Simulera mekaniken i linsen boende via en manuell lins bår
Summary
Vi presenterar en effektiv metod att studera lins boende med hjälp av en manuell lins bår. De protokoll härmar fysiologiska boende genom att dra zonules ansluten runt linskapseln, därmed, stretching linsen.
Abstract
Målet med detta protokoll är att efterlikna biomekanik av fysiologiska boende på ett kostnadseffektivt och praktiskt sätt. Boende uppnås genom sammandragning av ciliarkroppen och avkoppling av zonule fibrer, vilket resulterar i förtjockning av linsen nödvändigt för nära vision. Här presenterar vi en roman, enkel metod där boende replikeras av spänna de zonules ansluten till linskapseln via en manuell lins bår (MLS). Denna metod övervakar den radiella stretching uppnås genom en lins när de utsätts för en konsekvent kraft och möjliggör en jämförelse av tillmötesgående linser, som kan sträckas, till icke-tillmötesgående objektiv, som inte kan sträckas. Båren par ännu viktigare, att zonules direkt, och inte sklera i ögat, vilket endast kräver linsen, zonules, och ciliarkroppen snarare än hela jordklotet provet. Denna skillnad kan avsevärt minska kostnaden för att förvärva givare cadaver linser med cirka 62% jämfört att förvärva en hela jordklotet.
Introduction
Boende är den process genom vilken det mänskliga ögat kan dynamiskt justera formen på dess kristallina linsen att se föremål på långt eller nära avstånd i skarpt fokus. Boende är en inneboende biomekaniska process. På neurala stimulans producera ciliär muskler en kraft på ciliarkroppen och till zonule fibrer som fäster på omkretsen av lins kapseln1,2. Medan det finns olika teorier bakom biomekanik av boende, är den mest accepterade hypotesen Helmholtz. Enligt hypotesen är linsen i en naturlig sträckt tillstånd, motsvarar den tunnaste formen av objektivet som är optimal för fokus för avlägsna objekt. För att ändra fokus till närmare objekt, ciliär muskler kontrakt och zonular fibrerna är avslappnad. I sin tur tjocknar linsen, öka de främre och bakre ytan krökningar. Detta motsvarar en ökning av dioptrisk effekt som är nödvändig för nära vision, därför en kortare brännvidd1.
Möjligheten att rymma äventyras över tid via ett tillstånd som heter presbyopi. Ålderssynthet drabbar alla av 50 år, och gör ögat inte dynamiskt ändra fokus från långt till nära avstånd3. För att bekämpa presbyopi, är nuvarande metoder passiva inklusive korrigerande linser och progressiva glasögon. Samtidigt ökar ens förmåga att fokusera på nära objekt på några plan, kan inte sådana passiva behandlingar återställa dynamiska fokus förmåga av linsen4,5. För att effektivt behandla ålderssynthet, eller möjligen förhindra det, finns det ett fortlöpande behov av att bättre förstå boende.
För att studera lins boende, har ett antal enheter utvecklats för att simulera fenomen ex vivo4,6,7,8,9. Spinning diskar först introducerades för att övervaka sträckningen av objektivet via centrifugalkraften8. För att mer troget efterbilda fenomenet, lins stretching enheter gradvis infördes och innovated. Använda en lins bår, Manns et al. kännetecknas den kraft som krävs för att rymma linsen medan korrelera sådan objektiv makt och ekvatorialdiameter9. Nuvarande uppfattning är att linsen stelnar med åldern, vilket resulterar i en minskad förändring i linsform som svar på en lika kraft från ciliarkroppen3,10,11,12.
Nuvarande objektiv bårar ofta innebär en komplex installation, genomförandet av elektronik och programmerbara stretching priser, och kräver hela cadaver ögongloben6,7,10,13. Detta krav ökar kostnaden per experiment till över $500.00 per öga och minskar prov tillgänglighet. Här presenterar vi en metod för att replikera lins boende till en låg kostnad som ögat bakre uppgår till cirka $200,00. Medan mindre sofistikerad än många enheter används idag, är tekniken mycket mer kostnadseffektiva och adoptable utan att kompromissa med resultatet. Denna metod är centrerad kring en manuell lins bår (MLS) avbildas i figur 1, och använder en unik fastspänningssystemet på zonular fibrer och en radiell vridande metod för att expandera diametern på linsen. Fysiologiska riktigheten av protokollet valideras av resultaten av Bernal et al., som studerat den vägen som främre och bakre zonular fibrerna är anslutna till objektiv kapsel14. Med utformningen av anpassade skor som endast kräver den lins, zonule och ciliarkroppen, vi syftar till att studera lins biomekanik genom att replikera fysiologiska boende.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi har utarbetat en ny metod för att ge ett korrekt och effektivt sätt att studera boende möjligheten av linsen genom att utnyttja en dual-bit fastspänningsmekanismen att båren till provet. Under boende, linsen slappnar och diametern minskar svar på avkoppling av zonular fibrer1,2,4,19. Metoden fokuserar på detta fenomen genom fastspänning och kontrollera spänningen av zonular fibrer. …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Materials
| Manual Lens Stretcher | Bioniko | MLS | Different animal species will require different shoe sizes |
| Porcine Eye Samples | George G. Ruppersberger; slaughterhouse | N/A | Whole eyeballs were obtained |
| Human Eye Samples | The National Disease Research Interchange | N/A | Posterior poles without corneas were ordered |
| Dissecting Scissors (5 1/2'' Straight) | Electron Microsopy Sciences | 72960 | |
| Tissue Forceps (4 1/2'') | Electron Microsopy Sciences | 72960 | |
| iPhone 6s | Apple | N/A | Any imaging system with ~0.1 mm resolution will work |
| Sodium Hypochorite | Clorox | Clorox Regular-Bleach | Any disinfectant will work |
References
- Von Helmholtz, H. Uber die akkommodation des auges. Arch Ophthal. 1, 1-74 (1855).
