Karakterisering av vaskulär morfologi av neovaskulär åldersrelaterad makuladegeneration genom indocyaningrön angiografi
Summary
För närvarande är fluoresceinangiografi (FA) den föredragna metoden för att identifiera läckagemönster i djurmodeller av koroidal kärlnybildning (CNV). FA ger dock ingen information om vaskulär morfologi. Detta protokoll beskriver användningen av indocyaningrön angiografi (ICGA) för att karakterisera olika lesionstyper av laserinducerad CNV i musmodeller.
Abstract
Åldersrelaterad makuladegeneration (AMD) är en ledande orsak till blindhet bland äldre individer, och dess förekomst ökar snabbt på grund av den åldrande befolkningen. Koroidal kärlnybildning (CNV) eller våt AMD, som står för 10-20 % av alla AMD-fall, är ansvarig för alarmerande 80-90 % av AMD-relaterad blindhet. Nuvarande anti-VEGF-behandlingar visar suboptimala svar hos cirka 50 % av patienterna. Resistens mot anti-VEGF-behandling hos CNV-patienter är ofta förknippad med arteriolär CNV, medan responders tenderar att ha kapillär CNV. Även om fluoresceinangiografi (FA) ofta används för att bedöma läckagemönster hos våta AMD-patienter och djurmodeller, ger den ingen information om CNV-vaskulär morfologi (arteriolär CNV vs. kapillär CNV). Detta protokoll introducerar användningen av indocyaningrön angiografi (ICGA) för att karakterisera lesionstyper i laserinducerade CNV-musmodeller. Denna metod är avgörande för att undersöka mekanismer och behandlingsstrategier för anti-VEGF-resistens vid våt AMD. Det rekommenderas att ICGA inkorporeras tillsammans med FA för omfattande bedömning av både läckage och vaskulära egenskaper hos CNV i mekanistiska och terapeutiska studier.
Introduction
Åldersrelaterad makuladegeneration (AMD) är ett vanligt tillstånd som leder till allvarlig synförlust hos äldre individer1. Bara i USA beräknas antalet AMD-patienter fördubblas och nå nästan 22 miljoner år 2050, jämfört med nuvarande 11 miljoner. Globalt förväntas det uppskattade antalet AMD-fall uppgå till svindlande 288 miljoner år 20402.
Koroidal kärlnybildning (CNV), även känd som “våt” eller neovaskulär AMD, kan ha förödande effekter på synen på grund av bildandet av onormala blodkärl under den centrala näthinnan. Detta leder till blödningar, näthinneutsöndring och betydande synförlust. Introduktionen av antivaskulära endotelial tillväxtfaktorterapier (VEGF), som riktar sig mot extracellulär VEGF, har revolutionerat CNV-behandlingen. Men trots dessa framsteg uppvisar upp till 50 % av patienterna suboptimala svar på dessa behandlingar, med pågående sjukdomsaktivitet såsom vätskeansamling och olösta eller nya blödningar 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14.
Kliniska studier har indikerat att anti-VEGF-resistens hos CNV-patienter ofta motsvarar närvaron av arteriolär CNV, som kännetecknas av grovkalibriga förgrenade arterioler, vaskulära slingor och anastomotiska anslutningar9. Upprepad anti-VEGF-behandling kan bidra till kärlabnormisering, utveckling av arteriolär CNV och i slutändan resistens mot anti-VEGF-terapier14,15. I fall av arteriolär CNV beror ihållande vätskeläckage sannolikt på ökad utsöndring orsakad av otillräckligt formade täta korsningar vid arteriovenösa anastomotiska slingor, särskilt under förhållanden med högt blodflöde9. Omvänt tenderar individer som svarar bra på anti-VEGF-behandling att uppvisa kapillär CNV.
I våra studier med hjälp av djurmodeller har vi visat att laserinducerad CNV hos äldre möss utvecklar arteriolär CNV och visar resistens mot anti-VEGF-behandling 16,17. Omvänt leder laserinducerad CNV hos yngre möss till utveckling av kapillär CNV och hög respons på anti-VEGF-behandling. Därför är det viktigt att skilja mellan CNV-vaskulära typer för både mekanistiska och terapeutiska undersökningar.
