Açık Küre Yaralanmalarını ve Terapötik Performansı İzlemek için Ön Segment Organ Kültürü Platformu
Summary
Açık küre göz yaralanmaları, kırsal veya askeri senaryolarda birden fazla gün boyunca tedavi edilmeyebilir ve bu da körlüğe neden olabilir. Görme kaybını en aza indirmek için terapötiklere ihtiyaç vardır. Burada, bir organ kültürü açık küre yaralanma modelini detaylandırıyoruz. Bu model ile, bu yaralanmaları stabilize etmek için potansiyel terapötikler uygun şekilde değerlendirilebilir.
Abstract
Açık küre yaralanmaları kötü görsel sonuçlara sahiptir ve genellikle kalıcı görme kaybına neden olabilir. Bu kısmen, kırsal ortamlarda yaralanma ve tıbbi müdahale ile oftalmik bakımın hazır olmadığı askeri tıp uygulamaları arasındaki uzun gecikmeden kaynaklanmaktadır. Tedavi edilmeyen yaralanmalar, göz su geçirmez mührünü kaybettikten sonra enfeksiyona ve göz içi hipotensiyona bağlı doku canlılığı kaybına karşı hassastır. Açık küre yaralanmalarını geçici olarak mühürlemek için terapötikler, uygun şekilde geliştirilirse, göz içi basıncını geri getirebilir ve uygun oftalmik bakım mümkün olana kadar enfeksiyonu önleyebilir. Ürün geliştirmeyi kolaylaştırmak için, burada ayrıntılı olarak, yaralanma sonrası en az 72 saat boyunca terapötik performansı izlemek için ön segment organ kültürü açık küre yaralanma platformunun kullanımı ayrıntılı olarak açıktır. Porcine ön segment dokusu özel tasarlanmış organ kültürü yemeklerinde tutulabilir ve fizyolojik göz içi basıncında tutulabilir. Delinme yaralanmaları, askeri yaralanma boyutlarına benzer şekilde 4,5 mm çapa kadar yaralanma boyutları üretebilen pnömatik güçte bir sistemle oluşturulabilir. Göz içi basıncı kaybı, uygun yaralanma indüksiyonunu ve gözün su geçirmez contasının kaybını doğrulayan 72 saat sonrası yaralanma için gözlenebilir. Terapötik performans, yaralanma indüksiyonu sonrası göze uygulama ve daha sonra göz içi basıncının birden fazla gün boyunca izlenmesi ile takip edilebilir. Ayrıca, ön segment yaralanması modeli, saydamlığı, oküler mekaniği, kornea epitel sağlığını ve doku canlılığını değerlendirmek gibi ön segment fizyolojisini fonksiyonel ve biyolojik olarak izlemek için yaygın olarak kullanılan yöntemler için geçerlidir. Genel olarak, burada açıklanan yöntem, oftalmik bakım hazır olmadığında açık küre yaralanmalarını geçici olarak kapatmak için biyomalzeme terapötikleri geliştirmek için gerekli bir sonraki adımdır.
Introduction
Açık küre (OG) yaralanmaları tedavi edilmezse veya yaralanmadan sonra en azından stabilize edildiğinde kalıcı görme kaybına neden olabilir1. Ancak gecikmeler, kırsal alanlarda veya askeri senaryolarda savaş alanında olduğu gibi oftalmik müdahaleye erişimin hazır olmadığı uzak bölgelerde yaygındır. Tedavi hazır olmadığında, mevcut bakım standardı, tıbbi müdahale mümkün olana kadar gözü sert bir kalkanla korumaktır. Askeri tıpta, bu gecikme şu anda 24 saate kadardır, ancak hava tahliyenin mümkün olmadığı kentsel ortamlarda gelecekteki savaş operasyonlarında 72 h’ye kadar artması bekmektedir2,3,4. Oftalmik müdahaleye erişimin sınırlı olduğu kırsal, uzak sivil uygulamalarda bu gecikmeler daha da uzun olabilir5,6. Tedavi edilmemiş bir OG yaralanması, gözün su geçirmez mührü tehlikeye atıldığınız için enfeksiyona ve göz içi basıncı kaybına (Gİb) oldukça duyarlıdır7,8. Gİb kaybı doku canlılığını etkileyebilir, yaralanma ve terapötik arasındaki gecikme çok uzunsa, herhangi bir tıbbi müdahalenin görüşü geri getirme olasılığını düşük hale getirir9.
Bir oftalmik uzmana ulaşılana kadar OG yaralanmalarını kapatmak için uygulanması kolay terapötiklerin geliştirilmesini sağlamak için, daha önce10 , 11. Bu model ile tüm gözenekli gözlerde yüksek hızlı yaralanmalar oluşturulurken, Gİb basınç dönüştürücüler tarafından yakalandı. Terapötikler daha sonra OG yaralanma bölgesini mühürleme yeteneklerini değerlendirmek için uygulanabilir12. Bununla birlikte, bu model tüm gözenekli gözleri kullandığından, sadece hasta özel bakıma ulaşana kadar terapötik yaralanma bölgesini stabilize etmesi gereken olası 72 saat penceresinde daha uzun süreli performansı izlemenin bir yolu olmadan hemen terapötik performansı değerlendirebilir. Sonuç olarak, ön segment organ kültürü (ASOC) OG yaralanma modeli geliştirilmiş ve uzun süreli terapötik performansı izlemek için bir platform olarak bu protokoldedetaylandır 13.
ASOC, kornea gibi ön segmentin avasküler dokusunun, enükleasyon sonrası 14 , 15,16,17gibi birkaç hafta boyunca korunması için yaygın olarak kullanılan bir tekniktir. Ön segment fizyolojik akış hızlarında sıvı perfüzyon ve TRABEKÜler meshwork çıkış bölgesi korunarak fizyolojik Gİb altında korunur, Gİb düzenleme sorumlu doku, ASOC kurulumu sırasında18,19. ASOC platformu doku fizyolojik olarak koruyabilir, pnömatik güçlendirilmiş bir cihaz kullanarak OG yaralanmasına neden olabilir, terapötik uygulayabilir ve yaralanma sonrası en az 72 saat boyunca yaralanma stabilizasyonunu izleyebilir13.
Burada, protokol ASOC platformunu kullanmak için adım adım bir metodoloji sağlar. İlk olarak, ASOC platformunun nasıl kurulayıp üretılacağını detaylandırıyor. Daha sonra, protokol ön segmentin nasıl aseptik olarak parçalanıp trabeküler mesh çalışmasının nasıl korunduğunu ve ardından özel yapım organ kültürü yemeklerinde ön segment dokusunun nasıl kurulduğunu detaylandırıyor. Daha sonra, açık küre yaralanmalarının nasıl oluşturulacağını ve yaralanmadan hemen sonra terapötik nasıl uygulanacağını detaylandırıyor. Son olarak, protokol, gözün fonksiyonel, mekanik ve biyolojik özelliklerini ve yaralanmanın ne kadar iyi stabilize edildiğini değerlendiren bu yöntemle kullanımı mümkün olan karakterizasyon parametrelerine genel bir bakış sağlar. Genel olarak, bu model açık küre yaralanmalarını stabilize etmek ve tedavi etmek için ürün geliştirmeyi hızlandırmak ve yaralanmadan sonra zayıf görme prognozunu iyileştirmek için çok ihtiyaç duyulan bir platform sağlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
ASOC OG yaralanma platformunda, metodolojiyi kullanırken başarı olasılığını artırmak için vurgulanması gereken kritik adımlar vardır. İlk olarak, ön segment diseksiyonu sırasında, trabeküler meshwork’ü korumak esastır, ancak doğru şekilde yapılması zordur. TM bozulursa, göz fizyolojik basıncı korumaz ve deneysel kullanım için uygunluk kriterlerini karşılamaz. Uygun diseksiyonlar elde edilene kadar ek aseptik teknik zorluklarının ortaya konması yerine, diseksiyon işleminin normal koşull…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu materyal, Geçici Kornea Onarım satın alma programı (Amerika Birleşik Devletleri Ordusu Tıbbi Materiel Geliştirme Ajansı) ile kurumlar arası bir anlaşma (#19-1006-IM) aracılığıyla Amerika Birleşik Devletleri Savunma Bakanlığı tarafından desteklenen çalışmalara dayanmaktadır.
Materials
| 10-32 Polycarbonate straight plug, male threaded pipe connector | McMaster-Carr | 51525K431 | |
| 10-32 Socket cap screw, ½" | McMaster-Carr | 92196A269 | |
| 10 mL syringe | BD | 302995 | |
| 20 mL syringe | BD | 302830 | |
| Anti-Anti | Gibco | 15240-096 | |
| Ball-End L key | McMaster-Carr | 5020A25 | |
| Betadine | Fisher Scientific | NC1696484 | |
| BD Intramedic PE 160 Tubing | Fisher Scientific | 14-170-12E | |
| Cotton swabs | Puritan | 25-8061WC | |
| DMEM media | ATCC | 30-2002 | |
| FBS | ATCC | 30-2020 | |
| Fine forceps | World Precision Instruments | 15914 | |
| Gauze | Covidien | 8044 | |
| Gentamicin | Gibco | 15710-064 | |
| Glutamax | Gibco | 35050-061 | |
| High temperature silicone O-ring, 2 mm wide, 4 mm ID | McMaster-Carr | 5233T47 | |
| Large forceps | World Precision Instruments | 500365 | |
| Large surgical scissors | World Precision Instruments | 503261 | |
| Medium toothed forceps | World Precision Instruments | 501217 | |
| Nail (puncture object) | McMaster-Carr | 97808A503 | |
| Nylon syringe filters | Fisher | 09-719C | |
| PBS | Gibco | 10010-023 | |
| Petri dish (100 mm) | Fisher | FB0875713 | |
| Polycarbonate, three-way, stopcock with male luer lock | Fisher | NC9593742 | |
| Razor blade | Fisher | 12-640 | |
| Stainless steel 18 G 90 degree angle dispensing needle | McMaster-Carr | 75165A81 | |
| Stainless steel 18 G straight ½'’ dispensing needle | McMaster-Carr | 75165A675 | |
| Sterile 100 mL beakers with lids | VWR | 15704-092 | |
| Vannas scissors | World Precision Instruments | WP5070 |
Referenzen
- Hilber, D., Mitchener, T. A., Stout, J., Hatch, B., Canham-Chervak, M. Eye injury surveillance in the US Department of Defense, 1996-2005. American Journal of Preventive Medicine. 38, 78-85 (2010).
- Linde, A. S., McGinnis, L. J., Thompson, D. M. Multi-Battle domain-perspective in military medical simulation trauma training. Journal of Trauma & Treatment. 06 (04), (2017).
- Riesberg, J., Powell, D., Loos, P. The loss of the golden hour. Special Warfare. , 49-51 (2017).
- Townsend, S., Lasher, W. . The US Army in Multi-Domain Operations 2028. (525-3-1), (2018).
- Blanch, R. J., Bishop, J., Javidi, H., Murray, P. I. Effect of time to primary repair on final visual outcome after open globe injury. The British Journal of Ophthalmology. 103 (10), 1491-1494 (2019).
- Lesniak, S. P., et al. Characteristics and outcomes of delayed open globe repair. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 53 (14), 4954 (2012).
- Loporchio, D., Mukkamala, L., Gorukanti, K., Zarbin, M., Langer, P., Bhagat, N. Intraocular foreign bodies: A review. Survey of Ophthalmology. 61 (5), 582-596 (2016).
- Jonas, J. B., Budde, W. M. Early versus late removal of retained intraocular foreign bodies. Retina. 19 (3), 193-197 (1999).
- Watson, P. G., Jovanovik-Pandova, L. Prolonged ocular hypotension: would ciliary tissue transplantation help. Eye. 23 (10), 1916-1925 (2009).
- Snider, E. J., et al. Development and characterization of a benchtop corneal puncture injury model. Scientific Reports. 10 (1), 4218 (2020).
- Snider, E. J., et al. An open-globe porcine injury platform for assessing therapeutics and characterizing biological effects. Current Protocols in Toxicology. 86 (1), 98 (2020).
- Snider, E. J., Cornell, L. E., Gross, B., Zamora, D. O., Boice, E. N. Assessment of commercial off-the-shelf tissue adhesives for sealing military relevant corneal perforation injuries. Military Medicine. , (2021).
- Snider, E. J., Boice, E. N., Butler, J. J., Gross, B., Zamora, D. O. Characterization of an anterior segment organ culture model for open globe injuries. Scientific Reports. 11 (1), 8546 (2021).
- Erickson-Lamy, K., Rohen, J. W., Grant, W. M. Outflow facility studies in the perfused human ocular anterior segment. Experimental Eye Research. 52 (6), 723-731 (1991).
- Johnson, D. H., Tschumper, R. C. The effect of organ culture on human trabecular meshwork. Experimental Eye Research. 49 (1), 113-127 (1989).
- Johnson, D. H., Tschumper, R. C. Human trabecular meshwork organ culture. A new method. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 28 (6), 945-953 (1987).
- Snider, E. J., et al. Improving stem cell delivery to the trabecular meshwork using magnetic nanoparticles. Scientific Reports. 8 (1), 12251 (2018).
- Llobet, A., Gasull, X., Gual, A. Understanding trabecular meshwork physiology: a key to the control of intraocular pressure. Physiology. 18 (5), 205-209 (2003).
- Goel, M., Picciani, R. G., Lee, R. K., Bhattacharya, S. K. Aqueous humor dynamics: A review. The Open Ophthalmology Journal. 4, 52-59 (2010).
- Snider, E. J., et al. Development of a porcine organ-culture glaucoma model mimicking trabecular meshwork damage. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 62 (3), 18 (2021).
- Ren, H., Wilson, G. Apoptosis in the corneal epithelium. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 37 (6), 1017-1025 (1996).
- Komuro, A., Hodge, D. O., Gores, G. J., Bourne, W. M. Cell death during corneal storage at 4°C. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 40 (12), 2827-2832 (1999).
- Crespo-Moral, M., García-Posadas, L., López-García, A., Diebold, Y. Histological and immunohistochemical characterization of the porcine ocular surface. PLOS One. 15 (1), e0227732 (2020).
- Wilson, S. E., Medeiros, C. S., Santhiago, M. R. Pathophysiology of corneal scarring in persistent epithelial defects after prk and other corneal injuries. Journal of Refractive Surgery. 34 (1), 59-64 (2018).
- Auw-Haedrich, C., et al. Immunohistochemical expression of epithelial cell markers in corneas with congenital aniridia and ocular cicatrizing pemphigoid. Acta Ophthalmologica. 89 (1), 47-53 (2011).
- Lyngholm, M., et al. Immunohistochemical markers for corneal stem cells in the early developing human eye. Experimental Eye Research. 87 (2), 115-121 (2008).
- Bandamwar, K. L., Papas, E. B., Garrett, Q. Fluorescein staining and physiological state of corneal epithelial cells. Contact Lens & Anterior Eye: The Journal of the British Contact Lens Association. 37 (3), 213-223 (2014).
- Bandamwar, K. L., Garrett, Q., Papas, E. B. Sodium fluorescein staining of the corneal epithelium: What does it mean at a cellular level. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 52 (14), 6496 (2011).
- Sherwood, J. M., Reina-Torres, E., Bertrand, J. A., Rowe, B., Overby, D. R. Measurement of outflow facility using iPerfusion. PLoS One. 11 (3), (2016).
- Weichel, E. D., Colyer, M. H., Ludlow, S. E., Bower, K. S., Eiseman, A. S. Combat ocular trauma visual outcomes during operations iraqi and enduring freedom. Ophthalmology. 115 (12), 2235-2245 (2008).
- Colyer, M. H., et al. Delayed intraocular foreign body removal without endophthalmitis during Operations Iraqi Freedom and Enduring Freedom. Ophthalmology. 114 (8), 1439-1447 (2007).
- Geggel, H. S., Maza, C. E. Anterior stromal puncture with the Nd:YAG laser. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 31 (8), 1555-1559 (1990).
- Matthews, A., et al. Indentation and needle insertion properties of the human eye. Eye. 28 (7), 880-887 (2014).
- Rau, A., et al. The mechanics of corneal deformation and rupture for penetrating injury in the human eye. Injury. 49 (2), 230-235 (2018).
- Agrawal, R., Ho, S. W., Teoh, S. Pre-operative variables affecting final vision outcome with a critical review of ocular trauma classification for posterior open globe (zone III) injury. Indian Journal of Ophthalmology. 61 (10), 541 (2013).
- Knyazer, B., et al. Prognostic factors in posterior open globe injuries (zone-III injuries). Clinical & Experimental Ophthalmology. 36 (9), 836-841 (2008).
- Tan, J., et al. C3 Transferase-Expressing scAAV2 Transduces Ocular Anterior Segment Tissues and Lowers Intraocular Pressure in Mouse and Monkey. Molecular Therapy – Methods & Clinical Development. 17, 143-155 (2020).
- Bhattacharya, S. K., Gabelt, B. T., Ruiz, J., Picciani, R., Kaufman, P. L. Cochlin Expression in Anterior Segment Organ Culture Models after TGFβ2 Treatment. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 50 (2), 551-559 (2009).
- Zhu, W., Godwin, C. R., Cheng, L., Scheetz, T. E., Kuehn, M. H. Transplantation of iPSC-TM stimulates division of trabecular meshwork cells in human eyes. Scientific Reports. 10 (1), 2905 (2020).
