* These authors contributed equally
Den subretinale implantation af retinal pigmenteret epitel (RPE) er en af de mest lovende tilgange til behandling af degenerative retinale sygdomme. Udførelsen af prækliniske undersøgelser af dyremodeller med store øjne er dog fortsat udfordrende. Denne rapport præsenterer retningslinjer for subretinal transplantation af RPE på en cellebærer til minigrise.
Degenerative lidelser i nethinden (herunder aldersrelateret makuladegeneration), der primært stammer fra eller inden for retinal pigmenteret epitel (RPE) lag, fører til en progressiv disorganisering af retinal anatomi og forringelse af visuel funktion. Substitution af beskadigede RPE-celler (RPE'er) med in vitro-dyrkede RPE-celler ved hjælp af en subretinal cellebærer har vist potentiale for at genoprette den anatomiske struktur af de ydre retinale lag og undersøges derfor yderligere. Her præsenterer vi principperne for en kirurgisk teknik, der muliggør effektiv subretinal transplantation af en cellebærer med dyrkede RPE'er til minigrise. Operationerne blev udført under generel anæstesi og omfattede en standard linsebesparende tre-port pars plana vitrektomi (PPV), subretinal anvendelse af en afbalanceret saltopløsning (BSS), en 2,7 mm retinotomi, implantation af en nanofibrøs cellebærer i det subretinale rum gennem en yderligere 3,0 mm sclerotomi, væske-luftudveksling (FAX), silikoneolie tamponade og lukning af alle sclerotomier. Denne kirurgiske tilgang blev brugt i 29 operationer (18 dyr) i løbet af de sidste 8 år med en succesrate på 93,1%. Anatomisk verifikation af den kirurgiske placering blev udført ved hjælp af in vivo fundusbilleddannelse (fundusfotografering og optisk kohærenstomografi). De anbefalede kirurgiske trin til subretinal implantation af RPE'er på en bærer i minipigøjne kan anvendes i fremtidige prækliniske undersøgelser ved hjælp af dyremodeller med store øjne.
Aldersrelateret makuladegeneration (AMD) betragtes som hovedårsagen til centralt synstab i udviklede lande og er en af mange tilstande relateret til retinal pigmenteret epitel (RPE) dysfunktion 1,2. RPE findes på den grundlæggende placerede Bruchs membran (BM) og giver den nødvendige vedligeholdelse af fotoreceptorerne. Den progressive degeneration af RPE-laget er et kendetegn ved den tidlige atrofiske form af AMD, og det ledsager også udviklingen af den sene ekssudative form af AMD. På trods af mange fremskridt inden for behandling af nethindesygdomme er udviklingen af en effektiv behandlingsmodalitet fortsat udfordrende3. En af de lovende metoder er RPE-udskiftning ved hjælp af et in vitro-dyrket RPE-lag. Denne behandling er forbundet med fremskridt inden for stamcelleforskning ved hjælp af human embryonal stamcelleafledt RPE (hESC-RPE) og induceret pluripotent stamcelleafledt RPE (iPSC-RPE)3,4,5,6,7. I de senere år har mange forskergrupper fokuseret på at udvikle forskellige tilgange til RPE-erstatning med det oprindeligt accepterede proof-of-concept 8,9,10,11,12,13,14,15. RPE-cellerne (RPE'er) leveres normalt til det subretinale rum i form af en cellesuspension, et selvbærende celleark eller et cellemonolag understøttet af en kunstig bærer 3,16,17,18,19,20,21. Injektion af en cellesuspension er den nemmeste metode, men BM's kompromitterede tilstand kan ofte forhindre vedhæftning af de transplanterede celler. Dette kan resultere i forkert apicobasal orientering af RPE'erne og manglende dannelse af et monolag22,23. Den største fordel ved de to andre metoder (dvs. et selvbærende celleark og et cellemonolag understøttet af et kunstigt substrat) er, at cellerne allerede er i en differentieret monolagstilstand, når de implanteres direkte i det subretinale rum24.
Mange kirurgiske teknikker, der beskriver levering af cellebærere i det subretinale rum, er blevet offentliggjort i de senere år 8,9,10,11,12,13,14,15. Disse undersøgelser beskrev brugen af dyremodeller med store øjne, typerne af cellulære bærere, brugen af transplanterede cellulære kulturer, implantationsinstrumenterne samt de kirurgiske teknikker, og forfatterne fokuserede hovedsageligt på resultaterne af subretinal implantation. I 2015 rapporterede Popelka et al. brugen af en rammeunderstøttet ultratynd elektrospundet polymermembran til transplantation af RPE'er i svinekadaverøjne8. Den kirurgiske teknik, der er beskrevet her med subretinal implantation af cellebæreren, muliggjorde relativt præcis håndtering af bæreren og nem placering af stilladset i det subretinale rum. Kozak et al. vurderede gennemførligheden af leveringsteknikken for en transportør med en omtrentlig størrelse på 2 mm x 5 mm i svineøjne9. Det unikke design af cellebæreren tillod sin korrekte placering, hvilket forhindrede det cellulære monolag i at folde og rynke6. Al-Nawaiseh et al. præsenterede først detaljerede trinvise retningslinjer for implantation af subretinale stilladser hos kaniner25. Stanzel et al. offentliggjorde derefter en lignende protokol i 2019 til transplantation hos små gnavere, kaniner, svin og ikke-menneskelige primater26. Som tidligere offentliggjort resulterede transplantationen af et differentieret og polariseret RPE-monolag på en fast bærer i forbedret overlevelse og bedre integration af transplantatet sammenlignet med andre leveringsteknikker (supplerende fil 1)27.