I kliniska miljöer klassificeras CNV vanligtvis baserat på fluoresceinangiografi (FA) läckagemönster (t.ex. typ 1, typ 2), som använder fluoresceinfärgämne för att spåra utsöndring och identifiera områden med patologiskt läckage. Inom AMD-forskning studeras CNV främst med hjälp av FA i djurmodeller. FA misslyckas dock med att avslöja CNV:s vaskulära morfologi. Dessutom tar FA endast bilder i det synliga ljusspektrumet och kan inte visualisera den koroidala vaskulaturen under näthinnans pigmentepitel (RPE). Indocyaningrönt (ICG), som uppvisar stark affinitet för plasmaproteiner, underlättar däremot dominerande intravaskulär retention och möjliggör visualisering av vaskulär struktur och blodflöde9. Genom att utnyttja den nära infraröda fluorescensegenskapen hos ICG blir det möjligt att avbilda näthinnan och det koroidala pigmentet med hjälp av ICG-angiografi (ICGA). I detta sammanhang presenteras ett protokoll som kombinerar FA och ICGA för att undersöka läckage och vaskulär morfologi av laserinducerad koroidal kärlnybildning (CNV) hos unga och gamla möss, där kapillär och arteriolär CNV observeras.
Protocol
Representative Results
Discussion
Denna studie demonstrerade användningen av indocyaningrön angiografi (ICGA) för att identifiera den vaskulära morfologin för arteriolär och kapillär koroidal neovaskularisering (CNV) i musmodeller med laserinducerad CNV. De hemoglobinbundna och infraröda ljusegenskaperna hos färgämnet indocyaningrönt (ICG) möjliggjorde detektion av CNV-morfologi, vilket är utmanande att uppnå med hjälp av fluoresceinangiografi (FA), den nuvarande metoden som används av forskarsamhället.
Det f?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av anslag från BrightFocus Foundation, Retina Research Foundation, Mullen Foundation och Sarah Campbell Blaffer Endowment in Ophthalmology till YF, NIH core grant 2P30EY002520 till Baylor College of Medicine och ett obegränsat bidrag till Department of Ophthalmology vid Baylor College of Medicine från Research to Prevent Blindness.
Materials
| 32-G Insulin Syringe | MHC Medical Products | NDC 08496-3015-01 | |
| Alexa Fluor 488 goat anti-rabbit secondary antibody | Invitrogen | A11008 | |
| Anti-α smooth muscle Actin antibody | Abcam | ab5694 | |
| Bovine Serum Albumin | Santa Cruz Biotechnology, Inc. | sc-2323 | |
| C57BL/6J mice (7-9 weeks) | The Jackson Laboratory | Strain #:000664 | |
| Fluorescein Sodium Salt | Sigma-Aldrich | MFCD00167039 | |
| Gaymar T Pump Heat Therapy System | Gaymar | TP-500 | Water circulation heat pump for mouse recovery after imaging |
| GenTeal Gel | Genteal | NDC 58768-791-15 | Clear lubricant eye gel |
| GS-IB4 Alexa-Flour 568 conjugate | Invitrogen | I21412 | |
| Heidelberg Eye Explorerer | Heidelberg Engineering, Germany | HEYEX2 | |
| Indocyanine Green | Pfaultz & Bauer | I01250 | |
| Ketamine | Vedco Inc. | NDC 50989-996-06 | |
| Paraformaldehyde | Acros Organics | 416785000 | |
| Proparacaine Hydrochloride Ophthalmic Solution (0.5%) | Sandoz | NDC 61314-016-01 | |
| Spectralis Multi-Modality Imaging System Heidelberg Engineering, Germany SPECTRALIS HRA+OCT Tropicamide ophthalmic solution (1%) Bausch & Lomb NDC 24208-585-64 for dilation of pupils GenTeal Gel Genteal NDC 58768-791-15 clear lubricant eye gel Ketamine Vedco Inc NDC 50989-996-06 Xylazine Lloyd Laboratories NADA 139-236 Acepromazine Vedco Inc NDC 50989-160-11 32-G Needle Steriject PRE-32013 1-ml syringe BD 309659 Indocyanine Green Pfaltz & Bauer I01250 | Heidelberg Engineering, Germany | SPECTRALIS HRA+OCT | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | X100-1L | |
| Tropicamide ophthalmic solution (1%) | Bausch & Lomb | NDC 24208-585-64 | For dilation of pupils |
| Xylazine | Lloyd Laboratories | NADA 139-236 |
References
- Fleckenstein, M., et al. Age-related macular degeneration. Nature Reviews Disease Primers. 7 (1), 1-25 (2021).
- Wong, W. L., et al. Global prevalence of age-related macular degeneration and disease burden projection for 2020 and 2040: a systematic review and meta-analysis. The Lancet Global Health. 2 (2), e106-e116 (2014).
- Maguire, M. G., et al. Five-Year outcomes with anti-vascular endothelial growth factor treatment of neovascular age-related macular degeneration: the comparison of age-related macular degeneration treatments trials. Ophthalmology. 123 (8), 1751-1761 (2016).
