Name: oxygen-induced retinopathy model for ischemic retinal diseases in rodents
Uploaded: 2020-09-16T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Oxygen-Induced Retinopathy Model for Ischemic Retinal Diseases in Rodents at JoVE.com

Wij danken Marianne Karlsberg, Anne Mari Haapaniemi, Päivi Partanen en Anne Kankkunen voor de uitstekende technische ondersteuning. Dit werk werd gefinancierd door de Academy of Finland, Päivikki en Sakari Sohlberg Foundation, Tampere Tuberculosis Foundation, Finnish Medical Foundation, Pirkanmaa Hospital District Research Foundation en het Tampere University Hospital Research Fund.

Het hier beschreven protocol is goedgekeurd door de Nationale Ethische Commissie voor dieren van Finland (protocolnummer ESAVI/9520/2020 en ESAVI/6421/04.10.07/2017).
1. Proefdieren en muis OIR model inductie
OPMERKING: Gebruik tijdge gepaarde dieren, bijvoorbeeld veelgebruikte C57BL/6J muizen, om pups op dezelfde dag geboren te krijgen. Gebruik pleegdammen, bijvoorbeeld 129 stam (129S1/SvImJ of 129S3/SvIM) zogende moederdieren, om de pups te verzorgen tijdens en na d...

De ernst van het fenotype van de ziekte is afhankelijk van zowel de stam als zelfs de leverancier in zowel muis- als rat OIR-modellen23. Dit suggereert dat er een brede genotypische variabiliteit is in de pathologieontwikkeling. Over het algemeen ontwikkelen gepigmenteerde knaagdieren een ernstiger fenotype dan de albino knaagdieren. Bijvoorbeeld, de retinale vasculatuur van albino BALB/c revasculariseert snel na hyperoxia en ontwikkelt NV helemaal niet24. Evenzo vertonen g...