Formålet med alle prækliniske dyreforsøg udført in vivo er at afsløre de forskellige aspekter af kirurgisk transvitreal subretinal implantation af en cellebærer med fokus på proceduresikkerheden, overlevelsen af de transplanterede celler, vævsresponset på de subretinale manøvrer og de kort- og langsigtede postoperative resultater. Anvendelsen af svineøjne som en storøjet dyremodel er blevet rapporteret at være relevant med hensyn til omfanget af de opnåede data, som kan være nyttige og potentielt anvendelige for mennesker10,11,14. Vores undersøgelse rapporterer den kirurgiske teknik, der anvendes til in vivo subretinal implantation af en cellebærer i en dyremodel med store øjne. Vi præsenterer en detaljeret beskrivelse af de præoperative præparater, den kirurgiske teknik til implantation af subretinal cellebærer og postoperativ pleje af minipigøjnene baseret på vores erfaring gennem de sidste 8 år. Vi beskriver de grundlæggende kirurgiske principper, der kan anvendes til in vivo eksperimentelle undersøgelser, der involverer implantation af forskellige typer celler og cellebærere.
Model med store dyr
Den eksperimentelle besætning af Liběchov minigrise blev grundlagt ved at importere fem dyr fra Hormel-stammen fra USA i 1967. Disse dyr blev krydset til svineblodgruppeundersøgelser med flere andre racer eller stammer: Landrace, Large White, Cornwall, vietnamesiske grise og miniaturesvin af Göttingen oprindelse28,29. Ved 5 måneders alderen og ca. 20 kg kropsvægt (BW) når minigrisene seksuel modenhed. Overlevelsen af forældrenes minipigracer (Hormel og Göttingen) rapporteres at være 12-20 år. Den subretinale implantation af cellebæreren retter sig mod den centrale del af nethinden. Minigrisenes nethinden mangler en macula og fovea. Det har dog regioner med stærkt koncentrerede keglefotoreceptorer kaldet området centralis og visuelle striber30,31. Disse regioner er ansvarlige for den højeste synsstyrke.
Operationerne blev udført af fire erfarne vitreoretinale kirurger med hjælp fra en erfaren kirurgisk facilitetsassistent (TA). Før in vivo-forsøgene blev kirurgerne uddannet og opnåede særlig viden om minipig eye anatomi, såsom det lavere forhold mellem linse og glaslegemevolumen, den kortere aksiale længde (15-19 mm), fraværet af Bowmans membran i hornhinden, det mindre glasagtige volumen (2,8-3,2 ml), fraværet af macula og fovea, fraværet af Zinns annulus og den optiske skivediameter (lodret/vandret: 1,5 mm/2,1 mm). I alle tilfælde blev operationen udført under generel anæstesi i et specielt organiseret operationsrum med implementering af standard aseptiske og antiseptiske foranstaltninger.
Denne undersøgelse er i overensstemmelse med principperne i retningslinjerne i Helsingfors-erklæringen og etiske principper for medicinsk forskning, der involverer mennesker. Alle forsøg blev udført i henhold til retningslinjerne for pleje og brug af forsøgsdyr og ifølge Association for Research in Vision and Ophthalmology (ARVO) til brug af dyr i oftalmisk og visuel forskning. Undersøgelsesprotokollen blev godkendt af CAS's udvej professionelle kommission for godkendelse af projekter for forsøg på dyr ved Institut for Dyrefysiologi og Genetik ved det tjekkiske videnskabsakademi (Liběchov, Tjekkiet) (godkendt protokol nr. 60/2016 og nr. 64/2019).
1. Overvejelser under subretinal transplantation af celler på en bærer til minigrise
Figur 1: Skematisk tegning af nethindezonerne hos minigrise. A) Skematisk tegning af nethindezonerne i forhold til minigrisens hoved den gule ellipse viser det ønskede område af subretinal implantation, T refererer til det tidsmæssige retinale område, og N refererer til det nasale retinale område. (B) Eksempel på fundusskemaet efter subretinal implantation af cellebæreren (gul) gennem retinotomi (rød). Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 2: Transport og anbringelse af dyret . A) Transport af det bedøvede dyr til operationsstuen. B) Anbringelse af dyret under intubation. (C) Justering af dyrets hoved for optimal adgang til den centrale nethinde under operationen (rød pil). Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 3: Standardopsætningen på operationsstuen. (A) Skematisk skildring af kirurgernes position (S = kirurg, A = assistent) i forhold til operationsbordets placering med minigrisen, operationsmikroskopet (OM), vitrektomimaskinen (VM), instrumentbordet (IT) og anæstesiologimaskinen (AM). Der er to mulige positioner af vitrektomimaskinen (gul og grå). (B) Virkelige omgivelser på operationsstuen. Klik her for at se en større version af denne figur.