- Schachar, R. A., Black, T. D., Kash, R. L., Cudmore, D. P., Schanzlin, D. J. The mechanism of accommodation and presbyopia in the primate. Ann Ophthalmol. 27, 58-67 (1995).
- Glasser, A., Campbell, C. W. Presbyopia and the optical changes in the human crystalline lens with age. Vision Res. 38 (2), 209-229 (1998).
- Reilly, M. A., Hamilton, P. D., Perry, G., Ravi, N. Comparison of the behavior and natural and refilled porcine lenses in a robotic lens stretcher. Exp Eye Res. 88, 483-494 (2009).
- Langenbucher, A., Huber, S., Nguyen, N. X., Seitz, B., Gusek-Schneider, G. C., Küchle, M. Measurement of accommodation after implantation of an accommodating posterior chamber intraocular lens. J Cataract Refract Surg. 29 (4), 677-685 (2003).
- Ehrmann, K., Ho, A., Parel, J. Biomechanical analysis of the accommodative apparatus in primates. Clin Exp Optom. 91 (4), 411 (2008).
- Pinilla Cortés, L., et al. Experimental Protocols for Ex Vivo Lens Stretching Tests to Investigate the Biomechanics of the Human Accommodation Apparatus. Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (5), 2926 (2015).
- Fisher, R. F. The elastic constants of the human lens. J Physiol. 212 (1), 147-180 (1971).
- Eppig, T., et al. Biomechanical eye model and measurement setup for investigating accommodating intraocular lenses. Z Med Ohys. 23 (2), 144-152 (2013).
- Manns, F., Parel, , et al. Response of Human and Monkey Lenses in a Lens Stretcher. Invest Ophthalmol Vis Sci. 48 (7), 3260 (2007).
- Scarcelli, G., Kim, P., Yun, S. H. In vivo measurement of age-related stiffening in the crystalline lens by Brillouin optical microscopy. Biophys J. 101 (6), 1539-1545 (2011).
- Besner, S., Scarcelli, G., Pineda, R., Yun, S. -. H. In Vivo Brillouin Analysis of the Aging Crystalline Lens. Invest Ophthalmol Vis Sci. 57 (13), 5093 (2016).
- Cortes, L., et al. Experimental Protocols for Ex Vivo Lens Stretching Tests to Investigate the Biomechanics of the Human Accommodation Apparatus. Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (5), 2926-2932 (2015).
- Bernal, A., Parel, J. -. M., Manns, F. Evidence for Posterior Zonular Fiber Attachment on the Anterior Hyaloid Membrane. Invest Ophthalmol Vis Sci. 47 (11), 4708 (2006).
- Kammel, R., Ackermann, R., Mai, T., Damm, C., Nolte, S. Pig Lenses in a Lens Stretcher. Optom Vis Sci. 89 (6), 908-915 (2012).
- Hahn, J., et al. Measurement of Ex Vivo Porcine Lens Shape During Simulated Accommodation, Before and After fs-Laser Treatment. Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (9), 5332-5343 (2015).
- D’Antin, J. C., Cortes, L. P., Montenegro, G. A., Barraquer, R. I., Michael, R. Evaluation of a portable manual stretching device to simulate accommodation. Acta Ophthalmol. 93 (255), (2015).
- Pierscionek, B. Age-related response of human lenses to stretching forces. Exp Eye Res. 60 (3), 325-332 (1995).
- Marussich, L., et al. Measurement of Crystalline Lens Volume During Accommodation in a Lens Stretcher. Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (8), 4239 (2015).
- Martinez-Enriquez, E., Pérez-Merino, P., Velasco-Ocana, M., Marcos, S. OCT-based full crystalline lens shape change during accommodation in vivo. Biomed Opt Exp. 8 (2), 918-933 (2017).