Betrouwbare en reproduceerbare experimentele modellen zijn nodig om de pathologie achter angiogene oogziekten te bestuderen en nieuwe therapieën voor deze verwoestende ziekten te ontwikkelen. Pathologische angiogenese is het kenmerk voor natte leeftijdsgebonden maculadegeneratie (AMD) en voor veel ischemische netvliesaandoeningen waaronder retinopathie van prematuriteit (ROP), proliferatieve diabetische retinopathie (PDR) en retinale ader occlusie (RVO)1,2,3,4. Menselijke en knaagdier retina's volgen een vergelijkbaar patroon van ontwikkeling, omdat zowel menselijk als knaagdier netvlies behoren tot de laatste weefsels die vasculair zijn. Voordat het netvlies vasculatuur zich volledig heeft ontwikkeld, ontvangt het netvlies zijn nutriëntentoevoer uit hyaloïde vasculatuur, dat op zijn beurt regresseert wanneer het netvlies vasculatuur begint te ontwikkelen1,2. Bij menselijke, retinale vasculaire ontwikkeling wordt voltooid vóór de geboorte, terwijl bij knaagdieren de groei van retinale vasculatuur optreedt na de geboorte. Aangezien de vasculaire ontwikkeling van het netvlies postnataal plaatsvindt bij knaagdieren, biedt het een ideaal modelsysteem om de angiogenese2,3 tebestuderen. De pasgeboren knaagdieren hebben een avasculaire retina die zich geleidelijk ontwikkelt totdat volledige vasculaire netvliesontwikkeling wordt bereikt tegen het einde van derde postnatale week4. De groeiende bloedvaten van neonatale muis zijn plastic en ondergaan regressie tijdens hyperoxia stimulus5.
ROP is de belangrijkste oorzaak voor kinderblindheid in westerse landen, omdat het bijna 70% van de premature zuigelingen met geboortegewicht onder 1.250 g6,7treft. ROP komt voor bij premature zuigelingen die worden geboren voordat netvliesvaten hun normale groei voltooien. ROP vordert in twee fasen: in fase I vertraagt vroeggeboorte de vasculaire groei van het netvlies, waarbij na fase II de onvoltooide vascularisatie van het zich ontwikkelende netvlies hypoxie veroorzaakt, wat de expressie van angiogene groeifactoren induceert die nieuwe en abnormale bloedvatgroei stimuleren8. Het OIR-model is een veelgebruikt model geweest om de pathofysiologie van ROP en andere ischemische retinopathieën te bestuderen en om nieuwe medicijnkandidaten te testen2,3,9. Het wordt algemeen beschouwd als een reproduceerbaar model voor het uitvoeren van proof-of-concept studies voor potentiële antiangiogene geneesmiddelen voor oog- en niet-oculaire ziekten. De twee knaagdiermodellen, d.w.z. muis en rat OIR verschillen in hun modelinductie en ziektefenotype. Het rattenmodel bootst het ROP-fenotype nauwkeuriger na, maar het muismodel biedt een robuuster, sneller en reproduceerbaarder model voor retinale neovascularisatie (NV). In het muismodel ontwikkelt NV zich tot het centrale netvlies. Deze pathologische uitlezing is belangrijk in farmacologische werkzaamheidsstudies voor veel ischemische retinopathieën, zoals PDR, RV en exsudatieve AMD, evenals voor niet-oculaire, angiogene ziekten zoals kanker. Bovendien maakt de beschikbaarheid van genetisch gemanipuleerde (transgene en knock-out) muizen het muis OIR-model een populairdere optie. Noch muis noch rat OIR model creëert echter retinale fibrose, wat typisch is bij menselijke ziekten.
Het inzicht dat hoge zuurstofniveaus bijdragen aan de ontwikkeling van ROP in de jaren 195010,11 leidde tot de ontwikkeling van diermodellen. De eerste studies over het effect van zuurstof op retinale vasculatuur werden gedaan in 195012,13,14 en tot de jaren 1990 waren er veel verfijningen aan het OIR-model. Het onderzoek van Smith et al. in 1994 zette een standaard voor het huidige muis OIR-model dat hyaloidopathie scheidt van retinopathie15. Een brede goedkeuring van de methode om vaso-vernietiging en pathologische NV door Connor et al. (2009) te kwantificeren verhoogde zijn populariteit verder16. In dit model worden muizen gedurende 5 dagen op 75% zuurstof (O2)geplaatst op P7, gevolgd door 5 dagen in normoxische omstandigheden. Hyperoxia van P7 tot P12 zorgt ervoor dat retinale vasculatuur teruggaat in het centrale netvlies. Bij terugkeer naar normoxische aandoeningen wordt het avasculaire netvlies hypoxisch (figuur 1A). Als gevolg van de hypoxische stimuli van het avasculaire centrale netvlies, ontspruiten sommige van de retinale bloedvaten naar het glasvocht en vormen preretinale NV, preretinale plukjes2,3genoemd . Deze plukjes zijn onvolwassen en hyperpermeabel. De hoeveelheid NV piekt op P17, waarna deze achteruitgaat. Het netvlies is volledig gerevasculariseerd en NV wordt volledig geregresseerd door P23 - P25 (figuur 2A)2,3.
Het rat OIR-model (met verschillende niveaus van O2) werd voor het eerst beschreven in de jaren 1990 waaruit bleek dat verschillende O2-niveaus bij 80% en 40% meer uitgesproken NV veroorzaken dan onder 80% O2 constante blootstelling17. Later werd ontdekt dat het intermitterende hypoxiemodel, waarbij O2 wordt gefietst uit hyperoxia (50%) hypoxie (10-12 %), veroorzaakt nog meer NV dan de 80/40% O2 model18. In het 50/10% model worden rattenjongen gedurende 24 uur blootgesteld aan 50%, gevolgd door 24 uur in 10% O2. Deze cycli worden voortgezet tot P14, wanneer de ratjongen worden teruggebracht naar normoxische omstandigheden (figuur 1B). Net als bij menselijke ROP-patiënten ontwikkelen zich in het rattenmodel de avasculaire gebieden tot aan de periferie van het netvlies als gevolg van onrijpe retinale vasculaire plexus (figuur 3).
In beide modellen zijn de belangrijkste parameters die meestal worden gekwantificeerd de grootte van AVA en NV. Deze parameters worden meestal geanalyseerd vanaf retinale platte mounts waarbij de endotheelcellen het label4,16 krijgen. Voorheen werd de hoeveelheid preretinale NV geëvalueerd aan de hand van retinale dwarsdoorsneden door het tellen van bloedvaten of vasculaire celkernen die zich uitstrekken tot glasvocht boven het binnenste beperkende membraan. De belangrijkste beperking van deze aanpak is dat het niet mogelijk is om de APA's te kwantificeren.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>33 gauge, Small Hub RN Needle</td>
			<td>Hamilton Company</td>
			<td>7803-05, 10mm, 25&#176;, PS4</td>
			<td>For intravitreal injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adobe Photoshop</td>
			<td>Adobe Inc.</td>
			<td></td>
			<td>For image analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Air pump air100</td>
			<td>Eheim GmbH &#38; Co. KG.</td>
			<td>143207</td>
			<td>For inhalation anaesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anaesthesia unit 410 AP</td>
			<td>Univentor Ltd.</td>
			<td>2360309</td>
			<td>For inhalation anaesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AnalaR NORMAPUR Soda lime</td>
