Name: translaminar autonomous system model for the modulation of intraocular and intracranial pressure in human donor posterior segments
Uploaded: 2020-04-24T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Translaminar Autonomous System Model for the Modulation of Intraocular and Intracranial Pressure in Human Donor Posterior Segments at JoVE.com

Finansieringen af dette projekt var gennem diskretionære midler fra Dr. Colleen M. McDowell. Dette arbejde blev delvist støttet af en ubegrænset bevilling fra Research to Prevent Blindness, Inc. til UW Madison Department of Oftalmologi og Visual Sciences. Vi takker Drs. Abbot F. Clark og Weiming Mao for deres tekniske bistand med perfusion organ kultur model. Vi takker Lions Eye Institute for Transplant and Research (Tampa, FL) for at give den menneskelige donor øjne.

Der blev opnået øjne i henhold til bestemmelserne i Helsinki-erklæringen til forskning i humant væv.
BEMÆRK: Øjne fra velrenommerede øjenbanker (f.eks Lions Eye Institute for Transplant, Research, Tampa FL) blev høstet inden for 6-12 timer af død og donor serum blev testet for hepatitis B, hepatitis C, og human immundefekt virus 1 og 2. Når de blev modtaget, blev øjnene dissekeret og sat op i TAS-modellen inden for 24 timer. Udelukkelseskriterierne omfattede enhver okulær patologi....

Human postmortem væv er en særlig værdifuld ressource til at studere menneskelige neurodegenerative sygdomme, fordi identifikation af potentielle lægemidler udviklet i dyremodeller skal oversættes til mennesker47. Virkningerne af human IOP elevation er veletablerede, men minimal forskning er blevet udført på unormale ONH translaminar trykændringer. Selv om der findes flere dyremodeller og finite modellering af human ONH, findes der ingen ex vivo human model til at studere translaminar tryk...

