Method Article
Descemet's Stripping Only, Fuchs Endotelyal Kornea Distrofisinden kaynaklanan merkezi kornea guttası olan hastalarda, periferik hücrelerin endotel tabakasını yenilemesi için Descemet'in zarının sıyrıldığı deneysel bir prosedürdür. Bu yazıda, eFGF1 (NM141) tarafından uyarılan hızlandırılmış iyileşme ile distrofik insan kornealarında ex vivo'da DSO'yu simüle eden yeni metodoloji sunulmaktadır.
Fuchs Endotelyal Kornea Distrofisi (FECD), disfonksiyonel kornea endotel hücrelerinden (CEC'ler) kaynaklanır ve şu anda tüm kornea veya Descemet zarının nakli ile tedavi edilmektedir. Oküler cerrahideki son gelişmeler, CEC'lerin pürüzsüz stroma üzerine göçüne izin vermek, korneaya fonksiyon ve vizyonu geri kazandırmak için guttae-yoğun Descemet zarının merkezi bir çemberinin çıkarıldığı cerrahi bir teknik olan Descemet's Stripping Only (DSO) 'yi kurmuştur. Bu potansiyel tedavi seçeneği oftalmik araştırmalar alanında büyük ilgi görmesine rağmen, DSO'nun başarılı bir ex vivo modeli oluşturulmamıştır ve klinik veriler sınırlıdır. Bu çalışma, insan donör kornealarında DSO'yu simüle eden yeni bir yara iyileştirme modeli sunmaktadır. İnsan mühendisliği FGF1'in (NM141) etkinliğini değerlendirmek için bu yaklaşımı kullanarak, tedavinin göçün uyarılması ve CEC'lerin çoğalması yoluyla iyileşmeyi hızlandırdığını bulduk. Bu bulgu, bu sonuçların DSO prosedürünün hedef popülasyonu olarak Fuchs Distrofisi olan hastalarda çoğaltılabileceğini doğrulamak için göz bankaları tarafından bildirilen distrofi belirtileri olan 11 çift insan korneasında doğrulandı.
Fuchs Endotelyal Kornea Distrofisi (FECD), kornea endotel hücrelerinde (CEC'ler) pompa fonksiyonunun kaybı ve Descemet zarının yüzeyinde kollajen ve diğer hücre dışı matriks proteinlerinin aşırı birikmesi ile karakterize bir hastalıktır ve kornea guttae1'i oluşturur. FECD için bilinen tek tedavi, hepsi rejeksiyon ve endotel hücre kaybı riski taşıyan çeşitli formlarda endotelyal keratoplastidir2. Oftalmik cerrahideki ilerlemeler bu prosedürlerin zamanla daha az invaziv hale gelmesini sağlamış olsa da, herhangi bir transplantasyon şekli reddedilme riski ve yaşam boyu steroid kullanımı olasılığı, kendi eşlik eden advers olayları olan bir tedavi ile birlikte gelir. Ayrıca, küresel donör doku sıkıntısı,3 ihtiyacı olan her 70 hasta için sadece bir donör kornea bulunabilecek şekildedir. Bu zorluklar göz önüne alındığında, araştırmacılar ve klinisyenler donör dokuya olan ihtiyacı tamamen önleyen cerrahi yöntemleri araştırıyorlar. Bu deneysel tekniklerden biri, korneanın merkezine lokalize guttalı FECD hastalarının greft yerleştirilmeden sıyrılmış merkezi 4 mm'lik bir Descemet zarı çemberine sahip olduğu Endotelyal Keratoplasti (DWEK) olmadan Descemet'in Sadece Sıyırma (DSO) veya Endotelyal Keratoplasti (DWEK) olmadan Dessemetorheksi'dir. Guttaların çıkarılması, sağlıklı periferik hücreleri içe doğru göç etmeye ve endotel tek tabakasını reforme etmeye, sonunda stromal ödemi tersine çevirmeye ve vizyonu iyileştirmeye teşvik eder. Kavram başlangıçta hastaların Descemet zarının ayrılmasıyla komplike olan bir ameliyat geçirdikleri bir dizi vaka çalışmasında tanımlanmıştır, ancak CEC yeniden popülasyonu hala 4,5,6,7 olmuştur. Bu yöntemin birçok avantajı olmasına rağmen, iyileşme süreci uzun ve tutarsızdır, çünkü bazı hastalar ameliyatı takip eden aylarda iyileşme görülmezse kurtarma nakline ihtiyaç duyarlar8. Bu nedenlerden dolayı, CEC'lerin daha hızlı göç etmesini ve çoğalmasını uyaran bir ilaç, DSO geçiren FECD hastalarının iyileşme sürecinde faydalı olabilir.
Son zamanlarda yapılan birkaç çalışma, DSO uygulanan hastalar için ek bir tedavi olarak ROCK inhibitörlerini değerlendirmiş ve tedavi edilen hastaların DSO'nun sadece 9,10,11 grubundakilerden daha hızlı iyileştiğini ve daha yüksek merkezi endotel hücre yoğunluğuna (ECD) sahip olduğunu bulmuştur. Bununla birlikte, küçük numune boyutları ve dozlama rejimleri arasındaki farklılıklar nedeniyle, bu ortamda ROCK inhibitörlerinin etkinliğini daha iyi anlamak için daha fazla veriye ihtiyaç vardır.
