Name: translaminar autonomous system model for the modulation of intraocular and intracranial pressure in human donor posterior segments
Uploaded: 2020-04-24T15:00:00
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このプロジェクトの資金は、コリーン・M・マクダウェル博士の裁量的資金を通じて行われました。この研究は、失明を防ぐための研究からUWマディソン眼科視覚科学科への無制限の助成金によって部分的に支えられた。アボット・F・クラーク博士とワイミング・マオ博士が灌流器官培養モデルに関する技術支援をしてくれたことに感謝します。ライオンズ・アイ移植・研究研究所(フロリダ州タンパ)が、人間のドナーの目を提供してくれたことに感謝します。

ヒト組織を含む研究のためにヘルシンキ宣言の規定に従って目を得た。
注:評判の良い眼球バンク(例えば、ライオンズ眼移植研究所、研究センター、タンパFL)からの目は死亡の6〜12時間以内に収穫され、ドナー血清はB型肝炎、C型肝炎、およびヒト免疫不全ウイルス1および2について試験された。彼らが受け取られたら、目は解剖され、24時間以内にTASモデルに設定されま...

ヒト死後組織は、動物モデルで開発された潜在的な薬物の同定がヒト47に翻訳可能である必要があるため、ヒト神経変性疾患を研究するための特に貴重なリソースである。ヒトIOP上昇の効果は確立されているが、異常なONH経層圧変化に対して最小限の研究が行われている。複数の動物モデルとヒトONHの有限モデリングが存在するにもかかわらず、経層圧変化41,54,55,56,57を研究...

最近の調査の世界的な推計によると、2億8,500万人が視覚障害を持ち、そのうち3,900万人が視覚障害を持っています1。2010年、世界保健機関(WHO)は、目の後部セグメントに記載されている9つの主要な失明原因のうちの3つが発生することを文書化しました。後部眼疾患は、レチナ、脈絡膜、視神経2を含む。レティナと視神経は脳の中枢神経系(CNS)の拡張である。眼球神経節細胞(RGC)軸索は視神経を通って眼を出て視神経を形成するため損傷を受けやすい3。ONHは、ラミネラクリプロサ(LC)4と呼ばれる結合組織ビームの3Dメッシュワークのために、RGC軸索にとって最も脆弱な点であり続けます。ONHは緑内障5,6,7のRGC軸索に対する侮辱の初期部位であり、ONH内の遺伝子発現変化は眼圧および緑内障モデル8,9,10で研究されている。RGC軸索は、眼内圧(IOP)と呼ばれる眼内区画間の圧力差と、頭蓋内圧(ICP)11と呼ばれる眼内膜膜下腔内の圧力差のためにONHで感受性を有する。LC領域は両方の領域を分離し、通常の圧力差を維持し、IOPは10~21mmHg、ICPは5~15mmHg12の範囲です。2つのチャンバー間の層間の圧力差は、経層圧勾配(TLPG)13と呼ばれる。緑内障の主な危険因子は、IOP14の上昇である。
IOPが増加すると、層内および層領域全体の歪が増加する6,15,16。ヒトおよび動物モデルにおける実験的観測は、軸索損傷の初期部位であるONHを17,18個としている。ONHで緑内障損傷を引き起こすIOP関連ストレスおよびひずみの生体力学的パラダイムは、緑内障19,20,21の病態生理学にも影響を及ぼす。ヒトの圧力誘発変化が機械的にRGC軸索22に損傷を与えるにもかかわらず、薄層内にコラーゲン状のプレートを欠いているげっ歯類も緑内障7,23を発症する可能性がある。さらに、IOPの上昇は、一次開放的な角緑内障患者の最も顕著な危険因子であり、正常な緊張緑内障患者はIOPが上昇しなくても緑内障の視神経障害を発症する。さらに、視神経損傷を示さない眼圧症患者のサブセットもあります。また、脳脊髄液圧(CSFp)が緑内障の病態に役割を果たす可能性も示唆されている。この証拠は、緑内障患者では正常な個体に比べてICPが〜5mmHgに低下し、それによって経層圧の上昇を引き起こし、疾患24,25において重要な役割を果たすことを示している。以前は、イヌモデルで、IOPおよびCSFpの変化を制御することによって、視ディスク26の大きな変位が存在することが実証された。ブタの目にCSFpを上昇させることはまた、LC領域およびレトロ層神経組織内の増加した主な緊張を示している。RgcsとLC領域への負担の増加は、軸索輸送の閉塞およびRGCs27の損失に寄与します。RGCの進行性変性は、栄養性サポート28,29の喪失、炎症過程/免疫調節30,31の刺激、およびアポトーシスエフェクター29,32,33,34,35と関連している。さらに、軸索損傷(図3)は、RGCに有害な影響を及ぼし、回生障害36,37,38,39を引き起こします。IOPの効果はよく研究されているにもかかわらず、異常な経層圧変化に対して最小限の研究が行われてきた。緑内障のほとんどの治療法は、IOPの安定化に焦点を当てています。しかし、IOPの低下は病気の進行を遅らせるが、視野の喪失を逆転させ、RGCの完全な喪失を防ぐものではない。
現在の証拠は、外傷性または神経変性視覚障害に苦しむ患者の様々な機械的、生物学的、または生理学的変化による経層圧調節が重大な視力低下を引き起こす可能性があることを示している。現在、元生体内ヒトONH内の緑内生体損傷の研究を可能にする真の前臨床ヒト後部セグメントモデルは存在しない。眼科27では眼の後部の観察と治療は大きな課題です。後眼を標的とする物理的および生物学的障壁は、高い排除率、血液性バリア、および潜在的な免疫学的応答40を含む。新しい薬剤標的に対するほとんどの有効性および安全性試験は、生体外細胞および生体内動物モデル41を利用して達成される。眼の解剖学は複雑であり、インビトロ研究は組織モデルシステムによって提示される解剖学的および生理的障壁を正確に模倣しない。動物モデルは薬物動態学的研究の必需品ですが、ヒト後眼の眼生理は、眼の細胞構造、脈管系、ONH41,42など様々な動物種によって異なる可能性があります。
生きている動物の使用は、集中的かつ詳細な倫理規則、高い財政的コミットメント、および効果的な再現性43を必要とします。最近、実験研究における動物の倫理的使用に関する他のガイドライン44,45,46が制定されました。動物実験の代わりに、病気の病因を調査し、ONHの損傷を保護するための薬物の潜在的な分析を調査するために、ex vivoヒトの目のモデルを使用しています。ヒト死後組織は、ヒト疾患パラダイム、特にヒト神経変性疾患の場合、動物モデルで開発された潜在的な薬物の同定にはヒト47に翻訳可能である必要があるため、ヒト疾患パラダイムを研究するための貴重なリソースである。このエクスビボヒトドナー組織は、ヒト障害47,48,49の研究に広く利用されており、ヒト前セグメント灌流器官培養系は以前、IOP50,51,52の上昇の病態生理学を研究するユニークなex vivoモデルを提供してきました。
ヒトの目のIOPとICPに関連する経層圧を研究するために、我々は、ヒトドナーの眼の後部セグメントを用いてIOPとICPを独立して調節できる2室のトランスラミナー自律システム(TAS)の設計と開発に成功した。これは、経層圧を研究し、ONHに対するTLPGの生体力学的効果を利用する最初のex vivoヒトモデルです。
このex vivoヒトTASモデルは、IOPまたはICPの慢性的な上昇のために起こる細胞および機能性の修飾を発見し、分類するために使用することができる。本レポートでは、TASヒト後部セグメントモデルの解剖、設定、モニタリングのステップバイステップのプロトコルについて詳述する。このプロトコルは、他の研究者が生体機械疾患の病因を研究するために、この新しいex vivo加圧ヒト後部セグメントモデルを効果的に再現することを可能にする。

