ב-Vivo שיטות להערכת תפקוד ומבנה תאי גנגליון רשתית ועצבי הראייה בבעלי חיים גדולים
Summary
כאן אנו מורידים בדרגה מספר בדיקות ויואו (פוטנציאל מעורר חזותי פלאש, אלקטרורטינוגרמה דפוס וטומוגרפיה קוהרנטיות אופטית) במקוק עזים ורזוס כדי להבין את המבנה והתפקוד של עצב הראייה והנוירונים שלו.
Abstract
עצב הראייה אוסף אותות אקסונים מתאי הגנגליון ברשתית ומשדר אות חזותי למוח. מודלים גדולים של בעלי חיים של פגיעה בעצב הראייה חיוניים לתרגום אסטרטגיות טיפוליות חדשניות ממודלים מכרסמים ליישום קליני בשל הדמיון הקרוב יותר שלהם לבני אדם בגודל ובאנטומיה. כאן אנו מתארים כמה שיטות vivo כדי להעריך את הפונקציה והמבנה של תאי גנגליון הרשתית (RGCs) ועצב הראייה (ON) בבעלי חיים גדולים, כולל פוטנציאל מעורר חזותי (VEP), אלקטרורטינוגרמה דפוס (PERG) וטומוגרפיה קוהרנטית אופטית (OCT). במחקר זה הועסקו גם עיזים וגם פרימטים לא אנושיים. על ידי הצגת שיטות ויוו אלה צעד אחר צעד, אנו מקווים להגדיל את הרבייה הניסיונית בין מעבדות שונות ולהקל על השימוש במודלים בעלי חיים גדולים של נוירופתיות אופטיות.
Introduction
עצב הראייה (ON), המורכב אקסונים מתאי הגנגליון ברשתית (RGC), משדר אות חזותי מהרשתית למוח. מחלות ON, כגון גלאוקומה, נוירופתיה אופטית טראומטית או איסכמית, גרמו לעתים קרובות ניוון ON/ RGC בלתי הפיך ואובדן חזותי הרסני. למרות שיש כיום פריצות דרך רבות בהתחדשות ON והגנה על RGC במודלים מכרסמים1,2,3,4,5,6, טיפולים קליניים עבור רוב מחלות ON נותרו זהים במהותם בחצי המאה האחרונה עם תוצאה לא מספקת7,8 . כדי למלא את הפער בין מחקר בסיסי לפרקטיקה קלינית, מחקרים תרגומיים המשתמשים במודל בעלי חיים גדול של מחלות ON נחוצים ומועילים לעתים קרובות בגלל הדמיון האנטומי הקרוב יותר שלהם לבני אדם מאשר מודלים מכרסמים.
מקוק עזים ורזוס הם שני מינים גדולים של בעלי חיים המשמשים במעבדה שלנו לדגם מחלת ON של האדם. גודל גלגל העין של עז, ON, והמבנה הסמוך (חלל מסלולית ואף, בסיס הגולגולת וכו ‘) דומה לזה של אדם המבוסס על סריקת CT גולגולת9. ככזה, מודל עז מספק הזדמנות להעריך ולשכלל מכשירים טיפוליים או הליכים כירורגיים לפני השימוש בבני אדם. מקוק רזוס, כמו פרימט לא אנושי (NHP), יש מערכת חזותית ייחודית דמוית אדם שאינו קיים במינים אחרים10,11. בנוסף, תגובות פתולוגיות לפציעות וטיפולים ב- NHP דומה בהרבה לזה אצל בני אדם12.
