En mus Model of retinaiskæmi-reperfusionsskade Gennem Elevation af intraokulært tryk
Summary
I denne artikel beskrives en fremgangsmåde til induktion af retinal iskæmi-reperfusionsskade af forhøjet intraokulært tryk hos mus. Retinal iskæmi-reperfusion skade ved forhøjet intraokulært tryk tjener til at modellere menneskelige patologier karakteriseret ved kompromitteret ilt og næringsstoffer levering i nethinden, så forskerne at undersøge potentielle cellulære mekanismer og behandlinger for humane sygdomme i den retinale neurovaskulær enhed.
Abstract
Retinal iskæmi-reperfusion (I / R) er en patofysiologisk proces bidrager til celleskader i flere okulære tilstande, herunder glaukom, diabetisk retinopati, og retinale vaskulære okklusioner. Gnavermodeller af I / R skade leverer betydelige indsigt i mekanismer og behandlingsstrategier til human I / R skade, især med hensyn til neurodegenerativ skader i retinal neurovaskulær enhed. Præsenteret her er en protokol for at fremkalde retinal I / R skade i mus gennem forhøjelse af det intraokulære tryk (IOP). I denne protokol, er den okulære forreste kammer kanyle med en nål, hvorigennem flyder dryp af en forhøjet saltvand reservoir. Brug af denne drop at hæve IOP ovenfor systoliske arterieblodtryk, en praktiserende læge midlertidigt stopper indre retinal blodgennemstrømning (iskæmi). Når cirkulationen er genindsat (reperfusion) ved fjernelse af kanylen, svær cellulær skade ensues, hvilket resulterer i sidste ende i retinal neurodegeneration. Seneste studerne demonstrere inflammation, vaskulær permeabilitet og kapillær degeneration som supplerende elementer i denne model. Sammenlignet med alternative retinale I / R metoder, såsom retinal arteriel ligation, retinal I / R skade ved forhøjet IOP giver fordele i sin anatomiske specificitet, eksperimenterende sporbarhed og teknisk tilgængelighed, præsenterer sig selv som et værdifuldt værktøj til at undersøge neuronal patogenese og terapi i den retinale neurovaskulær enhed.
Introduction
Retinal iskæmi-reperfusion (I / R) karakteriserer mange humane retinale patologier, herunder glaukom, diabetisk retinopati, og retinale vaskulære okklusioner 1. I retinal I / R, nedsat blodgennemstrømning (iskæmi) i retinale kar skaber en tilstand af retinal overfølsomhed over for ilt og andre næringsstoffer, bundfældning alvorlig oxidative og inflammatoriske skader, når cirkulation efterfølgende genindsat (reperfusion) 2. Den neurale nethinde synes særligt sårbare over for disse ændringer, med retinal neurodegeneration bliver måske den mest iøjnefaldende træk ved I / R-induceret skade. Præsenteret her er en protokol til modellering retinal I / R skade i mus. Denne teknik gør det muligt for forskerne at undersøge potentielle mekanismer og behandlingsstrategier for humane sygdomme i nethinden neurovaskulær enhed.
Pioner i 1952 af kirurger, der søger at forstå de neurodegenerative konsekvenser af kirurgisk anæmi 3, Rodent retinal I / R af forhøjet intraokulært tryk (IOP) blev genetableret i 1991 med det formål at standardisere neurodegenerative endepunkter efter iskæmisk insult 4. Brug af dryp af en saltvand reservoir til at hæve IOP over det systoliske blodtryk, disse undersøgelser viste, at under tryk okulær kanylering var tilstrækkelig til at suspendere retinal cirkulation og dermed indlede neuronal degeneration. Nyere indsats ved hjælp af retinal I / R af forhøjet IOP er begyndt at uddybe mekanismerne bag I / R-induceret retinal neurodegeneration 5-12. Flere grupper har rapporteret yderligere patologiske ændringer, herunder inflammation 13,14, vaskulær permeabilitet 15,16, og kapillær degeneration 14,17. Tilsammen har disse undersøgelser fastslog retinal I / R skade ved forhøjet IOP som en model for retinal neurovaskulær sygdom mere generelt.
