في فيفو طرق لتقييم خلية العقدة الشبكية ووظيفة العصب البصري وهيكل في الحيوانات الكبيرة
Summary
هنا نحن demostrate عدة في اختبارات الجسم الحي (فلاش البصرية أثار المحتملة، ونمط electroretinogram والتصوير المقطعي التماسك البصري) في الماعز والمكاك ريسوس لفهم هيكل ووظيفة العصب البصري والخلايا العصبية.
Abstract
يجمع العصب البصري إشارات المحاور من خلايا العقدة الشبكية وينقل إشارة بصرية إلى الدماغ. نماذج حيوانية كبيرة من إصابة العصب البصري ضرورية لترجمة استراتيجيات علاجية جديدة من نماذج القوارض إلى التطبيق السريري بسبب أوجه التشابه الوثيقة مع البشر في الحجم والتشريح. هنا نصف بعض في أساليب الجسم الحي لتقييم وظيفة وهيكل خلايا العقدة الشبكية (RGCs) والعصب البصري (ON) في الحيوانات الكبيرة، بما في ذلك الإمكانات البصرية التي أثارها (VEP)، ونمط الكهربائي (PERG) والتصوير المقطعي التماسك البصري (أكتوبر). تم توظيف كل من الماعز والرئيسيات غير البشرية في هذه الدراسة. من خلال تقديم هذه الأساليب في الجسم الحي خطوة بخطوة، ونحن نأمل في زيادة استنساخ التجريبية بين مختبرات مختلفة وتسهيل استخدام نماذج حيوانية كبيرة من الاعتلالات العصبية البصرية.
Introduction
ينقل العصب البصري (ON)، الذي يتكون من محاور عصبية من خلايا العقدة الشبكية (RGC)، إشارة بصرية من شبكية العين إلى الدماغ. على الأمراض، مثل الزرق، اعتلال الأعصاب البصرية الصدمة أو الإقفارية، وغالبا ما تسبب انحطاط ON / RGC لا رجعة فيه وفقدان البصرية المدمرة. على الرغم من أن هناك حاليا العديد من الاختراقات في تجديد ON وحماية RGC في نماذج القوارض1,2,3,4,5,6, ظلت العلاجات السريرية لمعظم أمراض ON هي نفسها بشكل أساسي على مدى نصف القرن الماضي مع نتائج غير مرضية7,8 . لسد الفجوة بين البحوث الأساسية والممارسة السريرية ، والدراسات التحويلية باستخدام نموذج حيواني كبير من أمراض ON غالبا ما تكون ضرورية ومفيدة بسبب تشابهها التشريحي أوثق للبشر من نماذج القوارض.
الماعز والمكاك ريسوس هما نوعان من الحيوانات الكبيرة المستخدمة في مختبرنا لنموذج مرض ON الإنسان. حجم مقلة عين الماعز ، ON ، والهيكل المجاور (تجويف مداري وأنفي ، قاعدة الجمجمة ، وما إلى ذلك) يشبه حجم الإنسان القائم على الأشعة المقطعية الجمجمة9. على هذا النحو، نموذج الماعز يوفر فرصة لتقييم وصقل الأجهزة العلاجية أو العمليات الجراحية قبل استخدامها في البشر. المكاك ريسوس، كما الرئيسيات غير البشرية (NHP)، لديه نظام بصري فريد من نوعه مثل الإنسان الذي لا وجود له في الأنواع الأخرى10،11. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الاستجابات المرضية الفسيولوجية للإصابات والعلاجات في NHP تشبه إلى حد كبير تلك الموجودة في humans12.
