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 av detta projekt var genom diskretionära medel av Dr. Colleen M. McDowell. Detta arbete stöddes delvis av ett obegränsat anslag från Research to Prevent Blindness, Inc. till UW Madison Department of Ophthalmology and Visual Sciences. Vi tackar Drs. Abbot F. Clark och Weiming Mao för deras tekniska hjälp med modellen för perfusionsorgankultur. Vi tackar Lions Eye Institute for Transplant and Research (Tampa, FL) för att ha försett de mänskliga donatorögonen.

Enligt bestämmelserna i Helsingforsdeklarationen erhölls för forskning som rör mänsklig vävnad.
OBS: Ögon från välrenommerade ögonbanker (t.ex. Lions Eye Institute for Transplant, Research, Tampa FL) skördades inom 6–12 timmar från döden och donatorserum testades för hepatit B, hepatit C och humant immunbristvirus 1 och 2. När de togs emot dissekerades ögonen och sattes upp i TAS-modellen inom 24 timmar. Uteslutningskriterier ingår alla okulär patologi. Ögon uteslöts inte...

Mänskliga postmortemvävnader är en särskilt värdefull resurs för att studera mänskliga neurodegenerativa sjukdomar eftersom identifiering av potentiella läkemedel som utvecklats i djurmodeller måste översättas till människor47. Effekterna av mänsklig IOP höjd är väletablerade, men minimal forskning har utförts på onormala ONH translaminära tryckförändringar. Även om det finns flera djurmodeller och finita modellering av mänsklig ONH finns det ingen ex vivo mänsklig modell f...

