, we outline a procedure that induces loss of RGCs in an in vivo rat model and demonstrates the preparation of whole-mount retinas for analysis.

Abstract

גלאוקומה היא מחלה של מערכת העצבים המרכזית הפוגעת בתאי הגנגליון ברשתית (RGCs). אקסונים RGC המרכיבים את עצב הראייה לשאת קלט חזותי למוח עבור תפיסה חזותית. פגיעת RGCs ו האקסונים שלהם מובילה לאובדן ראייה ו / או עיוורון. למרות הגורם הספציפי של גלאוקומה אינו ידוע, גורם הסיכון העיקרי למחלה הוא לחץ תוך עיני מוגבר. גלאוקומה וישכנע נהלים במודלים של בעלי חיים הם כלים רבי ערך לחוקרים לחקור את מנגנון מות RGC. מידע כזה יכול להוביל לפיתוח טיפולים נוירו יעילים שיכולים לסייע במניעת אובדן ראייה. פרוטוקול במאמר זה מתאר שיטה של גרימת גלאוקומה - כמו תנאים במודל חולדה vivo ב שם 50 μl של 2 מלוחים היפרטוני M מוזרק לתוך מקלעת ורידית episcleral. לבנה של הכלי מציינת זריקה מוצלחת. הליך זה גורם לאובדן של RGCs לדמות גלאוקומה. החודש הבאזריקה, חיות מוקרבות ועיניים יוסרו. לאחר מכן, הקרנית, העדשה, זגוגי מוסרים לעשות עיינית. הרשתית היא מקולפת ואז מהחלק האחורי של העין והצמידה על מנות Sylgard באמצעות מחטי קקטוס. בשלב זה, נוירונים ברשתית יכול להיות מוכתם לניתוח. תוצאות מהמעבדה זה מראים כי כ -25% RGCs הולכים לאיבוד בתוך חודש אחד של ההליך כאשר בהשוואה לקבוצת הביקורת הפנימית. הליך זה מאפשר ניתוח כמותי של מוות תאי הגנגליון ברשתית במודל גלאוקומה עכברוש in vivo.

Introduction

גלאוקומה היא קבוצה של מחלות עיניים המשפיעות נוירונים ברשתית, במיוחד, התאים הגנגליון ברשתית ^1-2. אקסונים של תאים אלה להתכנס על מנת להפוך את עצב הראייה נושא מידע חזותי אל המוח, שם לחזון נתפס. פגיעת RGCs ו האקסונים שלהם ולכן גורם פגמים חזותיים.

מאפייניו העיקריים הקשורים להפרעות גלאוקומה הם RGC ניוון ומוות, לחץ תוך עיני מוגבר (IOP), וכוסות רוח דיסק אופטי וניוון. תכונות אלה להוביל לאובדן שדה ראייה או מלא, לעיוורון בלתי הפיך. נכון לעכשיו, גלאוקומה גרמה עיוורון ב -70 מיליון אנשים ברחבי העולם ^3. ככזה, הוא הוא הגורם השלישי בגודלה בעולם של עיוורון ^4.

המנגנון המדויק של מות RGC בגלאוקומה נותר עלום. מחקר רב נעשה כדי לפתוח את התעלומה. זה ידוע, עם זאת, כי גורם הסיכון העיקרי של גלאוקומה היא תגדילn לחץ תוך עיני עקב זרימה סדירה הומור מימי (AH) בחדר הקדמי של העין. AH פועל כתחליף שקוף וחסר צבע לדם בתא avascular הקדמי של העין. היא מזינה את התאים הסובבים אותו, מסיר פסולת המופרשים תהליכים מטבוליים, משלוחים נוירוטרנסמיטורים, ומתירה את זרימת סמי תאים דלקתיים בתוך העין במהלך מצבי פתולוגיים ^1.

