In Vivo Beeldvorming van Cx3cr1gfp/gfp Reporter muizen met spectrale domein optische coherentie tomografie en scannen Laser Ophthalmoscopy
Summary
Dit protocol beschrijft hoe hoge resolutie beeldvormende technieken zoals spectrale domein optische coherentie tomografie en scannen van laser ophthalmoscopy kan worden gebruikt in kleine knaagdieren, met behulp van een oogheelkundige imaging platform systeem, om informatie te verkrijgen over netvlies dikte en microglial cel distributie, respectievelijk.
Abstract
Spectrale domein optische coherentie tomografie (SD-OCT) en scannen laser ophthalmoscopy (SLO) worden uitgebreid gebruikt in experimentele oogheelkunde. In het huidige protocol, muizen uiten groen fluorescente proteïne (gfp) onder de promotor van Cx3cr1 (BALB/c-Cx3cr1gfp/gfp) werden gebruikt om het imago microglia cellen in vivo in het netvlies. Microglia zijn verblijfplaats macrofagen van het netvlies en zijn betrokken bij verschillende retinale ziekten1,2,3,4,5,6. Dit protocol biedt een gedetailleerde aanpak voor generatie van retinale B-scans, met SD-OCT en beeldvorming van microglia cel distributie in Cx3cr1gfp/gfp muizen met SLO in vivo, met behulp van een oogheelkundige imaging platform systeem. Het protocol kan worden gebruikt in verscheidene verslaggever muis lijnen. Er zijn echter enkele beperkingen bij het protocol hier gepresenteerd. Ten eerste, SLO én SD-OCT, wanneer gebruikt in de modus hoge resolutie verzamelen van gegevens met hoge axiale resolutie maar de laterale resolutie is lager (3,5 µm en 6 µm, respectievelijk). De focus en intensiteit niveau in SLO is bovendien sterk afhankelijk van de parameter selectie en de juiste uitlijning van het oog. Bovendien, met behulp van de inrichtingen die zijn ontworpen voor menselijke patiënten in muizen is uitdagend als gevolg van de hogere totale optische macht van het oog van de muis ten opzichte van het menselijk oog; Dit kan leiden tot het lateraal vergroting onnauwkeurigheden7, die zijn ook afhankelijk van de vergroting door de lens van de muis onder anderen. Echter, ondanks dat de axiale scan standpunt is afhankelijk van de laterale vergroting, de axiale SD-OCT-metingen zijn nauwkeurige8.
Introduction
In experimentele oogheelkunde, wordt behandeling van retinale pathologie meestal geëvalueerd met histologische technieken. Echter, histologie dierlijke euthanization vereist en kan leiden tot wijziging van de werkelijke eigenschappen van het weefsel. SD-OCT en SLO worden routinematig gebruikt in klinische oogheelkunde voor diagnostische doeleinden en voor het toezicht van verschillende retinale ziekten zoals diabetische macula oedeem9, anterieure ischemische optische neuropathie10of retinitis pigmentosa11 . SD-OCT en SLO zijn niet-invasieve technieken die het genereren van hoge resolutie beelden van het netvlies, die worden gevisualiseerd door de verwijde pupil zonder verdere tussenkomst. SD-OCT biedt informatie van het netvlies structuur en de dikte van het netvlies door backscattering gegevens verzamelt om te maken van transversale beelden van het netvlies, terwijl SLO verzamelt fluorescentie gegevens om te produceren van stereoscopische hoge-contrast beelden van het netvlies. Tegenwoordig, beide technieken worden steeds vaker gebruikt in experimentele oogheelkunde met kleine knaagdieren12,13,14,15 (of zelfs zebrafish16,17) en kan bieden beide kwalitatieve en kwantitatieve informatie12,17,18,19,20,21.