בבדיקות vivo להערכת המבנה והתפקוד של ON ו- RGC חשובים במחקרים בבעלי חיים גדולים. אלקטרורטינוגרמה דפוס (PERG) שימש להערכת הפונקציה RGC. פוטנציאל עורר חזותי פלאש (FVEP) משקף את השלמות של מסלול רטינו-geniculo-קליפת המוח במערכת הראייה. לכן, PERG בשילוב עם FVEP יכול לשקף את הפונקציה ON9,13,14 . הדמיית טומוגרפיה של קוהרנטיות רשתית אופטית (OCT) יכולה להראות את מבנה הרשתית ברזולוציה טמפורלית ומרחבית גבוהה, המאפשרת מדידה של עובי קומפלקס הגנגליון ברשתית (GCC)9,15. לבדיקות אלקטרופיזיולוגיות במחקר זה, ניטור סימנים חיוניים (קצב חום, קצב הפרה, לחץ דם) ורמת רוויית החמצן (SpO2) לפני הבדיקה הם קריטיים שכן לפרמטרים אלה יש השפעות חזקות על זרימת הדם העין ולכן על תפקוד מערכת הראייה. עם זאת, לא עקבנו אחר הסימנים החיוניים בעת ביצוע הדמיית רשתית OCT למען הפשטות. על פי המחקר הקודם שלנו9, עובי GCC נמדד על ידי הדמיית רשתית OCT הוא יציב למדי, עם מקדם בין מפגשים של וריאציה קרוב ל 3%. אלה במבחני vivo במקוק עז ורזוס תוארו בפירוט במחקר הקודם שלנו9. כאן אנו מציגים שיטות אלה כדי לסייע בהגברת השקיפות והשחזור הניסיוניים.
Protocol
Representative Results
Discussion
במחקר זה, אנו מציגים פרוטוקול של VEP, PERG, ו- OCT במקוק עז ורזוס. שיטות ויואו אלה ניתן ליישם במודלים בעלי חיים גדולים של נוירופתיות אופטיות שונות, כגון גלאוקומה, איסכמי, או נוירופתיה אופטית טראומטית ודלקת עצבים אופטית9.
PVEP יציב ורגיש יותר מאשר FVEP17; עם…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה מומן על ידי המענקים הבאים: תוכנית המפתח הלאומית של סין (2021YFA1101200); פרויקט המחקר הרפואי של וונג’ואו (Y20170188), תוכנית המחקר והמחקר הלאומית של סין (2016YFC1101200); הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (81770926;81800842); תוכנית מפתח למו”פ של מחוז ג’ה-ג’יאנג (2018C03G2090634); ותוכנית מפתח מו”פ של בית החולים עין וונג’ואו (YNZD1201902). לארגון החסות או למימון לא היה כל תפקיד בעיצוב או בהתנהלות של מחקר זה.
Materials
| 47.6 x 26.8 cm monitors | DELL Inc. | E2216HV | The visual stimuli of contrast-reversal black-white checkerboards were displayed on screens |
| 6.0 mm tracheal tube | Henan Tuoren Medical Device Co., Ltd | PVC 6.0 | ensure the airway |
| alligator clip | |||
| atropine | Guangdong Jieyang Longyang Animal pharmaceutical Co.,Ltd. | reduce bronchial secretion and protect heart from vagal nerve activation | |
| Carbomer Eye Gel | Fabrik GmbH Subsidiary of Bausch & Lomb | moisten the cornea and stabilize the recording electrodes | |
| ERG-Jet recording electrodes | Roland Consult Stasche&Finger GmbH | 2300 La Chaux-De-Fonds | ERG recording |
| eye speculum | Shanghai Jinzhong Medical Device Co., Ltd | ZYD020 | open palpebral fissure |
| Heidelberg Spectralis OCT system | Heidelberg Engineering | OCT system | |
| Imaging | (https://www.heidelbergengineering.com/media/e-learning/Totara-US/files/pdf-tutorials/2238-003_Spectralis-Training-Guide.pdf) | ||
| isoflurane | RWD Life Science Co., Ltd | R510-22 | isoflurane anesthesia |
| male Saanen goats | Caimu Livestock Company, country (Hangzhou, China) | The male Saanen goats, aged from 4 to 6 months with weight of 19–23 kg | |
| needle electrode | Roland Consult Stasche&Finger GmbH | U51-426-G-D | use for FVEP ground electrode and PERG reference electrodes |
| periphery venous catheter intravenously | BD shanghai Medical Device Co., Ltd | 383019 | intravenous access for atropine and propofol |
| propofol | Xian Lipont Enterprise Union Management Co.,Ltd. | induce Isoflurane anesthesia in goat | |
| Tropicamide Phenylephrine Eye Drops | SANTEN OY, Japan | 5% tropicamide and 5% phenylephrine hydrochloride | |
| visual electrophysiology device | Gotec Co., Ltd | GT-2008V-III | use for FVEP & PERG |
| xylazine | Huamu Animal Health Products Co., Ltd. | xylazine anesthesia: intramuscular injection of xylazine 3mg/kg | |
| zoletil50 | Virbac | induce Isoflurane anesthesia in monkey |
Riferimenti
- Benowitz, L., Yin, Y. Rewiring the injured CNS: lessons from the optic nerve. Experimental Neurology. 209 (2), 389-398 (2008).