התחזוקה של זרימת הומור מימית כרוכה הגוף ריסי ואת meshwork trabecular. הומור מימי מיוצר על ידי הגוף ריסי. לאחר מכן הוא זורם לתוך החדר הקדמי כדי לשמור על הבריאות הכללית של רקמות העין. 75 - 80% יצוא הומור מימי מופרשים באופן פעיל באמצעות אפיתל ריסי הלא פיגמנט כאשר הנוזל מסונן דרך שלוש שכבות של מרקם ספוגי בשריר הריסים. יציאות הנוזל דרך meshwork trabecular ודרך התעלה של Schlemm אשר ולרומםies לתוך מערכת הדם ⁵ .the הנותרים 20 - 25% של יצוא עוקף את meshwork trabecular ומופרש באופן פסיבי על ידי אולטרה סינון ודיפוזיה דרך מסלול uveo-scleral. מסלול זה מופיע להיות עצמאי יחסי של לחץ תוך עיני ^1.

כאשר ייצור הומור מימי ו יצוא נמצא מחוץ איזון, לחץ בונה בתוך העין. כאמור, זו עלייה בלחץ התוך עיני הוא גורם הסיכון העיקרי להתפתחות גלאוקומה. לחץ כזו גורמת נזק שכבות סבוכה של נוירונים ברשתית בחלק האחורי של העין. פגיעת אקסונים תא גנגליון ברשתית של עצב הראייה גורמת למוח כבר לא מקבל מידע חזותי מדויק. כתוצאה מכך, תפיסת החזון אבדה עיוורון מוחלט יכול להתרחש.

נכון להיום, אין תרופה לגלאוקומה. שיטות טיפול שונות קיימות בעיקר שמטרתם להפחית לחץ תוך עיניים. אלה כוללים אקטואלייםכיתות תרופות כגון חוסמי הקולטן-אדרנרגיים beta1, או אנלוגים פרוסטגלנדין אקטואליים. חוסמי ביתא להפחית את הלחץ התוך עיני על ידי הפחתת הייצור של הומור מימית ^7. פרוסטגלנדינים לתפקד להפחית IOP ידי הגדלת היצוא של הומור מימי ^8-14. אגוניסטים אלפא אדרנרגיים ומעכבי anhydrase פחמתית משמשים גם כאמצעי משני של הטיפול. אגוניסטים אדרנרגיים אלפא להגדיל יצוא דרך מסלול uveoscleral ^15-17. מעכבי anhydrase פחמן להפחית את ייצור AH ידי עיכוב אנזימטי ^18. הרבה יותר פרוצדורות פולשניות גם נמצאות בשימוש לטיפול בגלאוקומה. Trabeculoplasty לייזר משמש כדי להגדיל את תזרים הומור מימית ^19. עוד טיפול כירורגים, שנקרא trabeculectomy, יוצר אתר ניקוז אלטרנטיבה לסנן AH כאשר מסלול trabecular המסורתי חסום ^20-21.

אפשרויות טיפול אלה היו ידועים EFFectively להפחית IOP. עם זאת, עד 40% של מחלת גלאוקומה להראות לרמות נורמליות IOP מה שמעידים על צורך בשיטות טיפוליות שלמות יותר. ^22,23 בנוסף, מוות של תאי הגנגליון ברשתית לראות גלאוקומה הוא בלתי הפיך פעם זה מתחיל וטיפולים נוכחיים לא לעצור את התקדמות המחלה ^24-28. זה הדגיש את הצורך טיפולים נוירו יעילים הממקדים ההישרדות של הנוירונים עצמם. פיתוח דגמי גלאוקומה הוא קריטי להתפתחות זו.

במחקר זה אנחנו מפגינים שיטה של גרימת תופעות כמו-גלאוקומת חולדות מבוגרות לונג אוונס באמצעות הליך שונה המפורטים במקור על ידי מוריסון ^29. בהליך זה, זריקות של 2 M מלוחים היפרטוני לתוך מקלעת ורידית episcleral גורם תנאים כמו-גלאוקומה על ידי הצטלקות רקמת להפחית יצוא הומור מימית של meshwork trabecular מה שמוביל לעלייה בלחץ התוך עיני ואת אובדן משמעותי של RGCs within חודש של ההליך ^30-31. גלאוקומה וישכנע נהלים, כגון זה המתואר כאן, עשויים להיות המפתח לפיצוח פיתוחים חדשים טיפולי גלאוקומה.