			<td>VWR International Ltd</td>
			<td>22666.362</td>
			<td>For CO2 control during model induction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Attane Vet 1000 mg/g</td>
			<td>VET MEDIC ANIMAL HEALTH OY</td>
			<td>vnr 17 05 79</td>
			<td>For inhalation anaesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Brush</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>For preparation of flat mounts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon dioxide gas</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>For sacrifice</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Celeris D430 ERG system</td>
			<td>Diagnosys LLC</td>
			<td>121</td>
			<td>For in vivo ERG</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell culture dishes</td>
			<td>Greiner Bio-One International GmbH</td>
			<td>664 160</td>
			<td>For preparation of flat mounts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cepetor Vet 1 mg/mL</td>
			<td>VET MEDIC ANIMAL HEALTH OY</td>
			<td>vnr 08 78 96</td>
			<td>For anaesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cover slips</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>15165452</td>
			<td>For preparation of flat mounts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>O2 Controlled InVivo Cabinet, Aninal Filtrarion System and Dehumidifier</td>
			<td>Coy Laboratory Products</td>
			<td></td>
			<td>Closed system for disease model induction, optional for semi-closed system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E702 O2 sensor</td>
			<td>BioSphenix, Ltd.</td>
			<td>E207, 1801901</td>
			<td>For oxygen level measurement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Envisu R2200 Spectral Domain Optical Coherence Tomograph (SD-OCT)</td>
			<td>Bioptigen, Inc.</td>
			<td>BPN000668</td>
			<td>For in vivo imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eye spears</td>
			<td>Beaver-Visitec International, Inc.</td>
			<td>0008685</td>
			<td>For intravitreal injection and in vivo imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flexilux 600LL Cold light source</td>
			<td>Mikron</td>
			<td>11140</td>
			<td>For intravitreal injection or tissue collection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescein sodium salt</td>
			<td>Merck KGaA</td>
			<td>F6377-100G</td>
			<td>For in vivo imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas Exhaust unit (+Double 3-way valve, mouse and rat face masks, UNOsorb filter)</td>
			<td>UNO Roestvaststaal BV</td>
			<td>GEX 17015249</td>
			<td>For inhalation anaesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass syringe, Model 65 RN</td>
			<td>Hamilton Company</td>
			<td>7633-01</td>
			<td>For intravitreal injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HRA2 Retina angiograph (FA)</td>
			<td>Heidelberg Engineering GmbH</td>
			<td>Spec-KT-05488</td>
			<td>For in vivo imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isolectin GS-IB4, Alexa Fluor 488 Conjugate</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>I21411</td>
			<td>For labeling retinal vasculature on flat mounts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketaminol Vet 50 mg/mL</td>
			<td>Intervet International B.V.</td>
			<td>vnr 51 14 85</td>
			<td>For anaesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medicinal Oxygen gas</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>For disease model induction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mice C57BL/6JRj</td>
			<td>Janvier Labs</td>
			<td></td>
			<td>Also other strains possible</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope slides</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>J1800AMNZ</td>
			<td>For preparation of flat mounts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Minims Povidone Iodine 5% (unit)</td>
			<td>Bausch &#38; Lomb U.K Limited</td>
			<td>vnr 24 11 304</td>
			<td>For intravitreal injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitrogen gas</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>For disease model induction (rat)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oftan Chlora 10 mg/g</td>
			<td>Santen Pharmaceutical Co., Ltd.</td>
			<td>vnr 55 01 11</td>
			<td>For intravitreal injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oftan Metaoksedrin 100 mg/ml</td>
			<td>Santen Pharmaceutical Co., Ltd.</td>
			<td>vnr 55 03 43</td>
			<td>For in vivo ERG</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oftan Obucain 4 mg/ml</td>
			<td>Santen Pharmaceutical Co., Ltd.</td>
			<td>vnr 55 03 50</td>
			<td>For intravitreal injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oftan Tropicamid 5 mg/ml</td>
			<td>Santen Pharmaceutical Co., Ltd.</td>
			<td>vnr 04 12 36</td>
			<td>For in vivo imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ProOx Model 110 O2 controller and animal chamber</td>
			<td>BioSphenix, Ltd.</td>
			<td>803</td>
			<td>For disease model induction, semi-closed system, optional for closed system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ProOx Model P360 O2 controller and animal chamber</td>
			<td>BioSphenix, Ltd.</td>
			<td>538</td>
			<td>For disease model induction, semi-closed system, optional for closed system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rats CD(SD)</td>
			<td>Charles River Laboratories</td>
			<td></td>
			<td>Also other strains possible</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Revertor 5 mg/mL</td>
			<td>VET MEDIC ANIMAL HEALTH OY</td>
			<td>vnr 13 04 97</td>
			<td>For anaesthesia reversal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silica gel</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>For humidity control during model induction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Systane Ultra 10ml</td>
			<td>Alcon</td>
			<td>Tamro 2050250</td>
			<td>For hydration of the eye</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Systane Ultra unit 0.7ml</td>
			<td>Alcon</td>
			<td>Tamro 2064871</td>
			<td>For hydration of the eye</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transfer pipette</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>1343-9108</td>
			<td>For preparation of flat mounts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VENTI-Line VL 180 PRIME Drying oven</td>
			<td>VWR</td>
			<td>VL180S 170301</td>
			<td>For drying silica gel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VisiScope SZT350 Stereomicroscope</td>
			<td>VWR</td>
			<td>481067</td>
			<td>For intravitreal injection or tissue collection</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