Karakterisering af mekanismerne i I / R skade er af afgørende betydning for studiet af vascular sygdom. Retinal I / R skade ved forhøjet IOP er en af mange hypoxi-induceret beskadigelse modeller, herunder I / R skader i lunge 18, hjerte 19, hjerne 20, lever 21, nyre 22 og tarmen 23. Disse modeller har været altafgørende i at fremme vores forståelse af vaskulær sygdom og dens kliniske retsmidler. Ved at udvide undersøgelsen af I / R processer til okulære væv, retinal I / R skade ved forhøjet IOP er med til at male et mere omfattende billede af disse relaterede tilstande.
Tilsvarende tæt sammen med kliniske neurodegenerative tilstande i nethinden, retinal I / R skade ved forhøjet IOP præsenterer et værdifuldt redskab for forskere interesseret i at udforske iskæmisk patogenese. Den her beskrevne protokol er målrettet, tractable, og tilgængelige. Den suppleres godt af endepunkter i neuronal degeneration, såsom kvantificering af retinale neuroner, måling af retinal tykkelse, og elektrofysiologisk rOptagelse af retinal neuron funktion. Denne model har bevist sin nytteværdi i at fremme neurovaskulære undersøgelse, og det viser lovende i at tjene status som en grundlæggende protokol i visuel medicin forskning.
Protocol
Representative Results
Discussion
Retinal I / R skade ved forhøjet IOP har bevist sin nytteværdi i modellering cellulære skader og dysfunktion, især neurodegeneration, i gnaver retinal neurovaskulær enhed. Denne procedure giver en robust kontrol væv og er let tilgængelig i form af teknisk raffinement. Det er blevet bemærket i denne og andre I / R skade modeller, der øger trykket og varigheden af iskæmi kan øge skade sværhedsgrad 24. Af denne grund har nogle udøvere valgt at bruge iskæmiske pres og varigheder afviger fra dem, der…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af forskningsbevillinger fra National Institutes of Health (EY022383 og EY022683; EJD) og Core tilskud (P30EY001765), Imaging og Mikroskopi Core Module.
Materials
| Heparin Sodium Injection, USP | Abraxis Pharmaceutical Products | 1000 USP/mL | |
| BSS Sterile Irrigating Solution | Alcon Laboratories, Inc. | 9007754-0212 | 500 mL |
| SC-2kg Digital Pocket Scale | American Weigh Scales, Inc. | SC-2kg | |
| Tropicamide Ophthalmic Solution USP 1% | Bausch + Lomb | 1% (10 mg/mL) | |
| Proparacaine Hydrochloride Ophthalmic Solution USP, 0.5% | Bausch + Lomb | 0.5% (5 mg/mL) | |
| INTRAMEDIC Polyethylene Tubing | Becton Dickinson and Company | 427400 | Inner diameter: 427400 |
| 30G1/2 PrecisionGlide Needles | Benton Dickinson and Company | 305106 | |
| BC 1mL TB Syringe, Slim Tip with Intradermal Bevel Needle, 26G x 3/8 | Benton Dickinson and Company | 309625 | |
| BD 60mL Syringe Luer-Lok Tip | Benton Dickinson and Company | 309653 | |
| Zeiss OPMI Visu 200/S8 Microscope | Carl Zeiss AG | 000000-1179-101 | |
| Sterile Syringe Filter | Corning Inc. | CLS431224 | 0.20 µm |
| Durasorb Underpads | Covidien | 1038 | 23 x 24 inches |
| Alcohol Prep | Covidien | 6818 | 2 Ply, Medium |
| Student Dumont #5 Forceps | Fine Science Tools | 91150-20 | |
| Hartman Hemostats | Fine Science Tools | 13002-10 | |