Fibroblast Büyüme Faktörlerinin kornea endotelinin rejenerasyonunu hem sığır CEC'leri ile in vitro hem de in vivo in feline korneas12,13 ile uyardığı gösterilmiştir. eFGF1 (NM141), çok daha kısa bir yarı ömre sahip olan 14,15 olan doğal FGF-1'in aksine, molekülü stabilize etmek için birkaç amino asit ikamesi içeren FGF-1'in tasarlanmış bir versiyonudur. Daha önce eFGF1'in (NM141) çeyrek insan kornealarında CEC'lerin ex vivo proliferasyonunu uyarma yeteneğini göstermiştik16. Bu çalışma, eFGF1 (NM141) gibi yardımcı tedavilerin bu uygulamada iyileşmeyi hızlandırıp hızlandırmadığını belirlemek için hem normal hem de distrofik kornealarda DSO'nun ilk başarılı ex vivo modelini kurarak bu çalışmayı geliştirmeye çalışmıştır.
Bu çalışma, deneklerin tanımlanması olmadan mevcut örnekleri kullanmıştır ve 45 CFR 46.101 (b) (4) uyarınca IRB onayından muaftır.
İnsan donör korneaları ABD'deki çeşitli göz bankalarından elde edilmiştir (bakınız Malzeme Tablosu). Kornealar, speküler değerlendirme sonucunda guttae, pleomorfizm, polimegatiz ve/veya düşük EKD gibi bulgulara dayanarak göz bankaları tarafından bireysel olarak distrofik olarak değerlendirildi. Şekil 1 , yara oluşumu sırasında, sıyırmadan hemen sonra ve kültürde 2 hafta sonra korneada Tripan Mavisi lekelenmesini göstermektedir.
Şekil 1: Yara oluşumu sırasında, sıyırma işleminden hemen sonra ve Trypan Blue tarafından görselleştirildiği gibi kültürde 14 gün sonra korneayı temsil eden diyagram. Bu zaman noktaları arasındaki lekeli alandaki azalma, iyileşme seviyesini belirlemek için ölçüldü. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
1. Yara oluşumu
2. Descemet'in sıyırması
3. Tripan Mavi boyama
NOT: Descemet'in sıyırılmasını takiben, yara bölgesini görselleştirmek için korneayı Tripan Mavisi ile lekeleyin.
4. Kültür dönemi
5. Alizarin Kırmızı boyama
6. Fiksasyon ve geçirgenlik
7. İmmünohistokimya
8. Trypan Görüntü Analizi
9. İstatistiksel Analiz
Bu deney başlangıçta 10 çift normal araştırma korneasında gerçekleştirildi, çünkü bunlar en kolay şekilde mevcuttu. Yöntemin başarılı olduğu gösterildikten sonra, çalışma, FECD hasta popülasyonunu temsil eden kornealarda eFGF1'in (NM141) etkilerini incelemek için speküler değerlendirmeye dayalı göz bankaları tarafından bu şekilde etiketlenmiş 11 çift distrofik korneada çoğaltıldı. Daha fazla klinik alaka düzeyi için, bu çalışmada yer alan rakamlar, aksi belirtilmedikçe distrofik kornealardan toplanan verileri temsil etmektedir.
DSO'nun cerrahi sonucu simüle edildikten sonra, Tripan Mavisi boyama yapıldı ve 14 günlük kültür periyodu boyunca tekrarlandı ve pozitif boyamadaki azalma yara iyileşmesini değerlendirmek için ölçüldü (Şekil 2). Alizarin Kırmızı boyama da hücre sınırlarını belirlemek için 14. günde yapıldı. Net bir patern görünmeyen koyu kırmızı alanlar (bundan böyle negatif boyama olarak anılacaktır), lezyonun iyileşmemiş bölümünde ve hücrelerin hasar gördüğü veya eksik olduğu varsayılan korneanın diğer bölgelerinde tutarlı bir şekilde ortaya çıkmıştır. 14. günde Tripan Mavisi için pozitif boyanan alanlar, Alizarin Kırmızısı tarafından negatif boyanma ile iyi bir şekilde uyuşuyordu (Şekil 2). eFGF1 (NM141) ile tedavi edilen tüm distrofik kornealar, tedavi edilmeyen eşe kıyasla 14. günde daha fazla iyileşme gösterdi. Ortalama olarak, tedavi edilen kornealarda kontrol kornealarında %38'e karşılık %91 iyileşme göstermiş ve bu fark istatistiksel olarak anlamlıydı (p < 0.001) (Şekil 3A). Bu, kontrollerin ortalama% 32 iyileşme gösterdiği ve tedavi edilen korneaların% 81'e ulaştığı 20 normal korneadan elde edilen sonuçlarla karşılaştırılabilir, bu da yine istatistiksel olarak anlamlıydı (p < 0.001) (Ek Şekil 1). İyileşme yüzdesi, eşit varyans varsayılarak iki örnek t-testi kullanılarak normal ve distrofik kornealar arasında karşılaştırıldı ve kontrol veya tedavi gruplarında anlamlı bir fark görülmedi (veriler gösterilmedi).