Globale skøn i de seneste undersøgelser tyder på, at 285 millioner mennesker lever med synshandicap, herunder 39 millioner, der er blinde1. I 2010 dokumenterede Verdenssundhedsorganisationen, at tre af de ni anførte førende årsager til blindhed forekommer i det bageste segment af øjet1. Posterior segment øjensygdomme involverer nethinden, choroid, og synsnerven2. Nethinden og synsnerven er centralnervesystemet (CNS) udvidelser af hjernen. Den retinale ganglion celle (RGC) axoner er sårbare over for skader, fordi de forlader øjet gennem synsnerven hovedet (ONH) til at danne synsnerven3. ONH er fortsat det mest sårbare punkt for RGC axons på grund af 3D meshwork af bindevævsbjælker kaldet lamina cribrosa (LC)4. ONH er det første sted for fornærmelse mod RGC axoner i glaukom5,6,7, og genekspression ændringer i ONH er blevet undersøgt i okulær hypertension og grøn stær modeller8,9,10. RGC-axonerne er modtagelige på ONH på grund af trykforskelle mellem det intraokulære rum, kaldet intraokulært tryk (IOP), og inden for det ydre peroptiske subarabiske rum, kaldet intrakranielt tryk (ICP)11. LC-regionen adskiller begge områder og opretholder normale trykforskelle med IOP fra 10-21 mmHg og ICP fra 5-15 mmHg12. Trykforskellen gennem laminaen mellem de to kamre kaldes translaminartrykgradienten (TLPG)13. En væsentlig risikofaktor for grøn stær er forhøjet IOP14.
Øget IOP øger belastningen i og på tværs af laminarregionen6,15,16. Eksperimentelle observationer hos mennesker og dyremodeller præsenterer ONH som det oprindelige sted for axonal skade17,18. Det biomekaniske paradigme for IOP-relateret stress og stamme, der forårsager grøn stær skade på ONH, påvirker også glauologien af grøn stær19,20,21. Selv om der hos mennesker tryk-induceret ændringer mekanisk skade RGC axons22, gnavere mangler kollagen plader i lamina kan også udvikle grøn stær7,23. Derudover er forhøjet IOP fortsat den mest fremtrædende risikofaktor hos primære åbne glaukompatienter, mens patienter med normal spændings glaukom udvikler glaukomisk optisk neuropati selv uden forhøjet IOP. Desuden er der også en delmængde af okulær hypertensive patienter, der viser ingen synsnerveskader. Det er også blevet foreslået, at cerebrospinalvæsketryk (CSFp) kan spille en rolle i glaukompatogenese. Beviser tyder på, at ICP sænkes til ~ 5 mmHg hos glaukompatienter sammenlignet med normale individer, hvilket forårsager øget translaminartryk og spiller en afgørende rolle i sygdom24,25. Tidligere blev det påvist i en hundemodel, at ved at kontrollere IOP- og CSFp-ændringer kan der være store forskydninger af den optiske disk26. Opløftende CSFp i porcine øjne har også vist øget hovedbelastning inden for LC-regionen og retrolaminar neurale væv. Øget belastning af de RGC'er og LC-regionen bidrager til axonal transport blokering og tab af RGCs27. Progressiv degeneration af RGCs har været forbundet med tab af trofisk støtte28,29, stimulering af inflammatoriske processer / immunregulering30,31, og apoptotiske effektorer29,32,33,34,35. Derudover forårsager axonal skade (figur 3) skadelige virkninger på RGCs, hvilket udløser regenerativ fiasko36,37,38,39. Selv om virkningerne af IOP er blevet godt undersøgt, minimal forskning er blevet udført på unormale translaminar trykændringer. De fleste behandlinger for grøn stær fokuserer på at stabilisere IOP. Men selv om sænkning af IOP bremser udviklingen af sygdommen, det ikke vende synsfelt tab og forhindre fuldstændig tab af RGCs. Forståelse tryk-relaterede neurodegenerative ændringer i grøn stær vil være afgørende for at forhindre RGC død.
Nuværende beviser tyder på, at translaminar trykmodulationer på grund af forskellige mekaniske, biologiske eller fysiologiske ændringer hos patienter, der lider af traumatiske eller neurodegenerative synshandicap kan forårsage betydelige synstab. I øjeblikket findes der ingen ægte præklinisk human posterior segmentmodel, der kan tillade undersøgelse af glaukomet biomekanisk skade inden for den ex vivo menneskelige ONH. Observation og behandling af det bageste segment af øjet er en enorm udfordring i oftalmologi27. Der er fysiske og biologiske barrierer for at målrette det bageste øje, herunder høje elimineringshastigheder, blod retinal barriere og potentielle immunologiske reaktioner40. De fleste effekt- og sikkerhedstest for nye lægemiddelmål udføres ved hjælp af in vitro cellulære og in vivo dyremodeller41. Okulær anatomi er kompleks, og in vitro-undersøgelser efterligner ikke nøjagtigt de anatomiske og fysiologiske barrierer, der præsenteres af vævsmodelsystemer. Selv om dyremodeller er en nødvendighed for farmakokinetiske undersøgelser, okulær fysiologi af det menneskelige bageste øje kan variere mellem forskellige dyrearter, herunder cellulære anatomi af nethinden, vaskulatur, og ONH41,42.
Brugen af levende dyr kræver intensive og detaljerede etiske regler, et stort økonomisk engagement og effektiv reproducerbarhed43. For nylig har der fulgt flere andre retningslinjer for etisk brug af dyr i eksperimentel forskning44,45,46. Et alternativ til dyreforsøg er brugen af ex vivo menneskelige øjenmodeller til at undersøge sygdomspatogenese og potentiel analyse af lægemidler til beskyttelse af ONH-skader. Human postmortem væv er en værdifuld ressource til at studere menneskelige sygdom paradigmer, især i tilfælde af menneskelige neurodegenerative sygdomme, fordi identifikation af potentielle lægemidler udviklet i dyremodeller kræver behovet for at kunne oversættes til mennesker47. Ex vivo humane donorvæv er blevet flittigt udnyttet til undersøgelse af menneskelige lidelser47,48,49, og menneskelige forreste segment perfusion organkultur systemer har tidligere givet en unik ex vivo model til at studere patofysiologi af forhøjet IOP50,51,52.
For at studere translaminartryk relateret til IOP og ICP i menneskelige øjne designede og udviklede vi med succes et tokammertranslaminar autonomt system (TAS), der uafhængigt kan regulere IOP og ICP ved hjælp af posterior segmenter fra menneskelige donorøjne. Det er den første ex vivo menneskelige model til at studere translaminar tryk og udnytte de biomekaniske virkninger af TLPG på ONH.
Denne ex vivo menneskelige TAS model kan bruges til at opdage og klassificere cellulære og funktionelle ændringer, der opstår på grund af kronisk højde af IOP eller ICP. I denne rapport beskriver vi den trinvise protokol for dissekering, opsætning og overvågning af TAS-segmentmodellen for menneskelige posterior. Protokollen vil gøre det muligt for andre forskere effektivt at reproducere denne nye ex vivo tryk humane posterior segment model til at studere biomekaniske sygdom patogenese.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>#122, 1-1/8&#34; Inside x 1-5/16&#34; Outside Diam, Viton O-Ring, 3/32&#34; Thick, 
