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

Financiering voor dit project was via discretionaire fondsen van Dr. Colleen M. McDowell. Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door een onbeperkte subsidie van Research to Prevent Blindness, Inc. aan het UW Madison Department of Ophthalmology and Visual Sciences. Wij danken Drs. Abbot F. Clark en Weiming Mao voor hun technische hulp bij het perfusie orgaankweekmodel. We bedanken het Lions Eye Institute for Transplant and Research (Tampa, FL) voor het leveren van de menselijke donorogen.

Ogen werden verkregen volgens de bepalingen van de Verklaring van Helsinki voor onderzoek met menselijk weefsel.
OPMERKING: Ogen van gerenommeerde oogbanken (bijv. Lions Eye Institute for Transplant, Research, Tampa FL) werden binnen 6-12 uur na overlijden geoogst en donorserum werd getest op hepatitis B, hepatitis C en humaan immunodeficiëntievirus 1 en 2. Nadat ze waren ontvangen, werden de ogen binnen 24 uur ontleed en in het TAS-model geplaatst. Exclusiecriteria omvatten elke oculaire pat...

Menselijke postmortale weefsels zijn een bijzonder waardevolle bron voor het bestuderen van menselijke neurodegeneratieve ziekten, omdat identificatie van potentiële geneesmiddelen die in diermodellen zijn ontwikkeld, vertaalbaar moet zijn naar mensen47. De effecten van menselijke IOP-verhoging zijn goed ingeburgerd, maar er is minimaal onderzoek gedaan naar abnormale ONH translaminaire drukveranderingen. Hoewel er meerdere diermodellen en eindige modellering van menselijke ONH bestaan, is er gee...

