Évaluations structurales in vivo des maladies oculaires dans des modèles de rongeurs utilisant la tomographie par cohérence optique
Summary
Ici, nous décrivons l’utilisation de la tomographie par cohérence optique dans le domaine spectral (SD-OCT) pour visualiser les structures rétiniennes et oculaires in vivo dans des modèles de dégénérescence rétinienne, de glaucome, de rétinopathie diabétique et de myopie.
Abstract
La tomographie par cohérence optique dans le domaine spectral (SD-OCT) est utile pour visualiser les structures rétiniennes et oculaires in vivo. En recherche, le SD-OCT est un outil précieux pour évaluer et caractériser les changements dans une variété de modèles de maladies et de blessures rétiniennes et oculaires. Dans les modèles de dégénérescence rétinienne induite par la lumière, le SD-OCT peut être utilisé pour suivre l’amincissement de la couche photoréceptrice au fil du temps. Dans les modèles de glaucome, le SD-OCT peut être utilisé pour surveiller la diminution de la couche de fibres nerveuses rétiniennes et de l’épaisseur totale de la rétine et pour observer les ventouses du nerf optique après avoir induit une hypertension oculaire. Chez les rongeurs diabétiques, le SD-OCT a aidé les chercheurs à observer une diminution de l’épaisseur totale de la rétine ainsi qu’une diminution de l’épaisseur de couches rétiniennes spécifiques, en particulier la couche de fibres nerveuses rétiniennes avec la progression de la maladie. Dans les modèles murins de myopie, le SD-OCT peut être utilisé pour évaluer les paramètres axiaux, tels que les changements de longueur axiale. Les avantages du SD-OCT comprennent l’imagerie in vivo des structures oculaires, la capacité de suivre quantitativement les changements dans les dimensions oculaires au fil du temps, ainsi que sa vitesse de balayage rapide et sa haute résolution. Ici, nous détaillons les méthodes de SD-OCT et montrons des exemples de son utilisation dans notre laboratoire dans des modèles de dégénérescence rétinienne, de glaucome, de rétinopathie diabétique et de myopie. Les méthodes comprennent l’anesthésie, l’imagerie SD-OCT et le traitement des images pour les mesures d’épaisseur.
Introduction
La tomographie par cohérence optique dans le domaine spectral (SD-OCT) est une modalité d’imagerie précise à haute résolution qui permet aux cliniciens et aux chercheurs d’examiner les structures oculaires de manière non invasive. Cette technique d’imagerie est basée sur l’interférométrie pour capturer des images rétiniennes tridimensionnelles in vivo à l’échellemicrométrique 1,2. Il est devenu l’une des modalités d’imagerie les plus fréquemment utilisées dans la recherche sur la vision et en clinique en raison de la détection facile et de la précision des caractéristiques pathologiques telles que les défauts structurels et / ou l’amincissement des couches rétiniennes et du liquide sous-rétinien3. Dans le cadre de recherches utilisant des modèles animaux de troubles liés à la vision, le SD-OCT a fourni des analyses non invasives essentielles des relations entre la structure et la fonction et de leurs origines histopathologiques4. En raison de sa résolution (jusqu’à 2-3 microns, selon la profondeur dans l’œil5), SD-OCT a la capacité de détecter même de petits changements dans l’épaisseur de la couche rétinienne. Ce type d’analyse peut fournir des informations essentielles pour la progression de la maladie et évaluer l’efficacité des méthodes neuroprotectrices et des traitements pour les troubles liés à la vision.
Le SD-OCT est une alternative non invasive à l’examen histologique de la structure, et il a été démontré que les deux sont corrélés6. Bien que le SD-OCT n’atteigne pas la résolution cellulaire, il permet des études longitudinales chez l’animal. Ceci est avantageux parce que la progression de la maladie peut être suivie chez des animaux individuels au fil du temps plutôt que d’avoir à euthanasier les animaux à des moments précis. Au fur et à mesure que les techniques d’imagerie continueront de s’améliorer, la technologie SD-OCT progressera également, offrant une qualité d’image améliorée ainsi que la capacité d’évaluer en détail les processus biologiques tels que la fonction des vaisseaux sanguins rétiniens. Même depuis son avènement en 1991, la technologie SD-OCT a connu d’énormes progrès en termes de résolution, de vitesse et de sensibilité7.