Hem normal hem de distrofik kornealar için göz bankaları tarafından sağlanan donör bilgileri (Tablo 1), yaş, Optisol'de saklanan günler, ölümden toplama aralığına, hücre yoğunluğuna ve cinsiyete kadar olan özelliklerin iyileşme ile ilişkili olup olmadığını belirlemek için analiz edildi. Pearson'ın korelasyon katsayısı (r), erkekler ve kadınlar arasındaki iyileşmeyi karşılaştırmak için eşleştirilmemiş bir t-testi kullanılarak değerlendirilen cinsiyet dışındaki tüm faktörleri araştırmak için kullanıldı. R'nin mutlak değeri her durumda 0.25'in altındaydı, bu da iyileşme ve yaş, Optisol'de depolanan günler, toplama aralığına ölüm veya hücre yoğunluğu arasındaki herhangi bir korelasyonun ihmal edilebilir olarak kabul edildiğini gösteriyordu. Erkekler ve kadınlar arasındaki iyileşme farkı istatistiksel olarak anlamlı değildi (p = 0.53).
Normal veri setine benzer şekilde, 22 distrofik korneadan 10'u, lezyon içindeki lekeli bölgeye bağlı soyulmuş alanın dışında, en az bir zaman noktasında (genellikle Gün 3) kayda değer Tripan boyaması ile sunuldu - periferik boyama olarak adlandırdığımız bir gözlem (Şekil 4A). Bu 10 kişiden sadece ikisi, tedavi edilen meslektaşları aynı etkiyi göstermeyen kontrol kornealarıydı. Kalan sekizi eşleşen çiftlerdi ve aynı bireyden kornealar arasında benzer şiddette sunuldular. Boyama paternleri normal ve distrofik kornealar arasında karşılaştırılabilir olmasına rağmen, periferik boyama sıklığı distrofik veri setinde korneaların %45'i pozitif iken normal grupta %25'e kıyasla daha yüksekti. Şekil 4A , lezyonun dışındaki lekeli alanın 6. Gün görüntülerinde yara kenarıyla buluştuğu ve yavaş yavaş geri çekildiği için periferik boyama için pozitif olarak kabul edilen bir çifti göstermektedir. İlgili Alizarin Kırmızısı görüntülerinde, periferik Trypan boyaması olan bölgelerdeki hücreler, soyulmuş bölgeye göç eden hücreler gibi, genişlemiş ve anormal şekilli görünüyordu ve negatif boyama, Trypan Blue'nun 14. Günde bulunduğu alanlarla ilişkiliydi. Kültür dönemi boyunca etkilenen korneanın büyük bir kısmına rağmen, lekeli çevrenin kısmen veya tamamen temizlenmesi 10 korneanın hepsinde meydana geldi. Ek olarak, 14. Günde iyileşen son yüzde, bir kornea hariç herkes için tedavi grubuna bağlı olarak normal aralıktaydı. Aykırı değer (Şekil 4A'da resmedilen 0811L), 14. Günde hala lezyon alanına bağlı olan periferik boyama kalıntıları nedeniyle negatif yüzde iyileşmiş bir değer döndürmüştür (Şekil 3A ve Şekil 4A). Uzak periferik boyama olarak adlandırılan ikinci bir boyama paterni, Şekil 4B'deki Alizarin Kırmızısı görüntülerinde yakalandı, ancak birçok korneada kültür dönemi boyunca Trypan Blue görüntülerinde de belirgindi (Şekil 4B). Bu gözlem, limbüsün etrafında koyu renkli bir lekelenme halkası ile karakterizedir ve tehlikeye atılmış endotel olduğunu gösterir. Terime rağmen, bu model hem normal hem de distrofik kornealarda o kadar yaygındı ki, periferik boyama için pozitif olarak sayılmadılar. Bu görüntülerde, kontrol korneası, her iki korneaların da kültür döneminin başlarında benzer şiddete ve boyama modeline sahip olmasına rağmen, 14. Günde daha canlı ve kapsamlı boyama gösterdi. Tedavi edilen korneada ayrıca, bu gözlemler nicel olarak ölçülmemesine rağmen, kontrole kıyasla daha kompakt ve altıgen görünen görünüşte daha fazla sayıda hücre olduğu belirtildi. Periferideki eğrilik nedeniyle, sadece soyulmuş alanın içinde ve hemen çevresinde Tripan boyama kantitatif analize dahil edildi. Tüm distrofik kornealarda yüzde boyalı değerlerin ortalaması alındığında, periferik boyamanın ortaya çıkışı, periferik boyamanın daha az yaygın olduğu normal kornealarda görülen sabit azalmanın aksine, 0. Gün'den itibaren ilk artışla sonuçlandı (Şekil 3B).
