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

Финансирование этого проекта осуществлялось за счет дискреционных средств д-ра Коллин М. Макдауэлл. Эта работа была частично поддержана неограниченным грантом от Research to Prevent Blindness, Inc. департаменту офтальмологии и визуальных наук UW Madison. Мы благодарим д-ра Эббота Ф. Кларка и Веймин Мао за их техническую помощь с моделью культуры перфузионных органов. Мы благодарим Институт трансплантации и исследований Lions Eye (Тампа, Флорида) за предоставление глаз донора человека.

Глаза были получены в соответствии с положениями Хельсинкской декларации для исследований с участием тканей человека.
ПРИМЕЧАНИЕ: Глаза из авторитетных глазных банков (например, Lions Eye Institute for Transplant, Research, Tampa FL) были собраны в течение 6-12 часов после смерти, а донорская сыв?...

Посмертные ткани человека являются особенно ценным ресурсом для изучения нейродегенеративных заболеваний человека, поскольку идентификация потенциальных лекарств, разработанных на животных моделях, должна быть переведена на людей47. Эффекты повышения ВГД человека хоро?...

Глобальные оценки в недавних опросах показывают, что 285 миллионов человек живут с нарушениями зрения, в том числе 39 миллионов слепых1. В 2010 году Всемирная организация здравоохранения задокументировала, что три из девяти перечисленных ведущих причин слепоты происходят в заднем сегменте глаза1. Заболевания заднего сегмента глаза включают сетчатку, сосудистую оболочку и зрительный нерв2. Сетчатка и зрительный нерв являются расширениями центральной нервной системы (ЦНС) мозга. Аксоны ганглиозных клеток сетчатки (RGC) уязвимы для повреждения, потому что они выходят из глаза через головку зрительного нерва (ONH) для формирования зрительного нерва3. ONH остается наиболее уязвимым местом для аксонов RGC из-за 3D-сетки пучков соединительной ткани, называемой lamina cribrosa (LC)4. ONH является начальным местом повреждения аксонов RGC при глаукоме5,6,7, а изменения экспрессии генов в ONH были изучены в моделях глазной гипертензии и глаукомы8,9,10. Аксоны RGC восприимчивы к ONH из-за перепадов давления между внутриглазным компартментом, называемым внутриглазным давлением (ВГД), и во внешнем периоптическом субарахноидальном пространстве, называемом внутричерепным давлением (ICP)11. Область LC разделяет обе области, поддерживая нормальные перепады давления, при этом ВГД колеблется от 10 до 21 мм рт.ст., а ВЧД от 5 до 15 мм рт.ст.12. Разность давлений через пластинку между двумя камерами называется трансламинарным градиентом давления (TLPG)13. Основным фактором риска глаукомы является повышенный IOP14.
Увеличение ВГД увеличивает нагрузку внутри и поперек ламинарной области6,15,16. Экспериментальные наблюдения на моделях людей и животных показывают, что ONH является начальным местом повреждения аксонов17,18. Биомеханическая парадигма стресса и деформации, связанных с ВГД, вызывающих глаукоматозное повреждение в ONH, также влияет на патофизиологию глаукомы19,20,21. Несмотря на то, что у людей изменения, вызванные давлением, механически повреждают аксоны RGC22, у грызунов, не имеющих коллагеновых пластин в ламине, также может развиться глаукома7,23. Кроме того, повышенное ВГД остается наиболее заметным фактором риска у пациентов с первичной открытоугольной глаукомой, в то время как у пациентов с нормальной напряженной глаукомой развивается глаукоматозная оптическая нейропатия даже без повышенного ВГД. Кроме того, есть также подмножество глазных гипертоников, которые не показывают повреждения зрительного нерва. Также было высказано предположение, что давление спинномозговой жидкости (CSFp) может играть роль в патогенезе глаукомы. Данные свидетельствуют о том, что ВЧД снижается до ~ 5 мм рт.ст. у пациентов с глаукомой по сравнению с нормальными людьми, тем самым вызывая повышенное трансламинарное давление и играя решающую роль в заболевании24,25. Ранее в собачьей модели было продемонстрировано, что, контролируя изменения ВГД и CSFp, могут быть большие смещения оптического диска26. Повышение CSFp в глазах свиней также показало увеличение основного напряжения в области LC и ретроламинальной нервной ткани. Повышенная нагрузка на RGC и регион LC способствует блокировке аксонального транспорта и потере RGC27. Прогрессирующая дегенерация RGC была связана с потерей трофической поддержки28,29, стимуляцией воспалительных процессов/иммунной регуляции30,31 и апоптотических эффекторов29,32,33,34,35. Кроме того, аксональное повреждение (рисунок 3) оказывает пагубное воздействие на RGC, вызывая регенеративную недостаточность36,37,38,39. Несмотря на то, что эффекты ВГД были хорошо изучены, были проведены минимальные исследования аномальных изменений трансламинального давления. Большинство методов лечения глаукомы сосредоточены на стабилизации ВГД. Однако, несмотря на то, что снижение ВГД замедляет прогрессирование заболевания, оно не обращает вспять потерю поля зрения и не предотвращает полную потерю RGC. Понимание нейродегенеративных изменений при глаукоме, связанных с давлением, будет иметь решающее значение для предотвращения смерти RGC.
Современные данные свидетельствуют о том, что трансламинарные модуляции давления из-за различных механических, биологических или физиологических изменений у пациентов, страдающих травматическими или нейродегенеративными нарушениями зрения, могут вызвать значительную потерю зрения. В настоящее время не существует истинной доклинической модели заднего сегмента человека, которая могла бы позволить изучать глаукоматозные биомеханические повреждения в EX VIVO человека ONH. Наблюдение и лечение заднего сегмента глаза является огромной проблемой в офтальмологии27. Существуют физические и биологические барьеры для нацеливания на задний глаз, включая высокие показатели элиминации, гемато-ретинальный барьер и потенциальные иммунологические реакции40. Большинство тестов эффективности и безопасности для новых мишеней лекарств проводятся с использованием клеточных моделей in vitro и in vivo на животных41. Глазная анатомия сложна, и исследования in vitro не точно имитируют анатомические и физиологические барьеры, представленные тканевыми модельными системами. Несмотря на то, что животные модели являются необходимостью для фармакокинетических исследований, глазная физиология заднего глаза человека может варьироваться между различными видами животных, включая клеточную анатомию сетчатки, сосудистой системы и ONH41,42.
Использование живых животных требует интенсивных и подробных этических норм, высокой финансовой приверженности и эффективной воспроизводимости43. В последнее время появилось множество других руководящих принципов этического использования животных в экспериментальных исследованиях44,45,46. Альтернативой испытаниям на животных является использование моделей человеческого глаза ex vivo для исследования патогенеза заболеваний и потенциального анализа лекарств для защиты повреждения ONH. Посмертная ткань человека является ценным ресурсом для изучения парадигм заболеваний человека, особенно в случае нейродегенеративных заболеваний человека, поскольку идентификация потенциальных лекарств, разработанных на животных моделях, требует необходимости быть переведенной на людей47. Донорская ткань человека ex vivo широко использовалась для изучения расстройств человека47,48,49, а системы культуры органов переднего сегмента человека ранее предоставили уникальную модель ex vivo для изучения патофизиологии повышенного IOP50,51,52.
Для изучения трансламинального давления, связанного с ВГД и ВЧД в глазах человека, мы успешно спроектировали и разработали двухкамерную трансламинарную автономную систему (TAS), которая может независимо регулировать ВГД и ВЧД с использованием задних сегментов от глаз донора человека. Это первая человеческая модель ex vivo, изучающая трансламинарное давление и использующая биомеханическое воздействие TLPG на ONH.
Эта модель EX VIVO человека TAS может быть использована для обнаружения и классификации клеточных и функциональных модификаций, которые происходят из-за хронического повышения ВГД или ВЧД. В этом отчете мы подробно описываем пошаговый протокол препарирования, настройки и мониторинга модели заднего сегмента человека TAS. Протокол позволит другим исследователям эффективно воспроизвести эту новую модель заднего сегмента человека ex vivo под давлением для изучения патогенеза биомеханических заболеваний.

