Valutazioni strutturali in vivo della malattia oculare in modelli di roditori mediante tomografia a coerenza ottica
Summary
Qui, descriviamo l’uso della tomografia a coerenza ottica di dominio spettrale (SD-OCT) per visualizzare strutture retiniche e oculari in vivo in modelli di degenerazione retinica, glaucoma, retinopatia diabetica e miopia.
Abstract
La tomografia a coerenza ottica di dominio spettrale (SD-OCT) è utile per visualizzare le strutture retiniche e oculari in vivo. Nella ricerca, SD-OCT è uno strumento prezioso per valutare e caratterizzare i cambiamenti in una varietà di modelli di malattie e lesioni retiniche e oculari. Nei modelli di degenerazione retinica indotta dalla luce, SD-OCT può essere utilizzato per tracciare l’assottigliamento dello strato di fotorecettore nel tempo. Nei modelli di glaucoma, SD-OCT può essere utilizzato per monitorare la diminuzione dello strato di fibre nervose retiniche e lo spessore totale della retina e per osservare la coppettazione del nervo ottico dopo aver indotto ipertensione oculare. Nei roditori diabetici, SD-OCT ha aiutato i ricercatori a osservare una diminuzione dello spessore retinico totale e una diminuzione dello spessore di specifici strati retinici, in particolare lo strato di fibre nervose retiniche con progressione della malattia. Nei modelli murini di miopia, SD-OCT può essere utilizzato per valutare i parametri assiali, come le variazioni della lunghezza assiale. I vantaggi di SD-OCT includono l’imaging in vivo delle strutture oculari, la capacità di tracciare quantitativamente i cambiamenti nelle dimensioni oculari nel tempo, la sua rapida velocità di scansione e alta risoluzione. Qui, descriviamo in dettaglio i metodi di SD-OCT e mostriamo esempi del suo utilizzo nel nostro laboratorio in modelli di degenerazione retinica, glaucoma, retinopatia diabetica e miopia. I metodi includono l’anestesia, l’imaging SD-OCT e l’elaborazione delle immagini per le misurazioni dello spessore.
Introduction
La tomografia a coerenza ottica di dominio spettrale (SD-OCT) è una modalità di imaging precisa e ad alta risoluzione che consente a medici e ricercatori di esaminare le strutture oculari in modo non invasivo. Questa tecnica di imaging si basa sull’interferometria per catturare immagini retiniche tridimensionali in vivo su scala micrometrica 1,2. È diventata una delle modalità di imaging più frequentemente utilizzate nella ricerca visiva e nella clinica a causa della facile individuazione e accuratezza di caratteristiche patologiche come difetti strutturali e / o assottigliamento degli strati retinici e del liquido sottoretinico3. Nella ricerca che utilizza modelli animali di disturbi visivi, SD-OCT ha fornito analisi essenziali non invasive delle relazioni tra struttura e funzione e delle loro origini istopatologiche4. Grazie alla sua risoluzione (fino a 2-3 micron, a seconda della profondità nell’occhio5), SD-OCT ha la capacità di rilevare anche piccoli cambiamenti nello spessore dello strato retinico. Questo tipo di analisi può fornire informazioni essenziali per la progressione della malattia e valutare l’efficacia dei metodi neuroprotettivi e dei trattamenti per i disturbi della vista.
SD-OCT è un’alternativa non invasiva all’esame istologico della struttura e i due hanno dimostrato di essere correlati6. Mentre SD-OCT non raggiunge la risoluzione cellulare, consente studi longitudinali negli animali. Ciò è vantaggioso perché la progressione della malattia può essere monitorata nei singoli animali nel tempo invece di dover eutanasia sugli animali in punti temporali specifici. Man mano che le tecniche di imaging continuano a migliorare, anche la tecnologia SD-OCT progredirà, fornendo una migliore qualità dell’immagine e la capacità di valutare i processi biologici come la funzione dei vasi sanguigni retinici in dettaglio. Fin dal suo avvento nel 1991, la tecnologia SD-OCT ha visto enormi progressi in termini di risoluzione, velocità e sensibilità7.
Il presente studio utilizza un sistema SD-OCT per quantificare i cambiamenti negli strati retinici nei modelli di roditori di degenerazione retinica, glaucoma e retinopatia diabetica. Il sistema SD-OCT utilizzato qui è un sistema OCT di dominio di Fourier che utilizza luce a bassa potenza nel vicino infrarosso per acquisire, elaborare e memorizzare immagini risolte in profondità in tempo reale. Il sistema SD-OCT ha esteso la capacità di imaging della profondità nella banda di lunghezza d’onda di 800 nm, fornendo una profondità di 8 mm e una risoluzione di 4 μm. Nel rilevamento del dominio di Fourier, il segnale di interferenza tra la luce diffusa dal tessuto e un percorso di riferimento è trasformato di Fourier per costruire scansioni assiali e/o profili di profondità assiale di intensità diffusa8. Per gli studi qui, il fascio OCT viene scansionato sulla struttura retinica desiderata mentre acquisisce in serie scansioni assiali. In genere, un modello di scansione acquisisce la griglia bidimensionale (B-Scans) come una raccolta di linee di scansione lineari unidimensionali (A-Scans), che corrispondono a immagini in sezione trasversale 2D utilizzando un modello di scansione raster. Per gli studi incentrati sulla miopia nei topi, questo sistema viene utilizzato anche per misurare le dimensioni delle strutture oculari (ad esempio, spessore della cornea, spessore del cristallino, profondità della camera vitreale e lunghezza assiale).
L’attuale sistema consente agli utenti di progettare i propri protocolli, creando scansioni che possono essere personalizzate e selezionate in base alle strutture oculari di interesse. Le scansioni principali presenti in questi protocolli definiti dall’utente rendono questa tecnica di imaging facile da usare. Per l’analisi delle immagini, abbiamo sviluppato una programmazione personalizzata in un programma di modellazione matematica. SD-OCT è un potente strumento per identificare e quantificare in modo non invasivo i cambiamenti patomorfologici nelle strutture oculari e monitorare la progressione della malattia correlata alla vista.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’imaging ad alta risoluzione delle strutture oculari in vivo consente di valutare i cambiamenti retinici e oculari nel tempo. In questo protocollo, SD-OCT ha dimostrato di catturare le differenze nelle strutture oculari in vivo in modelli di degenerazione retinica, glaucoma, retinopatia diabetica e miopia.
L’aspetto più critico quando si esegue SD-OCT è ottenere un’immagine chiara della retina o di un’altra struttura oculare di interesse. È importante prendersi del tempo per assicurarsi ch…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato dal Department of Veterans Affairs Rehab R&D Service Career Development Awards (CDA-1, RX002111; CDA-2; RX002928) a RSA, Merit Award (RX002615) e Research Career Scientist Award (RX003134) a MTP, Career Development Award (CDA-2, RX002342) ad AJF, EY028859 a MTP, NEI Core Grant P30EY006360, Research to Prevent Blindness e Foundation Fighting Blindness.
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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