Konfokal görüntüleme ile görselleştirilen immünohistokimya, CEC sıkı kavşaklarının fonksiyonel bir belirteci olan ZO-1'in lezyon kenarının içinde ve çevresinde yarı organize ekspresyonunu ortaya koymaktadır (Şekil 5), Alizarin Kırmızı boyama ile benzer şekilde kanıtlanmış bir model (Şekil 2 ve Şekil 4). Pleomorfizm ve polimegatizem, çoğu distrofik korneada ZO-1 tarafından görülebilir; Bununla birlikte, bu gözlem hastalıklı durumlarına bağlanabilir ve kültürlemeden önce korneaların speküler muayenesi üzerine göz bankası tarafından not edilmiştir. Düzensiz ZO-1 ekspresyonu, hücrelerin içeri doğru göç ettiği tedavi edilen korneaların lezyon alanında, Alizarin Kırmızısı desenleriyle de tutarlı olarak gözlenir. EdU içeren hücreler lezyonun sınırının çevresinde ve lezyonlu bölgenin içinde kontrol altında ve tedavi edilen kornealarda görülebilir (Şekil 5). Göç eden CEC'lerin paterni aynı zamanda kontrol kornealarında çoğu hücrenin lezyon kenarının iki alanında bulunduğu, tedavi edilen kornealardaki CEC'lerin soyulmuş alan boyunca görülebildiği Trypan Blue sonuçlarını da yansıtır (Şekil 2).
Bu çalışmada proliferasyonun iyileşmeye katkıda bulunduğunu doğrulamak için nitel bir ölçüt olarak EdU etiketlemesi yapılmıştır. Bununla birlikte, EdU içeren hücrelerin miktarı, lezyonun içinde ve çevresinde tutarlı, tekrarlanabilir görüntülerin yakalanmasını engelleyen kornea şişmesi nedeniyle sistematik olarak gerçekleştirilememiştir. Vekil olarak, DSO modelinin kurulmasından önce yapılan bir çalışmada yapılan nicel analiz, eFGF-1'in (NM141) proliferasyon üzerindeki etkilerini göstermek için dahil edilmiştir (Şekil 6). Normal insan donör korneaları bir neşter kullanılarak dörde bölündü ve daha önce tarif edildiği gibi 48 saat boyunca eFGF1 (NM141) olsun veya olmasın, EdU varlığında kültürlendi (Eveleth, 2020)16. Hoechst 33342 ve EdU etiketli hücrelerin görüntülenmesi ve müteakip analizi, çeyreklerin bozulmamış orta bölgesinde ve kenar bölgesinde, korneanın kesildiği üç alanda ayrı ayrı gerçekleştirildi. Orta bölgede, EdU'yu içeren hücrelerin yüzdesi, analiz edilen 10 kornea boyunca düşük ve oldukça değişkendi. Ortalama olarak, eFGF1 (NM141) ile tedavi edilen çeyrekler, orta bölgede kontrollere (% 1.8 ±% 2.9) kıyasla daha yüksek EdU katılım seviyelerine sahipti (% 4.1 ±% 7.9), ancak bu fark istatistiksel olarak anlamlı değildi (p = 0.239). Yara kenarında, eFGF1 (NM141) ile uyarılan tedavi edilen çeyrekler, kontrol çeyreklerine kıyasla (% 10 ±% 9.6, p = 0.012) ortalama alındığında (% 18.1 ±% 11.5) anlamlı derecede daha yüksek EdU birleşme oranları göstermiştir.
Tablo 1: Bu çalışmada kullanılan 22 distrofik ve 20 normal kornea ile daha önce EdU kantitasyonu için kullanılan 10 normal kornea için donör bilgileri. Bu tabloyu indirmek için lütfen tıklayınız.