Protocol

כל הנהלים באמצעות בנושאים בעלי חיים היו בהתאם לסטנדרטים של לשכת טיפול בבעלי חיים ועדת שימוש (IACUC) באוניברסיטת מערב מישיגן.

1. בעלי חיים

1. השתמש חולדות זכרים ונקבה גיל 3 חודשים במחקר זה.
2. שמור חיות באור 12 hr / חושך מחזור עם גישה חופשית למזון ומים.

2. הכנת קוקטייל KAX עבור הרדמת בעלי החיים

1. ממיסים 50 מ"ג xylazine (20 מ"ג / מ"ל) ב 5 מ"ל קטמין (100 מ"ג / מ"ל) עם 1 מ"ל acepromazine (10 מ"ג / מ"ל) ו 3 מ"ל של מים מזוקקים. מערבבים היטב.
2. לעקר עם מסנן מזרק לאחסן את הפתרון הזה לתוך בקבוק סרום 10 מ"ל.

3. הזרקת KAX

1. לשקול בעלי חיים (ז) ולהחזיר לכלוב עד מוכן להזרקה.
2. להזריק 0.1 מ"ל KAX / 100 גרם משקל גוף החיה intraperitoneally, באמצעות מזרק אינסולין 1 מ"ל עם מחט 28 G.
3. להתירעבור החיה איבד את הכרתו. בדוק רפלקסים ידי צובט את הרגליים והזנב.
4. שמור את כל החיות בשלום במעבדה למשך הניתוח.
5. לאחר הניתוח, להחליף חיות לתוך הכלובים שלהם ולשמור נוח RT עד התודעה הוא חזר. רק לחזור חיות למתקן חיה כאשר החיות להתעורר ולחדש התנהגות נורמלית.

4. הכנה לכירורגיה ו microneedle אסיפה

1. בצע פתרון 2 M NaCl סטרילי.
2. השתמש חולץ microelectrode (תרשים 1C) כדי למשוך קוטר פנימי אחד 0.86 מ"מ סטנדרטי כבד מלוטשים צינור בורוסיליקט חומה דקה לשתי microneedles זכוכית קוני דק (איור 1D, איור 1E).
3. למילוי microneedle אחד מהשלב הקודם עם 2 M מלוחים באמצעות מחט ומילוי מזרק מזרק 1 מ"ל (איור 1B). הקש החוצה בועות אוויר מהקצה של האלקטרודה.
4. ממלאים מזרק השני 1 מ"ל עם 2 MNaCl. חבר מחט 18 G ולאחר מכן לצרף אורך (כ 10 אינץ ') של (איור 1 א) צינורות פוליאתילן. השתמש בוכנת המזרק כדי למלא את צינורות פוליאתילן עם מי מלח דרך המחט.
5. כאשר הן microneedle הצינורות מלאים מלוח, בזהירות לחבר את השני. הוצא כל אוויר הקשר ביניהם (איור 2).
6. דק שפוע קצה microneedle על ידי גירוד זה מאוד קל נגד הזרם של מגבת נייר כמובן.
7. בדוק את ההתנגדות של microneedle ידי דחיפת הבוכנה בעדינות על המזרק עד זרם של נוזל בסדר ניתן לראות על מגבת נייר. זרם הנוזל צריך להיות לא יותר מ -0.5 מ"מ.

5. הכנת בעלי חיים

1. החל 1 - 2 טיפות הרדמה מקומית כדי קרני (פתרון העיניים Hydrochloride Proparacaine, USP, 0.5%). מתן עד לא רפלקס עינית מתרחש.
2. חתוך שפם עם מספריים.
3. Saturate מוליך עצת כותנה עם פתרון בבטאדין ואזור ספוגי סביב העין הניסיונית.
4. באמצעות מיקרוסקופ, לצרף hemostat כדי לצבוט את העפעף התחתון לתפוח העין, לחשוף את וריד episcleral ולהגביל תנועת העין. (איור 3, ראש חץ)