oxygen-induced retinopathy model for ischemic retinal diseases in rodents

Een van de meest gebruikte modellen voor ischemische retinopathieën is het zuurstofgeïnduceerde retinopathie (OIR) model. Hier beschrijven we gedetailleerde protocollen voor de OIR-modelinductie en de uitlezingen ervan bij zowel muizen als ratten. Retinale neovascularisatie wordt geïnduceerd in OIR door knaagdierjongen bloot te stellen aan hyperoxia (muizen) of afwisselende niveaus van hyperoxia en hypoxie (ratten). De primaire uitlezingen van deze modellen zijn de grootte van neovasculaire (NV) en avasculaire (AVA) gebieden in het netvlies. Dit preklinische in vivo model kan worden gebruikt om de werkzaamheid van potentiële anti-angiogene geneesmiddelen te evalueren of om de rol van specifieke genen in de retinale angiogenese aan te pakken met behulp van genetisch gemanipuleerde dieren. Het model heeft enige spannings- en leveranciersspecifieke variatie in de OIR-inductie waarmee rekening moet worden gehouden bij het ontwerpen van de experimenten.

Het belangrijkste resultaat van het model is het vasculaire fenotype: de grootte van ACA's en de hoeveelheid NV. In het muis OIR-model vindt de vaso-vernietiging plaats in het centrale netvlies (figuur 2A), terwijl het zich in het rattenmodel ontwikkelt in de periferie, d.w.z. vergelijkbaar met het menselijke ROP22 (figuur 3A). Dit komt omdat de oppervlakkige vasculaire plexus zich al heeft ontwikkeld wanneer muizen worden blootgesteld aa...