2. Cellebærer, dyrkede cellekulturer og implantationsinjektor
Figur 4: Nanofibrøs bærer med en indlejret understøttende PET-ramme. (A) Tre synlige mærker på rammen gør det muligt at styre stolens sideretning (hvide pile). (B) Forstørrelsesbillede af PET-rammefragmentet indlejret i cellebærerens nanofibrøse membran (hvide pile). Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 5: Implantationsinjektor . (A) Dele af injektoren. B) Nanofibercellebærer med indlejret understøttende PET-ramme belastet til implantationsinjektorens rektangulære kapillær plast. Klik her for at se en større version af denne figur.
3. Kirurgisk indgreb
Figur 6: Indsættelse af trokarerne i øjet på en minigris. (A) Skematisk afbildning af trokarerne, som indsættes vinkelret på sclera mod midten af glaslegemet i det menneskelige øje (grå farve) og skråt mod den bageste nethinde i minipigøjet (blå farve) for at undgå beskadigelse af linsen. Minipigens linse (blåfarvet) er større end hos mennesker og i forhold til glaslegemets hulrumsstørrelse. (B) Intraoperativ visning af de indsatte trocars i en PPV med tre porte. Hornhinden er dækket af methylcellulose for at forhindre tørring og hævelse. Klik her for at se en større version af denne figur.
4. Postoperativ pleje
5. Postoperative procedurer
6. Enucleation af øjet post mortem efter eutanasi
Resultaterne af den subretinale implantation af cellebæreren i Liběchov minigrise er præsenteret i Table 2. Vellykket implantation blev defineret som opnåelse af tilstrækkelige data til histologisk og immunhistokemisk undersøgelse. Mislykkede tilfælde blev defineret som øjne med alvorlige intraoperative komplikationer, hvilket gjorde yderligere observation af øjenvævet umuligt.
Anvendelsen af den foreslåede teknik ved anvendelse af silikoneolie tamponade gør det muligt at kontrollere tilstanden af den subretinale transplantation ved hjælp af billeddannelsesmetoder, der starter fra den næste dag efter operationen til tidspunktet for enukleation (figur 7, figur 8 og figur 9).
Fundusbilleddannelse og SD-OCT
Minigrisene blev undersøgt i den postoperative periode ved hjælp af fundusbilleddannelse, rødfri billeddannelse og spektral domæneoptisk kohærent tomografi (figur 7). Fundusbilleddannelse af høj kvalitet blev muliggjort ved hjælp af klare optiske medier, herunder en klar linse og brugen af silikoneolie tamponade (figur 7A). Stedet for retinotomi viste ingen tegn på en proliferativ reaktion (figur 7A, gule pile), og PTE-rammen af cellebæreren var tydeligt synlig gennem de halvgennemsigtige lag af svinenethinden. På den rødfrie billeddannelse adskilte reflektionsevnen af de dyrkede hRPE'er på bæreren sig ikke fra reflektionsiviteten af det endogene RPE-lag til svin (figur 7B). På SD-OCT forårsagede PTE-rammen kun mindre skygge af de underliggende anatomiske strukturer og let fortykkelse af nethinden (figur 7C, røde pile). Ingen atypiske hypo- eller hyperreflekterende zoner blev bemærket på SD-OCT, og Bruchs membran syntes også at forblive ubeskadiget. Figur 8 viser fundus- og iOCT-billeder af stilladset dyrket med primære humane RPE-celler 1 måned efter operationen (figur 8). Selve cellebæreren (uden celler) forårsagede ingen signifikant stigning i retinal tykkelse (figur 9C). Disse resultater tyder på, at implantatets intraoperative iatrogene virkning var minimal, og at den implanterede cellebærer gennemgik tilstrækkelig tilpasning af de implanterede celler til de overliggende fotoreceptorceller og neuroretinale væv.
Figur 7: Postoperativ billeddannelse af nethinden hos minigrise . (A) Fundusbilleddannelse, (B) Rødfrit billede og (C) optisk kohærenstomografibilleddannelse af den nanofibrøse bærer med primære humane RPE-celler i en 1 uges opfølgning efter subretinal transplantation i et minigriseøje. (A) De gule pile angiver stedet for retinotomi. (B) Røde pile viser margenerne for den nanofibrøse cellebærer. (C) De røde pile viser den svage skygge af OCT-signalet forårsaget af den understøttende PET-ramme af den nanofibrøse bærer, som blev implanteret i det subretinale rum. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 8: Fundusbilleddannelse og iOCT-billeder af stilladserne 30 dage efter subretinal implantation i minigrisene. A, B, C, D og E svarer til svin henholdsvis 169, 182, 179, 199 og 224. De gule pile viser stilladsets ramme. Klik her for at se en større version af denne figur.
Histologisk og immunhistokemisk analyse
Efter dyrenes eutanasi blev hele minipig øjne fjernet og fastgjort i 4% paraformaldehyd (PFA) i 24 timer. Den forreste del af øjet blev fjernet, og den implanterede nanofibrøse bærer blev identificeret i den nasale centrale nethinden og isoleret med sclera fastgjort. Alt væv blev kryobeskyttet i klassificerede saccharoseopløsninger, og lodrette frosne sektioner blev skåret som beskrevet i detaljer43. Histologi af den nanofibrøse membran uden RPE-celler efter 4 ugers implantation afslørede nethinden uden betændelse og degenerative ændringer (figur 9A). Tilstedeværelsen af den nanofibrøse membran blev detekteret i polariseret lys (figur 9B).