| Primary Set, Macrobore, Prepierced Y-Site, 80 Inch | Hospira | 12672-28 | |
| Phosphate Buffered Saline pH 7.4 (1X) | Invitrogen | 10010-049 | 500 mL |
| Distilled water | Invitrogen | 15230-204 | 500 mL |
| C57BL/6J Mice | The Jackson Laboratory | 664 | |
| AnaSed Injection: Xylazine Sterile Solution | LLOYD, Inc. | 20 mg/mL | |
| Lubricating Jelly, Water Soluble Bacteriostatic | MediChoice | 3-Gram Packet | |
| NAMIC Angiographic Pressure Monitoring Manifold | Navilyst Medical, Inc. | 70039355 | 5-Valve Manifold with Seven Female Ports |
| Goniosoft, Hypromellose 2.5% Ophthalmic Demulcent Solution: Hydroxypropyl Methylcellulose | OCuSOFT, Inc. | 2.5% (25 mg/mL) | |
| Ketaset CIII: Ketamine Hydrochloride | Pfizer, Inc. | 100 mg/mL | |
| Trans-Pal I.V. Stand | Pryor Products | 372 | Furnished with a home-constructed 60-cm stainless steel extension |
| Acepromazine: Acepromazine Maleate Injection, USP | Vet One | 10 mg/mL | |
| V-Top Surgery Table/Adjustable Hydraulic | VSSI | 100-4041-21 | |
| Tube Fitting Luer Male to Luer Male | Warner Instruments | 64-1579 |
References
- Osborne, N. N., et al. Retinal ischemia: mechanisms of damage and potential therapeutic strategies. Prog Retin Eye Res. 23 (1), 91-147 (2004).
- Bonne, C., Muller, A., Villain, M. Free radicals in retinal ischemia. Gen Pharmacol. 30 (3), 275-280 (1998).
- Smith, G. G., Baird, C. D. Survival time of retinal cells when deprived of their blood supply by increased intraocular pressure. Am J Ophthalmol. 35 (5:2), 133-136 (1952).
- Buchi, E. R., Suivaizdis, I., Fu, J. Pressure-induced retinal ischemia in rats: an experimental model for quantitative study. Ophthalmologica. 203 (3), 138-147 (1991).
- Block, F., Schwarz, M. The b-wave of the electroretinogram as an index of retinal ischemia. Gen Pharmacol. 30 (3), 281-287 (1998).
- Katai, N., Yoshimura, N. Apoptotic retinal neuronal death by ischemia-reperfusion is executed by two distinct caspase family proteases. Invest Ophthalmol Vis Sci. 40 (11), 2697-2705 (1999).
- Toriu, N., et al. Lomerizine, a Ca2+ channel blocker, reduces glutamate-induced neurotoxicity and ischemia/reperfusion damage in rat retina. Exp Eye Res. 70 (4), 475-484 (2000).
- Kawai, S. I., et al. Modeling of risk factors for the degeneration of retinal ganglion cells after ischemia/reperfusion in rats: effects of age, caloric restriction, diabetes, pigmentation, and glaucoma. FASEB J. 15 (7), 1285-1287 (2001).
- Chidlow, G., Schmidt, K. G., Wood, J. P., Melena, J., Osborne, N. N. Alpha-lipoic acid protects the retina against ischemia-reperfusion. Neuropharmacology. 43 (6), 1015-1025 (2002).
- Fei, F., et al. Upregulation of Homer1a Promoted Retinal Ganglion Cell Survival After Retinal Ischemia and Reperfusion via Interacting with Erk Pathway. Cell Mol Neurobiol. , (2015).
- Xu, Z., et al. Neuroprotective role of Nrf2 for retinal ganglion cells in ischemia-reperfusion. J Neurochem. 133 (2), 233-241 (2015).
- Kim, B. J., Braun, T. A., Wordinger, R. J., Clark, A. F. Progressive morphological changes and impaired retinal function associated with temporal regulation of gene expression after retinal ischemia/reperfusion injury in mice. Mol Neurodegener. 8 (21), (2013).