Watch this Scientific Journal Video about Oxygen-Induced Retinopathy Model for Ischemic Retinal Diseases in Rodents at JoVE.com

Oxygen-Induced Retinopathy Model for Ischemic Retinal Diseases in Rodents

Zuurstofgeïnduceerde retinopathie (OIR) kan worden gebruikt om ischemische netvliesaandoeningen zoals retinopathie van prematuriteit en proliferatieve diabetische retinopathie te modelleren en om te dienen als model voor proof-of-concept studies bij het evalueren van antiangiogene geneesmiddelen voor neovasculaire ziekten. OIR induceert robuuste en reproduceerbare neovascularisatie in het netvlies die kan worden gekwantificeerd.

Zuurstofgeïnduceerde retinopathiemodel voor ischemische netvliesziekten bij knaagdieren

One of the commonly used models for ischemic retinopathies is the oxygen-induced retinopathy (OIR) model. Here we describe detailed protocols for the OIR ...

Research

JoVE Journal

Medicine

Gene Transfer for Ischemic Heart Failure in a Preclinical Model

Gene Transfer voor ischemisch hartfalen in een preklinisch model

Various emerging technologies are being developed for patients with heart failure. Well-established preclinical evaluations are necessary to determine ...

A Simplified Technique for Producing an Ischemic Wound Model

Een vereenvoudigde methode voor het produceren van een ischemische Wound Model

One major obstacle in current diabetic wound research is a lack of an ischemic wound model that can be safely used in diabetic animals. Drugs that work ...

High Content Screening in Neurodegenerative Diseases

Hoog gehalte Screening bij neurodegeneratieve ziekten

The functional annotation of genomes, construction of molecular networks and novel drug target identification, are important challenges that need to be ...

Retinal Detachment Model in Rodents by Subretinal Injection of Sodium Hyaluronate

Netvliesloslating Model in Knaagdieren door Subretinal Injectie van natriumhyaluronaat

Subretinal injection of sodium hyaluronate is a widely accepted method of inducing retinal detachment (RD). However, the height and duration of RD or the ...

Remote Limb Ischemic Preconditioning:  A Neuroprotective Technique in Rodents

Remote Limb Ischemische preconditionering: Een Neurobeschermende Technique in Knaagdieren

Sublethal ischemia protects tissues against subsequent, more severe ischemia through the upregulation of endogenous mechanisms in the affected tissue. ...

Performing Subretinal Injections in Rodents to Deliver Retinal Pigment Epithelium Cells in Suspension

Presterende Subretinal Injecties in Knaagdieren om retinale pigment epitheel cellen leveren in Suspension

The conversion of light into electrical impulses occurs in the outer retina and is accomplished largely by rod and cone photoreceptors and retinal pigment ...

Quantitative Fundus Autofluorescence for the Evaluation of Retinal Diseases

Kwantitatieve fundus autofluorescentie voor de beoordeling van Netvliesaandoeningen

The retinal pigment epithelium (RPE) is juxtaposed to the overlying sensory retina, and supports the function of the visual system. Among the tasks ...

An Acute Retinal Model for Evaluating Blood Retinal Barrier Breach and Potential Drugs for Treatment

Een acute retinale model voor het evalueren van Blood Retina Barrier Breach en potentiële geneesmiddelen voor de behandeling

A low-cost, easy-to-use and powerful model system is established to evaluate potential treatments that could ameliorate blood retinal barrier breach. An ...

An Ex Vivo Tissue Culture Model for Fibrovascular Complications in Proliferative Diabetic Retinopathy

Een Ex Vivo weefselkweek Model voor Fibrovascular complicaties in proliferatieve diabetische retinopathie

Diabetic retinopathy (DR) is the most common microvascular complication of diabetes and one of the leading causes of blindness in working-age adults. No ...

A Murine Model of Ischemic Retinal Injury Induced by Transient Bilateral Common Carotid Artery Occlusion

Een Murine-model van ischemisch netvliesletsel veroorzaakt door voorbijgaande bilaterale gemeenschappelijke halsslagader Occlusie

Diverse vascular diseases such as diabetic retinopathy, occlusion of retinal veins or arteries and ocular ischemic syndrome can lead to retinal ischemia. ...