<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

緑内障病原性に関連する様々な病原性パラダイムを同定できる頭蓋内圧(ICP)および眼内圧(IOP)を用いて、疾患の病因を標的とすることができる新しい前臨床ヒトモデルに対する現在のアンメットニーズがある。エキビボヒト前部灌流器官培養モデルは、緑内障の病態の発見および治療薬の試験に有効な技術として、これまで利用され、応用されてきた。前臨床薬物スクリーニングおよびヒト臓器系の前臨床研究は、臨床研究により翻訳可能である。本稿では、トランスラミナー自律システム(TAS)と呼ばれる新しいex vivoヒト経層圧モデルの生成と動作について詳細に説明する。TASモデルは、ヒトドナー後部セグメントを使用して、ICPとIOPを独立して規制することができます。このモデルは、前臨床的な方法で病因を研究することを可能にする。それは眼科の研究で生きている動物の使用を減らすことができます。.インビトロ実験モデルとは対照的に、視神経ヘッド(ONH)組織構造、複雑性、完全性もex vivo TASモデル内で維持することができます。

トランスラミナー自律システムの設計と作成 トランスラミナー圧差は、緑内障を含む様々な疾患の病因における潜在的な重要なメカニズムである。記載されたモデルの用途には、緑内障(IOPの上昇、ICPの低下)、外傷性脳損傷(高いICP)、微小重力関連視覚障害(ICPの上昇、IOPの上昇)への長期暴露の研究が挙げられるが、これらに限定されない。ヒトの眼の経層圧を標的とする分子?...

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

トランスラミナー自律システムの使用について説明し、詳細を説明する。このシステムは、ヒト後部セグメントを利用して、セグメント内の圧力(眼内)および周囲の視神経(頭蓋内)を独立して調節し、緑内障視神経障害の特徴を模倣する経層圧勾配を生成する。

ヒトドナー後部セグメントにおける眼内圧および頭蓋内圧変調に対するトランスラミナー自律システムモデル

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

小分子の誘導と多能性ヒト胚性幹細胞からヒト神経前駆細胞と神経細胞の効率的な導出

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

モデルとしての嗅覚系は、軸索の成長パターンと形態を研究する<em&gt;インビボ</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

ヒトドナー目からブルッフ膜の濃縮

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

神経系の再構築、変調、モデリングのための解剖学的にインスパイアされた3次元マイクロ組織工学ニューラルネットワーク

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

内視鏡的粘膜下組織に埋込型自律的充電式 Microneurostimulator

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

神経活動と Spm と頭蓋内脳波データを使用した接続の分析

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

新生児における信頼性の高い視覚イベント関連電位を得る方法

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

坐骨神経クラッシュ損傷のラットモデルにおける機能的評価のための3D運動学的解析

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

脳スライスにおける求心性経路の光遺伝学的活性化と揮発性麻酔薬による応答の調節

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