6. הזרקת גלאוקומה ותשכנע מלוחה

1. כאשר הרכבת microneedle והחיה ערוכות, להתחיל זריקות.
2. כאשר החיה אישר שלא להגיב על רגליו / זנב קמצוץ, לנקב את הווריד episcleral בזהירות עם microneedle ידי בא בזווית נמוכה בין 10 ל -20 מעלות אל הווריד (איור 3, חץ לבן). נקב מוצלח לווריד לעין בעת דם נכנס קצה microneedle (איור 3, חץ שחור).
3. לאט באופן ידני להזריק כ 50 מלוחים μl לווריד. זה אמור לקחת בערך 10 שניות. הוורידים יהיה לבן מחוויר כמו מלח מפיצה throאיכס כלי הדם (איור 4, ראש החץ). אזורים מסוימים עשויים לשמור על חזות אדומה דם (איור 4, חץ).
   1. בצע זריקה שנייה לווריד, מול לאתר של הראשון, כדי להבטיח פגיעה ברשתית יסודית כדי שכבת תא גנגליון ברשתית השלמה.
      הערה: בתוך דקות, אחד צריך לראות עכירות ברורות דרך קשתית העין כמו המלח מפיץ באמצעות מערכת כלי הדם.
4. השאר את העין מול מטופל לצורך הקמת בקרה פנימית.

7. שחזור בעלי חיים

1. הסר את hemostat.
2. השתמש מוליך כותנה ליישם משחה אנטיביוטית משולשת (אבץ Bacitracin, סולפט neomycin, סולפט B polymysin) לאתר הדק ידי hemostat וכדי מוזרקים. נזק לרקמות סביב העין אינה מתרחשת באמצעות hemostat.
3. > חיות הרדימו מקום בכלובים שלהם על שמיכת מים חמה במחזור כדי קודמותהיפותרמיה אף אוזן גרון. לשמור על חיות תחת השגחה עד תודעת התנהגות נורמלית הם שהעלו. הובלת בעלי חיים ערים בחזרה למושבה החיה. בעלי החיים להישאר במושבה עד הזמן של קרבה.

8. קרבנות והסרה רשתית

1. חודש לאחר ההליך לגרום גלאוקומה, בעלי חיים מומתים בחנק CO ₂ ו לנקב החזי משנית.
   1. מניחים את החיה בחדר ולשים את המכסה על מאובטח.
   2. פתח את שסתומי CO ₂ ו רגולטור גז כדי לאפשר נפח 20% / min CO ₂ עקירה של חמצן בתא.
   3. אפשר ארבעה עד 5 דקות עבור החיה לפוג.
   4. כבה את השסתומים.
   5. הסר חיה מהאולם לבצע ניקור בית החזה משני עם אזמל סטרילי.
2. לאחר המתת חסד, ובעזרת אזמל לחתוך את רקמת החיבור בתוך חלל מסלולית סביב העין, being להיזהר לא לחתוך לתוך גלגל העין עצמו.
3. בזהירות להשתמש במספרי קצה מעוקלים לחתוך את עצב הראייה וכל רקמה הנותרים כדי לחלץ את גלגל העין השלמה. מניח גלגל עין חילוץ בצלחת פטרי הפנויה 60 מ"מ x 15 מ"מ סטרילי המכילה PBS הטרי.
4. תן עיינית של גלגל העין. לשם כך, לעשות חתך קטן עם האזמל רק אחורי לגבול בין הקשתית בלובן העין. בצע חתך זה סביב ההיקף של העין עם מספריים באביב קטנים להסיר את האונה הקרנית של גלגל העין. ההמיספרה מחובר עצב הראייה נשאר.
5. מצא רשתית ורודה / הבז 'דקה מאוד בתוך עיינית מן החיה המורדמת. החזק את שכבת פיגמנט של הרשתית עם מלקחיים קהים לייצב עיינית. השתמש עוד זוג מלקחיים סגורים מאוד להקניט הרשתית השלמה השלמה בעדינות מעל החלק האחורי של העין. הימנע צובט, מושך, או מושך הרשתית ישירות.
6. השתמש במספרי מעיין קטנים כדי לחתוך אתהאזור שבו עצב הראייה עדיין מחוברת הרשתית.
7. הקפידו לחתוך משם כל אפיתל הפיגמנט שיורית או רקמות scleral מהרשתית.
8. בעזרת פיפטה העברה, בעדינות מאוד להעביר את הרשתית המבודדת על sylgard נקי מצופה 35 מ"מ x 10 מ"מ צלחת פטרי המכילה PBS הטרי.