			755 Durometer 50 Pack</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B07DRGPPZJ</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>114 Buna-N O-Ring, 70A Durometer, Black, 5/8&#34; ID, 13/16&#34; OD, 3/32&#34; Width (Pack of 100)</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B000FMYRHK</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>30 mL Syringes without Needle</td>
			<td>Vitality Medical</td>
			<td>302832</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3-Way Stopcock, 2 Female Luer Locks, Swivel Male Luer Lock, Vented Cap</td>
			<td>QOSINA</td>
			<td>2C6201</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-40 X 1/2 PH PAN MS SS/CHROME &#38; appropriate sized phillips screwdriver</td>
			<td>Brikksen Stainless Steel Fastners</td>
			<td>PPMSSSCH4C.5</td>
			<td>&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ANPROLENE 16 LARGE AMPULE</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>NC9085343</td>
			<td>&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Betadine</td>
			<td>Purdue</td>
			<td>PUR1815001EACH</td>
			<td>&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corning 100 x 20mm tissue-culture treated culture dishes</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>CLS430167-100EA</td>
			<td>&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corning&#160;L-glutamine Solution</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>MT25005CI</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Covidien 3033 Curity Gauze Sponge, 4&#34; x 4&#34;, 12-Ply, Sterile, 1200/CS</td>
			<td>Med Plus Medical Supply</td>
			<td>COV-3033-CS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dressing Forceps Delicate Curved (serrated)</td>
			<td>Katena</td>
			<td>K5-4010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dumont #5 - Fine Forceps</td>
			<td>F.S.T.</td>
			<td>11254-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eye Scissors Standard Curved</td>
			<td>Katena</td>
			<td>K4-7410</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Falcon 150 x 15mm Plain Sterile Disposable Petri Dishes</td>
			<td>Capitol Scientific</td>
			<td>351058</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisherbrand 4 oz. Specimen Containers</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>16-320-730</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisherbrand Instant Sealing Sterilization Pouches</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>01-812-54</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisherbrand Instant Sealing Sterilization Pouches</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>01-812-55</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisherbrand Instant Sealing Sterilization Pouches</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>01-812-58</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HyClone Dulbecco&#39;s Modified Eagles Medium</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>SH3024302</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HyClone Penicillin Streptomycin 100X Solution</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>SV30010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrophilic Filter with Female Luer Lock Inlet, Male Luer Slip Outlet, Blue and Clear</td>
			<td>Qosina</td>
			<td>28217</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrostatic pressure transducers, DELTRAN &#174; II, Catalog # DPT-200 with a 3CC/HR flow rate</td>
			<td>AD instruments</td>
			<td>DPT-200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>JG15-0.5HPX 15 Gauge 0.5&#34; NT Premium Series Dispensing Tip 50/Box</td>
			<td>Jenson Global</td>
			<td>JG15-0.5HPX 15</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Keyence B2&#8208;X710 microscope</td>
			<td>Keyence</td>
			<td>B2-X710</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LabChart 8</td>
			<td>AD instruments</td>
			<td>LabChart 8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Leica ST5020 Multi-stainer</td>
			<td>Leica</td>
			<td>ST5020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Non-Vented Universal Luer Lock Cap, White</td>
			<td>QOSINA</td>
			<td>65811</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Octal Bridge Amp (Model # FE228)</td>
			<td>AD instruments</td>
			<td>FE228</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pharmco Products ETHYL ALCOHOL, 200 PROOF</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>NC1675398</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate Buffered Solution (PBS)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D8537-500ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PowerLab 8/35 (Model # PL3508)</td>
			<td>AD instruments</td>
			<td>PL3508</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ProLong Gold Antifade Mountant with DAPI</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>P36935</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Push-to-Connect Tube Fitting for Air and Water&#160;Straight Adapter, 1/8&#34; Tube OD x 1/8 NPT Male</td>
			<td>McMAster-Carr</td>
			<td>7880T113</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Push-to-Connect Tube Fitting with Universal Thread&#160;for Air and Water, Adapter, 1/8&#34; Tube OD x 1/8 Pipe</td>
			<td>McMAster-Carr</td>
			<td>51235K101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Saint-Gobain Tygon S3 E-3603 Flexible Tubing 500 ft.</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-171-268</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Superblock T20</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>PI37536</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical Scissors - Sharp-Blunt</td>
			<td>F.S.T.</td>
			<td>14001-14</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue Forceps Delicate 1x2 Teeth Curved</td>
			<td>Katena</td>
			<td>K5-4110</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Translaminar Autonomous System (TAS)</td>
			<td>University of North Texas Health Science Center</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>USA Size 030 O-ring Buna-N, B1000, 70 Durometer, Black, Buna-N 
			(NBR, Nitrile, Buna)</td>
			<td>Marco Rubber &#38; Plastics</td>
			<td>B1000-030</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