<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

В настоящее время существует неудовлетворенная потребность в новой доклинической модели человека, которая может быть нацелена на этиологию заболевания ex vivo с использованием внутричерепного давления (ВЧД) и внутриглазного давления (ВГД), которые могут идентифицировать различные патогенные парадигмы, связанные с патогенезом глаукомы. Модели культуры органов переднего сегмента человека ex vivo ранее успешно использовались и применялись в качестве эффективных технологий для открытия патогенеза глаукомы и тестирования терапевтических средств. Доклинический скрининг лекарств и исследования, проводимые на системах органов человека ex vivo, могут быть более трансформируемыми для клинических исследований. В этой статье подробно описывается создание и эксплуатация новой модели трансламинального давления человека ex vivo, называемой трансламинальной автономной системой (TAS). Модель TAS может независимо регулировать ВЧД и ВГД с использованием задних сегментов донора человека. Модель позволяет изучать патогенез доклиническим способом. Это может уменьшить использование живых животных в офтальмологических исследованиях. В отличие от экспериментальных моделей in vitro, структура, сложность и целостность ткани головки зрительного нерва (ONH) также могут поддерживаться в рамках модели ex vivo TAS.

Проектирование и создание трансламинарной автономной системы Трансламинарный перепад давления является потенциальным ключевым механизмом в патогенезе различных заболеваний, в том числе глаукомы. Использование описанной модели включает, но не ограничивается этим, изучен?...

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

Мы описываем и детализируем использование трансламинарной автономной системы. Эта система использует задний сегмент человека для независимого регулирования давления внутри сегмента (внутриглазного) и окружающего зрительного нерва (внутричерепного) для создания трансламинального градиента давления, который имитирует особенности глаукоматозной оптической невропатии.

Трансламинарная модель автономной системы для модуляции внутриглазного и внутричерепного давления в задних сегментах донора человека

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

Эффективное Вывод прав нейронов и нейронов прародителей из плюрипотентных эмбриональных стволовых клеток человека с малыми Индукционная Молекула

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

Обонятельная система как модель для изучения характера роста аксонов и морфология<em&gt; В 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

Обогащение мембраны Бруха от глаз человека доноров

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

Анатомически вдохновленные трехмерные микротамовые инженерные нейронные сети для восстановления, модуляции и моделирования нервной системы

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

Автономные и аккумуляторная Microneurostimulator эндоскопически имплантируемые в подслизистой

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

Анализ нейронной активности и подключение с использованием внутричерепных ЭЭГ данных с программным обеспечением УСВ

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

Как получить надежные визуальные события, связанные с потенциалом у новорожденных

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 кинематический анализ для функциональной оценки в Крыса Модель Сиатический нерв Давка травмы

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

Оптогенетическая активация афферентных путей в срезах мозга и модуляция реакций летучими анестетиками

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