Figur 9: Histologisk analyse af den implanterede acellulære nanofibrøse membran. Hematoxylin-eosinfarvning af den acellulære nanofibrøse membran 4 uger efter implantation (A) med standardbelysning og (B) med polariseret lysmikroskopi. Den hvide pil angiver den nanofibrøse membranlokalisering (skalabjælke: 50 μm). (C) In vivo optisk kohærenstomografi billeder af den acellulære nanofibrøse membran efter 4 uger efter implantation viser god accept og vedhæftning af den nanofibrøse membran i det subretinale rum. Den hvide pil angiver implantatets placering i tværsnitsbilledet af nethinden. Klik her for at se en større version af denne figur.
Figur 10 viser hæmatoxylin-eosin (H&E) farvning af retinale område, der indeholder de implanterede primære hRPE-celler på en nanofibrøs bærer (gul pil) i minipigøjet. Det pigmenterede udseende af de implanterede primære hRPE'er dannede et kontinuerligt, men uregelmæssigt pigmenteret lag (figur 10, røde pile). Efter længere observationsperioder (6 uger) viste neuronethinden under implantaterne et rosetlignende eller hypertrofisk reaktionslignende udseende omkring retinotomistedet, sandsynligvis som følge af iatrogen manipulation. Disse morfologiske resultater er sammenlignelige med SD-OCT-resultaterne og understøtter beviserne for den minimale indvirkning af bærerlevering på nethindevævet.
Figur 10: Histologisk analyse af den implanterede nanofibrøse membran med de primære hRPE'er. Hematoxylin-eosinfarvning af nethindeområdet indeholdende den implanterede nanofibrøse bærer (gul pil) med de primære hRPE'er i minipigøjet. Dyret blev aflivet og analyseret 6 uger efter implantation. De primære hRPE'er kunne tydeligt skelnes ved deres størrelse, runde form og pigmentering (røde pile) i det subretinale rum modsat fotoreceptorerne. Fotoreceptorkernerne i ONL bygger rosetlignende strukturer. Det subretinale rum virker hypertrofisk. Forkortelser: hRPE = primært humant retinalt pigmenteret epitel, ONL = ydre nukleært lag, INL = indre kernelag. Klik her for at se en større version af denne figur.
Immunfarvning blev udført ved anvendelse af en to-trins indirekte metode. Sektionerne blev inkuberet ved stuetemperatur natten over i CRALBP, et monoklonalt primært antistof, ved en fortynding på 1:100. Immunofluorescens blev udført under anvendelse af Alexa Fluor 488-konjugeret sekundært antistof.
De implanterede primære hRPE'er var til stede i implantationsområdet og udtrykte den typiske RPE CRALBP-markør svarende til de endogene minipig RPE-celler (figur 11A). I modsætning hertil syntes morfologien af de implanterede celler ikke at antage en monolagsform efter implantation, men forblev alligevel lokaliseret inden for det definerede subretinale rum (figur 11A, B, hvide pile). Følgende RPE/retinale markører og morfologiske udseende forblev positive efter 6 uger efter implantationsperioden: tilstedeværelsen af pigment/melaningranulat, endestadiets retinale specifikke neuronale markører for stavbipolar (PKC-alfa) og keglefotoreceptorerne (PNA) og GFAP-positiviteten - et tegn på mikroglial aktivering.
Figur 11: Immunmærkning med RPE-cellemarkøren CRALBP (cellulært retinaldehydbindende protein) hos en minigris 6 måneder efter implantation af primære hRPE'er. (A) Lodrette frosne sektioner af det behandlede svineøje blev immunmærket med CRALBP monoklonalt antistof (grønt) og kontrafarvet med DAPI (blåt). (B) Enkelt afbildning af cellekerner mærkning med DAPI i sort og hvid, da høj kontrast afslører den runde form af de enkelte hRPE-celler (nogle vist med hvide pile). Forkortelser: hRPE = humant retinalt pigmentepitel, ONL = ydre kernelag. Klik her for at se en større version af denne figur.
Okulære komplikationer
I alt var der 27 ud af 29 (93,1%) vellykkede operationer. Definitionen "vellykkede operationer" blev anvendt på de tilfælde, hvor det opererede øje ikke viste nogen klinisk signifikante postoperative komplikationer indtil tidspunktet for enukleation, der kunne påvirke den histologiske og immunhistokemiske undersøgelse. Reduceret gennemsigtighed af de optiske medier påvirkede den postoperative billeddannelse i fire tilfælde (13,7%); Ikke desto mindre blev disse øjne behandlet med yderligere histologisk og immunhistokemisk analyse.
Intraoperativ perifer nethindeløsning forekom i fire tilfælde (13,8%). I to tilfælde blev det styret ved aspiration af subretinalvæsken under væskegasudveksling og anvendelse af laserfotokoagulation af nethinden i frigørelsesområdet. I de to andre tilfælde (6,9%) var nethindeløsningen forbundet med massiv retinal og subretinal blødning, hvilket gjorde implantation af cellebæreren umulig og førte til afslutning af operationen og øjeblikkelig eutanasi af minigrisen, mens den var på operationsbordet.