Wereldwijde schattingen in recente enquêtes suggereren dat 285 miljoen mensen met een visuele beperking leven, waaronder 39 miljoen blind1. In 2010 documenteerde de Wereldgezondheidsorganisatie dat drie van de negen genoemde belangrijkste oorzaken van blindheid voorkomen in het achterste segment van het oog1. Oogziekten in het achterste segment omvatten het netvlies, vaatvlies en oogzenuw2. Het netvlies en de oogzenuw zijn uitbreidingen van het centrale zenuwstelsel (CZS) van de hersenen. De retinale ganglioncel (RGC) axonen zijn kwetsbaar voor schade omdat ze het oog verlaten via de oogzenuwkop (ONH) om de oogzenuw te vormen3. De ONH blijft het meest kwetsbare punt voor de RGC-axonen vanwege het 3D-netwerk van bindweefselbundels die de lamina cribrosa (LC) worden genoemd4. De ONH is de eerste plaats van belediging van RGC-axonen bij glaucoom5,6,7, en genexpressieveranderingen binnen de ONH zijn bestudeerd in oculaire hypertensie- en glaucoommodellen8,9,10. De RGC-axonen zijn gevoelig bij de ONH als gevolg van drukverschillen tussen het intraoculaire compartiment, de intraoculaire druk (IOP) genoemd, en binnen de externe perioptische subarachnoïdale ruimte, de intracraniale druk (ICP) genoemd11. Het LC-gebied scheidt beide gebieden, met behoud van normale drukverschillen, met IOP variërend van 10-21 mmHg en ICP van 5-15 mmHg12. Het drukverschil door de lamina tussen de twee kamers wordt de translaminaire drukgradiënt (TLPG)13 genoemd. Een belangrijke risicofactor voor glaucoom is verhoogde IOP14.
Verhoogde IOP verhoogt de spanning binnen en over het laminaire gebied6,15,16. Experimentele waarnemingen in mens- en diermodellen presenteren de ONH als de eerste plaats van axonale schade17,18. Het biomechanische paradigma van IOP-gerelateerde stress en spanning die glaucomateuze schade veroorzaken bij de ONH beïnvloedt ook de pathofysiologie van glaucoom19,20,21. Hoewel bij mensen drukgeïnduceerde veranderingen RGC-axonen mechanisch beschadigen22, kunnen knaagdieren zonder collageenachtige platen in de lamina ook glaucoom ontwikkelen7,23. Bovendien blijft verhoogde IOP de meest prominente risicofactor bij patiënten met primair open hoekglaucoom, terwijl patiënten met een normale spanning glaucoom glaucomateuze optische neuropathie ontwikkelen, zelfs zonder verhoogde IOP. Bovendien zijn er ook een subgroep van oculaire hypertensieve patiënten die geen schade aan de oogzenuw vertonen. Er is ook gesuggereerd dat cerebrospinale vloeistofdruk (CSFp) een rol kan spelen bij de pathogenese van glaucoom. Er zijn aanwijzingen dat de ICP is verlaagd tot ~5 mmHg bij glaucoompatiënten in vergelijking met normale personen, waardoor een verhoogde translaminaire druk wordt veroorzaakt en een cruciale rol wordt gespeeld bij ziekte24,25. Eerder werd in een hondenmodel aangetoond dat door het regelen van IOP- en CSFp-veranderingen, er grote verplaatsingen van de optische schijf26 kunnen zijn. Het verhogen van CSFp in varkensogen heeft ook een verhoogde hoofdbelasting aangetoond in het LC-gebied en retrolaminair neuraal weefsel. Verhoogde druk op de RGC's en het LC-gebied draagt bij aan axonale transportblokkade en verlies van RGC's27. Progressieve degeneratie van RGC's is in verband gebracht met verlies van trofische ondersteuning28,29, stimulatie van ontstekingsprocessen/immuunregulatie30,31 en apoptotische effectoren29,32,33,34,35. Bovendien veroorzaakt axonaal letsel (figuur 3) schadelijke effecten op de RGC's, waardoor regeneratief falen wordt veroorzaakt36,37,38,39. Hoewel de effecten van IOP goed zijn bestudeerd, is er minimaal onderzoek gedaan naar abnormale translaminaire drukveranderingen. De meeste behandelingen voor glaucoom richten zich op het stabiliseren van IOP. Hoewel verlaging van de IOP de progressie van de ziekte vertraagt, keert het gezichtsveldverlies niet om en voorkomt het volledig verlies van RGC's. Inzicht in drukgerelateerde neurodegeneratieve veranderingen in glaucoom zal cruciaal zijn om RGC-dood te voorkomen.
Het huidige bewijs geeft aan dat translaminaire drukmodulaties als gevolg van verschillende mechanische, biologische of fysiologische veranderingen bij patiënten die lijden aan traumatische of neurodegeneratieve visuele beperkingen aanzienlijk verlies van het gezichtsvermogen kunnen veroorzaken. Momenteel bestaat er geen echt preklinisch menselijk posterieur segmentmodel dat de studie van glaucomateuze biomechanische schade binnen de ex vivo menselijke ONH mogelijk maakt. Observatie en behandeling van het achterste segment van het oog is een enorme uitdaging in de oogheelkunde27. Er zijn fysieke en biologische barrières om het achterste oog te richten, waaronder hoge eliminatiesnelheden, bloed-retinale barrière en potentiële immunologische reacties40. De meeste werkzaamheids- en veiligheidstests voor nieuwe geneesmiddeldoelen worden uitgevoerd met behulp van in vitro cellulaire en in vivo diermodellen41. Oculaire anatomie is complex en in vitro studies bootsen niet nauwkeurig de anatomische en fysiologische barrières na die worden gepresenteerd door weefselmodelsystemen. Hoewel diermodellen een noodzaak zijn voor farmacokinetische studies, kan de oculaire fysiologie van het menselijk achterste oog variëren tussen verschillende diersoorten, waaronder cellulaire anatomie van het netvlies, vasculatuur en ONH41,42.
Het gebruik van levende dieren vereist intensieve en gedetailleerde ethische voorschriften, een hoge financiële inzet en effectieve reproduceerbaarheid43. Onlangs zijn er meerdere andere richtlijnen gevolgd voor het ethisch gebruik van dieren in experimenteel onderzoek44,45,46. Een alternatief voor dierproeven is het gebruik van ex vivo human eye-modellen om de pathogenese van ziekten te onderzoeken en mogelijke analyse van geneesmiddelen voor het beschermen van ONH-schade. Menselijk postmortaal weefsel is een waardevolle hulpbron voor het bestuderen van menselijke ziekteparadigma's, vooral in het geval van menselijke neurodegeneratieve ziekten, omdat identificatie van potentiële geneesmiddelen die in diermodellen zijn ontwikkeld, de noodzaak vereist om naar mensen te vertalen47. Het ex vivo menselijke donorweefsel is uitgebreid gebruikt voor de studie van menselijke aandoeningen47,48,49, en menselijke anterieure segment perfusie orgaankweeksystemen hebben eerder een uniek ex vivo model geleverd om de pathofysiologie van verhoogde IOP50,51,52 te bestuderen.
Om translaminaire druk gerelateerd aan IOP en ICP in menselijke ogen te bestuderen, hebben we met succes een tweekamer translaminair autonoom systeem (TAS) ontworpen en ontwikkeld dat IOP en ICP onafhankelijk kan reguleren met behulp van posterieure segmenten van menselijke donorogen. Het is het eerste ex vivo menselijke model dat translaminaire druk bestudeert en de biomechanische effecten van TLPG op de ONH benut.
Dit ex vivo menselijke TAS-model kan worden gebruikt om cellulaire en functionele modificaties te ontdekken en te classificeren die optreden als gevolg van chronische verhoging van IOP of ICP. In dit rapport beschrijven we het stapsgewijze protocol voor het ontleden, instellen en bewaken van het TAS-model voor menselijke posterieure segmenten. Het protocol zal andere onderzoekers in staat stellen om dit nieuwe ex vivo onder druk staande menselijke posterieure segmentmodel effectief te reproduceren om de pathogenese van biomechanische ziekten te bestuderen.