- Park, K. K., et al. Promoting axon regeneration in the adult CNS by modulation of the PTEN/mTOR pathway. Science. 322 (5903), 963-966 (2008).
- Duan, X., et al. Subtype-specific regeneration of retinal ganglion cells following axotomy: effects of osteopontin and mTOR signaling. Neuron. 85 (6), 1244-1256 (2015).
- Bei, F., et al. Restoration of visual function by enhancing conduction in regenerated axons. Cell. 164 (1-2), 219-232 (2016).
- He, Z., Jin, Y. Intrinsic control of axon regeneration. Neuron. 90 (3), 437-451 (2016).
- Yang, S. -. G., et al. Strategies to promote long-distance optic nerve regeneration. Frontiers in Cellular Neuroscience. 14, 119 (2020).
- Foroozan, R. New treatments for nonarteritic anterior ischemic optic neuropathy. Neurologic Clinics. 35 (1), 1-15 (2017).
- Singman, E. L., et al. Indirect traumatic optic neuropathy. Military Medical Research. 3, 2 (2016).
- Zhang, Y., et al. In vivo evaluation of retinal ganglion cells and optic nerve’s integrity in large animals by multi-modality analysis. Experimental Eye Research. 197, 108117 (2020).
- Tolbert, W. D., et al. From Rhesus macaque to human: structural evolutionary pathways for immunoglobulin G subclasses. mAbs. 11 (4), 709-724 (2019).
- Preuss, T., et al. . Specializations of the human visual system: the monkey model meets human reality. , 231-259 (2004).
- Friedli, L., et al. Pronounced species divergence in corticospinal tract reorganization and functional recovery after lateralized spinal cord injury favors primates. Science Translational Medicine. 7 (302), (2015).
- Porciatti, V. Electrophysiological assessment of retinal ganglion cell function. Experimental Eye Research. 141, 164-170 (2015).
- Smith, C. A., Vianna, J. R., Chauhan, B. C. Assessing retinal ganglion cell damage. Eye. 31 (2), 209-217 (2017).
- Schuman, J. S., et al. Optical coherence tomography and histologic measurements of nerve fiber layer thickness in normal and glaucomatous monkey eyes. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 48 (8), 3645-3654 (2007).
- You, Y., et al. Improving reproducibility of VEP recording in rats: electrodes, stimulus source and peak analysis. Documenta Ophthalmologica. 123 (2), 109-119 (2011).
- Odom, J. V., et al. ISCEV standard for clinical visual evoked potentials: (2016 update). Documenta Ophthalmologica. 133 (1), 1-9 (2016).
- Zhang, J., et al. Silicone oil-induced ocular hypertension and glaucomatous neurodegeneration in mouse. eLife. 8, 45881 (2019).
- Seidman, S. H., Telford, L., Paige, G. D. Vertical, horizontal, and torsional eye movement responses to head roll in the squirrel monkey. Experimental Brain Research. 104 (2), 218-226 (1995).
- Porciatti, V. The mouse pattern electroretinogram. Documenta Ophthalmologica. 115 (3), 145-153 (2007).