Resim 2: Descemet'in sıyırılması sonrası korneaların hayati boya boyaması. Distrofik insan korneaları, merkezi 4 mm'lik Descemet zarından sıyrıldı ve 14 gün boyunca eFGF1 (NM141) (100 ng / mL) ile veya eFGF1 (NM141) olmadan inkübe edildi. Lezyonlar 0, 3, 6, 9, 12 ve 14. günlerde Tripan Blue boyaması ile görüntülendi. CEC sınırları, 14. günde Alizarin Kırmızısı boyama ile görselleştirildi. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Distrofik insan korneaları, eFGF1 (NM141) ile kültürlendiğinde DSO'dan önemli ölçüde daha fazla iyileşme göstermektedir. (A) İyileşme yüzdesi, ImageJ kullanılarak 14. Günde lekelenmiş alanın ölçülmesi ve bunu 0. Günde boyanan yüzde ile karşılaştırılmasıyla belirlenmiştir. (B) Zaman içinde grafiklendirilen ortalama boyanmış yüzde, normal kornealarda tutarlı bir düşüş gösterirken, periferik boyama prevalansının daha yüksek olması nedeniyle distrofik kornealarda 3. günde zirveye ulaşır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Distrofik korneaların periferik boyama ile vital boya boyaması. (A) Bozulmamış Descemet zarının tripan boyaması, merkeze doğru ilerlediği, daha sonra hem kontrol hem de tedavi edilen kornealarda zamanla temizlendiği görülebilir. (B) Limbüs çevresindeki Alizarin paternleri, periferik hasarın tipik bir gözlemini ve birçok donör korneada görülen endotelin düzensiz yeniden oluşumunu temsil eder - bu durumda distrofiktir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 5: Soyulmuş distrofik kornealarda eFGF1 (NM141) ile göçün uyarılması ve CEC'lerin çoğalması. Descemet'in soyulmuş kornealarının konfokal mikrografları ZO-1 (kırmızı), EdU (yeşil) ve Hoechst 33342 (mavi) için boyanmıştır. Noktalı çizgi, görüntünün sol tarafında soyulmuş alan ve sağda sağlam Descemet'in zarı ile lezyon kenarını temsil eder. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 6: Normal kornealardan çoğalan hücrelerin bir neşter kullanılarak dörde bölündüğü ve 48 saat boyunca eFGF-1 (NM141) olsun veya olmasın EdU içeren ortamlarda inkübe edilmesi. Çeyrekler, bozulmamış orta bölgede ve kesilmiş kenar boyunca üçlü olarak görüntülendi ve orta ve kenar bölgelerinde EdU'yu içeren hücrelerin yüzdesini belirlemek için sayımların ortalaması alındı. Oküler Farmakoloji ve Tedavi Dergisi'nden değiştirilen şekil, izinalınarak kullanılmıştır 16. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Ek Şekil 1: Normal insan korneaları, eFGF1 (NM141) ile kültürlendiğinde DSO'dan önemli ölçüde daha fazla iyileşme gösterir. ImageJ lekeli alanları ölçmek ve iyileşme yüzdesini belirlemek için kullanıldı. Bu Dosyayı indirmek için lütfen tıklayınız.
Birçok göz doktorunun DSO'yu hastalarına iki ana nedenden dolayı önerme konusunda endişeleri vardır: 1) uzun iyileşme süreci ve 2) veri eksikliği (DSO, oftalmik cerrahi alanında yeni bir kavramdır). Sunduğumuz araştırma, bu endişelerin her ikisini de hafifletmek için büyük fayda sağlayacaktır. Bu çalışmadan ve diğerlerinden elde edilen verilere dayanarak, FDA, eFGF1'in (NM141) DSO17 uygulanan hastalara değişen doz programlarında uygulanacağı bir Faz 2 klinik çalışmasını onaylamıştır.
Yukarıda tarif edilen yöntem, Soh ve ark. tarafından yapılan ve kornea endotel iyileşmesinin hem çizilmiş hem de soyulmuş yaralarda ROCK inhibitörü Y-27632 ile ve ROCK inhibitörü olmadan değerlendirildiği bir çalışmadan sonra modellenmiştir18. Y-27632, Descemet'in zarı hala sağlam olan endotel rejenerasyonunu hızlandırırken, sıyrılmış yaralarda tedaviyle bile önemli bir iyileşme bulunamadı. Benzer bir sıyırma tekniğini ve ardından eFGF1 (NM141) ile veya eFGF1 (NM141) olmadan tedavi kullanarak, bulduğumuz gözlemler Soh ve meslektaşlarınınkilerle tutarlı değildi. 14. Günde tedavi edilen birçok korneada Tripan Mavisi boyamasının olmaması ve reforme edilmiş endotel tabakası içinde ZO-1 pozitif sıkı kavşakların varlığı, CEC'nin doğal fonksiyonunun bir parçası olan sağlam bir bariyerin hem normal hem de distrofik kornealarda restore edildiğini savunmaktadır. Bu çalışmada nicelleştirilmemiş olsa da, soyulmuş alanın içinde ve çevresinde EdU-pozitif hücrelerin varlığı, daha önce kurduğumuz bir iyileşme mekanizması olarak proliferasyonun, yaralı kornealarda eFGF1 (NM141) tarafından uyarılabileceğini düşündürmektedir. İstatistiksel analiz, eFGF1 (NM141) ile yapılan tedavinin, DSO'dan önemli ölçüde daha fazla iyileşme ile sonuçlandığını, 14 günlük zaman diliminde kontrol kornealarının ortalama iki katından daha yüksek olduğunu göstermiştir. İyileşme oranları bireyler arasında orta derecede değişmekle birlikte - donör korneaların tipik bir özelliği - sonuçların büyük örneklem büyüklükleri üzerinde tekrarlanabilirliği de oldukça ölçülebilir bir yöntem olduğunu kanıtlamaktadır. Bildiğimiz kadarıyla literatürde ex vivo Descemet'in sıyırma modelinin başka bir örneği yoktur.