Nej | Parametre | Standard anvendte indstillinger |
1 | Virektomihastighed (skærehastighed) | op til 20.000 snit/min |
2 | Venturi pumpe | 50-180 mmHg |
3 | Stigningstid | 1 sek |
4 | Vandingstryk | 18-25 mmHg |
5 | Luftinfusionstryk | 20-25 mmHg |
6 | Bipolar eksodiatermi | 18-26% |
7 | Monopolar endodiatermi | 16-18% |
8 | Laser fotokoagulation af nethinden, 532 nm | Effekt 100-150 mW |
Interval 100 ms | ||
Varighed 100 ms |
Tabel 1: Standardparametre, der anvendes under vitrektomi og laserfotokoagulation.
Dyr i alt, n | 18 |
Øjne i alt, n | 36 |
Opererede øjne, n | 29 |
Vellykket implantation, n | 27 |
Mislykkede sager, n | 2 |
Gennemsnitlig operationstid, min | 57 |
Succesrate, % | 93.1 |
Tabel 2: Resultater af den standardiserede kirurgiske teknik med subretinal implantation af cellebæreren i Liběchov minigrise mellem 2016 og 2020.
Supplerende fil 1: Resumé af undersøgelserne dedikeret til subretinal implantation af RPE-celler på cellebæreren. Klik her for at downloade denne fil.
Subretinal implantation af RPE-celler med forskellig oprindelse er en meget lovende tendens inden for øjenforskning til behandling af retinale degenerative lidelser, såsom AMD 3,4,8,9,10,11,12,13,14,15,25 . Hovedidéen med denne fremgangsmåde er at erstatte de beskadigede RPE'er med sunde RPE'er, der dyrkes ex vivo (supplerende fil 1)44,45,46,47,48. Brugen af cellebærere til transplantation af de dyrkede RPE-celler repræsenterer den mest rimelige tilgang, da de porøse membraner opretholder det polariserede RPE-cellelag i den korrekte retning med hensyn til det fotosensoriske lag.
Optimal dyremodel
Et kritisk skridt i udviklingen af sådanne behandlingsmetoder er brugen af den optimale dyremodel49. Tidligere er små og store dyremodeller blevet brugt, herunder kaniner, hunde, svin og ikke-menneskelige primater 8,9,10,11,12,13,14,15,27,29. I dette papir foreslår vi brugen af Liběchov minipig-modellen og beskriver de præoperative, kirurgiske og postoperative trin, der muliggør robust transplantationseffektivitet. Minigrisen Liběchov blev oprindeligt opdrættet for omkring 20 år siden og er ofte blevet brugt i biomedicinsk forskning inden for neurodegenerative sygdomme, såsom Parkinsons og Huntingtons sygdom29,50. Da grisen har en relativt stor hjerne med en blodforsyning og immunologisk respons svarende til hos mennesker, er den også blevet brugt som dyremodel til allogene transplantationsforsøg 51,52,53,54. Selvom minigrisenes nethinde ikke har en menneskelignende macula og fovea, indeholder den området centralis og visuelle striber, som er områder af nethinden med en høj koncentration af keglefotoreceptorer30. Den samme størrelse som det menneskelige øje, tilstedeværelsen af en kegleberiget central nethinden, det velbeskrevne immunsystem og tilstedeværelsen af metoder til vurdering af morfologi og funktion efter operationen er vigtige argumenter for brugen af denne store dyremodel i den præsenterede undersøgelse.
Kirurgisk procedure
Så vidt vi ved, er der ingen standardiserede og bredt accepterede kirurgiske teknikker til vitreoretinal transplantation af RPE-celler på bærere. Et af nøglespørgsmålene i celleerstatningsterapi er den udfordrende kirurgiske teknik, der har risiko for intraoperative og postoperative komplikationer forbundet med nethindeløsning, hypotoni, episkleral, choroidal og / eller retinal blødning og høj intraokulær turbulens, hvilket kan føre til stilladsskader. Postoperativt er der risiko for proliferativ vitreoretinopati, endophthalmitis, hypotoni, nethindeløsning og dannelseaf grå stær 4,10,13,14,15.
De første undersøgelser af tilgange, der bruger cellebærere, blev udført hos chinchilla bastard kaniner13,16,25. Selvom disse dyr repræsenterer en lille dyremodel, var resultaterne med fokus på de tekniske aspekter af operationen afgørende for udviklingen af procedurerne i store dyremodeller og opsummeres derfor nedenfor.
En specialfremstillet 23 G infusionskanyle blev oprindeligt brugt med to sideporte for at omdirigere jetstrømmen, hvilket hjalp med at løse sammenbruddet af bleben og deraf følgende retinal løsrivelse13. I denne undersøgelse bemærkede vi ikke noget sådant sammenbrud af bleb. Den mulige årsag til det kunne være den større størrelse af øjeæblet og udførelsen af kernevitrektomien med sparet glaslegeme i periferien på kanyleinfusionsstedet, hvilket kunne reducere kraften i den rettede jetstrøm.