في الاختبارات الحية لتقييم بنية ON وRGC وظيفة طوليا مهمة في الدراسات الحيوانية الكبيرة. تم استخدام مخطط كهربية النمط (PERG) لتقييم وظيفة RGC. فلاش البصرية أثار المحتملة (FVEP) يعكس سلامة retino-geniculo-القشرية المسار في النظام البصري. وهكذا، PERG جنبا إلى جنب مع FVEP يمكن أن تعكس الدالة ON9،13،14 . يمكن للتصوير المقطعي للتماسك البصري الشبكي (OCT) أن يظهر بنية الشبكية بدقة زمنية ومكانية عالية، مما يتيح قياس سمك مجمع العقدة الشبكية (GCC)9,15. بالنسبة للفحوصات الكهربية في هذه الدراسة ، فإن مراقبة العلامات الحيوية (معدل الحرارة ومعدل الخرق وضغط الدم) ومستوى تشبع الأكسجين (SpO2) قبل الاختبار أمران حاسمان لأن هذه المعلمات لها تأثيرات قوية على تدفق الدم العيني وبالتالي وظيفة النظام البصري. ومع ذلك ، لم نراقب العلامات الحيوية عند إجراء تصوير شبكية العين OCT من أجل البساطة. وفقا للدراسة السابقة9، سمك دول مجلس التعاون الخليجي التي تقاس بالتصوير الشبكي أكتوبر مستقرة تماما، مع معامل بين الدورات من الاختلاف ما يقرب من 3٪. وقد وصفت هذه الاختبارات في الجسم الحي في الماعز والمكاك ريسوس بالتفصيل في دراستنا السابقة9. هنا نقدم هذه الأساليب للمساعدة في زيادة الشفافية التجريبية وقابلية الاستنساخ.
Protocol
Representative Results
Discussion
في هذه الدراسة، نقدم بروتوكول VEP، PERG، وأكتوبر في الماعز والمكاك ريسوس. يمكن تطبيق هذه في أساليب الجسم الحي في نماذج حيوانية كبيرة من الاعتلالات العصبية البصرية المختلفة، مثل الزرق، الإقفاري، أو اعتلال الأعصاب البصرية الرضية والتهاب العصب البصري9.
PVEP هو أك…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تمويل هذه الدراسة من المنح التالية: البرنامج الوطني للبحث والتطوير الرئيسي في الصين (2021YFA1101200)؛ برنامج البحث والتطوير الوطني في الصين (2021YFA1101200)؛ برنامج البحث والتطوير الوطني (2021YFA1101200)؛ برنامج البحث والتطوير الوطني (2021YFA101200)؛ برنامج البحث والتطوير الوطني (2021Y مشروع البحوث الطبية في ونتشو (Y20170188)، البرنامج الوطني للبحث والتطوير الرئيسي في الصين (2016YFC1101200)؛ المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (81770926؛81800842)؛ برنامج البحث والتطوير الرئيسي لمقاطعة تشجيانغ (2018C03G2090634)؛ وبرنامج البحث والتطوير الرئيسي لمستشفى ونتشو للعيون (YNZD1201902). ولم يكن للراعي أو لمنظمة التمويل أي دور في تصميم أو إجراء هذا البحث.
Materials
| 47.6 x 26.8 cm monitors | DELL Inc. | E2216HV | The visual stimuli of contrast-reversal black-white checkerboards were displayed on screens |
| 6.0 mm tracheal tube | Henan Tuoren Medical Device Co., Ltd | PVC 6.0 | ensure the airway |
| alligator clip | |||
| atropine | Guangdong Jieyang Longyang Animal pharmaceutical Co.,Ltd. | reduce bronchial secretion and protect heart from vagal nerve activation | |
| Carbomer Eye Gel | Fabrik GmbH Subsidiary of Bausch & Lomb | moisten the cornea and stabilize the recording electrodes | |
| ERG-Jet recording electrodes | Roland Consult Stasche&Finger GmbH | 2300 La Chaux-De-Fonds | ERG recording |
| eye speculum | Shanghai Jinzhong Medical Device Co., Ltd | ZYD020 | open palpebral fissure |
| Heidelberg Spectralis OCT system | Heidelberg Engineering | OCT system | |
| Imaging | (https://www.heidelbergengineering.com/media/e-learning/Totara-US/files/pdf-tutorials/2238-003_Spectralis-Training-Guide.pdf) | ||
| isoflurane | RWD Life Science Co., Ltd | R510-22 | isoflurane anesthesia |
| male Saanen goats | Caimu Livestock Company, country (Hangzhou, China) | The male Saanen goats, aged from 4 to 6 months with weight of 19–23 kg | |
| needle electrode | Roland Consult Stasche&Finger GmbH | U51-426-G-D | use for FVEP ground electrode and PERG reference electrodes |
| periphery venous catheter intravenously | BD shanghai Medical Device Co., Ltd | 383019 | intravenous access for atropine and propofol |
| propofol | Xian Lipont Enterprise Union Management Co.,Ltd. | induce Isoflurane anesthesia in goat | |
| Tropicamide Phenylephrine Eye Drops | SANTEN OY, Japan | 5% tropicamide and 5% phenylephrine hydrochloride | |
| visual electrophysiology device | Gotec Co., Ltd | GT-2008V-III | use for FVEP & PERG |
| xylazine | Huamu Animal Health Products Co., Ltd. | xylazine anesthesia: intramuscular injection of xylazine 3mg/kg | |
| zoletil50 | Virbac | induce Isoflurane anesthesia in monkey |
References
- Benowitz, L., Yin, Y. Rewiring the injured CNS: lessons from the optic nerve. Experimental Neurology. 209 (2), 389-398 (2008).
