Das Nagetier-Modell der nonarteritic anteriore ischämische Optikusneuropathie (rNAION)
Summary
The following report describes how to replicate the rodent model of nonarteritic anterior ischemic optic neuropathy (rNAION), using the appropriate dye, contact lens and laser parameters. We also reveal the appropriate steps for evaluating the rNAION lesion in vivo.
Abstract
Nonarteritic anterior ischemic optic neuropathy (NAION) is a focal ischemic lesion of the optic nerve that affects 1/700 individuals throughout their lifetime. NAION results in optic nerve edema, selective loss of the retinal ganglion cell neurons (RGCs) and atrophy of the optic nerve. A rodent model of NAION that expresses most NAION features and sequelae has been developed, which is applicable to both rats and mice. This model utilizes a focal laser application of 532 nm wavelength to illuminate a photoactive dye, Rose Bengal (RB), to cause capillary damage and leakage at the targeted anterior optic nerve (the laminar region). After rNAION induction, there is an early optic nerve ischemia, optic nerve edema, and intraneural inflammation, followed by selective RGC and axonal loss. Since the optic nerve is a CNS white matter tract, the rNAION model is applicable to mechanistic studies of selective white matter ischemia, as well as neuroprotective analyses and short and long-term mechanisms of glial and neuronal response to ischemia.
Introduction
Nonarteritic anteriore ischämische Optikusneuropathie (NAION) ist eine fokale ischämische Läsion des vorderen Teils des Sehnervs (ON) 1. NAION ist die häufigste Ursache für den plötzlichen Sehnerv im Zusammenhang mit Sehverlust bei Personen im Alter von 50 2. Der Mechanismus wird angenommen , dass ein Kompartment – Syndrom zu sein , die in intraneuralen Ödem führt, und eine Kompression der Kapillaren die Axone im Sehnerven Versorgung 3.
Da die tatsächlich auf das zentrale Nervensystem (ZNS) Trakt ist, kann das Nagetier NAION (rNAION) Modell verwendet werden, um die Mechanismen und Reaktionen auf isolierte CNS weißen Substanz Hübe zu studieren. Das rNAION Modell kann daher sinnvoll sein, viele Probleme in Sezieren zu weißen Substanz mit Schlaganfall im Zusammenhang mit Schäden verbunden. Es kann verwendet werden, um verschiedene neuroprotektive Strategien und Mittel in der weißen Substanz Schlaganfall zu bewerten.
Eines der attraktivsten Merkmale des Modells ist, dass esschmerzlos, nicht-invasive Verfahren. Die Laserleistung kann eingestellt werden, um verschiedene Grad der ischämische Schädigung zu erzeugen. Ein weiteres Merkmal ist, dass es auf der laserinduzierten Superoxid-Radikalen beruht, um die Kapillarendothels zu beschädigen, eine progressive Dysfunktion Kapillare zu erzeugen. Es ist diese Funktionsstörungen und progressive Ödeme, die mit dem Mechanismus zu sein bemerkenswert ähnlich angenommen wird, dass NAION verursacht. Die Forschung hat gezeigt , dass es keine direkte kapillare Gerinnungs verursacht, sondern arbeitet durch mindestens zwei Mechanismen: Superoxid – induzierten Tod und Abstreifen eines Teils der kapillaren Endothelzellen 4 und NFkB (nuclear factor kappa-Leichtketten-Enhancer von aktivierten B – Zellen mit) in verbleibenden Endothel Entzündungshochregulierung zugeordnet ist , 5 den Fluidtransport durch die Zellmembranen in das Interstitium erhöht. Die Schließung der Sehnerv Kapillaren und Kompression von interstitieller Flüssigkeit Akkumulationsergebnis in Sehnervenkopf Ischämie verursacht. Ein schematisches Bild gezeigt inFigur 2. Das rNAION Modell kann in beiden Spezies Ratte und Maus 6,7, verwendet werden und kann in der Ebene seiner Schwere variieren, aus einer leichten Läsion zu einem vollständigen, aber schmerzlos Zerstörung des Sehnervs und der Netzhaut, wie beispiels als zentrale Retinaarterienokklusion (ZAV).
Protocol
Representative Results
Discussion
Zwar gibt es eine Reihe von Modellen der Schädigung des Sehnervs (Sehnerv Crush 12, Sehnervdurchtrennung 13 und PION 14) sind, ist das rNAION Modell humane, anpassungsfähig sowohl an Ratten und Mäusen. Es ähnelt mehr dem menschlichen klinischen Zustand von NAION. Dieser Zustand beinhaltet progressive anterioren Sehnerv Ödem, eine vordere Sehnerv Kompartmentsyndrom, fokale axonalen Ischämie, isoliert retinaler Ganglionzellen axonalen Schäden und Verluste über einen längeren Zeitv…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken den vielen Studenten und Stipendiaten, die auf diesem Modell gearbeitet haben, um ihre Wirksamkeit zu verbessern und ihre Mechanismen zu verstehen. Ein besonderer Dank an Dr. gebührt. Mary Johnson (University of Maryland-Baltimore), Nitza Goldenberg-Cohen (Schneiderman Childrens Hospital, Petah-Tikva, Israel), Charles Zhang (Einstein Medical College, Bronx, NY) und Valerie Touitou (Hopital Salpetrie, Paris, Frankreich). Diese Studie wurde teilweise durch RO1 EY015304 zu SLB finanziert.
Materials
| 50mW 532nm laser | Iridex | Standard Ophthalmic Laser | |
| 0-100mW 532nm laser | Laserglow technologies | Substitute for iridex | |
| Laser slit lamp adapter | Iridex | SMA coupled adapter for laser output | |
| Cpherent Fieldmate laser meter with thermopile sensor | Coherent | others also appropriate | |
| Ophthalmic Examing Slit lamp biomicroscope | VArious | Haag-Streit is the best; cheaper versions available on ebay | |
| Rose Bengal | Sigma | 330000-1G | Photoinducing agent |
| Fundus Contact lens or glass cover slip | custom/Cantor and Nissel (UK) | Custom designed planoconvex plastic lens for eye exam and induction | |
| Tropicamide 1% | |||
| Tamiya polishing compound | Tamiya, INC | 87068 | polishing contact lens |
| 2.5% Hypromellose (Goniovisc)/1% Methycellulose | HUB Pharmaceuticals | contact lens coupling agent | |
| 2.5% Neosynephrine Ophthalmic drops | Alcon labs | pupil dilating agent | |
| Tropicamide 1% | Alcon labs | pupil dilating agent | |
| 0.5% Proparacaine | Alcon labs | topical Anesthetic | |
| 30ga fused needle insulin syringe | Various | Various | for intravenous injection of rose bengal |
| Ophthamic Antibiotic ointment with dexamethasone added (Triple antibiotic ointment) | Various | Various | Apply after induciton to minimize corneal scarring |
| Heidelberg Corporation Spectral domain-Optical Coherence Tomograph | Heidelberg Corportion | For Optical coherence measurements baseline and post-induction; not essential for induction |
Referenzen
- Banik, R. Nonarteritic Anterior Ischemic Optic Neuropathy: An Update on Demographics, Clinical Presentation, Pathophysiology, Animal Models, Prognosis, and Treatment. J. Clin. Experimental Ophthalmol. 10, 1-5 (2013).
- IONDT study group. Characteristics of patients with nonarteritic anterior ischemic optic neuropathy eligible for the Ischemic Optic Neuropathy Decompression Trial. Arch Ophthalmol. 114, 1366-1374 (1996).
- Tesser, R. A., Niendorf, E. R., Levin, L. A. The morphology of an infarct in nonarteritic anterior ischemic optic neuropathy. Ophthalmology. 110, 2031-2035 (2003).
- Bernstein, S. L., Johnson, M. A., Miller, N. R. Nonarteritic anterior ischemic optic neuropathy (NAION) and its experimental models. Prog Retin Eye Res. 30, 167-187 (2011).
- Nicholson, J. D., et al. PGJ2 Provides Prolonged CNS Stroke Protection by Reducing White Matter Edema. PLoS One. 7 (12), (2012).
- Goldenberg-Cohen, N., et al. Oligodendrocyte Dysfunction Following Induction of Experimental Anterior Optic Nerve Ischemia. Invest Ophthalmol Vis Sci. 46, 2716-2725 (2005).
- Bernstein, S. L., Guo, Y., Kelman, S. E., Flower, R. W., Johnson, M. A. Functional and cellular responses in a novel rodent model of anterior ischemic optic neuropathy. Invest Ophthalmol Vis Sci. 44, 4153-4162 (2003).
- Berger, A., et al. Spectral-Domain Optical Coherence Tomography of the Rodent Eye: Highlighting Layers of the Outer Retina Using Signal Averaging and Comparison with Histology. PLoS One. 9 (5), (2014).
- Huang, T. L., et al. Protective effects of systemic treatment with methylprednisolone in a rodent model of non-arteritic anterior ischemic optic neuropathy (rNAION). Exp Eye Res. 131, 69-76 (2015).
- Mantopoulos, D., et al. An Experimental Model of Optic Nerve Head Injury. Invest Ophthalmol Vis Sci. 57, 6222 (2014).
- You, Y., et al. Visual Evoked Potential Recording in a Rat Model of Experimental Optic Nerve Demyelination. J. Vis. Exp. (101), e52934 (2015).
- Templeton, J. P., Geisert, E. E. A practical approach to optic nerve crush in the mouse. Mol Vis. 18, 2147-2152 (2012).
- Magharious, M. M., D’Onofrio, P. M., Koeberle, P. D. Optic Nerve Transection: A Model of Adult Neuron Apoptosis in the Central Nervous System. J Vis Exp. (51), e2241 (2011).
- Wang, Y., et al. A Novel Rodent Model of Posterior Ischemic Optic Neuropathy. JAMA Ophthalmol. 131 (2), 194-204 (2013).
- Huang, T. L., Chang, C. H., Chang, S. W., Lin, K. H., Tsai, R. K. Efficacy of Intravitreal Injections of Antivascular Endothelial Growth Factor Agents in a Rat Model of Anterior Ischemic Optic Neuropathy. IOVS. 56, 2290-2296 (2015).