translaminar autonomous system model for the modulation of intraocular and intracranial pressure in human donor posterior segments

Der er et aktuelt uopfyldt behov for en ny præklinisk human model, der kan målrette sygdom ætiologi ex vivo ved hjælp af intrakranielt tryk (ICP) og intraokulært tryk (IOP), som kan identificere forskellige patogene paradigmer relateret til grøn stær patogenese. Ex vivo menneskelige forreste segment perfusion organ kultur modeller er tidligere blevet udnyttet og anvendt som effektive teknologier til opdagelsen af grøn stær patogenese og test af therapeutics. Præklinisk lægemiddelscreening og forskning udført på ex vivo menneskelige organsystemer kan mere oversættes til klinisk forskning. Denne artikel beskriver i detaljer dannelsen og driften af en ny ex vivo human translaminar trykmodel kaldet translaminar autonome system (TAS). TAS-modellen kan uafhængigt regulere ICP og IOP ved hjælp af menneskelige donor posterior segmenter. Modellen giver mulighed for at studere patogenese på en præklinisk måde. Det kan reducere brugen af levende dyr i oftalmologisk forskning. I modsætning til in vitro eksperimentelle modeller kan synsnervehoved (ONH) vævsstruktur, kompleksitet og integritet også opretholdes inden for ex vivo TAS-modellen.

Design og oprettelse af det autonome translaminar-system Translaminar trykforskel er en potentiel nøglemekanisme i patogenesen af forskellige sygdomme, herunder grøn stær. Anvendelser for den beskrevne model omfatter, men er ikke begrænset til, studiet af grøn stær (forhøjet IOP, måske nedsat ICP), traumatisk hjerneskade (forhøjet ICP) og langvarig eksponering for mikrogravitet-associeret synshandicap (forhøjet ICP, forhøjet IOP). For at hjælpe med at opdage molekylær patogenese rettet mo...