- Yang, S., Zhao, J., Sun, X. Resistance to anti-VEGF therapy in neovascular age-related macular degeneration: a comprehensive review. Drug Design, Development and Therapy. 10, 1857-1867 (2016).
- Ehlken, C., Jungmann, S., Böhringer, D., Agostini, H. T., Junker, B., Pielen, A. Switch of anti-VEGF agents is an option for nonresponders in the treatment of AMD. Eye. 28 (5), 538-545 (2014).
- Heier, J. S., et al. Intravitreal aflibercept (VEGF trap-eye) in wet age-related macular degeneration. Ophthalmology. 119 (12), 2537-2548 (2012).
- Rofagha, S., Bhisitkul, R. B., Boyer, D. S., Sadda, S. R., Zhang, K. SEVEN-UP Study Group Seven-year outcomes in ranibizumab-treated patients in ANCHOR, MARINA, and HORIZON: a multicenter cohort study (SEVEN-UP). Ophthalmology. 120 (11), 2292-2299 (2013).
- Krebs, I., Glittenberg, C., Ansari-Shahrezaei, S., Hagen, S., Steiner, I., Binder, S. Non-responders to treatment with antagonists of vascular endothelial growth factor in age-related macular degeneration. British Journal of Ophthalmology. 97 (11), 1443-1446 (2013).
- Mettu, P. S., Allingham, M. J., Cousins, S. W. Incomplete response to Anti-VEGF therapy in neovascular AMD: Exploring disease mechanisms and therapeutic opportunities. Progress in Retinal and Eye Research. 82, 100906 (2021).
- Otsuji, T., et al. Initial non-responders to ranibizumab in the treatment of age-related macular degeneration (AMD). Clinical Ophthalmology (Auckland, N.Z). 7, 1487-1490 (2013).
- Cobos, E., et al. Association between CFH, CFB, ARMS2, SERPINF1, VEGFR1 and VEGF polymorphisms and anatomical and functional response to ranibizumab treatment in neovascular age-related macular degeneration. Acta Ophthalmologica. 96 (2), e201-e212 (2018).
- Kitchens, J. W., et al. A pharmacogenetics study to predict outcome in patients receiving anti-VEGF therapy in age related macular degeneration. Clinical Ophthalmology (Auckland, N.Z.). 7, 1987-1993 (2013).
- Rosenfeld, P. J., Shapiro, H., Tuomi, L., Webster, M., Elledge, J., Blodi, B. Characteristics of patients losing vision after 2 Years of monthly dosing in the phase III Ranibizumab clinical trials. Ophthalmology. 118 (3), 523-530 (2011).
- Spaide, R. F. Optical coherence tomography angiography signs of vascular abnormalization with antiangiogenic therapy for choroidal neovascularization. American Journal of Ophthalmology. 160 (1), 6-16 (2015).
- Lumbroso, B., Rispoli, M., Savastano, M. C., Jia, Y., Tan, O., Huang, D. Optical coherence tomography angiography study of choroidal neovascularization early response after treatment. Developments in Ophthalmology. 56, 77-85 (2016).
- Zhu, L., et al. Combination of apolipoprotein-A-I/apolipoprotein-A-I binding protein and anti-VEGF treatment overcomes anti-VEGF resistance in choroidal neovascularization in mice. Communications Biology. 3 (1), 386 (2020).
- Zhang, Z., Shen, M. M., Fu, Y. Combination of AIBP, apoA-I, and Aflibercept overcomes anti-VEGF resistance in neovascular AMD by inhibiting arteriolar choroidal neovascularization. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 63 (12), 2 (2022).
- Koehn, D., Meyer, K. J., Syed, N. A., Anderson, M. G. Ketamine/Xylazine-induced corneal damage in mice. PloS One. 10 (7), e0132804 (2015).
- Li, X. -. T., Qin, Y., Zhao, J. -. Y., Zhang, J. -. S. Acute lens opacity induced by different kinds of anesthetic drugs in mice. International Journal of Ophthalmology. 12 (6), 904-908 (2019).
- Zhou, T. E., et al. Preventing corneal calcification associated with xylazine for longitudinal optical coherence tomography in young rodents. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 58 (1), 461-469 (2017).
- Ikeda, W., Nakatani, T., Uemura, A. Cataract-preventing contact lens for in vivo imaging of mouse retina. BioTechniques. 65 (2), 101-104 (2018).
- Kumar, S., Berriochoa, Z., Jones, A. D., Fu, Y. Detecting abnormalities in choroidal vasculature in a mouse model of age-related macular degeneration by time-course indocyanine green angiography. Journal of Visualized Experiments. 84, e51061 (2014).
