القرار أولتراهيغ الماوس الضوئية التماسك التصوير المقطعي لمساعدة الحقن داخل مقلة العين في أبحاث العلاج الجيني الشبكية
Summary
هنا نظهر نهجاً جديداً لاستخدام التصوير المقطعي التماسك الضوئية المجال الطيفي عالية الدقة (الموارد البشرية-التنمية المستدامة-أكتوبر) لمساعدة إيصال وكلاء العلاج الجيني في الفضاء سوبريتينال وتقييم تغطية مساحية وتميز حيوية مستقبله.
Abstract
وتستخدم الموارد البشرية-التنمية المستدامة-أكتوبر رصد تقدم انحطاط مستقبله في نماذج الماوس حية، وتقييم إيصال العوامل العلاجية في الفضاء سوبريتينال، وتقييم السمية ونجاعة في فيفو. الموارد البشرية-التنمية المستدامة-أكتوبر يستخدم القرب من الأشعة تحت الحمراء (800 880 nm) وقد البصريات على وجه التحديد مصممة للبصريات فريدة من نوعها للعين الماوس مع القرار المحوري sub-2-ميكرون. تم تصويرها نماذج الماوس المعدلة وراثيا تنكس الشبكية الخارجي (علم) وضوابط لتقييم تطور المرض. واستخدمت ميكرونيدليس الزجاج سحبت لتقديم حقن الشبكية الفرعية من الفيروسات المرتبطة بالغدة (إف) أو جسيمات نانوية (NP) عن طريق نهج ترانس scleral والعابرة تشورويدال. الموضع الدقيق للابرة في الفضاء سوبريتينال كان مطلوباً قبل حقنه معايرة ضغط، التي يسلم السائل في الفضاء الشبكية الفرعية. وأجريت جراحة سوبريتينال الوقت الحقيقي على الشبكية لدينا نظام (RIS) تصوير. الموارد البشرية-التنمية المستدامة-أكتوبر أظهر التدريجي تنكس الشبكية الموحدة بسبب التعبير عن السامة متحولة البشرية متحولة رودوبسين (P347S) (روP347S) التحوير في الفئران. الموارد البشرية-التنمية المستدامة-أكتوبر يسمح الكمي الدقيق لجميع طبقات الشبكية. طبقة النووي الخارجي (ONL) سمك ومستقبله قياسات الطول (OSL) الجزء الخارجي ترتبط بحيوية مستقبله، والانحطاط، أو الإنقاذ. يسمح نظام التسليم RIS التصور في الوقت الحقيقي لحقن سوبريتينال في الأطفال حديثي الولادة (~ P10-14) أو الفئران الكبار، والموارد البشرية-التنمية المستدامة-أكتوبر يحدد نجاح التسليم فورا وخرائط مساحية مدى. الموارد البشرية-التنمية المستدامة-أكتوبر هو أداة قوية يمكن تقييم نجاح جراحة سوبريتينال في الفئران، وباﻹضافة إلى قياس حيوية photoreceptors فيفو. يمكن استخدام الموارد البشرية-التنمية المستدامة-أكتوبر أيضا تحديد الأفواج الحيوان موحدة لتقييم مدى تنكس الشبكية، وسمية والإنقاذ العلاجية في الدراسات البحثية العلاج الجيني السريري.
