פיתוח של מודל פולשני, בסיוע לייזר של הקרנית הפסד של תא אנדותל
Summary
כאן, אנו מציגים פרוטוקול כדי לנתק את תאי הקרניות של הקרנית (CEC) מהקרום של האישה (DM) באמצעות “YAG” (בלייזר) של ממברנה הvivo לשעבר של המחלה של keratopathy בולולס (BK).
Abstract
Nd: לייזרים YAG שימשו כדי לבצע ניתוח בעינית לא פולשנית, כגון capsulotomy במשך כמה עשורים עכשיו. האפקט המרחיק מסתמך על התמוטטות אופטית במוקד הלייזר. גלי הלם אקוסטי בועות הקצף נוצרות, גרימת קרע ברקמה. גודל בועה והגברה של הלחץ משתנים באמצעות אנרגיית הדופק ומיקומו של נקודת המוקד. במחקר זה, עיניים פורקלסי חזירי הוקמו מול מסחרית זמין Nd: YAG לייזר. משתנה אנרגיות הדופק, כמו גם עמדות שונות של נקודות מיקוד אחורי הקרנית נבדקו. נגעים וכתוצאה מכך הוערכו על ידי שני פוטון מיקרוסקופ ו היסטולוגיה כדי לקבוע את הפרמטרים הטובים ביותר עבור התנתקות בלעדית של תאים אנדותל הקרנית (CEC) עם נזק מינימלי השני. היתרונות של שיטה זו הם הצריבה המדויקת של CEC, מופחתת נזק סביבתי, ומעל לכל, טיפול ללא מגע.
Introduction
שקיפות הקרנית חיונית להעברת האור לרשתית ולפוטוטורטורים1. בהקשר זה, מצב יחסי של התייבשות הוא קריטי כדי לשמור על סיבי הקולגן בתוך משתית הקרנית מיושרים כראוי. הומאוסטזיס זה מתוחזק על ידי תאי הקרנית אנדותל (CEC) ממוקם על קרום האמת (DM)2. האנדותל היא שכבת הקרניות הפנימית ביותר. יש לו מכשול חשוב ותפקוד המשאבה, אשר חיונית עבור שקיפות הקרנית3. בניגוד האפיתל, האנדותל אינו מסוגל לחדש את העצמי4. לפיכך, כל נזק תאי שנגרם על-ידי מחלה או טראומה מגרה את התאים האנדותל הנותרים כדי להגדיל ולהגר, לכסות את הפגמים הנובעים ולשמור על פונקציונליות הקרנית5. עם זאת, אם צפיפות ה-CEC נופלת מתחת לסף קריטי, פירוק האנדותל מוביל לבצקת, וכתוצאה מכך ראייה מטושטשת וחוסר נוחות או כאב חמור אפילו4. למרות הזמינות של תרופות כדי להקל על הסימפטומים, כיום הטיפול הסופי היחיד במקרים אלה הוא השתלת הקרנית, אשר ניתן לבצע בצורה של השתל בעובי מלא או השתלת אנדותל מלצ’יני. הנוהל האחרון הינו זמין בתור ממברנה של הממברנה האנדוספיה (DMEK), כמו גם של התפשטות הנוכחות האוטומטית של מתיחת העומק (DSAEK)6. עם זאת, ההגנה של שנותרו CEC ושיפור ההישרדות שלהם יכול להיות יעד חלופי, אשר זקוק למודל מחלה נאותה כדי לבחון תרופות טיפוליות פוטנציאליות.
הנוכחי CEC מחלת הפסד מודלים להתמקד בהשמדת האנדותל באמצעות הזרקה של סוכנים רעילים (g., בנזלקוניום כלוריד) לתוך החדר הקדמי או על ידי שחיקה מכנית של התאים באמצעות שיטה של ירידות פולשני7,8. בעוד מודלים אלה מבוססים היטב, חסרונות כגון תגובה דלקתית כללית ונזק סביבתי לא מדויק קיימים. לכן, מודלים אלה נוטים יותר לייצג את השלבים הסופיים של המחלה, כאשר האפשרויות הכירורגי הנ ל הם בלתי נמנעים.