Vanskeligheder under udstødningen af cellebæreren fra instrumentet var en anden intraoperativ hindring i smådyrsmodellerne, som blev kategoriseret som "fanget med instrumentet". Derudover foreslog forfatterne, at det resterende glaslegeme på retinaloverfladen kunne forårsage et baglæns "spring" af bæreren ud af retinotomiåbningen efter implantation. Dette problem kan løses med en enzymassisteret vitrektomi, som muliggør en jævn, kontinuerlig udstødning af cellebæreren i det subretinale rum. I de fleste tilfælde omplacerede forfatterne bæreren for at opnå en fjernere placering af implantatet væk fra retinotomi. I vores case-serie oplevede vi også en situation, hvor cellebæreren forblev fastgjort til spidsen af injektoren. Det blev imidlertid styret ved langsom og skånsom manipulation af lysrøret og injektorens spids. Vi observerede ingen resterende glaslegeme på stedet for retinotomy i nogen af vores tilfælde. Brugen af TA-assisteret PPV i operationerne kan foreslås som en metode til at reducere risikoen for restpåsiddende glaslegeme. Flere farvninger med TA kan være nødvendige for at fjerne det overliggende glaslegeme fuldstændigt.
I en anden undersøgelse blev resultaterne af subretinal implantation af humane RPE-stamceller dyrket som et polariseret cellulært monolag på en polyestermembran rapporteret24. Under forsøgene blev den samme kirurgiske teknik beskrevet tidligere brugt13, men en to-port PPV-tilgang blev anvendt. Endelig blev en trin-for-trin protokol for subretinal implantation af cellebærerkirurgi hos kaniner offentliggjort efterfølgende25. Denne undersøgelse præsenterer en meget detaljeret og let gentagelig beskrivelse af den kirurgiske procedure, herunder præoperativ og postoperativ pleje, som også er baseret på tidligere erfaringer.
Under brugen af store dyremodeller i efterfølgende undersøgelser blev ikke kun tekniske spørgsmål behandlet, men også spørgsmål vedrørende immunreaktionen på de transplanterede celler samt cellebærerstørrelsesrelaterede problemer. En undersøgelse med cynomolgusaber (Macaca fascicularis) beskrev resultaterne af subretinal implantation af humane stamcelleafledte RPE-monolag15. Alle dyrene gennemgik systemisk immunsuppression, som bestod af sirolimus (støddosis på 2 mg, daglig dosis på 1 mg) og tetracyklin (7,5 mg/kg-BW) startende 7 dage før operationen og varede 3 måneder efter operationen. Den kirurgiske procedure blev udført i henhold til protokoller beskrevet tidligere24,25. Forfatterne brugte en 25 G tre-port PPV tilgang med lysekrone endo-belysning. Det er vigtigt, at en TA-assisteret PVD blev brugt til at udelukke resterende vitreoretinal adhæsion på den bageste nethinden. Som et supplement til den oprindeligt beskrevne procedure fjernede forfatterne værts-RPE-laget inden for fremtidig implantation ved hjælp af et 20 G specialfremstillet udvideligt loop-instrument.
I vores minigrisestudie brugte vi også systemisk immunsuppression. Imidlertid adskiller typen af immunosuppression sig fra den ovenfor beskrevne. Vi administrerede en subkutan injektion af tacrolimuseluerende polymermikrosfærer som depot i en dosis på 0,25 mg/kg legemsvægt for at hæmme afstødning af celletransplantat og inflammatoriske reaktioner. Vi fjernede ikke værtens RPE-cellelag under operationen, da vores primære mål var at analysere sikkerheden ved proceduren og levedygtigheden af de implanterede celler, men ikke deres integration i værtsnethinden.
Tidligere blev sikkerheden og gennemførligheden af subretinal implantation af et monolag af hESC-afledte RPE'er på en foldbar ikke-nedbrydelig mesh-understøttet submikron parylen-C-membran (6,25 mm x 3,5 mm, 0,4 μm tyk) vurderet hos 14 Yucatán-hungrise10. Efter dyrkning blev cellerne podet på en maskeunderstøttet membran. Immunsuppression blev udført ved systemisk administration af tacrolimus (intet regime og dosis indikeret) og intravitreale injektioner af 0,7 mg af et dexamethasonimplantat ved operationens afslutning. PPV blev udført med en 20 G tilgang. Forfatterne brugte en intravitreal injektion af triamcinolonacetonid for bedre visualisering af glaslegemet. Den store sklerotomi var 2 mm til 3 mm i størrelse. Efter den subretinale injektion blev nethinden fladt med en midlertidig injektion af perfluorcarbonvæske. Efter væske-luft-udvekslingen blev der udført en silikoneolie tamponade (1.000/5.000 cSt). Postoperativ behandling omfattede okulær anvendelse af dexamethason/neomycin/polymyxin B salve 1 uge efter operationen. Forfatterne rapporterede en succesrate på 91% (dvs. effektiv subretinal implantation og tilstrækkelige postoperative billeddata). I vores undersøgelse blev den intravitreale injektion af TA-krystaller anvendt intraoperativt og hovedsageligt til at visualisere glaslegemet. Imidlertid forbliver den lokale immunosuppressive virkning af dette lægemiddel uklart. De nanofibrøse cellebærere, der blev brugt i vores undersøgelse, var 5,2 mm x 2,1 mm og 3,7 μm tykke med porestørrelser på 0,4 μm. Under operationen udførte vi direkte FAX i stedet for at injicere perfluorcarbonvæske. Vores kirurgiske succesrate (93,1%) var i overensstemmelse med og lidt bedre end Koss et al.10.