La présente étude utilise un système SD-OCT pour quantifier les changements dans les couches rétiniennes dans les modèles de rongeurs de dégénérescence rétinienne, de glaucome et de rétinopathie diabétique. Le système SD-OCT utilisé ici est un système OCT à domaine de Fourier qui utilise une lumière proche infrarouge de faible puissance pour acquérir, traiter et stocker des images résolues en profondeur en temps réel. Le système SD-OCT a une capacité d’imagerie de profondeur étendue dans la bande de longueur d’onde de 800 nm, offrant une profondeur de 8 mm et une résolution de 4 μm. Dans la détection du domaine de Fourier, le signal d’interférence entre la lumière diffusée du tissu et un chemin de référence est transformé de Fourier pour construire des balayages axiaux et/ou des profils de profondeur axiale d’intensité dispersée8. Pour les études ici, le faisceau OCT est balayé sur la structure rétinienne souhaitée tout en acquérant des balayages axiaux en série. En règle générale, un motif de balayage acquiert la grille bidimensionnelle (B-Scans) sous la forme d’une collection de lignes de balayage linéaires unidimensionnelles (A-Scans), qui correspondent à des images en coupe 2D à l’aide d’un motif de balayage raster. Pour les études axées sur la myopie chez la souris, ce système est également utilisé pour mesurer les dimensions des structures oculaires (par exemple, l’épaisseur de la cornée, l’épaisseur du cristallin, la profondeur de la chambre vitrée et la longueur axiale).
Le système actuel permet aux utilisateurs de concevoir leurs propres protocoles, en créant des scans qui peuvent être adaptés et sélectionnés en fonction des structures oculaires d’intérêt. Les principaux scans présentés dans ces protocoles définis par l’utilisateur rendent cette technique d’imagerie conviviale. Pour les analyses d’images, nous avons développé une programmation personnalisée dans un programme de modélisation mathématique. Le SD-OCT est un outil puissant pour identifier et quantifier de manière non invasive les changements pathomorphologiques dans les structures oculaires et surveiller la progression des maladies liées à la vision.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’imagerie à haute résolution des structures oculaires in vivo permet d’évaluer les changements rétiniens et oculaires au fil du temps. Dans ce protocole, il a été démontré que le SD-OCT capturait les différences dans les structures oculaires in vivo dans des modèles de dégénérescence rétinienne, de glaucome, de rétinopathie diabétique et de myopie.
L’aspect le plus critique lors de l’exécution de SD-OCT est d’obtenir une image claire de la rétine ou d’une autre s…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été financé par les Bourses de perfectionnement professionnel du service de réadaptation du ministère des Anciens Combattants (CDA-1, RX002111; CDA-2; RX002928) à RSA, Prix du mérite (RX002615) et Prix de carrière scientifique en recherche (RX003134) au PMT, Prix de développement de carrière (CDA-2, RX002342) à l’AJF, EY028859 au PMT, Subvention de base NEI P30EY006360, Recherche pour prévenir la cécité et Fondation pour combattre la cécité.
Materials
| 1% tropicamide | Sandoz | Sandoz #6131403550; NDC- 24208-585-59 | |
| 0.5% tetracaine | Alcon | NDC 0065-0741-12 | |
| AIM-RAS G3 120 V | Leica Bioptigen | 90-AIMRAS-G3-120 | Specialized platform to hold the OCT Scanner Head for mice |
| Celluvisc gel | REFRESH CELLUVISC | #4554; NDC-0023-4554-30 | |
| G3 18 mm Telecentric Lens | Leica Bioptigen | 90-BORE-G3-18 | |
| G3 Mouse Lens | Leica Bioptigen | 90-BORE-G3-M | |
| G3 Rat Lens | Leica Bioptigen | 90-BORE-G3-R | |
| heating pad | Fabrication | 11-1130 | |
| InVivoVue software | Leica Bioptigen | Specialized software that pairs with the Leica Bioptigen SD-OCT system | |
| MATLAB | Mathworks | mathematical modeling program | |
| Mouse/Rat Kit | Leica Bioptigen | 90-KIT-M/R | Mouse/rat rodent alignment system |
| saline | ADDIPAK | 200-39 | |
| System Envisu R4300 VHR 120 V | Leica Bioptigen | 90-R4300-V1-120 | SD-OCT system |
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