9. הכנת רשתית כל ההר

1. לאחר בצלחת sylgard, להשתמש במלקחיים ומחט קקטוס אחד להצמיד את הרשתית במקום. שמור את שכבת התאים הגנגליון ברשתית פונה כלפי מעלה עצב הראייה למטה. צורת חצי כדור של הרשתית בולטת אפילו לאחר קיבוע. העקמומיות של הרשתית תהיה להתכרבל לכיוון התקרה כאשר שכבת תא גנגליון ברשתית היא בכיוון הרצוי.
2. השתמש במספריים קטנים לחתוך את הרשתית לארבעה רבעים, מה שהופך את הצורה של תלתן בעל ארבעה עלים קורן ראש עצב הראייה.
3. הצמד את הרביעים של הרשתית עם מחטי קקטוס נוספות כדי להפוך את הרשתית שטוחה ככל האפשר without מתיחה (איור 5).
4. תקן את הרשתיות הצמיד בצלחת Sylgard עם 3 מ"ל של 4% paraformaldehyde O / N ב RT.

10. נוגדן מכתים של הרשתית

הערה: רשתיות קבועות כתם עם נוגדנים ראשוניים ומשניים לצפייה נוירונים ברשתית (איור 6).

1. לשטוף קבועים, רשתיות שטוחות רכוב שלוש פעמים במשך 2 דקות כל אחד ב PBS.
2. Permeabilize את הרשתיות עם 1% טריטון X-100 עם בסרום שור עוברי 1% ב PBS במשך 60 דקות.
3. לשטוף רשתיות שלוש פעמים, 2 דקות כל אחד, ב- PBS.
4. יש לשטוף פעמיים עם 0.1% Triton X-100 ב- PBS, 5 דקות לכל לשטוף.
5. יש לשטוף פעמים עם PBS, 5 דקות לכל לשטוף.
6. דגירה עם 1% טריטון X-100 ו בסרום שור עוברי 1% PBS ב RT במשך 45 דקות.
7. יש לשטוף פעמיים עם 0.1% Triton X-100 ב- PBS, 5 דקות לכל לשטוף.
8. יש לשטוף פעמים עם PBS, 5 דקות לכל לשטוף.
9. דגירה כל רשתית בסרום שור 3 מיליליטר 1% עוברי ב- PBSעם CD90 אנטי עכברוש עכבר מטוהר / העכבר CD90.1 (1: 300 דילול) O / N ב RT.
10. לשטוף רשתיות פעם עם 0.1% Triton X-100 ב PBS במשך 5 דקות.
11. יש לשטוף פעמים עם PBS, 5 דקות לכל לשטוף.
12. דגירה כל הרשתית ב 3 מ"ל PBS (לא FBS) עם IgG עז משנית אלקסה פלואוריד 594 אנטי עכבר (1: 300) O / N ב RT.
13. לשטוף רשתיות עם PBS בנדיבות.
14. באמצעות מיקרוסקופ לנתח, להסיר בזהירות מחטי קקטוס מהרשתית.
15. בעדינות להעביר רשתיות על גבי שקופיות מיקרוסקופ עם טפטפת העברה. הקפד לשמור על האוריינטציה עם שכבת תא גנגליון ברשתית מופנה כלפי התקרה. צורת חצי כדור של הרשתית בולטת אפילו לאחר קיבוע. העקמומיות של הרשתית תהיה להתכרבל לכיוון התקרה כאשר שכבת תא גנגליון ברשתית היא בכיוון הרצוי.
16. ספוג כל PBS עודף עם KimWipe או חומר סופג כגון אחרים. היזהר שלא לספוג את הרשתית.
17. הוסף 5 טיפות של ½ גליצרול ½ PBS לפי משקל כמו בבוקרתקשורת ounting.
18. מכסי רשתית עם coverslip, הימנעות בועות אוויר.
19. coverslip מאובטח באמצעות לק ברור, דבק, או דבק אחר.