DSO'yu inceleyen diğer araştırmacılar için değerli olacak protokolün kendisinin temel bileşenleri, çıplak stromayı tespit etmek için Trypan Blue'nun kullanılması ve lekeli alanı ölçmek için kullanılan görüntü işleme tekniğidir. Tripan Mavisi, oftalmik cerrahide, özellikle canlı olmayan hücreleri tespit etmek ve dokunun görünürlüğüne yardımcı olmak için Descemet'in zarıyla çalışırken yaygın olarak kullanılır. Bu protokolde yer alan boyama zaman noktaları, korneaları Trypan Blue'ya aşırı maruz bırakmadan etkili tekrar boyama yapılmasına izin verdi, çünkü yüksek konsantrasyonlarda CEC'ler için toksik olduğu gösterilmiştir19. Alizarin Red ve immünohistokimya tarafından göç edilen CEC'lerin sonucu olduğu doğrulanan tüm kornealarda lekeli alanın 14 gün boyunca azaltılması, iyileşmeyi ölçmek için basit ve tekrarlanabilir bir yöntem göstermektedir. ImageJ'nin renk eşiği menüsünü kullanarak, birden fazla analist standart sapmaları sürekli olarak %1'in altında olan verileri topladı (veriler gösterilmedi). Alternatif programlar benzer şekilde performans gösterebilse de, ImageJ iyileşmeyi izlemek için doğru alan ölçümleri üretebilen açık kaynaklı bir yazılımdır.
Bununla birlikte, sıyırma protokolünün, yara oluşumu için her ikisini de gerekli bulduğumuz, ancak genel iyileşme sürecine engel olan bir yönü vardır. Descemet'in zarını biyopsi yumruğunun bıraktığı iz boyunca puanlamak için keskin, 30 G'lik bir iğne kullanmak, klinisyenler tarafından daha hızlı iyileşmeyi desteklemek için not edilen pürüzsüz, dairesel bir yaranın oluşturulmasını sağlar10. Aynı zamanda, bu adım korneaya zarar verir, çünkü stromal liflerde stromal hücre ölümüne neden olan gözyaşları oluşturabilir, endotel hücrelerinin yara kenarı boyunca göçünü engelleyebilir ve ameliyat sonrası daha kalıcı ödem ile sonuçlanan nodüllerin oluşumunu indükleyebilir20. DSO uygulayan klinisyenler tipik olarak yarayı başlatmak için ters bir Sinskey kancası kullanırlar, ancak korneayı gergin tutan herhangi bir göz içi basıncı olmadan, bu araç ex vivo modelinde daha az etkilidir. Altta yatan stromaya zarar vermeden Descemet'in zarını yırtabilen alternatif bir alet, örneğin Macsai ve Shiloach10 tarafından önerilen sulama ve aspirasyon el aleti gibi protokolü geliştirecektir. Bu tekniğin ex vivo modelle uyumlu olup olmadığını belirlemek için daha fazla deneye ihtiyaç duyulacaktır.
Ex vivo modele özgü görünen bir zorluk, özellikle distrofik kornealarda, yaranın periferik bölgesinde CEC ölümünün sık görülmesidir. Bu bazen yara bölgesinin kantitatasyonunu gizler, çünkü lekeli alan korneanın merkezinin ötesine uzandıkça renk eşik aracının doğruluğu daha sınırlı hale gelir ve eğriliği eşit olmayan ışık dağılımına neden olur. Bununla birlikte, bu değişken ölçümler öncelikle periferik boyama, hasarlı CEC'ler temizlendikçe ve komşu hücreler onları değiştirmek için gerildikçe, göç ettikçe veya çoğaldıkça yavaş yavaş geri çekilmeden önce daha erken zaman noktalarında meydana geldi. Son 14 günlük zaman noktasında, lekeli alan korneanın merkezine geri dönmüştü ve tüm görüntüler ölçülebilirdi. Benzer bir gözlem, 14 normal korneadan beşinin, kültür periyodu18'in başlarında 'Prematüre Kültür Yetmezliği' (PCF) olarak adlandırdıkları şeyi sundukları Soh ve ark. tarafından karşılaştırılabilir sıklıkta yapılmıştır. Hasar kornealarımızda zamanla tersine dönmüş ve yine de vakalarında kalıcı olsa da, bu, yöntemlerinin korneanın daha geniş bir alanını yaralamayı gerektirdiği gerçeğine bağlanabilir. Distrofik kornealarda daha yaygın periferik Tripan boyamasının gözlenmesi, distrofik korneaların endotel hücre ölümüne sağlıklı kornealardan daha duyarlı olduğunu gösterebilir. Bu hücre ölümünün kesin nedeni henüz aydınlatılamamış olsa da, bu konunun in vivo olarak insan kornealarıyla ilgili olmasının muhtemel olmadığına inanıyoruz. Periferik endotel hasarı, DSO'nun bildiğimiz kadarıyla herhangi bir klinik vaka çalışmasında bildirilmemiştir, bu da bu fenomenin donör kornealara özgü olduğunu düşündürmektedir. ex vivo 6,8,10,11,21. Sadece kontrol kornealarının boyandığı iki örnek dışında, periferik boyamanın tüm gözlemleri eşleştirildi, bu nedenle nedenin eFGF1'e (NM141) maruz kalması muhtemel değildir. Bununla birlikte, bu gibi durumlarda tedavinin, aksi takdirde her iki korneada periferik lekelenmeye neden olacak hasara karşı koruyucu bir etki sağlamış olması mümkündür. Bu hipotez üzerinde daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır.