Introduction
يتم وضع الباحثون العلاج الجيني لمجموعة متنوعة من الأمراض التنكسية الشبكية والشبكية مع الآمال في ترجمة رواية المداواة إلى علاجات للأمراض البشرية1،2،،من34 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11-مجال الوقت أو التصوير المقطعي التماسك الضوئية المجال الطيفي (SD–أكتوبر) وقد استخدمت للتحقيق في الجوانب الخارجي تنكس الشبكية في نماذج محددة الماوس من المرض12،13،14 . الموارد البشرية-التنمية المستدامة-أكتوبر، مع ذلك، لم يكن على نطاق واسع تستخدم في سياق تحسين تقييم نماذج الماوس لتحديد معدل والتماثل المكاني من ضمور الشبكية، أو في سياق التقييم السريري للجينات على أساس المداواة، على سبيل المثال، إلى تقييم الإنقاذ أو سمية أو مدى المكانية لناقلات تسليم8،،من1516. مجرد نموذج الفأر يتميز تماما، يمكن أن تكون بيانات الموارد البشرية-التنمية المستدامة-أكتوبر مورد موثوق بها ومفيدة لقياس أثر التداوي لممارسة الإنقاذ أو سمية في نماذج الماوس تنكس الشبكية17. تستخدم العديد من مجموعات حقن سوبريتينال كوسيلة لتسليم ناقلات نظراً لكفاءتها في ترانسدوسينج photoreceptors وخلايا ظهارة (RPE) صباغ الشبكية. ومع ذلك، يظل هذا أسلوب صعب على الشريحة الرئيسية، نظراً لأن فإنه يتم عادة عن طريق الجراحة خالية من ناحية من سطح القرنية، وغالباً ما يكون محفوفا باعتام عدسة العين، والنزيف، وانفصال الشبكية غير المقصودة التي تحدث ببساطة عن طريق التلاعب مؤخرة الزجاجي. العديد من المجموعات لا تزال محاولة حقن سوبريتينال عمياء وتسليم هذا الفيروس باستخدام الحقن اليدوي مع القطر كبيرة نسبيا الفولاذ المقاوم للصدأ الإبر (34 ز)8،،من1718،19 20، ،،من2122، واستخدامات قليلة التماسك الضوئية الطبقي (OCT) التصوير لتأكيد التسليم الصحيح لمكافحة ناقلات للشبكية8،17، 20 , 22-وقد وصف بعض التحسينات في الأسلوب مؤخرا استخدام الإبر microscale مدفوعا من ميكرومانيبولاتور22.
نقدم نهج متكامل الذي يساعد في تحديد المواقع من الإبرة، والحقن التي يسرتها منظار ستيريو موجه مخصصة المصممة في المعمل على وجه التحديد لتصور داخل العين صغيرة من الماوس17، 23-استخدام الإبر سحبت الزجاج الصغير بالاشتراك مع ميكرومانيبولاتور ستيريوتاكسيك توفير مراقبة أفضل للموضع إبرة مع لا قطع جراحي أسفل المطلوبة (أي، عن طريق كونجونكتيفاي والنسيج الضام) قبل حقن. ينظم استخدام الضغط حاقن الصغير يساعد على تسليم وحدات التخزين حقن متسقة، ويمكن أن يتم الحقن مع قدر أكبر من الاستقرار، الدقة، وابطا بكثير من الحقن اليدوي يؤديها حقنه باليد، مما يقلل من التواجد لحقن فقاعة في العين. إبرة أصغر يساعد على منع التسرب بعد سحب الإبرة لأن المسار الختم الذاتي. لتقييم مدى حقن/التسليم، تعتمد العديد من المجموعات التحقيقية على إيجاد وتقييم مدى مساحية الفلورية الخضراء تعزيز البروتين (اجفب) التعبير في الشبكية (بناء تعبير ألقاه الناقل) في نهاية التجريبية نقطة (القتل الرحيم) لتأكيد نجاح حقن11،19،،من2024. وهذا النهج (عدم استخدام OCT) للتحقق من نجاح العمليات الجراحية النفايات كمية هائلة من الموارد في وقت الإجراءات الجراحية، والحيوانات، ونظرا لحاجة جميع الحيوانات مع فشل العمليات الجراحية (غير معروف) إلى الإبقاء على اتباعها مع التدابير المتكررة حتى حصاد الموت والعين (عند قياس اجفب). تأكيد موقع الحقن في الشبكية ويمكن تحسين استخدام الموارد البشرية-التنمية المستدامة-أكتوبر لإثبات أن الحقن يقع بين الطبقات الصحيحة الشبكية (أي مساحة سوبريتينال). يمكن