Globala uppskattningar i nyligen genomförda undersökningar tyder på att 285 miljoner människor lever med synnedsättning, inklusive 39 miljoner som är blinda1. År 2010 dokumenterade Världshälsoorganisationen att tre av de nio listade ledande orsakerna till blindhet förekommer i det bakre segmentet av ögat1. Bakre segment ögonsjukdomar involverar näthinnan, choroid och optik nerv2. Näthinnan och synnerven är centrala nervsystemet (CNS) förlängningar av hjärnan. Retinal ganglion cell (RGC) axons är sårbara för skador eftersom de lämnar ögat genom optik nerv huvudet (ONH) för att bilda optik nerv3. ONH är fortfarande den mest sårbara punkten för RGC axons på grund av 3D meshwork av bindväv strålar kallas lamina cribrosa (LC)4. ONH är den första platsen för förolämpning mot RGC axons i glaukom5,6,7, och genuttryck förändringar inom ONH har studerats i okulär hypertoni och glaukom modeller8,9,10. RGC axons är mottagliga vid ONH på grund av tryckskillnader mellan intraokulära facket, kallas intraokulärt tryck (IOP), och inom det yttre perioptiska subarachnoid utrymmet, kallas intrakraniellt tryck (ICP)11. LC-regionen separerar båda områdena och upprätthåller normala tryckskillnader, med IOP från 10-21 mmHg och ICP från 5-15 mmHg12. Tryckskillnaden genom laminan mellan de två kamrarna kallas translaminär tryckgradient (TLPG)13. En stor riskfaktor för glaukom är förhöjd IOP14.
Ökad IOP ökar belastningen inom och över laminärregionen6,15,16. Experimentella observationer hos människor och djurmodeller presenterar ONH som den ursprungliga platsen för axonal skada17,18. Det biomekaniska paradigmet för IOP-relaterad stress och stam som orsakar glauomatiska skador vid ONH påverkar också patofysiologin av glaukom19,20,21. Även om hos människor tryck-inducerade förändringar mekaniskt skada RGC axons22, gnagare som saknar kollagen plattor inom lamina kan också utveckla glaukom7,23. Dessutom är förhöjda IOP fortfarande den mest framträdande riskfaktorn i primära öppna vinkel glaukom patienter, medan normala spänning glaukom patienter utveckla glauomatous optik neurotoxiskt även utan förhöjda IOP. Dessutom finns det också en delmängd av okulär hypertensiva patienter som visar inga optik nerv skador. det har också föreslagits att ryggmärgsvätskan tryck (CSFp) kan spela en roll i glaukom patogenes. Bevis tyder på att ICP sänks till ~ 5 mmHg hos glaukom patienter jämfört med normala individer, vilket orsakar ökat translaminärt tryck och spelar en avgörande roll i sjukdom24,25. Tidigare visades det i en hundmodell, att genom att kontrollera IOP- och CSFp-förändringar kan det finnas stora förskjutningar av den optiska skivan26. Höja GSFp i svin ögon har också visat ökad huvudstam inom LC regionen och retrolaminar neural vävnad. Ökad belastning på RGCs och LC-regionen bidrar till axonal transport blockering och förlust av RGCs27. Progressiv degeneration av RGCs har associerats med förlust av trofiskt stöd28,29, stimulering av inflammatoriska processer/immunreglering30,31 och apoptotiska effektorer29,32,33,34,35. Dessutom orsakar axonal skada (figur 3) skadliga effekter på RGCs, vilket utlöser regenerativa fel36,37,38,39. Även om effekterna av IOP har studerats väl, har minimal forskning utförts på onormala translaminära tryckförändringar. De flesta behandlingar för glaukom fokuserar på att stabilisera IOP. Men även om sänkning av IOP saktar utvecklingen av sjukdomen, det inte vända synfält förlust och förhindra fullständig förlust av RGCs. Förstå tryck-relaterade neurodegenerativa förändringar i glaukom kommer att vara avgörande för att förhindra RGC död.
Aktuella bevis tyder på att translaminar tryck modulering på grund av att olika mekaniska, biologiska eller fysiologiska förändringar hos patienter som lider av traumatiska eller neurodegenerativa synnedsättningar kan orsaka betydande synförlust. För närvarande finns det ingen sann preklinisk mänsklig bakre segmentmodell som kan tillåta studier av glauomatous biomekaniska skador inom ex vivo mänskliga ONH. Observation och behandling av det bakre segmentet av ögat är en enorm utmaning inom oftalmologi27. Det finns fysiska och biologiska hinder för att rikta in sig på det bakre ögat, inklusive höga elimineringshastigheter, blod-retinal barriär och potentiella immunologiska svar40. De flesta effekt- och säkerhetstester för nya läkemedelsmål uppnås med hjälp av in vitro cellulära och in vivo djurmodeller41. Okulär anatomi är komplex, och in vitro studier inte exakt efterlikna de anatomiska och fysiologiska barriärer som presenteras av vävnad modellsystem. Även om djurmodeller är en nödvändighet för farmakokinetiska studier, kan okulär fysiologin hos det mänskliga bakre ögat variera mellan olika djurarter, inklusive cellulär anatomi av näthinnan, vaskulaturen och ONH41,42.
Användningen av levande djur kräver intensiva och detaljerade etiska regler, högt ekonomiskt engagemang och effektiv reproducerbarhet43. Nyligen har flera andra riktlinjer följt för etisk användning av djur i experimentell forskning44,45,46. Ett alternativ till djurförsök är användningen av ex vivo mänskliga ögonmodeller för att undersöka sjukdomspatogenes och potentiell analys av läkemedel för att skydda ONH-skador. Mänsklig postmortemvävnad är en värdefull resurs för att studera mänskliga sjukdomsparadigm, särskilt när det gäller neurodegenerativa sjukdomar hos människor, eftersom identifiering av potentiella läkemedel som utvecklats i djurmodeller kräver behovet av att kunna översättas till människor47. Ex vivo mänskliga donator vävnad har använts i stor utsträckning för studier av mänskliga störningar47,48,49, och mänskliga främre segment perfusion organ kultursystem har tidigare gett en unik ex vivo modell för att studera patofysiologi av förhöjda IOP50,51,52.
För att studera translaminärt tryck relaterade till IOP och ICP i mänskliga ögon, utformade och utvecklade vi framgångsrikt ett tvåkammar translaminärt autonomt system (TAS) som självständigt kan reglera IOP och ICP med hjälp av bakre segment från mänskliga donatorögon. Det är den första ex vivo mänskliga modellen att studera translaminära tryck och utnyttja de biomekaniska effekterna av TLPG på ONH.
Denna ex vivo mänskliga TAS-modell kan användas för att upptäcka och klassificera cellulära och funktionella modifieringar som uppstår på grund av kronisk höjd av IOP eller ICP. I den här rapporten beskriver vi steg-för-steg-protokollet för dissekering, inställning och övervakning av TAS mänskliga bakre segmentmodellen. Protokollet kommer att göra det möjligt för andra forskare att effektivt reproducera denna nya ex vivo trycksatta mänskliga bakre segment modell för att studera biomekanisk sjukdom patogenes.

