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Method Article
이 연구는 성체 쥐의 망막과 시신경에 치료제를 전달하는 방법론을 제시합니다. 또한, 성체 쥐의 시신경과 망막을 하향식으로 일괄적으로 수집하기 위해 독특한 조직 회수 방법이 도입되었습니다.
망막과 시신경을 포함한 눈의 후부에 대한 치료 전달은 혈액-뇌 및 혈액-망막 장벽의 존재로 인해 복잡합니다. 쥐와 같은 작은 동물 모델은 다양한 안구 병리를 연구하는 데 활용됩니다. 후안으로의 치료적 전달은 까다롭지만, 이를 달성하는 것은 안구 질환을 치료하는 데 필수적이며, 그 중 많은 부분이 중개 관련성을 위해 소동물 모델에서 검증을 필요로 합니다. 따라서 성체 쥐에 사용하기 위한 유리체강내 주사(IVI)와 후궁 주사(RBI)의 두 가지 후방 치료 전달 기술이 제시됩니다. 또한, 눈과 시신경을 일괄적으로 제거하는 방법이 다양한 조직학 및 분자 분석 기술을 위해 도입되었습니다. 해부 프로토콜은 신경 시각 시스템을 완전히 관찰하는 동시에 망막 및 시신경 조직의 사후 손상을 최소화합니다. 치료용 사이클로스포린이 망막과 시신경에 성공적으로 전달되었으며, IVI와 RBI를 모두 사용하여 주사 후 24시간 후에 검출 가능한 농도가 관찰되었습니다. 또한, 전체 눈 조직학적 조직 분석을 위해 망막 및 신경 샘플을 성공적으로 추출하여 망막과 더 넓은 신경-시각 시스템에 대한 포괄적인 관찰을 용이하게 했습니다.
눈의 복잡한 해부학적 구조 1,2, 특히 혈액-망막 장벽(BRB)3,4,5의 존재로 인해 망막과 시신경에 치료제를 전달하는 것은 매우 어렵습니다. BRB는 전신 순환의 침입으로부터 망막을 보호하는 역할을 하지만, 전신 치료 순환이 BRB 6,7에 의해 차단되는 경우가 많기 때문에 치료 투여에 대한 도전적인 반대자입니다. 작은 친유성 분자는 BRB를 통해 쉽게 확산될 수 있지만, 더 크고 친수성 분자는 망막에 접근하기가 더 어렵습니다6. 유리체강내(IVI) 및 후강근(RBI) 주사는 BRB에 의해 부과된 한계를 극복하여 안구 조직에 약물을 전달할 수 있습니다. IVI는 눈의 내부 환경에 치료제를 투여함으로써 유망한 절충안을 제시한다 8,9. 이 방법은 약물이 유리체를 통과하여 BRB를 우회하고 시신경(7)에 도달하기 위해 망막과 맥락막을 통해 확산되어야 합니다. RBI는 눈 뒤에서 retrobulbar 공간10으로 전달됩니다. 치료제는 후구(retrobulbar space)의 조직과 땀샘을 통한 확산에 의해 전달될 수 있으며, 망막에 직접 들어가지 않고도 시신경 및 주변 구조에 영향을 미쳐 BRB의 무결성을 유지할 수 있습니다. 유리체강내 및 후궁 주사 모두 약물을 직접 또는 간접적으로 눈에 전달함으로써 치료 약물의 국소 농도를 높일 수 있으며, 이는 국소 또는 전신 투여(경구 또는 정맥 주사)에 비해 효과를 향상시킵니다2. 이는 많은 안구 질환에서 볼 수 있듯이 빠른 작용이나 높은 효능이 필요한 치료에 특히 중요합니다. 표적 투여는 또한 신체의 나머지 부분이 약물에 노출되는 것을 제한하여 표적을 벗어난 효과의 위험을 줄이고 약물을 국소, 경구 또는 정맥 투여할 때 발생할 수 있는 잠재적인 부작용을 최소화하는 데 도움이 됩니다11.