أيضا استخدام الموارد البشرية-التنمية المستدامة-أكتوبر الفور تحديد المحاولات غير الناجحة (فشل العمليات الجراحية) لتحديد المتغيرات ذات الصلة في الوقت الحقيقي الجراحية لتحسين النهج الذي. لقد وجدنا أن الموارد البشرية-التنمية المستدامة-أكتوبر يوفر العديد من المزايا في الجينات الإكلينيكية دراسات العلاج عن طريق السماح السريع التقييم الكمي تنكس الشبكية الخارجي، مما يتيح تحديد/إعدام الحيوانات الدراسة التي لا تفي بالمعايير التجريبية ( مثلاً، حقن سوبريتينال غير صحيحة)، وإلى توجيه التصوير المتابعة إلى منطقة العين حيث تم تسليم ناقلات (حيث التأثير السريري الأكثر احتمالاً)، فضلا عن التحكم في المناطق حيث لم يتم تسليم ناقلات. منذ تنميتها، واصلت استخدام SD، تشرين الأول/أكتوبر تكون مقبولة والمستخدمة من قبل الباحثين طب العيون ويعتبر الآن المعيار لتصوير الشبكية في الدراسات العلمية الشبكية في الماوس أو القوارض نماذج13،25. واستخدمت الموارد البشرية-التنمية المستدامة-أكتوبر وقدراته البرمجيات بطرق متكاملة فريدة من نوعها تعزيز هدف العلاج الجيني الكمي ناجحة في نماذج الماوس في كل خطوة في هذه العملية، بما في ذلك اختيار نموذج الحيوان، وصف الانحطاط في المختار نماذج الأمراض، وتقديم العلاج، ورسم خرائط تسليم ناقلات الأمراض، وتقييم فعالية سمية/. يسمح استخدام الموارد البشرية-التنمية المستدامة-أكتوبر لاكتشاف الأدوية أكثر فعالية في كل مستوى من هذه العملية. هنا يصف لنا هذه النهج التي يتم استخدامها في برنامجنا “اكتشاف المخدرات في الجيش الملكي النيبالي”.
Protocol
Representative Results
Discussion
الموارد البشرية-التنمية المستدامة-أكتوبر يوفر طريقة بسيطة لوصف النماذج الحيوانية المحتملة للأمراض البشرية معرفة فائدتها في اختبار العلاجات المحتملة. القدرة على تميز بسرعة وبشكل موثوق نموذج حيوان محتملة للأمراض البشرية أمر حاسم لعملية اكتشاف العقاقير العلاجية (مثلاً، استبدال العل…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
هذه المواد ويستند إلى العمل المدعوم، في جزء منه، إدارة شؤون قدامى المحاربين (خامسا)، وقدامى المحاربين في الإدارة الصحية، ومكتب البحوث والتنمية (مختبر البحوث الطبية الحيوية والتنمية) (1I01BX000669 منحة الجدارة خامسا). دائرة الخدمات الطبية المشتركة وتستخدم، في جزء منه، كالموظفين الطبيب-عالمة، طب العيون، WNY خامسا؛ وتستخدم المجلس، في جزء منه، WNY خامسا. أجرى في الدراسة، وتدعمها جزئيا، “قدامى المحاربين في الإدارة الغربية نيويورك الرعاية الصحية منظومة” (بوفالو، نيويورك). محتويات لا تمثل وجهات نظر حكومة الولايات المتحدة أو إدارة شؤون قدامى المحاربين. يدعم أيضا، الواقع في الجزء الأكبر، من المعاهد الوطنية للصحة/نيي R01 منح EY013433 (PI: دائرة الخدمات الطبية المشتركة)، منح المعاهد الوطنية للصحة/نيي R24 EY016662 (UB رؤية مركز البنية التحتية, PI: M الذبح، مدير، وحدة بيوفوتونيك: دائرة الخدمات الطبية المشتركة)، “منحة غير مقيد” إلى قسم طب العيون/جامعة في الجاموس من البحوث “منع العمى” (نيويورك، الولايات المتحدة)، ومنحة من مؤسسة أويشي (بوفالو، نيويورك). نعترف بالهدية من الخطP347S hC1 روالمعدلة وراثيا والماوس إكسون 1 رو بالضربة القاضية من الدكتور جانيس ليم (تافتس نيو انغلاند مركز طبي، بوسطن، ماجستير)، وهدية لنموذج التحوير ه المنظمة في حالة متخالف على ماوس إكسون 2 رو خروج المغلوب الخلفية من الدكتور غ. جين فارار وبيتر همفريز (كلية ترينيتي في دبلن، غضب).