<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

Det finns ett aktuellt ouppfyllt behov av en ny preklinisk mänsklig modell som kan rikta in sig på sjukdom etiologi ex vivo med hjälp av intrakraniellt tryck (ICP) och intraokulära tryck (IOP) som kan identifiera olika patogena paradigm relaterade till glaukom patogenesen. Ex vivo mänskliga främre segment perfusion organ kultur modeller har tidigare framgångsrikt utnyttjats och tillämpas som effektiv teknik för upptäckt av glaukom patogenes och testning av terapier. Preklinisk läkemedelsscreening och forskning som utförs på ex vivo mänskliga organsystem kan vara mer översättbara till klinisk forskning. Denna artikel beskriver i detalj genereringen och driften av en ny ex vivo mänsklig translaminär tryckmodell som kallas det translaminära autonoma systemet (TAS). TAS-modellen kan självständigt reglera ICP och IOP med hjälp av mänskliga donator bakre segment. Modellen gör det möjligt att studera patogenes på ett prekliniskt sätt. Det kan minska användningen av levande djur i oftalmisk forskning. I motsats till in vitro-experimentella modeller kan optisk nervhuvud (ONH) vävnad struktur, komplexitet och integritet också upprätthållas inom ex vivo TAS-modellen.

Design och skapande av det translaminära autonoma systemet Translaminära tryckdifferens är en potentiell nyckelmekanism i patogenesen vid olika sjukdomar, inklusive glaukom. Användningsområden för den beskrivna modellen inkluderar, men är inte begränsade till, studier av glaukom (förhöjd IOP, kanske minskad ICP), traumatisk hjärnskada (förhöjd ICP) och långvarig exponering för mikrogravitation-associerade synnedsättning (förhöjda ICP, förhöjda IOP). För att upptäcka molekylär pa...

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 och beskriver användningen av det translaminära autonoma systemet. Detta system använder det mänskliga bakre segmentet för att självständigt reglera trycket inuti segmentet (intraokulära) och omgivande optik nerv (intrakraniell) för att generera en translaminär tryck gradient som efterliknar funktioner av glaucomatous optik neurotoxiskt.

Translaminär autonom systemmodell för modulering av intraokulärt och intrakraniellt tryck i bakre segment för mänskliga donatorer

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 av mänskliga neurala stamceller och nervceller från Pluripotenta mänskliga embryonala stamcellslinjer med liten molekyl 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

Luktsystemet som en modell för att studera axonal tillväxt Mönster och 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

Anrikning av Bruchs membran från human donator Ögon

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

Anatomiskt inspirerade tredimensionella mikrovävnadsgenererade neurala nätverk för nervsystemet återuppbyggnad, modulering och 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

Autonoma och laddningsbara Microneurostimulator endoskopiskt implanterbara 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

Analysera Neural aktivitet och anslutning med intrakraniell EEG Data med SPM mjukvara

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

Hur man skaffar pålitliga visuella händelserelaterade potentialer hos nyfödda

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 Analys för funktionell utvärdering i Rat Modell av Sciatic Nerve Crush Skada

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 av afferenta vägar i hjärnskivor och modulering av svar med flyktiga anestetika

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