- Portillo, J. A., et al. CD40 mediates retinal inflammation and neurovascular degeneration. J Immunol. 181 (12), 8719-8726 (2008).
- Wei, Y., et al. Nrf2 has a protective role against neuronal and capillary degeneration in retinal ischemia-reperfusion injury. Free Radic Biol Med. 51 (1), 216-224 (2011).
- Abcouwer, S. F., et al. Effects of ischemic preconditioning and bevacizumab on apoptosis and vascular permeability following retinal ischemia-reperfusion injury. Invest Ophthalmol Vis Sci. 51 (11), 5920-5933 (2010).
- Abcouwer, S. F., et al. Minocycline prevents retinal inflammation and vascular permeability following ischemia-reperfusion injury. J Neuroinflammation. 10 (149), (2013).
- Zheng, L., Gong, B., Hatala, D. A., Kern, T. S. Retinal ischemia and reperfusion causes capillary degeneration: similarities to diabetes. Invest Ophthalmol Vis Sci. 48 (1), 361-367 (2007).
- Weyker, P. D., Webb, C. A., Kiamanesh, D., Flynn, B. C. Lung ischemia reperfusion injury: a bench-to-bedside review. Semin Cardiothorac Vasc Anesth. 17 (1), 28-43 (2013).
- Raedschelders, K., Ansley, D. M., Chen, D. D. The cellular and molecular origin of reactive oxygen species generation during myocardial ischemia and reperfusion. Pharmacol Ther. 133 (2), 230-255 (2012).
- Di, Y., et al. MicroRNAs expression and function in cerebral ischemia reperfusion injury. J Mol Neurosci. 53 (2), 242-250 (2014).
- Saidi, R. F., Kenari, S. K. Liver ischemia/reperfusion injury: an overview. J Invest Surg. 27 (6), 366-379 (2014).
- Malek, M., Nematbakhsh, M. Renal ischemia/reperfusion injury; from pathophysiology to treatment. J Renal Inj Prev. 4 (2), 20-27 (2015).
- Mallick, I. H., Yang, W., Winslet, M. C., Seifalian, A. M. Ischemia-reperfusion injury of the intestine and protective strategies against injury. Dig Dis Sci. 49 (9), 1359-1377 (2004).
- Hesketh, E. E., et al. Renal ischaemia reperfusion injury: a mouse model of injury and regeneration. J Vis Exp. (88), (2014).
- Stefansson, E., Wilson, C. A., Schoen, T., Kuwabara, T. Experimental ischemia induces cell mitosis in the adult rat retina. Invest Ophthalmol Vis Sci. 29 (7), 1050-1055 (1988).
- Honjo, M., et al. Statin inhibits leukocyte-endothelial interaction and prevents neuronal death induced by ischemia-reperfusion injury in the rat retina. Arch Ophthalmol. 120 (12), 1707-1713 (2002).
- Otori, Y., et al. Expression of c-fos and c-jun mRNA following transient retinal ischemia: an approach using ligation of the retinal central artery in the rat. Surv Ophthalmol. 42, 96-104 (1997).
- Liu, J., et al. Epac2-deficiency leads to more severe retinal swelling, glial reactivity and oxidative stress in transient middle cerebral artery occlusion induced ischemic retinopathy. Sci China Life Sci. 58 (6), 521-530 (2015).
- Zhang, Y., Zhang, Z., Yan, H. Simvastatin inhibits ischemia/reperfusion injury-induced apoptosis of retinal cells via downregulation of the tumor necrosis factor-alpha/nuclear factor-kappaB pathway. Int J Mol Med. , (2015).
- Li, B., Pang, I. H., Barnes, G., McLaughlin, M., Holt, W. A new method and device to induce transient retinal ischemia in the rat. Curr Eye Res. 24 (6), 458-464 (2002).
