Den Gnagarmodell av Nonarteritic främre ischemisk optikusneuropati (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 främre ischemisk optikusneuropati (NAION) är en fokal ischemisk skada i den främre delen av synnerven (ON) 1. NAION är den vanligaste orsaken till plötslig nervrelaterad synförlust hos personer över 50 år 2. Mekanismen tros vara en kompartmentsyndrom som resulterar i intraneural ödem, och orsakar kompression av kapillärerna som levererar axoner i synnerven 3.
Eftersom ON är faktiskt ett det centrala nervsystemet (CNS) tarmkanalen, kan gnagaren NAION (rNAION) modell användas för att studera de mekanismer och responser till isolerade CNS vita substansen stroke. Den rNAION modell kan därför vara användbara i dissekera många problem som är förknippade med stroke relaterade skador på vita substansen. Den kan användas för att utvärdera olika neuroprotektiva strategier och agenter i vit substans stroke.
En av de mest attraktiva funktioner i modellen är att det ären smärtfri, icke-invasiv procedur. Lasereffekten kan justeras för att producera olika grad av ischemisk skada. En annan funktion är att det bygger på laserinducerad superoxidradikaler skada kapillära endotel, som producerar en progressiv kapillär dysfunktion. Det är denna dysfunktion och progressiva ödem som tros vara anmärkningsvärt lik den mekanism som orsakar NAION. Forskning har visat att det inte orsakar direkt kapillär koagulering, men arbetar genom åtminstone två mekanismer: superoxid inducerad död och strippning av en del av den kapillära endotelceller 4, och NFkB (nukleär faktor kappa-lätt-kedja-förstärkare av aktiverade B-celler ) associerad inflammatorisk uppreglering i resterande endotel, med ökad vätsketransport över cellmembranen i interstitium 5. Stängningen av synnerven kapillärerna och kompression som orsakas av interstitiell vätskeansamling resultat i synnerven huvudet ischemi. En schematisk bild visas iFigur 2. Den rNAION modellen kan användas i både råtta och mus arter 6,7, och kan varieras i nivån av dess svårighetsgrad, från en mild lesion till en komplett, men smärtfri nedbrytning av synnerven och näthinnan, såsom som central retinal artärocklusion (CRAO).
Protocol
Representative Results
Discussion
Medan det finns ett antal modeller av optisk nervskada (synnerven krossa 12, synnerven transection 13, och PION 14), är rNAION modellen human, anpassningsbara till både råttor och möss. Den mer liknar den humana kliniska tillstånd av NAION. Detta tillstånd omfattar progressiv främre synnerven ödem, en främre synnerven kompartmentsyndrom, fokal axonal ischemi, isolerade retinal gangliecell axonal skada och förlust under en längre tidsförlopp. Den aktuella rapporten ger lämpli…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi tackar de många studenter och kamrater som har arbetat med denna modell för att förbättra sin effektivitet och att förstå dess mekanismer. Särskilda tack till Dr-talet. Mary Johnson (University of Maryland-Baltimore), Nitza Goldenberg-Cohen (Schneiderman Childrens Hospital, Petah-Tikva, Israel), Charles Zhang (Einstein Medical College, Bronx, NY), och Valerie Touitou (Hopital Salpetrie, Paris, Frankrike). Denna studie har finansierats delvis av RO1 EY015304 till SLB.
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 |
References
- 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).