Bu yöntemin bir başka sınırlaması, DSO'nun amaçlandığı FECD fenotipini temsil eden donör korneaların tedarik edilmesidir. Her türlü donör kornea azdır, bu nedenle donör doku kullanımından kaçınan bir ameliyata ihtiyaç vardır. Bizim amaçlarımız için, mevcut tek kornea, çeşitli nedenlerle nakilden reddedilenlerdir. Göz bankaları ayrıca bu korneaları gutta varlığı, düşük veya ölçülemeyen ECD ve düzensiz CEC morfolojisi gibi kriterlere göre normal veya distrofik olarak sınıflandırır. Bir göz bankasından doku kabul etmeden önce distrofik bir tanıyı doğrulamak da neredeyse imkansızdır, çünkü çoğu donörün tıbbi öyküsü geçmiş oküler öyküyü içermez ve sağlanan tek bilgi ECD değeri, teknisyenin notları ve bazı durumlarda temsili bir speküler görüntüdür. Bu çalışma için elde edilen distrofik kornealar, kültür periyodu tamamlandıktan sonra yapılan konfokal mikroskopi üzerine konfluent santral guttae göstermedi, bu da FECD'nin "erken" aşamalarını temsil edebileceğini düşündürmektedir. Bunun çalışmanın etkileri üzerinde önemli bir etkisi olmasını beklemiyoruz, çünkü DSO'nun amacı, sağlıklı periferik hücrelerin içe doğru göç etmesine izin vererek guttae'nin akıcı alanlarını çıkarmaktır.
Bu yöntem, CEC proliferasyonunu ve göçünü etkileyebilecek ajanları değerlendirmek için oldukça uygulanabilir ve tekrarlanabilir bir teknik sağlar. Model, insan kornea dokusu grefti22,23,24'e tohumlandığında bile, kültürlenmiş CEC'leri içeren in vitro modellerden fizyolojik olarak daha alakalı kılan çeşitli özelliklere sahiptir. İlk olarak, uyarılacak CEC'ler tam olarak hastanın gözünde olduğu gibi tek katmanlı bir tabakadadır ve klinik DSO'dan sonra olduğu gibi kornea stroması boyunca göç ederler. Söz konusu stroma, CEC'lerle aynı hastadandır, bu nedenle FECD ile ilişkili potansiyel stromal farklılıkları kontrol eder. Kültürleme işlemi sırasında CEC'lerin kültürlerini Endotelyal - Mezenkimal Geçiş (EnMT) için ilişkili zorluklar ve potansiyel ile genişletmeye, ayrıştırmaya ve genişletmeye gerek yoktur. Tarif edilen protokolün kendisi klinik DSO prosedürüne çok benzer. Kültür ve genişleme adımlarını atlarken, bu yöntem, epitel tabakası korunmadığı için çalışma süresinin kornea şişmesi ile sınırlandırılması sınırlamasına sahiptir. Bu, soyulmuş alanı kaplamak için göç eden CEC'lerin morfolojisini araştırmamızı engeller ve sonunda bu modelde altıgen bir diziye yeniden düzenlenip düzenlenmeyeceklerini belirsiz bırakır. Garcin ve ark., geleneksel organ kültüründe tutulan kornealardan önemli ölçüde daha az ödem ile korneaları kültürde 3 aya kadar tuttuğu gösterilen bir cihaz olan aktif depolama makineleri (ASM) ile potansiyel bir çözüm geliştirmişlerdir25. Böyle bir cihaz, bu çalışmanın çoğaltılmasında ve genişletilmesinde yardımcı olabilir.
Bu model, diğer yara iyileştirici tedavileri (örneğin, ROCK inhibitörleri) test etmede, cerrahi teknikteki modifikasyonları değerlendirmede ve farklı donör popülasyonları veya hastalık aşamaları arasındaki iyileşmeyi karşılaştırmada potansiyel faydaya sahiptir. Bu araştırmanın, ortaya çıkan klinik çalışma verileriyle birlikte, klinisyenleri DSO'yu uygun FECD hastaları için değerli bir tedavi seçeneği olarak görmeye teşvik ettiğini umuyoruz.
DDE, SP, GD ve JW, Trefoil Therapeutics, Inc.'in çalışanlarıdır ve bu şirketlerde özkaynağa sahiptir.