Accumulatie van endogene fluorophores zoals lipofuscins of de vorming van drusen in het netvlies kan worden gevisualiseerd door SLO als auto fluorescent signaal. Deze functie maakt SLO een waardevolle techniek voor diagnose en bewaking van retinale ziekten zoals leeftijdsgebonden maculaire degeneratie of retinitis pigmentosa22,23. In experimentele oogheelkunde, kan auto fluorescentie imaging (AF) worden gebruikt voor het opsporen van specifieke celtypes in verslaggever muis lijnen. Bijvoorbeeld zijn muizen heterozygoot voor de uitdrukking van gfp onder de promotor van Cx3cr124 voordelig voor in vivo visualisatie van microglial cellen in de normale retina en voor het onderzoek van microglia/macrofaag dynamiek in netvlies ziekte21. Microglia zijn de ingezetene macrofagen van het netvlies, die een cruciale rol spelen op de weefsel homeostase en weefselherstel na verwonding1,25,26. Microglia activering in het netvlies is gemeld in netvlies letsel, ischemie en degeneratie, suggereren een rol van deze cellen in het netvlies ziekte2,3,4,5, 6.
Het doel van dit protocol is voor het beschrijven van een relatief eenvoudige methode voor retinale beeldvorming en meting van retinale dikte met SD-OCT en visualisatie van gfp positieve microglia cellen in het Cx3cr1gfp/gfp muis netvlies met SLO (Heidelberg Spectralis HRA + OCT systeem). Dit protocol kan worden gebruikt voor beeldvorming en dikte metingen van gezonde of zieke netvlies in verschillende lijnen van de muis. Daarnaast kunnen Morfometrische analyses worden uitgevoerd voor de identificatie en kwantificering van microglia nummers en microglia activering in de retina met behulp van SLO21. Microglia cellen worden geassocieerd met degeneratieve ziekten in het centrale zenuwstelsel (CNS), met inbegrip van het netvlies27,28,29. Dus, door het combineren van de twee methoden die worden gebruikt in het huidige protocol, correlatie van microglia distributie en Retina degeneratie kan worden gemaakt, die kan vergemakkelijken toezicht ernst van de ziekte of de doeltreffendheid van therapeutische benaderingen in vivo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dit artikel toont een protocol voor de verwerving van retinale B-scans en beeldvorming van gfp positieve microglia distributie in het netvlies van de muis in dezelfde imaging-sessie. SD-OCT en SLO worden steeds meer gebruikt in diermodellen van retinale ziekte om informatie te verstrekken van retinale wijzigingen over tijd10,14,17,18,21. Met dit protocol, …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gesteund door een subsidie van de Zwitserse National Science Foundation (SNSF; #320030_156019). De auteurs ontvangen nietfinanciële steun in Heidelberg Engineering GmBH, Duitsland.
Materials
| Spectralis Imaging system (HRA+OCT) | Heidelberg Engineering, Germany | N/A | ophthalmic imaging platform system |
| Heidelberg Eye Explorer | Heidelberg Engineering, Germany | N/A | Version 1.9.13.0 |
| 78D standard ophthalmic non-contact slit lamp lens | Volk Optical Inc., Ohio, USA | V78C | |
| Spectralis wide angle 55° lens | Heidelberg Engineering, Germany | 50897-002 | |
| ultra widefield 102° lens | Heidelberg Engineering, Germany | 50117-001 | |
| medetomidine hydrochloride 1 mg/mL (Domitor) | Provet AG, Lyssach, Switzerland | Swissmedic Nr. 50'590 – ATCvet: QN05CM91 | anesthetic/analgesic |
| ketamine 50mg/ml (Ketalar) | Parke-Davis, Zurich, Switzerland | 72276388 | anesthetic |
| tropicamide 0.5% + phenylephrine HCl 2.5% (Augentropfen mix) | ISPI, Bern, Switzerland | N/A | pupil dilation |
| Omnican Insulin-50 0.5 ml G30 0.3 x 12mm | B. Braun Mesungen AG, Carl-Braun-Straße, Germany | 9151125 | |
| hydroxypropylmethylcellulose (Methocel 2%) | OmniVision, Neuhausen, Switzerland | N/A | |
| +4 dpt rigid gas permeable contact lens | Quantum I, Bausch + Lomb Inc., Rochester, NY | N/A | Base Curve: 7.20 to 8.40 mm Diameter: 9.00 / 9.60 / 10.20 mm Power: -25.00 to +25.00 Diopters |
| balanced salt solution (BSS) | Inselspital, Bern, Switzerland | N/A | |
| silicon forceps | N/A | N/A | |
| atipamezole 5 mg/mL (Antisedan) | Provet AG, Lyssach, Switzerland | N/A | α2 adrenergic receptor antagonist |
| GraphPad Prism 7 | GraphPad Software, Inc, San Diego, CA, USA | N/A | statistical analysis software |
References
- Madeira, M. H., Boia, R., Santos, P. F., Ambrosio, A. F., Santiago, A. R. Contribution of microglia-mediated neuroinflammation to retinal degenerative diseases. Mediators Inflamm. , 673090 (2015).