Materials
| C57BL6 (J) | Jackson Laboratories | 664 | |
| N129R- | N/A | N/A | |
| 2HRho 1T/1T | N/A | N/A | |
| Envisu R-2200 Ocular Coherence Tomography Instrument (OCT) | Bioptigen | 90-R2200-U1-120. | |
| Retinal Imaging System (RIS) | In-house | N/A | |
| Stemi 2000C Microscope | Zeiss | 000000-1106-133 | |
| P-97 Flaming/Brown micropipette puller | Sutter Instrument Co | p-97 | |
| MMN-33 micro manipulator | Narishige USA | MMN-33 | |
| PLI-100 micro injector | Harvard Apparatus | 64-1736 | |
| Micropipette Holder (Rotating) | In-house | N/A | |
| Micropipette Storage Receptacle | World Precision Instruments Inc. | E210 | |
| Borosilicate glass capillary tubes 1.5-1.8 X 100mm, | Harvard Apparatus | 30-0053 | |
| 2,2,2-Tribromoethanol | SIGMA Aldrich | T48402-25G | |
| Tert-amyl Alcohol | SIGMA Aldrich | 240486-100ML | |
| Atropine Sulfate Ophthalmic Solution, USP 1% | Akorn Inc. | NDC 17478-215-05 | |
| Goniovisc | BioVision Limited | NDC 17238-610-15 | |
| Cyclopentolate Hydrochloride Ophthalmic Solution, USP 2% | Akorn Inc. | NDC 17478-097-10 | |
| Gentamicin Sulfate Ointment USP, 0.1% | Perigo | NDC 45802-046-35 | |
| Systane Ultra | Alcon Laboratories, Inc. | 9006619-1013 | |
| Tetracaine Hydrochloride | Bausch and Lomb | NDC 24208-920-64 | |
| Ophthalmic Solution, USP 0.5% | Bausch and Lomb | NDC 24208-920-64 | |
| DPBS | Gibco Life Technologies | 14190-136 | |
| Virus Preparations | ViGene /UNC | N/A | |
| Gold nanorods | NANOPARTz | D12M-850-1.75 | |
| Fluorescein Sulfate AK-FLUOR 25% | Akorn Inc. | NDC 17478-250-20 | |
| Coverslips | Fisher Scientific | 12-548-A | |
| Forceps | Milton | 18-825 | |
| Needles 30 guage | Beckton Dickenson | W11604 | |
| Syringes | Beckton Dickenson | 309659 | |
| Bioptigen software Package | Bioptigen | N/A | |
| Proparacaine Hydrochloride Ophthalmic Solution, USP 0.5% | Akorn Inc. | NDC 17478-263-12 | |
| Windows Excel | Microsoft | N/A | |
| Adobe Illustrator | Adobe | ||
| Scale | Mettler | ||
| Scissors | World Precision Instruments | ||
| Ear punch | Nat’l band | ||
| CL 100 Light source | Welch Allyn | CL100 | |
| Nitrogen Gas | Jackson Welding Supply | N/A | |
| Heated Water bath | Neslab | RTE-140 | |
| Heating plate | In House | N/A | |
| Heating mat | Cincinnatti Sub Zero | 273 | |
| Clay mouse holder | Plast.i.clay American Art Clay Co. | N/A | |
| Betadine | MedLine | NDC53329-938-06 | |
| Cotton Tip Applicators | American Health Service | Ctag | |
| EtOH 70% | Fisher Scientific | BP2818-100 | |
| Gloves Nitrile | VWR | 89038-272 | |
| Diagnosys ERG Color Dome instrument | Diagnosys Inc. | D125 | |
| Contact lenses | In-house | N/A | |
| Diagnosys Software | Diagnosys Inc. | N/A | |
| Origin 6.1 software | OriginLab Corp. | N/A | |
| Reference electrodes | Ocuscience | F-Thread Electrode (DTL) 24” |
Riferimenti
- Regus-Leidig, H., et al. In-vivo knockdown of Piccolino disrupts presynaptic ribbon morphology in mouse photoreceptor synapses. Front Cell Neurosci. 8 (259), 1-13 (2014).