Watch this Scientific Journal Video about Translaminar Autonomous System Model for the Modulation of Intraocular and Intracranial Pressure in Human Donor Posterior Segments at JoVE.com

Translaminar Autonomous System Model for the Modulation of Intraocular and Intracranial Pressure in Human Donor Posterior Segments

Vi beskriver og beskriver brugen af det translaminar autonome system. Dette system udnytter det menneskelige bageste segment til selvstændigt at regulere trykket inde i segmentet (intraokulær) og omkring synsnerven (intrakraniel) til at generere en translaminar trykgradient, der efterligner træk ved glaukomet optisk neuropati.

Translaminar autonome systemmodel til graduering af intraokulært og intrakranielt tryk i menneskelige donor posterior segmenter

There is a current unmet need for a new preclinical human model that can target disease etiology ex vivo using intracranial pressure (ICP) and intraocular ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Efficient Derivation of Human Neuronal Progenitors and Neurons from Pluripotent Human Embryonic Stem Cells with Small Molecule Induction

Effektiv derivering af humane Neuronal progenitorer og neuroner fra Pluripotente humane embryonale stamceller med småmolekyle Induktion

There is a large unfulfilled need for a clinically-suitable human neuronal cell source for repair or regeneration of the damaged central nervous system ...

The Olfactory System as a Model to Study Axonal Growth Patterns and Morphology In Vivo

The Olfactory System as a Model to Study Axonal Growth Patterns and Morphology In Vivo

Det olfaktoriske system som en model til at studere axonal vækstmønstre og morfologi<em&gt; In Vivo</em

The olfactory system has the unusual capacity to generate new neurons throughout the lifetime of an organism. Olfactory stem cells in the basal portion of ...

Enrichment of Bruch's Membrane from Human Donor Eyes

Berigelse af Bruchs membran fra human donor Eyes

Age-related macular degeneration (AMD) is a leading cause of visual impairment in the developed world. The disease manifests itself by the destruction of ...

Anatomically Inspired Three-dimensional Micro-tissue Engineered Neural Networks for Nervous System Reconstruction, Modulation, and Modeling

Anatomisk inspirerede tredimensionale mikrovæv-konstruerede neurale netværk til nervesystem rekonstruktion, modulering og modellering

Functional recovery rarely occurs&#160;following injury or disease-induced degeneration within the central nervous system (CNS)&#160;due to the inhibitory ...

Autonomous and Rechargeable Microneurostimulator Endoscopically Implantable into the Submucosa

Autonome og genopladeligt Microneurostimulator endoskopisk Implantable ind i Submucosa

Gastric dysmotility can be a sign of common diseases such as longstanding diabetes mellitus. It is known that the application of high-frequency ...

Analyzing Neural Activity and Connectivity Using Intracranial EEG Data with SPM Software

Analysere neurale aktivitet og forbindelse med intrakraniel EEG Data med SPM Software

Measuring neural activity and connectivity associated with cognitive functions at high spatial and temporal resolutions is an important goal in cognitive ...

How to Obtain Reliable Visual Event-related Potentials in Newborns

Sådan får du pålidelige visuelle begivenheds relaterede potentialer i nyfødte

The present study discusses the characteristics of visual event-related potentials (VEPs) and outlines methodological steps for obtaining reliable ...

3D Kinematic Analysis for the Functional Evaluation in the Rat Model of Sciatic Nerve Crush Injury

3D Kinematic Analyse for funktionel evaluering i rottemodel af iskiasnerven crush skade

Compared to the Sciatic Functional Index (SFI), kinematic analysis is a more reliable and sensitive method for performing functional evaluations of ...

Optogenetic Activation of Afferent Pathways in Brain Slices and Modulation of Responses by Volatile Anesthetics

Optogenetisk aktivering af afferente veje i hjerneskiver og modulering af reaktioner ved flygtige anæstetika

Anesthetics influence consciousness in part via their actions on thalamocortical circuits. However, the extent to which volatile anesthetics affect ...