In Vivo Metoder för att bedöma Retinal Ganglion Cell och Optisk nerv funktion och struktur hos stora djur
Summary
Här demostrate vi flera in vivo tester (flash visuella framkallad potential, mönster elektroretinogram och optisk koherens tomografi) i get och rhesus makak för att förstå strukturen och funktionen av optik nerv och dess nervceller.
Abstract
Synnerven samlar in axoner signaler från näthinnan ganglion celler och överför visuell signal till hjärnan. Stora djurmodeller av optisk nervskada är viktiga för att översätta nya terapeutiska strategier från gnagare modeller till klinisk tillämpning på grund av deras närmare likheter med människor i storlek och anatomi. Här beskriver vi några in vivo metoder för att utvärdera funktionen och strukturen hos retinal ganglion celler (RGCs) och optik nerv (ON) i stora djur, inklusive visuella framkallade potential (VEP), mönster elektroretinogram (PERG) och optisk koherens tomografi (OCT). Både get och icke-mänskliga primater användes i denna studie. Genom att presentera dessa in vivo-metoder steg för steg hoppas vi kunna öka experimentell reproducerbarhet bland olika laboratorier och underlätta användningen av stora djurmodeller av optiska neuropatier.
Introduction
Den optiska nerven (ON), som består av axoner från näthinnans ganglionceller (RGC), överför visuell signal från näthinnan till hjärnan. ON sjukdomar, såsom glaukom, traumatiska eller skandinaviska optik neurotoxiskt, ofta orsakade irreversibla ON/RGC degeneration och förödande visuella förlust. Även om det för närvarande finns många genombrott inom ON-regenerering och RGC-skydd i gnagaremodeller1,2,3,4,5,6, förblev kliniska behandlingar för de flesta ON-sjukdomar i huvudsak desamma under det senaste halvseklet med otillfredsställande resultat7,8 . För att fylla klyftan mellan grundforskning och klinisk praxis är translationella studier med stor djurmodell av ON-sjukdomar ofta nödvändiga och fördelaktiga på grund av deras närmare anatomiska likhet med människor än gnagaremodeller.
Get- och rhesusmakaker är två stora djurarter som används i vårt labb för att modellera människans ON-sjukdom. Storleken på en getöga, ON och den intilliggande strukturen (orbital och nasal hålighet, skallebas, etc.) liknar en människas som baseras på skalle CT scan9. Som sådan ger getmodellen en möjlighet att utvärdera och förfina terapeutiska enheter eller kirurgiska ingrepp före användning på människor. Rhesus makaker, som icke-mänsklig primat (NHP), har människoliknande unikt visuellt system som inte finns i andra arter10,11. Dessutom är patofysiologiska svar på skador och behandlingar i NHP mycket lik det hos människor12.
In vivo-tester för att bedöma ON och RGC:s struktur och funktion längsgående är viktiga i stora djurstudier. Mönsterelektroretinogram (PERG) har använts för att utvärdera funktionen RGC. Flash visual evoked potential (FVEP) återspeglar integriteten hos retino-geniculo-cortical utbildningsavsnittet i det visuella systemet. Således kan PERG i kombination med FVEP återspegla ON-funktionen9,13,14 . Retinal optic coherence tomography (OCT) imaging kan visa retinal struktur med hög tidsmässiga och rumslig upplösning, vilket möjliggör mätning av tjockleken på retinal ganglion komplex (GCC)9,15. För elektrofysiologiska undersökningar i denna studie är övervakning av vitala tecken (värmehastighet, brottsfrekvens, blodtryck) och nivå av syremättnad (SpO2) före testning avgörande eftersom dessa parametrar har potenta effekter på okulärt blodflöde och därmed det visuella systemets funktion. Vi övervakade dock inte de vitala tecknen när vi utförde OCT retinal imaging för enkelhetens skull. Enligt vår tidigare studie9 är GCC-tjockleken mätt med OCT retinal imaging ganska stabil, med intersessionskoefficient för variation nära 3%. Dessa in vivo-tester i get- och rhesusmakaque har beskrivits i detalj i vår tidigare studie9. Här presenterar vi dessa metoder för att öka experimentell transparens och reproducerbarhet.
Protocol
Representative Results
Discussion
I denna studie presenterar vi ett protokoll av VEP, PERG och OCT i get och rhesus makaker. Dessa in vivo metoder kan tillämpas i stora djur modeller av olika optik neuropathies, såsom glaukom, skandinaviska eller traumatiska optik neurotoxiskt och optisk neurit9.
PVEP är stabilare och känsligare än FVEP17; Det kan dock inte framkallas i get9. Som sådan utförs FVEP i get och PVEP utförs i rhesus makaker i v…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denna studie finansierades av följande bidrag: National Key R&D Program of China (2021YFA1101200); Medicinskt forskningsprojekt i Wenzhou (Y20170188), Kinas nationella nyckelforskningsprogram (2016YFC1101200); Medborgarevetenskapfundament av Kina (81770926;81800842); Viktigt R&D-program i provinsen Zhejiang (2018C03G2090634); och Key R&D Program för Wenzhou Eye Hospital (YNZD1201902). Sponsorn eller finansieringsorganisationen hade ingen roll i utformningen eller genomförandet av denna forskning.
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).