- Jiang, L., Frederick, J. M., Baehr, W. RNA interference gene therapy in dominant retinitis pigmentosa and cone-rod dystrophy mouse models caused by GCAP1 mutations. Front Mol Neurosci. 7 (25), 1-8 (2014).
- Seo, S., et al. Subretinal gene therapy of mice with Bardet-Beidl Syndrome Type-1. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 54 (9), 6118-6132 (2013).
- Molday, L. L., et al. RD3 gene delivery restores guanylate cyclase localization and rescues photoreceptors in the RD3 mouse model of Leber congenital amaurosis 12. Hum. Mol. Genet. 22 (19), 3894-3905 (2014).
- Pang, J. J., et al. AAV-mediated gene therapy in mouse models of recessive retinal degeneration. Curr. Mol. Med. (3), 316-330 (2012).
- Vandenberghe, L. H., Auricchio, A. Novel adeno-associated viral vectors for retinal gene therapies. Gene Ther. 19 (2), 162-168 (2012).
- Tenenbaum, L., Lehtonen, E., Monahan, P. E. Evaluation of risks related to the use of adeno-associated virus-based vectors. Curr. Gene Ther. 3 (6), 545-565 (2003).
- Parikh, S., Le, A., Davenport, J., Gorin, M. B., Nusinowitz, S., Matynia, A. An alternative and validated injection method for accessing the subretinal space via a transcleral posterior approach. J. Vis. Exp. (118), e54808 (2016).
- Bainbridge, J. W. B., Mistry, A. R., Thrasher, A. J., Ali, R. R. Gene therapy for ocular angiogenesis. Clinical Science. 104, 561-575 (2003).
- Igarashi, T., Miyake, K., Asakawa, N., Miyake, N., Shimada, T., Takahashi, H. Direct comparison of administration routes for AAV-8 mediated ocular gene therapy. Curr. Eye Res. 38 (5), 569-577 (2013).
- Bennett, J., Duan, D., Engelhardt, J. F., Maguire, A. M. Real-time noninvasive in vivo.assessment of adeno-associated virus-mediated retinal transduction. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 38, 2857-2863 (1997).
- Ruggeri, M., et al. In vivo three-dimensional high-resolution imaging of the rodent retinal with spectral-domain optical coherence tomography. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 48 (4), 1808-1814 (2007).
- 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), 96494 (2014).
- Dysli, C., Enzmann, V., Sznitman, R., Zinkernagel, M. S. Quantitative analysis of mouse retinal layers using automated segmentation of spectral domain optical coherence tomography images. TVST. 4 (4), 9 (2015).
- Bhootada, Y., Choudhury, S., Gully, C., Gorbatyuk, M. Targeting caspase-12 to preserve vision in mice with inherited retinal degeneration. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 56, 4725-4733 (2015).
- Wert, K. J., Skeie, J. M., Davis, R. J., Tsang, S. H., Mahajan, V. B. Subretinal injection of gene therapy vectors and stem cells in the perinatal mouse eye. J. Vis. Exp. (69), e4286 (2012).