תוצאות

סעיף זה ממחיש את מרכיבי מנגנון הליך המשמשים כדי לעודד תנאים דמויי גלאוקומה במודל גלאוקומה in vivo חולדה. אנחנו מראים את הכלים הפרט וציוד המשמשים לבצע הזרקת סליין היפרטוני הגורמת לעלייה בלחץ התוך עיני. אנו מציגים את ההזרקה לתוך המקלעת ורידית episcleral...

Discussion

פרוטוקול זה מתאר שיטה של גרימת תנאים כמו-גלאוקומה במודל חולדה vivo. הליך זה משתמש זריקה של תמיסת מלח היפרטוני לגרום הצטלקות של meshwork trabecular ^{29, 32.} פיתוח רקמה צלקתית עלולות לחסום את יצוא הומור מימי אשר מגביר את הלחץ בלשכה הקדמית. עם יצוא ולחץ ירד להצטבר, העדשה מושע...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Xylazine hydrochloride, Minimum 99%	Sigma, Life Science	X1251-1G
Ketamine hydrochloride injection, USP, 100mg/mL	Putney, Inc	NDC 26637-411-01	10 mL bottle
Acepromazine Maleate, 10mg/mL	Phoenix Pharmaceutical, Inc	NDC 57319-447-04, 670008L-03-0408	50 mL bottle
Serum bottle, 10 mL	VWR	16171319	Borosilicate glass
1 mL insulin syringe	VWR	BD329410	28 gauge needle
Sodium chloride	Sigma	S7653	2 M Solution
Microelectrode Puller	Narishige Group	PP-830
Heavy Polished Standard and Thin Walled Borosilicate Tubing	Sutter Instruments	B150-86-10HP	without filament, 0.86 mm
Microfil syringe needle for filling micropipettes	World Precision Instruments, Inc	MF28G
18 gauge Luer-Lock needle	Fisher Scientific	1130421	Syringe needle
Flexible Polyethylene Tubing	Fisher Scientific	22046941	0.034 inch diameter, approximately 10 inches
Proparacaine Hydrochloride Opthalmic Solution, USP, 0.5%	Akorn, Inc	NDC 17478-263-12	15 mL  sterile bottle
Curved Scissors	Fine Science Tools	14061-11
Microscope	Leica	StereoZoom 4
Hemostat Clamp	Fine Science Tools	1310912	curved edge
Triple Antibiotic Ointment	Fisher Scientific	NC0664481
Scalpel handle	Fine Science Tools	10004-13
Scalpel blade # 11	Fine Science Tools	10011-00
60 mm x 15 mm Disposable Petri Dish	VWR	351007
Phosphate Buffered Saline 10x Concentrate	Sigma, Life Science	P7059-1L	1x dilution
Spring Scissors	Fine Science Tools	15009-08
Forceps (2), Dumont # 5	Fine Science Tools	11251-30
3 mL Transfer Pipets, polyethylene, non sterile	BD Biosciences	357524 or 52947-948	1 and 2 mL graduations
35 mm x 10 mm Easy Grip Petri Dish	BD Biosciences	351008
Sylgard 184	VWR	102092-312
Cactus Needles	N/A	N/A
Paraformaldehyde	EMD Millipore	PX0055-3 or 818715.0100	Made into a 4% solution
Triton X-100	Sigma	T9284-100 mL	Made into both a 1% and 0.1% solution
Fetal Bovine Serum	Atlanta Biological	S11150	500 ml
Purified Mouse Anti-Rat CD90/mouse CD90.1	BD Pharmingen	Cat 554892	1:300 dilution
Alexa Fluor 594 goat anti-mouse	Life Technologies	A11005	1:300 dilution
Microscope Slides	Corning	2948-75x25
Glycerol	Sigma	G5516-100 mL	50% glycerol to 50% PBS, by weight
Coverglass	Corning	2975-225	Thickness 1 22 x 50 mm
Confocal Microscope	Nikon	C2 Eclipse Ti