Utveckling av en<em> In Vitro</em> Ögon plattformen Testa Kontaktlinser
Summary
Nuvarande modeller in vitro för utvärdering av kontaktlinser (CLS) och andra ögonrelaterade applikationer är mycket begränsad. De presenterade okulär plattform simulerar fysiologisk tårflöde, riva volym, luftexponering och mekaniskt slitage. Detta system är mycket mångsidig och kan appliceras på olika in vitro-analyser med CLS.
Abstract
Currently, in vitro evaluations of contact lenses (CLs) for drug delivery are typically performed in large volume vials,1-6 which fail to mimic physiological tear volumes.7 The traditional model also lacks the natural tear flow component and the blinking reflex, both of which are defining factors of the ocular environment. The development of a novel model is described in this study, which consists of a unique 2-piece design, eyeball and eyelid piece, capable of mimicking physiological tear volume. The models are created from 3-D printed molds (Polytetrafluoroethylene or Teflon molds), which can be used to generate eye models from various polymers, such as polydimethylsiloxane (PDMS) and agar. Further modifications to the eye pieces, such as the integration of an explanted human or animal cornea or human corneal construct, will permit for more complex in vitro ocular studies. A commercial microfluidic syringe pump is integrated with the platform to emulate physiological tear secretion. Air exposure and mechanical wear are achieved using two mechanical actuators, of which one moves the eyelid piece laterally, and the other moves the eyeballeyepiece circularly. The model has been used to evaluate CLs for drug delivery and deposition of tear components on CLs.
Introduction
Två viktiga områden av intresse inom kontaktlinsen (CL) arena inkluderar obehag och utveckling av nya CL applikationer. Belysa mekanismerna bakom CL obehag är en fråga som har gäckat fältet för årtionden. 8 Utvecklingen av nya, funktionella CLS såsom drug delivery-enheter 1,3,9 och biosensorer, är 10-12 ett område av växande intresse, med stora potentiella marknader. I båda fall skulle en sofistikerad in vitro-modell ge relevant information för att hjälpa till med att välja lämplig linsmaterial eller konstruktionsegenskaper under utvecklingsfasen. Tyvärr, ström in vitro-modeller för utvärdering av CLS och andra ögonrelaterade applikationer är relativt rå och osofistikerade. Traditionellt in vitro CL studier som utvärderar tårfilmen deponering eller drug delivery utförs i statiska, stora volymer ampuller innehållande en fast vätskevolym, som greatly överstiger fysiologiska mängder. Vidare saknar denna enkla modell det naturliga tårflöde komponenten och den blinkande reflex, vilka båda definierar faktorer hos den okulära miljön.
Utvecklingen av ett sofistikerat, fysiologiskt relevant öga "modell" kommer att kräva en tvärvetenskaplig strategi och kräver betydande validering vivo. Av dessa skäl är mycket mångsidig, så att modellen kan kontinuerligt förbättras genom framtida uppgraderingar och modulationer den grundläggande ramen för vår in vitro ögonmodell. Hittills är modellen kan simulera tår volym, tårflöde, mekaniskt slitage och luftexponering. Syftet är att skapa en in vitro-modell som kommer att ge meningsfulla resultat, vilket är förutsägande och komplement till in vivo och ex vivo observationer.
Protocol
Representative Results
Discussion
Det finns tre viktiga steg i det protokoll som kräver särskild uppmärksamhet: design och tillverkning av formar (avsnitt 1.1), plattformsaggregatet (avsnitt 2.2.1-2.2.3), och övervaka den experimentella körningen (avsnitt 2.2.4-2.2.7 ). I termer av utformning och tillverkning av formar (avsnitt 1.1), bör ögongloben stycket utformas i enlighet med dimensionerna hos en mänsklig hornhinna. Det kan dock kräver flera prototyper av formen innan en ögonglob pjäs kan skapas som passar perfekt en kommersiell kontaktli…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna vill tacka för vår finansieringskälla NSERC 20/20 nätverk för utveckling av avancerade oftalmologiska Materials.
Materials
| Arduino Uno R3 (Atmega328 – assembled) | Adafruit | 50 | Board |
| Stepper motor | Adafruit | 324 | Motor and Motor shield |
| Equal Leg Coupler 1.6mm 1/16" | VWR | CA11009-280 | 50 pcs of tube connector |
| Tubing PT/SIL 1/16"x1/8" | VWR | 16211-316 | Case of 50feet |
| PDMS | Dow Corning | Sylgard 184 Solar Cell Encapsulation | |
| Agarose, Type 1-A, low EEO | Sigma-Aldrich | A0169-25G | |
| PHD UltraTM | Harvard Apparatus | 703006 | MicroFluidic Pump |
| Bovine cornea | Cargill, Guelph/ON | ||
| Soldidworks | Dassault Systemes | Software | |
| 3-D printing | University of Waterloo – 3D Print Centre | ||
| Dissection tools | Fine Science Tools | General dissection tools | |
| Medium 199 | Sigma-Aldrich | Culture medium storage for cornea | |
| Fetal bovine serum | Thermo Fisher | Add to culture medium, 3% total volume |
References
- Phan, C. M., Subbaraman, L. N., Jones, L. In vitro drug release of natamycin from beta-cyclodextrin and 2-hydroxypropyl-beta-cyclodextrin-functionalized contact lens materials. J Biomater Sci Polym Ed. 25, 1907-1919 (2014).
