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 tillatt under University of Marylands institusjonelle Animal Care og bruk komiteen samt institusjonelle anmeldelsen bord. Protokollene følge føderale, statlige og lokale standarder og retningslinjer fastsatt av University of Maryland policyen til biosikkerhet.
1. Disseksjon av øyet Sample
<ol><li>
Få en øye prøve lokale slakteri eller vev bank. Hvis en hele øyet globe hentes, umiddelbart ekstra linse, tilknyttede zonules og linsen. Merk: De...

<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 utviklet en ny metode for å gi en nøyaktig og effektiv måte å studere overnatting evne til objektivet ved å benytte en to-brikke klem mekanisme å båren til prøven. Under overnatting, slapper av linsen og diameteren nedgang i respons til avslapning av zonular fiber1,2,4,19. Metoden fokuserer på dette fenomenet av clamping og kontrollere spenningen av zonular fiber. Derfor må kri...

Overnatting er prosessen som det menneskelige øyet er dynamisk justere formen på sin krystallinsk linsen å se objekter på langt eller nær avstander i skarp fokus. Overnatting er en bunn biomekaniske prosess. På neural stimulans produsere ciliary musklene en styrke på ciliary kropp og zonule fiber som festes til omkretsen av linsen kapsel1,2. Mens det er ulike teorier bak biomekanikk av overnatting, er den mest allment akseptert Helmholtz hypotesen. Ifølge hypotesen er objektivet i en naturlig strukket tilstand, tilsvarer tynneste formen på objektivet som er optimal for fokus på fjerne objekter. Hvis du vil endre fokus til nærmere objekter, ciliary muskler kontrakt og zonular fiber er avslappet. I sin tur tykner linsen, øke de fremre og bakre overflate curvatures. Dette tilsvarer en økning i dioptric kraften som er nødvendig for nær visjon, derfor en kortere brennvidde1.
Muligheten til å imøtekomme er kompromittert over tid via en tilstand kalt presbyopi. Berører alle ved 50 år, gjør presbyopi øyet ikke dynamisk endre fokus fra å lukke avstander3. For å bekjempe presbyopi, er gjeldende metoder passive inkludert korrigerende linser og bifokale. Samtidig øke ens evne til å fokusere på Lukk objekter på noen fly, kan ikke slike passiv behandlinger gjenopprette dynamisk fokus evne til linsen4,5. For å behandle presbyopi effektivt, eller muligens hindre det, er det et løpende behov for bedre å forstå overnatting.
For å studere linsen innkvartering, er en rekke enheter utviklet for å simulere fenomenet ex vivo4,6,7,8,9. Spinning diskene ble først introdusert for å overvåke strekking av linsen via sentrifugalkreftene8. Å mer trofast kopiere fenomenet, ble linsen strekker enheter gradvis introdusert og fornyet. Bruke en linse båre, Manns et al. preget kraften som er nødvendig for linsen mens samkjøre slik linsen makt og equatorial diameter9. Nåværende forståelse er at objektivet stiv med alderen, noe som resulterer i en redusert endring i linsen form svar på en like stor kraft fra ciliary kropp3,10,11,12.
Gjeldende linsen bårer ofte innebære et sammensatt oppsett, implementere elektronikk og programmerbare strekker priser, og krever hele cadaver øyeeplet6,7,10,13. Dette kravet øker kostnaden per eksperiment over $500,00 per øyet og reduserer eksempel tilgjengelighet. Her presenterer vi en metode for å gjenskape linsen innkvartering til lavpris som øyet bakre summerer rundt $200,00. Mens mindre avansert enn mange enheter brukes i dag, er teknikken mye mer kostnadseffektivt og adoptable uten at resultatene. Denne metoden er sentrert rundt manuell linse båre (MLS) avbildet i figur 1, og bruker en unik klemmesystemet på zonular fiber og en radial kronglete metode for å utvide diameteren på objektivet. Fysiologiske nøyaktigheten av protokollen valideres av funnene i Bernal et al., som studerte veien som de fremre og bakre zonular fibrene er koblet til det objektiv kapsel14. Bruker utformingen av tilpassede sko som bare krever den linsen, zonule og ciliary kropp, rettet vi å studere linsen biomekanikk ved å replikere fysiologiske overnatting.

<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 protokollen er å etterligne biomekanikk av fysiologiske innkvartering på en kostnadseffektiv, praktisk måte. Overnatting oppnås gjennom sammentrekning av ciliary kropp og avslapning av zonule fiber, som resulterer i jevning av linsen nødvendig for nær visjon. Her presenterer vi en roman, enkel metode som overnatting er replikert av spenner zonules koblet til linsen kapselen via manuell linse båre (MLS). Denne metoden overvåker radial strekking av et objektiv når de utsettes for en konsekvent kraft og tillater en sammenligning av imøtekommende linser, som kan strekkes, å ikke accomodating linser, som kan strekkes. Viktigere, båren par zonules direkte, og ikke sclera i øyet, dermed bare krever linsen, zonules, og ciliary kropp stedet hele verden prøven. Denne forskjellen kan betydelig redusere kostnadene ved å anskaffe donor cadaver linser med om lag 62% sammenlignet med å kjøpe en hele verden.

Svin øyne, et vanlig eksempel for å studere presbyopi via linsen strekker4,15, ble innhentet, (n = 10) fra en lokal slakteri og denne protokollen ble brukt til å observere evnen til overnatting av linser. Figur 5 En viser sammenligningen av svin linsen før og etter strekker via MLS. Det var en gjennomsnittlig 0,19 ± 0,07 mm økning i linsen radius når strekkes (p < 0,00...

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

Simuleringen mekanikken i linsen overnatting via manuell linse båre

Vi presenterer en effektiv metode for å studere linsen innkvartering ved hjelp av manuell linse båre. De protokollen imiterer fysiologiske innkvartering ved å trekke i zonules koblet rundt objektivet kapselen, dermed strekker objektivet.

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 Elastography Metodikk for vurdering av Tissue Engineered Construct Vekst

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

Overvåking veggen Mechanics Under Stent Deployment i en Vessel

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 av<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

Fastsettelse av Zeta Potensielle via nanopartikkel trans Hastigheter gjennom en fleksibel membran nanopore: Ved hjelp av DNA-modifisert Partikler som et 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

Mønstre geometrien av menneskelige embryonale Stamcelle kolonier på kompatible underlag for å kontrollere vevs nivået mekanikk

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

Probing Myosin Ensemble Mechanics i Actin Filament Bundles ved hjelp av optisk pinsett

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

Kvantifisering av oculomotoriske responser og tilpasning gjennom instrumentering og analyse verktøykasser

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 til (poro-)elastiske kontraktile aktomyosinnettverk som et modellsystem av cellecytoskjelettet

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 av flytende lysfølsomme bioblekkegenskaper for kontinuerlig digital lysbehandlingsbasert utskrift

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