결막하주사(subconjunctival), 후방시테논(posterior subtenon), 망막하주사(subretinal)와 같은 다른 안구 주사법은 나름의 장점과 한계가 있다 2,5. 후방 서브테논 주사는 높은 약물 농도를 안구 조직에 전달하는 것으로 관찰되었습니다. 그러나, 장부 주사는 안와 정관(orbital vasscularture)보다 공막(scleral)에 더 가깝습니다 5,12. 이와는 대조적으로, RBI는 치료제를 후결막(posterior subtenon) 또는 결막하(subconjunctival13)보다 시신경에 더 가깝게 배치한다. 이는 시신경 병리학이 다른 안구 주사 유형보다 RBI 전달 치료제를 선호한다는 것을 의미할 수 있습니다. 후장부 주사는 사시, 하이프마, 안압 상승 등의 위험이 있다5. 안압 상승은 IVI, 결막하 주사, 망막하 주사에서도 보고된 위험 인자이다2. 이러한 주사 유형은 원하는 치료 효과를 얻기 위해 반복적인 투여가 필요한 경우가 많습니다2. 망막하 주사, 결막하 주사, IVI와 관련된 다른 위험 요인으로는 백내장 형성, 망막 출혈, 망막 박리, 염증 등이 있다2. 이러한 IVI, 망막하 주사 및 결막하 주사는 안구내 2차 주사이기 때문에 RBI 주사보다 더 침습적입니다. RBI는 바늘을 눈구에 직접 넣지 않고 치료제를 후구(retrobulbar) 공간에 배치하기 때문에 덜 침습적인 것으로 간주될 수 있습니다. 국소 투여와 같은 다른 덜 침습적인 치료 전달 전략은 충분한 약물 전달에 미치지 못하며, 안구 표면에 유지되는 약물의 5% 미만이 2,5.
IVI는 전임상 모델에서 두드러진 기법으로, 치료제를 안구 후부에 직접 전달하는 능력으로 인해 사용됩니다. IVI는 이 약물을 유리체액에 직접 전달하기 때문에 국소 치료에 선호되는 전달 기법이다14. IVI 기법은 약물이 망막으로 침투하는 것을 막는 흔한 장애물인 혈액-망막 장벽을 우회할 수 있도록 한다14. IVI는 염증과 안구 손상의 가능성을 유발하므로 절차를 꼼꼼하게 준수해야 한다14. 망막 박리와 백내장 형성을 최소화하기 위해, Chiu 등은 수정체, 망막, 안구 근육 및 혈관을 피하면서 평면 평면에서 45도 경사 삽입 및 주입을 강조하는 IVI 접근법을 설명한다15. 이 기술에서는 30G 바늘을 비강 공막에 삽입하여 치료 전달을 수행합니다15. IVI는 침습적 특성으로 인해 여전히 위험과 관련이 있습니다. 잠재적 위험으로는 망막 박리, 백내장 형성, 안구내염 또는 출혈 등이 있다16. IVI 기법의 침습적 특성은 또한 안압을 증가시키는데, 이는 박익종 등이 수행한 돼지 눈 실험에서 볼 수 있다.16. 이 연구는 바늘 삽입과 수액 주입의 여러 단계에서 안압의 변화를 보여줍니다. 그들은 시술 중 안압에 상당한 변화가 있다고 보고했다16.
RBI는 이전 연구에서 설치류에 대한 치료 전달 수단으로 성공적으로 활용되었습니다. 그러한 연구 중 하나는 RBI17을 통해 제공된 다양한 프로스타글란딘 유사체의 효과를 비교했습니다. 알비노 쥐는 45도 각도로 하포닉스의 측면 영역을 통해 삽입된 0.1mL 주사액의 26G 바늘로 RBI를 투여했습니다17. 이 연구에 사용된 프로토콜은 클로랄하이드레이트의 복강내(IP) 주사를 통해 쥐를 마취시키는 이전에 설명된 방법을 채택했습니다18. 쥐를 대상으로 한 또 다른 연구에서는 국소 점안액과 후궁 주사를 비교했다19. 쥐는 케타민/자일라진의 IP 주사를 통해 마취되었고, RBI는 30G 바늘을 통해 투여되었다19. 앞서 논의된 진정 방법과는 대조적으로, RBI가 안와 지방에 미치는 영향을 관찰한 한 연구에서는 RBI20 이전에 쥐를 진정시키기 위해 흡입 이소플루란을 사용했다. 이러한 연구는 어떤 마취제와 바늘 사양이 성공할 수 있는지에 대한 통찰력을 제공하지만, 시술 중 동물의 위치 및 취급에 대해서는 논의되지 않습니다.