Den subretinale transplantation af fuldt nedbrydelige cellebærere (stillads) til subretinal implantation blev først undersøgt i 2019 hos Yorkshire grise14. Undersøgelsen fokuserede primært på de biologisk nedbrydelige egenskaber ved fibrinhydrogelimplantater. Forfatterne bemærkede, at den aggressive immunsuppression, der anvendes på tamsvin, kunne hæmme en lokal inflammatorisk reaktion, der potentielt kunne forårsages under bionedbrydning af fibrinhydrogelimplantaterne. De specificerede imidlertid ikke den immunsuppressive behandling, der blev anvendt til svinene. Under PPV udførte de en 3,6 mm lang sklerotomi til indsættelse af den subretinale implantationsanordning parallelt med og ca. 3,5 mm bageste til limbus. Derudover brugte de et pneumatisk drevet indsprøjtningssystem, der sigter mod at reducere ustabiliteten i håndplaceringen forårsaget af fingermanipulation. I vores case-serie var alle sclerotomierne 2,5 mm til 3,0 mm fra limbussen. Den store sclerotomi til indsættelse af injektoren var 3 mm lang. Den implantationsinjektor, der blev brugt i vores undersøgelse, blev betjent manuelt. Grundig cautery af pars plana i ciliary body og et tilstrækkeligt snit inde i den store sclerotomi synes at være afgørende for at undgå intraoperative komplikationer såsom iatrogen perifer retinal løsrivelse, blødning og tab af implantatet.
Sammenfattende beskriver vi brugen af Liběchov minipig-modellen til transplantation af RPE-celler på biologisk nedbrydelige bærere som en behandlingsmulighed for arvelige og erhvervede nethindesygdomme. Ligheder i øjets anatomi og fysiologi såvel som med hensyn til immunsystemet giver os mulighed for at udvikle og forbedre de kirurgiske teknikker og instrumentering til subretinal implantation af celler, som let kan overføres til behandling af menneskelige øjenlidelser. Det er vigtigt at sikre, at operationer på minigrise udføres ved hjælp af den samme instrumentering (herunder implantationsleveringsværktøjer), når de anvendes i menneskelige operationer, hvilket letter anvendelsen af opnået erfaring og knowhow til mennesker. Alternative dyremodeller med store øjne med tilstedeværelse af et makulært område, såsom ikke-menneskelige primater, kan være nyttige til opfølgning og analyse af de anatomiske og funktionelle ændringer efter subretinal implantation i det centrale retinale område. Den detaljerede beskrivelse af præoperative, kirurgiske og postoperative plejeprocedurer vil være nyttig til fremtidige undersøgelser ved at øge effektiv og standardiseret datagenerering.
Projektet blev støttet af The Czech Science Foundation (projektnummer 18-04393S) og Norges Grants and Technology Agency of the Czech Republic (KAPPA Programme, projektnummer TO01000107).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Technical equipment | |||
Wato EX-65 with a Mindray iMEC10 | Mindray, Shenzhen, China | Wato Ex-65 | anesthesia machine |
R-Evolution CR | Optikon, Rome, Italy | R-Evolution CR | phacoemulsifier/vitrectome |
Green laser Merilas 532α | Meridian, Thun, Switzerland | Merilas 532α | ophthalmic green laser |
Microscope Hi-R NEO 900A | Haag-Streit Surgical, Wedel, Germany) | Hi-R NEO 900A | ophthalmic surgery microscope |
Camera Sony PMW-10MD | Sony, Tokyo, Japan | PMW-10MD | full HD medical 2-piece |
Non-contact vitreoretinal surgical system MERLIN BIOM | Volk, Mentor, OH, USA | MERLIN BIOM | BIOM |
Steam sterilizer | Tuttnauer Europe B.V., Breda, NL | 3870 HSG | sterilizer |
iCam100 | Optovue, Fremont, CA, USA | iCAM100 | funduscamera |
iVue OCT100-2 | Optovue, Fremont, CA, USA | iVue OCT100-2 | OCT |
Microsurgical instruments and devices | |||
Cook Eye Speculum | Katena, New Jersey, US | K1-5403 | 15mm blades |
Ophthalmology surgical drape | Hylyard, Alpharetta, Georgie, USA | 79304 | 132 x 142cm |
Disposable Two step vitrectomy system. (23 gauge/ 0.6 mm) | DORC, Zuidland, Netherlands | 1272.ED06 | |
Infusion line for 23G / 0.6 mm infusion cannula | DORC, Zuidland, Netherlands | 1279.P | |
knife 2.75mm, IQ Geometry Tm Slit Knife Angled, Bevel Up | Surgical Specialties Corporation, Reading, USA | 72-2761G | |
Extendible 41G subretinal injection needle. (23 gauge / 0.6 mm) | DORC, Zuidland, Netherlands | 1270.EXT | |