עם ההתקדמות אסטרטגיות הטיפול הסלולרי כגון בתאי גזע וטיפול גנטי, היישום של אלה טיפולים סלולריים יכול להיות שימושי בשלבים המוקדמים של הפסד CEC9. לאחר מכן, אנו זקוקים למודל המייצג את השלבים המוקדמים האלה של המחלה בצורה מספקת יותר. בהקשר זה, מודלים של תרבות התא השתפרו בעשור האחרון אבל הם עדיין מוגבלים בתוקף שלהם, כמו תאים בתחום החוץ לא יכול להתקרב לשכפול האינטראקציות המורכבות המתרחשות בין סוגי התא השונים בתוך הקרנית10. לכן, vivo ex ובדגמי המחלות vivo עדיין בביקוש גבוה ושיפור הקיימים הוא בעל אינטרס מוחלט.
פולשני, ניתוח תוך העינית על ידי פוטושיבוש באמצעות מניאודימיום: YAG (Nd: YAG) לייזר הפך הליך שגרתי עבור רופאי עיניים ברחבי העולם מאז השקתו בסוף שנות ה-7011. פוטושיבוש מסתמך על קליטת אור לא לינארית המובילה להקמת פלזמה, הדור של גלי הלם אקוסטי, ויצירת בועות קוויטציה, בכל פעם שאתר היישום ממוקם בסביבה נוזלית12. באופן כללי, תהליכים אלה תורמים להשפעה המיועדת של חיתוך רקמות מדויק. עם זאת, הם יכולים גם להיות מקור נזק סביבתי מיותרים הגבלת הכליאה המקומית של ניתוח לייזר13.
החיזוי של השפעות מכניות כתוצאה מכך השתפר באופן משמעותי באמצעות אפיון של הפצת גל ההלם וקורס החפירה. זוהי המטרה שלנו למקד את CEC עם נזק קטן לרקמות שמסביב ככל האפשר כדי לספק מודל פולשני, לייזר בסיוע ניסיוני המודל עבור בשלבים המוקדמים של הפסד CEC. לצורך זה, יש צורך לקבוע את האנרגיות האופטימליות של הדופק ומיקומי הנקודות של מוקדי הלייזר.
Protocol
Representative Results
Discussion
התוצאות של המחקר הטיס הזה עולה כי Nd: YAG לייזר ניתן להשתמש באופן סלקטיבי בתאי הקרנית בצורה סלקטיבית כאשר הפרמטרים המתאימים למינון האנרגיה ומיקום נקודת המיקוד נבחרים.
כמו הפונקציה אנדותל חשוב עבור שקיפות הקרנית ושמירה על הקרנית מתוך בצקת סטרומה, מודלים של בעיות אנדותל לשחק ת?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו מודים לכריסטין וררן וליאן א. סוצ’יורק על עזרתם בשיטות נסיוניות.
Materials
| BARRON VACUUM TREPHINE | Katena | K20-2058 | |
| Cryostat | Leica | CM 3050S | |
| Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium – high glucose | PAA | E-15009 | |
| Eye holder | Self | N/A | |
| Inverted Microscope | Leica | DMI 6000 B | |
| KH2PO4 | Merck | 529568 | |
| Na2HPO4 | Merck | 1065860500 | |
| Nd:YAG laser | Zeiss Meditec | visuLAS YAG II plus | |
| OCT Tissue Tek | Sakura Finetechnical | 4583 | |
| Penicillin-Streptomycin | Sigma-Aldrich | P4333 | |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Gibco | 10010056 | |
| Porcine serum | Sigma-Aldrich | 12736C | |
| Spectral-domain optical coherence tomograph | Heidelberg Engineering | Spectralis | |
| Tissue culture plate 12-well | Sarstedt | 833921 | |
| Two-Photon Microscope | JenLab | DermaInspect | |
| Viscoelastic | OmniVision | Methocel |
Riferimenti
- DelMonte, D. W., Kim, T. Anatomy and physiology of the cornea. Journal of Cataract and Refractive Surgery. 37 (3), 588-598 (2011).