생쥐를 대상으로 한 다양한 연구에서도 치료 전달 방법에 대한 RBI를 수행합니다. 1건의 연구에서는 RBI를 신증후군을 성공적으로 유발하기 위해 RBI와 외측 꼬리 정맥 주사를 비교했다21. 두 번째 연구에서는 심장 영상 촬영을 위한 조영제 투여에서 동일한 두 가지 주입 기법을 비교했다22. 마우스는 흡입용 이소플루란으로 마취하고 눈의 내측에 주사하였다22. 두 연구 모두 이전에 작성된 프로토콜에서 RBI 방법을 조정했습니다. 이 프로토콜은 주사를 retro-orbital로 명명했지만 주입 위치를 눈 뒤의 retrobulbar 공간으로 설명했다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 이 프로토콜의 저자는 흡입 이소플루란을 선호되는 진정 방법으로 사용했으며, 마우스의 빠른 활성화 및 회복 시간에 주목했습니다23. RBI의 경우, 눈 주위 피부에 압력을 가하여 눈이 소켓에서 부분적으로 돌출되었습니다23. 그런 다음, 바늘을 내측 안각 베벨 쪽에서 30도 각도로 아래로 향하게 삽입하고 눈의 기저부에 도달할 때까지 삽입하였다(23). 동물에게 압력을 가할 때는 우발적인 혈류 차단이나 기관 붕괴가 발생할 수 있으므로 주의해야 한다23. 또한 인젝터는 삽입 시 바늘 끝을 볼 수 없으므로 눈을 손상시킬 수 있습니다. 23 치료 투여 시 눈을 손상시키는 것은 이 실험에서 치명적인 위험인데, 추가적인 손상을 일으키는 것은 연구 결과를 직접적으로 훼손하기 때문이다. 또한, 앞서 설명한 포지셔닝 및 핸들링 기술은 마우스에서 수행되었으며 랫드에 대한 적용 가능성에 대한 언급을 포함하지 않았다는 점에 유의해야 합니다.
시신경과 망막을 제거하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 그러한 방법 중 하나는 시신경과 눈을 일괄적으로 제거하여 온전한 시신경을 보존하는 방법을 탐구했습니다24. 이 방법은 개별 눈과 시신경도 일괄적으로 제거하기 위해 보존된다는 점에서 현재 연구와 가장 유사합니다. 그러나 시신경은 분리되어 있습니다. 이 절차에서는 절차가 복잡하기 때문에 주의를 기울이는 것이 가장 중요합니다. 현재 방법에서는 꼬리 두개골을 통해 해부를 시작하고 시신경 손상을 제한하고 전체 신경이 손상되지 않은 상태로 유지될 수 있는 방식으로 접근을 제공하기 위해 주둥이로 작업합니다. 더욱이, 신경을 온전하게 유지하고 눈에 부착하는 것은 신경의 각 부분에 대한 손상이 다른 병리학적 관찰에 해당할 수 있기 때문에 포매 과정에 매우 중요하다24. 시신경의 방향은 시신경이 삽입되는 방식이 다양한 단면을 허용하기 때문에 고려하는 것이 중요하며, 이는 조직학적 분석에 중요할 수 있습니다.
소동물 실험실 안과 수술대(SALOOT, 안과 수술 플랫폼)로 알려진 맞춤형 장치는 일련의 3D 프린팅 재료로 구성되어 마취를 제공하고 안구 치료 주사를 위해 동물을 안정적인 자세로 고정합니다. SALOOT 설계는 안과 시술을 위한 머리와 안구 구조의 안정성을 허용하여 수술의 속도와 재현성을 향상시키는 동시에 가스 마취 전달 및 호기 미립자 청소를 가능하게 합니다. SALOOT는 이소플루란 주입구가 있는 콧방울 안에 동물의 머리를 고정하기 위해 앞쪽에 더 좁은 영역이 있는 쥐 몸체를 고정하는 오목한 축소 기능을 특징으로 하는 3차원 인쇄 블록입니다. 노즈 콘 아래에는 작은 저장소와 배기 배출구가 있습니다. 치료적 안구 전달 및 정확한 안구 조직 회수를 위해 다음과 같은 방법이 개발되었습니다. 그들은 안구 외상 후 조직을 연구하기 위해 설계되었으므로 외상, 주사, 치료 및 해부의 효과를 설명하여 결과에 대한 혼란스러운 해석을 피하는 것이 중요합니다.