- Ng, T. F., Streilein, J. W. Light-induced migration of retinal microglia into the subretinal space. Invest Ophthalmol Vis Sci. 42 (13), 3301-3310 (2001).
- Langmann, T. Microglia activation in retinal degeneration. J Leukoc Biol. 81 (6), 1345-1351 (2007).
- Joly, S., et al. Cooperative phagocytes: resident microglia and bone marrow immigrants remove dead photoreceptors in retinal lesions. Am J Pathol. 174 (6), 2310-2323 (2009).
- Arroba, A. I., Alvarez-Lindo, N., van Rooijen, N., de la Rosa, E. J. Microglia-mediated IGF-I neuroprotection in the rd10 mouse model of retinitis pigmentosa. Invest Ophthalmol Vis Sci. 52 (12), 9124-9130 (2011).
- Zhang, C., Lam, T. T., Tso, M. O. Heterogeneous populations of microglia/macrophages in the retina and their activation after retinal ischemia and reperfusion injury. Exp Eye Res. 81 (6), 700-709 (2005).
- Geng, Y., et al. Optical properties of the mouse eye. Biomed Opt Express. 2 (4), 717-738 (2011).
- Lozano, D. C., Twa, M. D. Development of a rat schematic eye from in vivo biometry and the correction of lateral magnification in SD-OCT imaging. Invest Ophthalmol Vis Sci. 54 (9), 6446-6455 (2013).
- Vaz-Pereira, S., et al. Optical Coherence Tomography Features Of Active And Inactive Retinal Neovascularization In Proliferative Diabetic Retinopathy. Retina. 36 (6), 1132-1142 (2016).
- Kokona, D., Haner, N. U., Ebneter, A., Zinkernagel, M. S. Imaging of macrophage dynamics with optical coherence tomography in anterior ischemic optic neuropathy. Exp Eye Res. , (2016).
- Makiyama, Y., et al. Macular cone abnormalities in retinitis pigmentosa with preserved central vision using adaptive optics scanning laser ophthalmoscopy. PLoS One. 8 (11), e79447 (2013).
- Paques, M., et al. High resolution fundus imaging by confocal scanning laser ophthalmoscopy in the mouse. Vision Res. 46 (8-9), 1336-1345 (2006).
- Joshi, R., et al. Spontaneously occurring fundus findings observed using confocal scanning laser ophthalmoscopy in wild type Sprague Dawley rats. Regul Toxicol Pharmacol. 77, 160-166 (2016).
- Muraoka, Y., et al. Real-time imaging of rabbit retina with retinal degeneration by using spectral-domain optical coherence tomography. PLoS One. 7 (4), e36135 (2012).
- Fischer, M. D., et al. Noninvasive, in vivo assessment of mouse retinal structure using optical coherence tomography. PLoS One. 4 (10), e7507 (2009).
- Bell, B. A., et al. Retinal vasculature of adult zebrafish: in vivo imaging using confocal scanning laser ophthalmoscopy. Exp Eye Res. 129, 107-118 (2014).
- Bailey, T. J., Davis, D. H., Vance, J. E., Hyde, D. R. Spectral-domain optical coherence tomography as a noninvasive method to assess damaged and regenerating adult zebrafish retinas. Invest Ophthalmol Vis Sci. 53 (6), 3126-3138 (2012).
- Huber, G., et al. Spectral domain optical coherence tomography in mouse models of retinal degeneration. Invest Ophthalmol Vis Sci. 50 (12), 5888-5895 (2009).
- Dysli, C., Enzmann, V., Sznitman, R., Zinkernagel, M. S. Quantitative Analysis of Mouse Retinal Layers Using Automated Segmentation of Spectral Domain Optical Coherence Tomography Images. Transl Vis Sci Technol. 4 (4), 9 (2015).
- Sim, D. A., et al. A simple method for in vivo labelling of infiltrating leukocytes in the mouse retina using indocyanine green dye. Dis Model Mech. 8 (11), 1479-1487 (2015).
- Bosco, A., Romero, C. O., Ambati, B. K., Vetter, M. L. In vivo dynamics of retinal microglial activation during neurodegeneration: confocal ophthalmoscopic imaging and cell morphometry in mouse glaucoma. J Vis Exp. (99), e52731 (2015).
- Acton, J. H., Cubbidge, R. P., King, H., Galsworthy, P., Gibson, J. M. Drusen detection in retro-mode imaging by a scanning laser ophthalmoscope. Acta Ophthalmol. 89 (5), e404-e411 (2011).
- Greenstein, V. C., et al. Structural and functional changes associated with normal and abnormal fundus autofluorescence in patients with retinitis pigmentosa. Retina. 32 (2), 349-357 (2012).
- Jung, S., et al. Analysis of fractalkine receptor CX(3)CR1 function by targeted deletion and green fluorescent protein reporter gene insertion. Mol Cell Biol. 20 (11), 4106-4114 (2000).
- Wang, X., et al. Requirement for Microglia for the Maintenance of Synaptic Function and Integrity in the Mature Retina. J Neurosci. 36 (9), 2827-2842 (2016).
- Ebneter, A., Casson, R. J., Wood, J. P., Chidlow, G. Microglial activation in the visual pathway in experimental glaucoma: spatiotemporal characterization and correlation with axonal injury. Invest Ophthalmol Vis Sci. 51 (12), 6448-6460 (2010).
- Ebneter, A., Kokona, D., Schneider, N., Zinkernagel, M. S. Microglia Activation and Recruitment of Circulating Macrophages During Ischemic Experimental Branch Retinal Vein Occlusion. Invest Ophthalmol Vis Sci. 58 (2), 944-953 (2017).
- Lin, Y. L., Potter-Baker, K. A. Using theoretical models from adult stroke recovery to improve use of non-invasive brain stimulation for children with congenital hemiparesis. J Neurophysiol. , (2017).
- Combadiere, C., et al. CX3CR1-dependent subretinal microglia cell accumulation is associated with cardinal features of age-related macular degeneration. J Clin Invest. 117 (10), 2920-2928 (2007).
- Bermudez, M. A., et al. Time course of cold cataract development in anesthetized mice. Curr Eye Res. 36 (3), 278-284 (2011).
- Toth, C. A., et al. A comparison of retinal morphology viewed by optical coherence tomography and by light microscopy. Arch Ophthalmol. 115 (11), 1425-1428 (1997).
- Ebneter, A., Kokona, D., Jovanovic, J., Zinkernagel, M. S. Dramatic Effect of Oral CSF-1R Kinase Inhibitor on Retinal Microglia Revealed by In Vivo Scanning Laser Ophthalmoscopy. Transl Vis Sci Technol. 6 (2), 10 (2017).
- Gabriele, M. L., et al. Reproducibility of spectral-domain optical coherence tomography total retinal thickness measurements in mice. Invest Ophthalmol Vis Sci. 51 (12), 6519-6523 (2010).
- Nakao, S., et al. Wide-field laser ophthalmoscopy for mice: a novel evaluation system for retinal/choroidal angiogenesis in mice. Invest Ophthalmol Vis Sci. 54 (8), 5288-5293 (2013).
- Wang, N. K., et al. Origin of fundus hyperautofluorescent spots and their role in retinal degeneration in a mouse model of Goldmann-Favre syndrome. Dis Model Mech. 6 (5), 1113-1122 (2013).
- Wang, N. K., et al. Cellular origin of fundus autofluorescence in patients and mice with a defective NR2E3 gene. Br J Ophthalmol. 93 (9), 1234-1240 (2009).
- Thanos, S. Sick photoreceptors attract activated microglia from the ganglion cell layer: a model to study the inflammatory cascades in rats with inherited retinal dystrophy. Brain Res. 588 (1), 21-28 (1992).
- Hughes, E. H., et al. Generation of activated sialoadhesin-positive microglia during retinal degeneration. Invest Ophthalmol Vis Sci. 44 (5), 2229-2234 (2003).