- Peng, C. C., Kim, J., Chauhan, A. Extended delivery of hydrophilic drugs from silicone-hydrogel contact lenses containing vitamin E diffusion barriers. Biomaterials. 31, 4032-4047 (2010).
- Hui, A., Willcox, M., Jones, L. In vitro and in vivo evaluation of novel ciprofloxacin-releasing silicone hydrogel contact lenses. Invest Ophthalmol Vis Sci. 55, 4896-4904 (2014).
- Boone, A., Hui, A., Jones, L. Uptake and release of dexamethasone phosphate from silicone hydrogel and group I, II, and IV hydrogel contact lenses. Eye Contact Lens. 35, 260-267 (2009).
- Lorentz, H., Heynen, M., Trieu, D., Hagedorn, S. J., Jones, L. The impact of tear film components on in vitro lipid uptake. Optom Vis Sci. 89, 856-867 (2012).
- Hall, B., Phan, C. M., Subbaraman, L., Jones, L. W., Forrest, J. Extraction versus in situ techniques for measuring surface-adsorbed lysozyme. Optom Vis Sci. 91, 1062-1070 (2014).
- Mishima, S., Gasset, A., Klyce, S. D., Baum, J. L. Determination of tear volume and tear flow. Invest Ophthalmol Vis Sci. 5, 264-276 (1966).
- Nichols, J. J., et al. The TFOS international workshop on contact lens discomfort: executive summary. Invest Ophthalmol Vis Sci. 54, 7-13 (2013).
- Peng, C. C., Burke, M. T., Carbia, B. E., Plummer, C., Chauhan, A. Extended drug delivery by contact lenses for glaucoma therapy. J Control Release. 162, 152-158 (2012).
- Faschinger, C., Mossbock, G. Continuous 24 h monitoring of changes in intraocular pressure with the wireless contact lens sensor Triggerfish. First results in patients. Der Ophthalmologe : Zeitschrift der Deutschen Ophthalmologischen Gesellschaft. 107, 918-922 (2010).
- Shaw, A. J., Davis, B. A., Collins, M. J., Carney, L. G. A technique to measure eyelid pressure using piezoresistive sensors. IEEE transactions on bio-medical engineering. 56, 2512-2517 (2009).
- Liao, Y. T., Yao, H. F., Lingley, A., Parviz, B., Otis, B. P. A 3-mu W CMOS glucose sensor for wireless contact-lens tear glucose monitoring. Ieee J Solid-St Circ. 47, 335-344 (2012).
- Coster, D. J. . Cornea. , (2002).
- Parekh, M., et al. A simplified technique for in situ excision of cornea and evisceration of retinal tissue from human ocular globe. Journal of visualized experiments : JoVE. , e3765 (2012).
- Way, S. Gear and pinion. US patent. , (1942).
- Lorentz, H., et al. Contact lens physical properties and lipid deposition in a novel characterized artificial tear solution. Molecular vision. 17, 3392-3405 (2011).
- Furukawa, R. E., Polse, K. A. Changes in tear flow accompanying aging. American journal of optometry and physiological optics. 55, 69-74 (1978).
- Bajgrowicz, M., Phan, C. M., Subbaraman, L., Jones, L. Release of ciprofloxacin and moxifloxacin from daily disposable contact lenses from an in vitro eye model. Invest Ophthalmol Vis Sci. , (2015).
- Luensmann, D., Zhang, F., Subbaraman, L., Sheardown, H., Jones, L. Localization of lysozyme sorption to conventional and silicone hydrogel contact lenses using confocal microscopy. Current eye research. 34, 683-697 (2009).
- Tieppo, A., Pate, K. M., Byrne, M. E. In vitro controlled release of an anti-inflammatory from daily disposable therapeutic contact lenses under physiological ocular tear flow. Eur J Pharm Biopharm. 81, 170-177 (2012).
- Ali, M., et al. Zero-order therapeutic release from imprinted hydrogel contact lenses within in vitro physiological ocular tear flow. J Control Release. 124, 154-162 (2007).
- White, C. J., McBride, M. K., Pate, K. M., Tieppo, A., Byrne, M. E. Extended release of high molecular weight hydroxypropyl methylcellulose from molecularly imprinted, extended wear silicone hydrogel contact lenses. Biomaterials. 32, 5698-5705 (2011).
- Kaczmarek, J. C., Tieppo, A., White, C. J., Byrne, M. E. Adjusting biomaterial composition to achieve controlled multiple-day release of dexamethasone from an extended-wear silicone hydrogel contact lens. J Biomater Sci Polym Ed. 25, 88-100 (2014).
- Mohammadi, S., Postnikoff, C., Wright, A. M., Gorbet, M. Design and development of an in vitro tear replenishment system. Ann Biomed Eng. 42, 1923-1931 (2014).
- Lorentz, H., Heynen, M., Khan, W., Trieu, D., Jones, L. The impact of intermittent air exposure on lipid deposition. Optom Vis Sci. 89, 1574-1581 (2012).
- Peng, C. C., Fajardo, N. P., Razunguzwa, T., Radke, C. J. In vitro spoilation of silicone-hydrogel soft contact lenses in a model-blink cell. Optom Vis Sci. 92, 768-780 (2015).
- Liu, P., et al. Dissolution studies of poorly soluble drug nanosuspensions in non-sink conditions. AAPS PharmSciTech. 14, 748-756 (2013).