Bu çalışmanın finansmanı Trefoil Therapeutics ve NIH NCATS TRND CRADA #2016-04 tarafından desteklenmiştir. Yazarlar, histopatoloji önerileri ve hizmetleri için Tony Wong'a, konfokal mikroskoplarını kullandıkları için UC San Diego'daki Nikon Görüntüleme Merkezi'ne ve cerrahi teknik konusundaki tavsiyeleri için Dr. Natalie Afshari ve Marian Macsai'ye teşekkür etmek istiyor. Ek olarak, yazarlar kornea sağladıkları için göz bağışçılarına ve göz bankalarına şükranlarını sunarlar.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.2µm sterile 1000 mL filter units | VWR | 10040-440 | |
0.2µm sterile 250 mL filter units | VWR | 10040-464 | |
0.2µm sterile 500 mL filter units | VWR | 10040-436 | |
10mL syringe Luer-Lok Tip | Becton Dickinson | 302995 | |
12 well tissue culture treated plate | Corning | 3513 | |
15 mL conical Tubes | VWR | 89039-668 | |
16% paraformaldehyde (PFA) | Electron Microscopy Science | 15710 | |
2mL aspirating pipette | VWR | 414004-265 | |
310 direct heat CO2 incubator | Forma Scientific | 13-998-082 | Set to 37°C, 6% CO2 |
50 mL conical tubes | VWR | 89039-660 | |
5-Ethynyl-2'-deoxyuridine (EdU) | Thermo Scientific | C10337 | |
5mL, 10mL, 25mL and 50mL serological pipettes | VWR | 89130-896, -898, -900, -902 | |
6 well tissue culture treated plate | Corning | 3516 | |
70% ethanol | BDH | BDH1164-4LP | |
Alexa Fluor 488 azide | Thermo Scientific | A10266 | |
Alizarin Red S | Sigma | A5533-25G | |
Analytical balance | Sartorious | R200D | |
Antibiotic & Antimycotic 100x (anti-anti) | Thermo Scientific | 15240-062 | |
Anti-magnetic stainless steel forceps | Excelta | 7-SA | |
Bottle top dispenser | Ward's Science | 470134-946 | |
Bovine serum albumin (BSA) | Fisher Scientific | BP9700-100 | |
Calcium chloride (CaCl) | Amresco | 1B1110-500G | |
Chex-all II sterilzation pouches | Propperman | 24008 | |
Cirpofloxacin hydrochloride | Alfa Aesar | J61970 | |
Copper (II) sulfate pentahydrate (CuSO4) | Sigma | 469130-50g | |
Dissecting microscope | Nikon | SMZ1270 | |
Dry vacuum pump | Welch | 2019B-01 | |
Fetal bovine serum (FBS) | Thermo Scientific | A31606-01 | |
Frosted micro slides | VWR | 48311-703 | |
Galaxy miniStar microcentrifuge | VWR | C1413, VWR | |
Goat anti-mouse IgG (H+L) secondary antibody, Alexa Fluor Plus 555 | Thermo Scientific | A32727 | |
Goat serum | Sigma | G9023 | |
Haemo-Sol detergent | Haemo-Sol International LLC | 026-050 | |
Hoechst 33342, trihydrochloride, trihydrate | Thermo Scientific | H3570 | |
Hot plate/stirrer | Corning | PC-320 | |
Human corneas | Lions Eye Institute for Transplant and Research, Advancing Sight Network, Eversight Eye Bank, Lions Vision Gift, and Georgia Eye Bank | NA | |
Hydrochloric acid (HCl) | BDH | BDH7204 | |
ImageJ | National Institute of Health | Version 1.52a | |
Infinity 3s microscopy camera | Lumenera | 1URCAP2 | |
Infinity analyze software | Lumenera | Version 6.5.5 | |
Insulin transferrin selenium (ITS) | Corning | 41400-045 | |
Iris scissors, 11 cm | World Precision Instruments | 501264-G | |
L- Ascorbic acid | Sigma | A4544-25G | |
Manual single channel pipet | Rainin | 17014-392, -391, -382 | |
Needle PrecisionGlide 30G | Becton Dickinson | 305106 | |
N-Met141 TTHX1114 | Biopharmaceutical Development Program | NA | |
Opti-Mem I + GlutaMAX-1 (Opti-MEM) | Thermo Scientific | 51985-034 | |
Orion Star A211 pH meter | Thermo Scientific | STARA211 | |
Petri dishes | VWR | 89107-632 | |
Potassium chloride (KCl) | BDH | BDH9258-500G | |
Potassium phosphate monobasic (KH2PO4) | VWR | 0781-500G | |
Powerpette plus pipet controller | VWR | 75856-456 | |
Precision water bath 188 | Precision Scientific Incorporated | WB05 | Set to 37°C |
Purifier Class II model biosafety cabinet | Labconco | 36213043726 | |
Safe-Lock tubes, 1.5 mL | Eppendorf | 22363212 | |
Scalpel size 22 stainless steel | Sklar | 446479 | |
Sodium chloride (NaCl) | VWR | 2041-2.5K | |
Sodium hosphate dibasic (Na2HPO4) | VWR | 0404-1KG | |
Standard shaker | VWR | 89032-092 | |
Standard solid refrigerator | VWR | 10820-402 | Set to 4°C |
Sterilmatic autoclave | Market Forge | STM-EL | |
Syringe filters | VWR | 28145-477 | |
Test tube rocker | Thermo Scientific | M48725Q | |
Tru-Punch disposable biopsy punch, 4 mm | Sklar | 96-1146 | |
Trypan Blue | Thermo Scientific | 15250-061 | |
Tween-20 | Sigma | P7949-100mL | |
Vibrance antifade mounting medium with DAPI | Vector Laboratories Inc. | H-1800 | |
VistaVision cover glasses, no. 1 | VWR | 16004-098 | |
Vortex Genie 2 | Fisher Scientific | G-560 | |
ZO-1 monoclonal antibody (ZO1-1A12) | Thermo Scientific | 33-9100 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır