Name: simulating the mechanics of lens accommodation via a manual lens stretcher
Uploaded: 2018-02-23T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Simulating the Mechanics of Lens Accommodation via a Manual Lens Stretcher at JoVE.com

Følgende protokoller er accepteret under University of Marylands institutionelle Animal Care og brug udvalg samt de institutionelle Review Board. Protokollerne følge føderale, statslige og lokale standarder og retningslinjerne, der er fastsat ved University of Maryland politik om biosikkerhed.
1. dissektion af Eye prøve
<ol><li>
Opnå en eye prøve fra lokale slagteri eller væv bank. Hvis en hele øjet globe er opnået, straks udtrække linse, vedlagte zonules og glaslegemet.</s...

<ol>
	<li>Von Helmholtz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Uber+die+akkommodation+des+auges.">Uber die akkommodation des auges.</a> Arch Ophthal. 1, 1-74 (1855).</li><li>Schachar, R. A., Black, T. D., Kash, R. L., Cudmore, D. P., Schanzlin, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mechanism+of+accommodation+and+presbyopia+in+the+primate.">The mechanism of accommodation and presbyopia in the primate.</a> Ann Ophthalmol. 27, 58-67 (1995).</li><li>Glasser, A., Campbell, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Presbyopia+and+the+optical+changes+in+the+human+crystalline+lens+with+age.">Presbyopia and the optical changes in the human crystalline lens with age.</a> Vision Res. 38 (2), 209-229 (1998).</li><li>Reilly, M. A., Hamilton, P. D., Perry, G., Ravi, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+the+behavior+and+natural+and+refilled+porcine+lenses+in+a+robotic+lens+stretcher.">Comparison of the behavior and natural and refilled porcine lenses in a robotic lens stretcher.</a> Exp Eye Res. 88, 483-494 (2009).</li><li>Langenbucher, A., Huber, S., Nguyen, N. X., Seitz, B., Gusek-Schneider, G. C., K&#252;chle, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+accommodation+after+implantation+of+an+accommodating+posterior+chamber+intraocular+lens.">Measurement of accommodation after implantation of an accommodating posterior chamber intraocular lens.</a> J Cataract Refract Surg. 29 (4), 677-685 (2003).</li><li>Ehrmann, K., Ho, A., Parel, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+analysis+of+the+accommodative+apparatus+in+primates.">Biomechanical analysis of the accommodative apparatus in primates.</a> Clin Exp Optom. 91 (4), 411 (2008).</li><li>Pinilla Cort&#233;s, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Protocols+for+Ex+Vivo+Lens+Stretching+Tests+to+Investigate+the+Biomechanics+of+the+Human+Accommodation+Apparatus.">Experimental Protocols for Ex Vivo Lens Stretching Tests to Investigate the Biomechanics of the Human Accommodation Apparatus.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (5), 2926 (2015).</li><li>Fisher, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+elastic+constants+of+the+human+lens.">The elastic constants of the human lens.</a> J Physiol. 212 (1), 147-180 (1971).</li><li>Eppig, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+eye+model+and+measurement+setup+for+investigating+accommodating+intraocular+lenses.">Biomechanical eye model and measurement setup for investigating accommodating intraocular lenses.</a> Z Med Ohys. 23 (2), 144-152 (2013).</li><li>Manns, F., Parel, , et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Response+of+Human+and+Monkey+Lenses+in+a+Lens+Stretcher.">Response of Human and Monkey Lenses in a Lens Stretcher.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 48 (7), 3260 (2007).</li><li>Scarcelli, G., Kim, P., Yun, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+measurement+of+age-related+stiffening+in+the+crystalline+lens+by+Brillouin+optical+microscopy.">In vivo measurement of age-related stiffening in the crystalline lens by Brillouin optical microscopy.</a> Biophys J. 101 (6), 1539-1545 (2011).</li><li>Besner, S., Scarcelli, G., Pineda, R., Yun, S. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Vivo+Brillouin+Analysis+of+the+Aging+Crystalline+Lens.">In Vivo Brillouin Analysis of the Aging Crystalline Lens.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 57 (13), 5093 (2016).</li><li>Cortes, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Protocols+for+Ex+Vivo+Lens+Stretching+Tests+to+Investigate+the+Biomechanics+of+the+Human+Accommodation+Apparatus.">Experimental Protocols for Ex Vivo Lens Stretching Tests to Investigate the Biomechanics of the Human Accommodation Apparatus.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (5), 2926-2932 (2015).</li><li>Bernal, A., Parel, J. -. M., Manns, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+for+Posterior+Zonular+Fiber+Attachment+on+the+Anterior+Hyaloid+Membrane.">Evidence for Posterior Zonular Fiber Attachment on the Anterior Hyaloid Membrane.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 47 (11), 4708 (2006).</li><li>Kammel, R., Ackermann, R., Mai, T., Damm, C., Nolte, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pig+Lenses+in+a+Lens+Stretcher.">Pig Lenses in a Lens Stretcher.</a> Optom Vis Sci. 89 (6), 908-915 (2012).</li><li>Hahn, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+Ex+Vivo+Porcine+Lens+Shape+During+Simulated+Accommodation,+Before+and+After+fs-Laser+Treatment.">Measurement of Ex Vivo Porcine Lens Shape During Simulated Accommodation, Before and After fs-Laser Treatment.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (9), 5332-5343 (2015).</li><li>D'Antin, J. C., Cortes, L. P., Montenegro, G. A., Barraquer, R. I., Michael, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+a+portable+manual+stretching+device+to+simulate+accommodation.">Evaluation of a portable manual stretching device to simulate accommodation.</a> Acta Ophthalmol. 93 (255), (2015).</li><li>Pierscionek, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Age-related+response+of+human+lenses+to+stretching+forces.">Age-related response of human lenses to stretching forces.</a> Exp Eye Res. 60 (3), 325-332 (1995).</li><li>Marussich, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+Crystalline+Lens+Volume+During+Accommodation+in+a+Lens+Stretcher.">Measurement of Crystalline Lens Volume During Accommodation in a Lens Stretcher.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (8), 4239 (2015).</li><li>Martinez-Enriquez, E., P&#233;rez-Merino, P., Velasco-Ocana, M., Marcos, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=OCT-based+full+crystalline+lens+shape+change+during+accommodation+in+vivo.">OCT-based full crystalline lens shape change during accommodation in vivo.</a> Biomed Opt Exp. 8 (2), 918-933 (2017).</li></ol>

Vi har udviklet en ny metode for at give en præcis og effektiv måde at studere overnatning evne af linsen ved at udnytte en dual-stykke bespændingsmekanisme at koble båre til prøven. Under overnatning, linsen slapper, og diameteren aftager svar til lempelse af zonular fibre1,2,4,19. Metoden fokuserer på dette fænomen ved fastspænding og kontrollere spændingen i de zonular fibre. Derfor...

Overnatning er den proces, hvorved det menneskelige øje er i stand til dynamisk justere formen af dens krystallinske linse at se objekter på langt eller tæt afstande i skarp fokus. Overnatning er et uløseligt biomekaniske proces. På neurale stimulus producerer ciliaere muskler en kraft på ciliare og zonule fibre, der tillægger omkreds af linsen kapsel1,2. Der er forskellige teorier bag biomekanik for overnatning, er den mest udbredte Helmholtz hypotesen. Ifølge hypotesen er objektivet i en naturlig strakte tilstand, svarende til den tyndeste form af linsen, der er optimal til at fokusere på fjerne objekter. For at ændre fokus til tættere objekter, ciliaere muskler kontrakt og de zonular fibre er afslappet. Til gengæld tykner linsen, øge de anteriore og posteriore overflade krumninger. Dette svarer til en stigning i Dioptrisk magt, som er nødvendige for nær vision, derfor, en kortere brændvidde1.
Evnen til at rumme er kompromitteret over tid via en betingelse benævnt presbyopi. Påvirker alle ved alder 50, gør presbyopi øjet i stand til dynamisk at ændre fokus fra langt for at lukke afstande3. For at bekæmpe presbyopi, er nuværende metoder passiv, herunder korrigerende linser og bifocals. Samtidig øge ens evne til at fokusere på tæt objekter på par fly, kan ikke sådanne passive behandlinger gendanne dynamisk fokus evne til objektiv4,5. At behandle presbyopi effektivt, eller muligvis forhindre det, er der et løbende behov for bedre at forstå overnatning.
For at studere linse overnatning, er en række af enheder udviklet til at simulere fænomen ex vivo4,6,7,8,9. Spinding diske blev indført for at overvåge udspænding af linsen via centrifugalkræfter8. At mere trofast gentage fænomenet, blev linse strækker enheder gradvist indført og fornys. Ved hjælp af en linse båre, Pia mfl. karakteriseret den nødvendige kraft til at rumme linsen mens korrelerede sådan at linsen magt og ækvatoriale diameter9. Nuværende forståelse er, at linsen stivner med alderen, hvilket resulterer i en reduceret ændring i linsen form som svar på en lige kraft fra corpus ciliare3,10,11,12.
Nuværende linse bårer ofte indebærer en kompleks opsætning, gennemførelse af elektronik og programmerbare strækker satser, og kræver hele Kadaver øjeæblet6,7,10,13. Dette krav øger omkostningen pr. eksperiment til over $500,00 pr. øje og reducerer prøve tilgængelighed. Her vil vi præsentere en metode til at replikere linse overnatning til en lav pris, som øjet bagerste sammentæller omkring $200,00. Mens mindre avanceret end mange enheder, der bruges i dag, er teknikken langt mere omkostningseffektiv og adoptere uden at kompromittere resultater. Denne metode er centreret omkring en manuel linse båre (MLS) afbildet i figur 1, og anvender en unik fastspænding system på de zonular fibre og en radial vride metode til at udvide diameteren af linsen. Fysiologiske nøjagtigheden af protokollen er valideret af resultaterne af Bernal mfl., der studerede den vej som den forreste og bagerste zonular fibre er forbundet til linse kapsel14. Ved hjælp af design af brugerdefinerede sko, som kun kræver linse, zonule og corpus ciliare, vi havde til formål at studere linse biomekanik ved at gentage fysiologiske overnatning.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:856px;" width="856">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:191px;">Manual Lens Stretcher</td>
			<td style="width:233px;">Bioniko</td>
			<td style="width:132px;">MLS</td>
			<td style="width:300px;">Different animal species will require different shoe sizes</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Porcine Eye Samples</td>
			<td>George G. Ruppersberger; slaughterhouse</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Whole eyeballs were obtained</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Human Eye Samples</td>
			<td>The National Disease Research Interchange</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Posterior poles without corneas were ordered</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Dissecting Scissors (5 1/2&#39;&#39; Straight)</td>
			<td>Electron Microsopy Sciences</td>
			<td>72960</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Tissue Forceps (4 1/2&#39;&#39;)</td>
			<td>Electron Microsopy Sciences</td>
			<td>72960</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">iPhone 6s</td>
			<td>Apple</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Any imaging system with ~0.1 mm resolution will work</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Sodium Hypochorite</td>
			<td>Clorox</td>
			<td>Clorox Regular-Bleach</td>
			<td>Any disinfectant will work</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

simulating the mechanics of lens accommodation via a manual lens stretcher

Målet med denne protokol er at efterligne biomekanik af fysiologiske overnatning på en omkostningseffektiv og praktisk måde. Overnatning er opnået gennem ciliare sammentrækning og afslapning af zonule fibre, hvilket resulterer i fortykkelse af linsen nødvendige for nær vision. Vi præsenterer her, en roman, simpel metode, hvor overnatning er replikeret af spænde zonules tilsluttet linse kapsel via en manuel linse båre (MLS). Denne metode overvåger den radiale stretching opnåede af en linse, når de underkastes en ensartet styrke og giver mulighed for en sammenligning af imødekommende linser, som kan strækkes til ikke-imødekommende linser, som ikke kan strækkes. Vigtigere, båre par zonules direkte og ikke sclera i øjet, hvilket kun kræver linsen, zonules, og corpus ciliare snarere end eksemplet hele kloden. Denne forskel kan væsentligt nedsætte omkostninger ved at erhverve donor Kadaver linser med omkring 62% i forhold til at erhverve en hele kloden.

Svin øjne, en almindelig prøve for at studere presbyopi via linse strækker sig4,15, blev indhentet, (n = 10) fra et lokale slagteri og denne protokol blev brugt til at observere overnatning evne af linser. Figur 5 A viser en sammenligning af svin linsen før og efter stretching via MLS. Der var en gennemsnit 0,19 ± 0,07 mm stigning i linse radius når strakt (p < 0,001), ...

Watch this Scientific Journal Video about Simulating the Mechanics of Lens Accommodation via a Manual Lens Stretcher at JoVE.com

Simulating the Mechanics of Lens Accommodation via a Manual Lens Stretcher

Simulering af mekanikken i linse overnatning via en manuel linse båre

Vi præsenterer en effektiv metode til at studere linse overnatning ved hjælp af en manuel linse båre. De protokol efterligner fysiologiske overnatning ved at trække zonules tilsluttet rundt linse kapsel, dermed, stretching linsen.

The goal of this protocol is to mimic the biomechanics of physiological accommodation in a cost-efficient, practical manner. Accommodation is achieved ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Impulsive Pressurization of Neuronal Cells for Traumatic Brain Injury Study

A novel impulsive cell pressurization experiment has been developed using a Kolsky bar device to investigate blast-induced traumatic brain injury (TBI). ...

Magnetic Resonance Elastography Methodology for the Evaluation of Tissue Engineered Construct Growth

Magnetic Resonance elastografi metode til evaluering af manipuleret væv Construct Vækst

Traditional mechanical testing often results in the destruction of the sample, and in the case of long term tissue engineered construct studies, the use ...

Monitoring the Wall Mechanics During Stent Deployment in a Vessel

Overvågning af Wall Mekanik Under Stent Deployment i en beholder

Clinical trials have reported different restenosis rates for various stent designs1. It is speculated that stent-induced strain concentrations on the ...

Lignin Down-regulation of Zea mays via dsRNAi and Klason Lignin Analysis

Lignin Down-regulation of Zea mays via dsRNAi and Klason Lignin Analysis

Lignin nedregulering af<em&gt; Zea mays</em&gt; Via dsRNAi og Klason Lignin Analysis

To facilitate the use of lignocellulosic biomass as an alternative bioenergy resource, during biological conversion processes, a pretreatment step is ...

Determination of Zeta Potential via Nanoparticle Translocation Velocities through a Tunable Nanopore: Using DNA-modified Particles as an Example

Bestemmelse af Zeta Potentielle via Nanopartikel Translokation Hastigheder gennem en Tunable nanopore: Brug af DNA-modificerede Partikler som eksempel

Nanopore technologies, known collectively as Resistive Pulse Sensors (RPS), are being used to detect, quantify and characterize proteins, molecules and ...

Patterning the Geometry of Human Embryonic Stem Cell Colonies on Compliant Substrates to Control Tissue-Level Mechanics

Mønster for geometrien af humane embryonale stamcelle kolonier på kompatible substrater til kontrol af Vævsniveau mekanik

Human embryonic stem cells demonstrate a unique ability to respond to morphogens in vitro by self-organizing patterns of cell fate specification that ...

Probing Myosin Ensemble Mechanics in Actin Filament Bundles Using Optical Tweezers

Sondering af myosinensemblemekanik i Actin-filamentbundter ved hjælp af optisk pincet

Myosins are motor proteins that hydrolyze ATP to step along actin filament (AF) tracks and are essential in cellular processes such as motility and muscle ...

Quantification of Oculomotor Responses and Accommodation Through Instrumentation and Analysis Toolboxes

Kvantificering af oculomotoriske responser og tilpasning gennem instrumenterings- og analyseværktøjskasser

Through the purposeful stimulation and recording of eye movements, the fundamental characteristics of the underlying neural mechanisms of eye movements ...

The Mechanics of (Poro-)Elastic Contractile Actomyosin Networks As a Model System of the Cell Cytoskeleton

The Mechanics of Poro-Elastic Contractile Actomyosin Networks As a Model System of the Cell Cytoskeleton

Mekanikken i (poro-) elastiske kontraktile actomyosinnetværk som et modelsystem af cellecytoskelettet

Cells can actively change their shapes and become motile, a property that depends on their ability to actively reorganize their internal structure. This ...

Quantitative Characterization of Bioink Properties for Continuous DLP Printing

Quantitative Characterization of Liquid Photosensitive Bioink Properties for Continuous Digital Light Processing Based Printing

Quantitative Characterization of Liquid Photosensitive Bioink Properties for Continuous Digital Light Processing Based Printing (Video) | JoVE 

Kvantitativ karakterisering af flydende lysfølsomme bioblækegenskaber til kontinuerlig digital lysbehandlingsbaseret udskrivning

Precise printing fabrication of bioinks is a prerequisite for tissue engineering; the Jacobs working curve is the tool to determine the precise printing ...