- Berger, A., al, , et al. Spectral-domain optical coherence tomography of the rodent eye: highlighting layers of the outer retina using signal averaging and comparison with histology. PLoSOne. 9 (5), 96494 (2014).
- Muhlfriedel, R., Michalakis, S., Garrido, M. G., Biel, M., Seeliger, M. W. Optimized technique for subretinal injections in mice. Methods in Molecular Biology. , (2013).
- Sarra, G. M., et al. Kinetics of transgene expression in mouse retina following subretinal injection of recombinant adeno-associated virus. Vision Res. 42, 541-549 (2002).
- Yan, Q. I., et al. Trans-corneal subretinal injection in mice and its effect on the function and morphology of the retina. PLoS One. 10 (8), 0136523 (2015).
- Park, S. W., Kim, J. H., Park, W. J., Kim, J. H. Limbal approach-subretinal injection of viral vectors for gene therapy in mice retinal pigment epithelium. J. Vis. Exp. (102), e53030 (2015).
- Westenskow, P. D., et al. Performing subretinal injections in rodents to deliver retinal pigment epithelium cells in suspension. J. Vis. Exp. (95), e52247 (2015).
- Butler, M. C., Sullivan, J. M. A novel, real-time, in vivo mouse retinal imaging system. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 56 (12), 7159-7168 (2015).
- Rolling, F., et al. Evaluation of adeno-associated virus-mediated gene transfer into the rat retina by clinical fluorescence photography. Hum. Gene Ther. 10, 641-648 (1999).
- Ferguson, L. R., Grover, S., Dominguez, J. M., Balaiya, S., Chalam, K. V. Retinal thickness measurement obtained with spectral domain optical coherence tomography assisted optical biopsy accurately correlates with ex vivo histology. PLoS One. 9 (10), 111203 (2014).
- Li, T., Snyder, W. K., Olsson, J. E., Dryja, T. P. Transgenic mice carrying the dominant rhodopsin mutation P347S: evidence for defective vectorial transport of rhodopsin to the outer segments. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 93, 14176-14181 (1996).
- Brill, E., et al. A novel form of transducin-dependent retinal degeneration: accelerated retinal degeneration in the absence of rod transducing. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 48, 5445-5453 (2007).
- Olsson, J. E., et al. Transgenic mice with a rhodopsin mutation (Pro23His): a mouse model of autosomal dominant retinitis pigmentosa. Neuron. 9, 815-830 (1992).
- Humphries, M. M., et al. Retinopathy induced in mice by targeted disruption of the rhodopsin gene. Nat. Genet. 15, 216-219 (1997).
- Hruby, K. Clinical examination of the vitreous body. Proc. Roy. Soc. Med. 47, 163-170 (1953).
- Kolniak, T. A., Sullivan, J. M. cell-based toxicity screen of potentially therapeutic post-transcriptional gene silencing agents. Experimental Eye Research. 92, 328-337 (2011).
- Qi, Y., et al. Trans-corneal subretinal injection in mice and its effect on the function and morphology of the retina. PLoS One. 10 (8), 0136523 (2015).
- Timmers, A. M., Zhang, H., Squitieri, A., Gonzalez-Pola, C. Subretinal injections in rodent eyes: effects on electrophysiology and histology of rat retina. Mol. Vis. 7, 131-137 (2000).
- Johnson, C. J., Berglin, L., Chrenek, M. A., Redmond, T. M., Boatright, J. H., Nickerson, J. M. Technical brief: subretinal injection and electroporation into adult mouse eyes. Mol. Vis. 14, 2211-2226 (2008).
- Sullivan, J. M., Yau, E. H., Taggart, R. T., Butler, M. C., Kolniak, T. A. Bottlenecks in development of therapeutic post-transcriptional gene silencing agents. Vision Res. 48, 453-469 (2008).