이 기사는 성인 쥐에 사용하기 위한 두 가지 안구 치료 주사 방법, 유리체강내 주사와 후구강 주사를 제시합니다. 또한, 성체 쥐에서 온전한 시신경과 망막을 일괄적으로 제거하기 위한 조직 회수 방법이 제시됩니다. 이러한 기술을 통해 유도 병리 및 치료의 안구 및 안구 주위 효과를 조사할 수 있습니다.
모든 실험은 안과 및 시각 연구에서의 동물 사용에 대한 ARVO 성명서에 따라 수행되었으며 오하이오 주립 대학의 기관 동물 관리 및 사용 위원회의 승인을 받았습니다. 이 연구에는 체중이 ~200g이고 생후 약 2개월인 수컷 Sprague Dawley 쥐가 사용되었습니다25. 시약 및 사용된 장비에 대한 자세한 내용은 재료 표에 나열되어 있습니다.
1. 유리체강내 주사(IVI)
2. 후궁 주사(RBI)
3. 안구 조직 격리 해부
RBI와 IVI 모두에 대한 바늘의 배치와 크기를 최적화하기 위해 주입 염료(Evans Blue 염료)와 문신 잉크(그림 2B)를 사용하여 사체 동물에 대한 예비 파일럿 실험을 수행했습니다. 문신 잉크는 희석되지 않았고 Evans Blue 분말은 액체가 불투명해질 때까지 PBS에 혼합되었습니다. 우리는 이상적인 RBI는 28G 바늘을 6시와 7시 방향 사이의 중간에 안구 뒤쪽이 느?...
주로 BRB에 의해 제기된 불침투성 장벽으로 인해 망막과 시신경에 치료제를 전달하는 것과 관련된 복잡한 어려움은 이 연구의 중요성을 강조합니다 3,4. IVI와 RBI 기법에 대한 탐구는 이러한 장애물을 극복하기 위한 혁신적인 접근법을 강조할 뿐만 아니라 안과 치료 및 치료 개발에 대한 광범위한 함의를 강조합니다. 이러한 연구...
저자는 이 연구가 잠재적인 이해 상충으로 해석될 수 있는 상업적 또는 재정적 관계가 없는 상태에서 수행되었다고 선언합니다.
이 연구는 미국 국방부 시력 연구 프로그램 상 W81XWH-15-1-0074 및 W81XWH-22-1-0989의 일부 자금 지원을 받았습니다. 여기에 포함된 의견 또는 주장은 저자의 개인적인 견해이며 공식적인 것으로 해석되거나 육군성 또는 국방부의 견해를 반영하는 것으로 해석되어서는 안 됩니다. 이 연구 보조금은 시력 연구의 여성 학자를 위한 실명 방지 젊은 연구자 학생 펠로우십 상(Ohio Affiliate of Prevent Blindness Young Investigator Student Fellowship Award for Females Scholars in Vision Research)의 일부 지원을 받았습니다. 로스 재단의 지원에 감사드립니다. 서비스는 P30EY032857 따라 OSU Vision Sciences Research Core Program에서 수행되었습니다. 오하이오 주립 대학 연구소 및 동물 자원(ULAR)에 감사드립니다. 또한 Reilly 학부 연구실 멤버인 Michelle Mosko, Emma Lally, Sam Duckworth, Eve Howard에게 감사드립니다. 또한 SALOOT 디자인에 기여한 김봉수 씨와 Elizabeth Urbanski, Ryan Webb에게도 감사드립니다. 그림 1, 그림 2A 및 그림 3 은 BioRender.com 로 만들어졌습니다.
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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