- Park, K. K., et al. Promoting axon regeneration in the adult CNS by modulation of the PTEN/mTOR pathway. Science. 322 (5903), 963-966 (2008).
- Duan, X., et al. Subtype-specific regeneration of retinal ganglion cells following axotomy: effects of osteopontin and mTOR signaling. Neuron. 85 (6), 1244-1256 (2015).
- Bei, F., et al. Restoration of visual function by enhancing conduction in regenerated axons. Cell. 164 (1-2), 219-232 (2016).
- He, Z., Jin, Y. Intrinsic control of axon regeneration. Neuron. 90 (3), 437-451 (2016).
- Yang, S. -. G., et al. Strategies to promote long-distance optic nerve regeneration. Frontiers in Cellular Neuroscience. 14, 119 (2020).
- Foroozan, R. New treatments for nonarteritic anterior ischemic optic neuropathy. Neurologic Clinics. 35 (1), 1-15 (2017).
- Singman, E. L., et al. Indirect traumatic optic neuropathy. Military Medical Research. 3, 2 (2016).
- Zhang, Y., et al. In vivo evaluation of retinal ganglion cells and optic nerve’s integrity in large animals by multi-modality analysis. Experimental Eye Research. 197, 108117 (2020).
- Tolbert, W. D., et al. From Rhesus macaque to human: structural evolutionary pathways for immunoglobulin G subclasses. mAbs. 11 (4), 709-724 (2019).
- Preuss, T., et al. . Specializations of the human visual system: the monkey model meets human reality. , 231-259 (2004).
- Friedli, L., et al. Pronounced species divergence in corticospinal tract reorganization and functional recovery after lateralized spinal cord injury favors primates. Science Translational Medicine. 7 (302), (2015).
- Porciatti, V. Electrophysiological assessment of retinal ganglion cell function. Experimental Eye Research. 141, 164-170 (2015).
- Smith, C. A., Vianna, J. R., Chauhan, B. C. Assessing retinal ganglion cell damage. Eye. 31 (2), 209-217 (2017).
- Schuman, J. S., et al. Optical coherence tomography and histologic measurements of nerve fiber layer thickness in normal and glaucomatous monkey eyes. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 48 (8), 3645-3654 (2007).
- You, Y., et al. Improving reproducibility of VEP recording in rats: electrodes, stimulus source and peak analysis. Documenta Ophthalmologica. 123 (2), 109-119 (2011).
- Odom, J. V., et al. ISCEV standard for clinical visual evoked potentials: (2016 update). Documenta Ophthalmologica. 133 (1), 1-9 (2016).
- Zhang, J., et al. Silicone oil-induced ocular hypertension and glaucomatous neurodegeneration in mouse. eLife. 8, 45881 (2019).
- Seidman, S. H., Telford, L., Paige, G. D. Vertical, horizontal, and torsional eye movement responses to head roll in the squirrel monkey. Experimental Brain Research. 104 (2), 218-226 (1995).
- Porciatti, V. The mouse pattern electroretinogram. Documenta Ophthalmologica. 115 (3), 145-153 (2007).