- Edelhauser, H. F. The balance between corneal transparency and edema: the Proctor Lecture. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 47 (5), 1754-1767 (2006).
- Tuft, S. J., Coster, D. J. The corneal endothelium. Eye. 4, 389-424 (1990).
- Bourne, W. M. Biology of the corneal endothelium in health and disease. Eye. 17, 912-918 (2003).
- He, Z., et al. 3D map of the human corneal endothelial cell. Scientific Reports. 6, 29047 (2016).
- Gain, P., et al. Global Survey of Corneal Transplantation and Eye Banking. JAMA Ophthalmology. 134 (2), 167-173 (2016).
- Schwartzkopff, J., Bredow, L., Mahlenbrey, S., Boehringer, D., Reinhard, T. Regeneration of corneal endothelium following complete endothelial cell loss in rat keratoplasty. Molecular Vision. 16, 2368-2375 (2010).
- Bredow, L., Schwartzkopff, J., Reinhard, T. Regeneration of corneal endothelial cells following keratoplasty in rats with bullous keratopathy. Molecular Vision. 20, 683-690 (2014).
- Bartakova, A., Kunzevitzky, N. J., Goldberg, J. L. Regenerative Cell Therapy for Corneal Endothelium. Current Ophthalmology Reports. 2 (3), 81-90 (2014).
- Zhao, B., et al. Development of a three-dimensional organ culture model for corneal wound healing and corneal transplantation. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 47 (7), 2840-2846 (2006).
- Aron-Rosa, D., Aron, J. J., Griesemann, M., Thyzel, R. Use of the neodymium-YAG laser to open the posterior capsule after lens implant surgery: a preliminary report. Journal – American Intra-Ocular Implant Society. 6 (4), 352-354 (1980).
- Vogel, A., Hentschel, W., Holzfuss, J., Lauterborn, W. Cavitation bubble dynamics and acoustic transient generation in ocular surgery with pulsed neodymium: YAG lasers. Ophthalmology. 93 (10), 1259-1269 (1986).
- Vogel, A., Schweiger, P., Frieser, A., Asiyo, M. N., Birngruber, R. Intraocular Nd:YAG laser surgery: laser-tissue interaction, damage range, and reduction of collateral effects. IEEE Journal of Quantum Electronics. 26 (12), 2240-2260 (1990).
- Zhu, Q., Zhu, Y., Tighe, S., Liu, Y., Hu, M. Engineering of Human Corneal Endothelial Cells In Vitro. International Journal of Medical Sciences. 16 (4), 507-512 (2019).
- Li, Z., et al. Nicotinamide inhibits corneal endothelial mesenchymal transition and accelerates wound healing. Experimental Eye Research. 184, 227-233 (2019).
- Pescina, S., et al. Development of a convenient ex vivo model for the study of the transcorneal permeation of drugs: histological and permeability evaluation. Journal of Pharmaceutical Sciences. 104 (1), 63-71 (2015).
- Smeringaiova, I., et al. Endothelial Wound Repair of the Organ-Cultured Porcine Corneas. Current Eye Research. 43 (7), 856-865 (2018).
- Yamashita, K., et al. A Rabbit Corneal Endothelial Dysfunction Model Using Endothelial-Mesenchymal Transformed Cells. Scientific Reports. 8 (1), 16868 (2018).
- Schubert, H. D., Trokel, S. Endothelial repair following Nd:YAG laser injury. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 25 (8), 971-976 (1984).
- Zhang, W., et al. Rabbit Model of Corneal Endothelial Injury Established Using the Nd: YAG Laser. Cornea. 36 (10), 1274-1281 (2017).
- McCally, R. L., Bonney-Ray, J., de la Cruz, Z., Green, W. R. Corneal endothelial injury thresholds for exposures to 1.54 micro m radiation. Health Physics. 92 (3), 205-211 (2007).
- Nash, J. P., Wickham, M. G., Binder, P. S. Corneal damage following focal laser intervention. Experimental Eye Research. 26 (6), 641-650 (1978).