<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

Er is een huidige onvervulde behoefte aan een nieuw preklinisch menselijk model dat zich ex vivo op ziekte-etiologie kan richten met behulp van intracraniale druk (ICP) en intraoculaire druk (IOP) die verschillende pathogene paradigma's met betrekking tot de pathogenese van glaucoom kan identificeren. Ex vivo humane anterieure segment perfusie orgaankweekmodellen zijn eerder met succes gebruikt en toegepast als effectieve technologieën voor de ontdekking van glaucoompathogenese en het testen van therapeutica. Preklinische screening van geneesmiddelen en onderzoek uitgevoerd op ex vivo menselijke orgaansystemen kunnen beter vertaalbaar zijn naar klinisch onderzoek. Dit artikel beschrijft in detail de generatie en werking van een nieuw ex vivo menselijk translaminair drukmodel genaamd het translaminaire autonome systeem (TAS). Het TAS-model kan ICP en IOP onafhankelijk reguleren met behulp van menselijke donorposterieure segmenten. Het model maakt het mogelijk om pathogenese op een preklinische manier te bestuderen. Het kan het gebruik van levende dieren in oogheelkundig onderzoek verminderen. In tegenstelling tot in vitro experimentele modellen kunnen de weefselstructuur, complexiteit en integriteit van de oogzenuwkop (ONH) ook binnen het ex vivo TAS-model worden gehandhaafd.

Ontwerp en creatie van het translaminaire autonome systeem Translaminair drukverschil is een potentieel sleutelmechanisme in de pathogenese van verschillende ziekten, waaronder glaucoom. Toepassingen voor het beschreven model omvatten, maar zijn niet beperkt tot, de studie van glaucoom (verhoogde IOP, misschien verminderde ICP), traumatisch hersenletsel (verhoogde ICP) en langdurige blootstelling aan microzwaartekracht-geassocieerde visuele beperking (verhoogde ICP, verhoogde IOP). Om moleculaire path...

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

We beschrijven en detailleren het gebruik van het translaminaire autonome systeem. Dit systeem maakt gebruik van het menselijke posterieure segment om onafhankelijk de druk in het segment (intraoculair) en rond de oogzenuw (intracranieel) te reguleren om een translaminaire drukgradiënt te genereren die kenmerken van glaucomateuze optische neuropathie nabootst.

Translaminair autonoom systeemmodel voor de modulatie van intraoculaire en intracraniale druk in posterieure donorsegmenten van menselijke donoren

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

Efficiënte Afleiding van de Mens Neuronale voorouders en neuronen van pluripotente menselijke embryonale stamcellen met op kleine moleculen Inductie

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

Het olfactorisch systeem als model om axonale groeipatronen en morfologie Bestudeer<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

Verrijking van Bruch&#39;s membraan van 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

Anatomisch Geïnspireerde Driedimensionale Microweefsel Geanimeerde Neurale Netwerken voor Nervous System Reconstructie, Modulatie en 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 en oplaadbare Microneurostimulator Endoscopically implanteerbare in de 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

Analyseren van neurale activiteit en connectiviteit intracraniële EEG-gegevens gebruiken met 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

Het verkrijgen van betrouwbare visuele event-gerelateerde Potentials in pasgeborenen

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 voor de functionele evaluatie in het Rattenmodel van Sciatische Zenuwbrekerletsel

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

Optogenetische activering van afferente paden in hersenplakken en modulatie van reacties door vluchtige anesthetica

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