Omnifix 3ml Luer Lock Solo siringe | BBraun, Melsungen, Germany | 4617022V | 3ml |
1ml soft-inject Tuberculin | Henke Sass Wolf, Tuttlingen, Germany | 5010.200V0 | 1ml |
8-0 Coated Vicryl | Ethicon, Puerto Rico, USA | J409G | |
Purified Silicone Oil (in syringe) 10 ml | (FCI, Paris, France) | S5.7170 | 1000cSt |
Pinnacle 360 Morris Vertical Scissors 23Ga | Synergetics, O'Fallon, USA | 10.24.23PIN | 23Ga |
Revolution DSP 23Ga ILM forceps | Alcon, Geneva, Switzerland | 706.44 | Griesharber revolution |
23ga Straight Laser Probe | Synergetics, O’Fallon, USA | 55.21.23 | |
FCI Protect 2.0% | FCI Ophthalmics, Paris, France | S5.9100 | viscoelastic |
DK Westcott style Stitch Scissors, Curve | Duckworth & Kent, Hertfordshire, England | 1-501 | Curve |
Pierse Notched Forceps, 0,3mm Straigh | Duckworth & Kent, Hertfordshire, England | 2-100-1E | 0,3mm straigh |
DK Harms-Tubingen Straight Tying Forceps | Duckworth & Kent, Hertfordshire, England | 2-504E | 6mm |
DK Needle Holder, Straigh | Duckworth & Kent, Hertfordshire, England | 3-201 | 9mm straigh |
Medications and solutions | |||
Unitropic 1% gtt. | UNIMED PHARMA spol. s r.o., Bratislava, Slovak republic | tropicamidum 10 mg/ml | eye drops |
Diprophos | Merck Sharp & Dohme B.V., Haarlem, Netherlands | betamethasonum 7 mg/ml | 1ml |
Alcon BSS Irrigation Solution | Alcon, Geneva, Switzerland | balance salt solution (BSS) | 500ml |
Betaisodona | Mundipharma, Cambridge, United Kingdom | povidon-Iodine 1g/10ml | 30ml |
Depo-medrol 120mg | Pfizer, New Yourk, USA | methylprednisolon | 5ml/200mg |
Shotapen | Virbac Carros Cedex, France | benzylpenicillin, dihydrostreptomycin | 250ml |
Flunixin a.u.v. | Norbrook, Newry, Northern Ireland | flunixinum 50,0 mg | 250ml |
Tramal 100MG/2ML | Stada Arzneimittel AG, Bad Vilbel, Deutschland | tramadol | 2ml |
Zoletil 100 | Virbac Carros Cedex, France | tiletamine, zolazepam | 100mg |
Narkeran 10 | Vetoquinol, Magny-Vernois, France | ketamin | 2ml |
Rometar 20mg/ml | Spofa pharmaceutica, Prague, Czech republic | xylazinum | 20mg |
Braunol 75mg/g | B.Braun medical, Prague, Czech republic | povidone iodine | 75mg/g |
Propofol 1% MCT/LCT | Fresenius Kabi, Bad Homburg, Deutschland | propofol | 10mg/1ml |
Isoflurane 100% Inhalation vapour, liquid | Piramal Critical Care Limited, West Drayton, United Kingdom | isoflurane | 100% |
Benoxi gtt. 4mg/1ml | Unimed pharma, Bratislava, Slovakia | oxybuprakaine | 10ml |
Neosynephrin POS 10% gtt. | Ursapharm , Saarbrücken, Deutschland | fenylefrin chloride | 10ml |
Ophthalmo-framykoin 1X5GM | Zentiva a.s., Prague, Czech republic | bacitracin zinc/hydrocortisone acetate/hydrocortisoneacetate/neomycin sulfate | 5mg |
Floxal ung. | Dr. Gerhard Mann Chem.-Pharm. Fabrik, Berlin, Germany | ofloxacin | 0.30% |
Eficur inj. | Hipra, Amer, Spain | ceftiofurum hydrochloridum | 50mg / 1ml |
Draxxin | Zoetis Inc., New Jersey, USA | tulathromycinum | 100mg / 1ml |
Tramal | Stada Arzneimittel AG, Bad Vilbel, Deutschland | tramadoli hydrochloridum | 100mg / 2ml |
Xylapan | Vetoquinol, Magny-Vernois, France | xylazinum | 0.4 mg/kg |
Proparacaine hydrochlorid ophthalmic solution 0,5% | Bausch&Lomb Incorporated Tampa, FL, USA | Proparacaine hydrochlorid | 0.50% |
Prograf | Astellas Pharma, Deerfield, Illinois, USA | Tacrolimus powder | 1mg |
Cell carrier, cultivated cells cultures, and implantation injector | |||
Falcon Cell Culture Inserts | Corning Inc., Kenneburg, ME, USA | 353103 | |
TrypLE Express Enzyme (1X) | Thermo Fisher Scientific, MA, USA | 12604021 | |
DMEM/F-12 | Thermo Fisher Scientific, MA, USA | 11320033 | |
Biolaminin 521 LN (LN521) | BioLamina, Sundbyberg, Sweden | LN521-02 | |
GlutaMAX Supplement | Thermo Fisher Scientific, MA, USA | 35050061 | |
2-Mercaptoethanol | Thermo Fisher Scientific, MA, USA | J66742.0B | |
Penicillin-Streptomycin | Sigma-Aldrich, San Luis, Mi, USA | P4333 | |
CRALBP | Novus Biologicals, Abingdon, UK | NB100-74392 | |
Alexa Fluor 488 | Thermo Fisher Scientific, Germany | 21202 |
This article has been published
Video Coming Soon
ABOUT JoVE
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved