Glutamat og hypoxi som Stress Model for Isoleret perfuseret Vertebrate Retina
Summary
Med denne undersøgelse, indfører vi en standardiseret stress model for den isolerede superfuseret bovine retina til fremtidig præklinisk terapeutisk test. Virkningen af enten hypoksi (ren N2) eller glutamat stress (250 pM glutamat) på retinal funktion repræsenteret ved a- og b-bølge amplituder blev evalueret.
Abstract
Neurobeskyttelse har været et stærkt felt af undersøgelse i oftalmologisk forskning i de seneste årtier og påvirker sygdomme som grøn stær, retinal vaskulær okklusion, nethindeløsning, og diabetisk retinopati. Det var formålet med denne undersøgelse at indføre et standardiseret stress model for den fremtidige prækliniske terapeutisk test.
Bovine nethinder blev fremstillet og perfunderet med en oxygen mættet standardopløsning, og ERG blev registreret. Efter optagelse stabile B-bølger, hypoxi (ren N 2) eller glutamat stress (250 um glutamat) blev udøvet i 45 min. For at undersøge virkningerne på fotoreceptor funktion alene, blev tilsat 1 mM aspartat at opnå a-bølger. ERG-opsving blev overvåget i 75 min.
For hypoxia, var et fald i a-tak-amplitude af 87,0% bemærket (p <0,01) efter en eksponeringstid på 45 minutter (et fald på 36,5% efter afslutningen af udvaskning p = 0,03). Derudover en indledende DECRlethed i b-bølge amplituder af 87,23% blev registreret, der nåede statistisk signifikans (p <0,01, fald på 25,5% ved udgangen af udvaskning, p = 0,03).
For 250 um glutamat, en indledende reduktion 7,8% af en bølge amplituder (p> 0,05) efterfulgt af et fald på 1,9% (p> 0,05). En reduktion på 83,7% af b-bølge amplituder (p <0,01) blev bemærket; efter en udvaskning af 75 min reduktionen var 2,3% (p = 0,62). I denne undersøgelse er en standardiseret stress model præsenteres, der kan være nyttigt at identificere mulige neuroprotektive effekter i fremtiden.
Introduction
Neurobeskyttelse har været et stærkt felt af undersøgelse i oftalmologisk forskning i de seneste årtier. Nethinden er et yderst følsomt neuronal netværk, afhænger i høj grad af iltning og påvirkes kraftigt af metabolismen af de omkringliggende celler. Større okulære patologier relateret til nerve celle skader er retinal vaskulær okklusion, grøn stær og nethindeløsning.
Retinal arterieokklusion, som et eksempel for retinal vaskulær okklusion, fører til et pludseligt tab af synet på grund af iltmangel på den indre nethinde 1. Det er ofte forbundet med generelle vaskulære patologier 2 og fører til en vedvarende synstab 1, med kun 8% af patienter i restitution synsstyrke væsentligt 1. Selvom arteriel fibrinolyse er blevet foreslået som en behandlingsmulighed, kan ydelsen ikke blive vist i et randomiseret klinisk forsøg 3.
Glaukom og nethindeløsningbegge har en stigning i glutamat koncentration 4-6. Glutamat under fysiologiske betingelser er stødt som en excitatorisk transmitter i hele centralnervesystemet og den indre nethinde 7,8. Forhøjede glutamat niveauer er fundet ikke blot i glaukom og nethindeløsning 5,6, men også i proliferativ diabetisk retinopati 9. En stigning i glutamat muligvis fører til excitotoksicitet og dermed nervecellebeskadigelse 10. I de fleste tilfælde af nethindeløsning og i nogle tilfælde af proliferativ diabetisk retinopati kirurgi på nethinden (pars plana vitrectomy) er nødvendige. Under pars plana vitrektomi mekanisk manipulation, lys af den optiske fiber eller forskydningsspænding udøves af høje strømningshastigheder af kunstvanding løsninger under lange operationer lægge et øget pres på nethinden 11,12.
Alle de nævnte sygdomme har til fælles, at patologien er lokaliseret til Retinen alene og stille det Oftalmologisk samfund med den udfordring at finde måder at beskytte nethinden som et neurosensoriske system.
Elektroretinogrammet (ERG) er standardmetoden til evaluering af in vivo fotoreceptor funktion (a-bølge) og funktionen af den indre nethinde (b-bølge). ERG måles ved sølv-elektroder indført i hornhinden og øjnene bliver stimuleret af et stigende lys til at opdage fejl i stænger eller kegler eller i den indre nethinde. Forskellige defekter i nethinden kan påvises ved ændringer i amplitude (styrken af respons) eller latenstiden (den tid-til-svar-interval) af ERG. Forskellige ERG protokol og målemetoder (mønster-ERG, multifokal-ERG eller lyse felt ERG) tillade yderligere differentiering af defekter. Teknikken af den isolerede nethinde er blevet indført for nylig, hvilket gør det muligt at evaluere virkningerne på nethinden uden interferens fra fx en undersøgelse dyretsalmenreaktioner 13,14.
Det var formålet med denne undersøgelse at vurdere og indføre en defineret og standardiseret stress model for hypoxia og glutamat stress på superfusioneret isolerede nethinde. Således håber vi at skabe grundlaget for fremtidige undersøgelser af neurobeskyttende virkninger af visse midler eller intraokulære kunstvanding løsninger.
Protocol
Representative Results
Discussion
I denne undersøgelse blev der fundet en signifikant indvirkning på B-bølge amplitude efter 45 min af hypoxi. Denne reduktion var stadig signifikant efter udvaskning fase. En lignende virkning på fotoreceptor potentiale kunne observeres.
Resultaterne understøttes af andre offentliggjorte data 16 og giver os mulighed for at undersøge mulige neuroprotektive virkninger efter hypoxi.
Efter 45 min eksponering af 250 pM glutamat, fandt vi en statistisk …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This paper is dedicated to my beloved wife Maren and our little Karl.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| 120 mM NaCl | Merck Pharma, Germany | 1,064,041,000 | |
| 2 mM KCl, | Merck Pharma, Germany | 1,050,010,250 | |
| 0.1 mM MgCl2, | Merck Pharma, Germany | 58,330,250 | |
| 0.15 mM CaCl2 | Merck Pharma, Germany | 111 TA106282 | |
| 1.5 mM NaH2PO4/13.5 mM Na2HPO4 | Merck Pharma, Germany | 1,065,860,500 | |
| 5 mM glucose | Merck Pharma, Germany | 40,741,000 |
References
- Varma, D. D., Cugati, S., Lee, A. W., Chen, C. S. A review of central retinal artery occlusion: clinical presentation and management. Eye (Lond). 27, 688-697 (2013).
- Resch, M., Suveges, I., Nemeth, J. Hypertension-related eye disorders). Orv Hetil. 154, 1773-1780 (2013).
- Feltgen, N., et al. Multicenter study of the European Assessment Group for Lysis in the Eye (EAGLE) for the treatment of central retinal artery occlusion: design issues and implications. EAGLE Study report no. 1 : EAGLE Study report no. 1. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 244, 950-956 (2006).
- Dreyer, E. B., Zurakowski, D., Schumer, R. A., Podos, S. M., Lipton, S. A. Elevated glutamate levels in the vitreous body of humans and monkeys with glaucoma. Arch Ophthalmol. 114, 299-305 (1996).
- Bertram, K. M., et al. Amino-acid levels in subretinal and vitreous fluid of patients with retinal detachment. Eye (Lond). 22, 582-589 (2008).
- Diederen, R. M., et al. Increased glutamate levels in the vitreous of patients with retinal detachment). Exp Eye Res. 83, 45-50 (2006).
- Ientile, R., et al. Apoptosis and necrosis occurring in excitotoxic cell death in isolated chick embryo retina. J Neurochem. 79, 71-78 (2001).
- Mali, R. S., Cheng, M., Chintala, S. K. Plasminogen activators promote excitotoxicity-induced retinal damage. FASEB J. 19, 1280-1289 (2005).
- Ambati, J., et al. Elevated gamma-aminobutyric acid, glutamate, and vascular endothelial growth factor levels in the vitreous of patients with proliferative diabetic retinopathy. Arch Ophthalmol. 115, 1161-1166 (1997).
- Vorwerk, C. K., et al. Depression of retinal glutamate transporter function leads to elevated intravitreal glutamate levels and ganglion cell death. Invest Ophthalmol Vis Sci. 41, 3615-3621 (2000).
- Schultheiss, M., et al. Dulbecco’s Modified Eagle Medium is neuroprotective when compared to standard vitrectomy irrigation solution. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 251, 1613-1619 (2013).
- Januschowski, K., et al. Comparing the effects of two different irrigation solutions on an isolated perfused vertebrate retina. Ophthalmic Res. 48, 59-66 (2012).
- Sickel, W. Respiratory and Electrical Responses to Light Simulation in the Retina of the Frog. Science. 148, 648-651 (1965).
- Luke, M., et al. The isolated perfused bovine retina–a sensitive tool for pharmacological research on retinal function. Brain research. Brain research protocols. 16, 27-36 (2005).
- Henderson, A. R. Testing experimental data for univariate normality. Clinica chimica acta; international journal of clinical chemistry. 366, 112-129 (2006).
- Alt, A., et al. The neuroprotective potential of Rho-kinase inhibition in promoting cell survival and reducing reactive gliosis in response to hypoxia in isolated bovine retina. Cell Physiol Biochem. 32, 218-234 (2013).
- Green, D. G., Kapousta-Bruneau, N. V. Electrophysiological properties of a new isolated rat retina preparation. Vision research. 39, 2165-2177 (1999).
- Richter, S. H., Garner, J. P., Wurbel, H. Environmental standardization: cure or cause of poor reproducibility in animal experiments. Nat Methods. 6, 257-261 (2009).
- Dutescu, R. M., et al. Multifocal ERG recordings under visual control of the stimulated fundus in mice. Investigative ophthalmology & visual science. 54, 2582-2589 (2013).
- Perlman, I. Testing retinal toxicity of drugs in animal models using electrophysiological and morphological techniques. Doc Ophthalmol. 118, 3-28 (2009).
- Mukhopadhyay, A., Gupta, A., Mukherjee, S., Chaudhuri, K., Ray, K. Did myocilin evolve from two different primordial proteins. Mol Vis. 8, 271-279 (2002).
- Januschowski, K., et al. Evaluating retinal toxicity of a new heavy intraocular dye, using a model of perfused and isolated retinal cultures of bovine and human origin. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 250, 1013-1022 (2012).
- Luke, M., et al. The isolated perfused bovine retina–a sensitive tool for pharmacological research on retinal function. Brain Res Brain Res Protoc. 16, 27-36 (2005).
