En rotte tørr øye modell med lakrimal kjertel dysfunksjon indusert av skopolamin
Summary
Her etablerer vi en rottemodell av lacrimal kjerteldysfunksjon for å gi grunnlag for studiet av vandig mangelfull tørr øye.
Abstract
Vandig mangelfull tørr øye (ADDE) er en type tørr øyesykdom som kan resultere i reduksjon av tårsekresjonsmengde og kvalitet. Langvarig unormal tåreproduksjon kan føre til forstyrrelse i det okulære overflatemiljøet, inkludert hornhinneskader og betennelser. I alvorlige tilfeller kan ADDE forårsake synstap eller til og med blindhet. For tiden er tørr øyebehandling begrenset til øyedråper eller fysioterapi, som kun kan lindre øye ubehag symptomer og kan ikke fundamentalt kurere tørrøysyndrom. For å gjenopprette funksjonen til lacrimal kjertelen i tørr øye, har vi laget en dyremodell av lacrimal kjertel dysfunksjon hos rotter indusert av skopolamin. Gjennom den omfattende evalueringen av lacrimal kjertelen, hornhinnen, konjunktivene og andre faktorer, tar vi sikte på å gi en full forståelse av de patologiske endringene i ADDE. Sammenlignet med den nåværende tørre øyemusmodellen, inneholder denne ADDE-dyremodellen en funksjonell evaluering av lacrimal kjertelen, noe som gir en bedre plattform for å studere lacrimal kjertel dysfunksjon i ADDE.
Introduction
I 2021 er omtrent 12% av mennesker betydelig påvirket av tørre øyne1, noe som gjør det til en av de vanligste kroniske øyesykdommene. Tørre øyne kan deles inn i to typer: vandig mangelfull tørre øyne (ADDE) og fordampende tørre øyne (EDE)2, avhengig av de forskjellige faktorene som påvirker sykdommen. ADDE deles videre inn i Sjögrens syndrom (SS) og ikke-SS, men flertallet av tørre øyepasienter er ikke-SS-pasienter i klinisk3. Kroniske symptomer på tørre øyne påvirker pasientens visuelle kvalitet alvorlig. For tiden innebærer konvensjonell behandling av DED påføring av kunstige tårer for å smøre den okulære overflaten og fysioterapi av øyelokkene. Imidlertid kan tørrøysyndrom ikke gi en fullstendig kur i mange tilfeller. Derfor er studier av patogenesen av tørr øyesykdom avgjørende for utviklingen av nye terapier og rusmidler. Dyremodeller av tørrøysyndrom gir grunnlag for videre forskning.
Det er mange måter å konstruere dyremodeller av tørrøysyndrom4, inkludert endring av tårsekresjonsnivåer ved å endre hormonnivåer. For eksempel kan fjerning av testikler av rotter redusere androgensekresjon, øke tårsekresjon og redusere konsentrasjonen av fri sekretorisk komponent (SC) og IgA i tårer 5,6. En annen metode er å indikere autoimmune reaksjoner i lacrimal kjertelen ved å fjerne øyeoverflaten nerver som styrer kjertelen. I tillegg kan direkte reduksjon av tåresekresjon oppnås ved kirurgisk fjerning av lacrimalkjertel 7. Endrede miljøforhold kan også akselerere tårefordampning. For eksempel kan dyrking av dyr i lav luftfuktighet og tørre ventilasjonsforhold etablere en modell av overdreven fordampende tørr øye8, som kan kombineres med andre metoder for å øke alvorlighetsgraden av tørre øyne. De viktigste stoffene som brukes til å indusere eksperimentelle modeller med tørre øyne er atropin og skopolamin9. Som parasympatiske hemmere kan begge indusere farmakologisk blokade av kolinerge (muskarinerge) reseptorer i tårekjertelen og hemme tåresekresjon. Sammenlignet med tørre øyne forårsaket av atropin muskelinjeksjon10, har skopolamin en sterkere hemmende effekt på sekresjonskjertler, lengre varighet av legemiddelvirkning og svakere effekter på hjerte-, tarm- og bronkialglatte muskler. Det er et av de mest modne stoffene for tørre øyedyrmodeller.
Ulike metoder kan brukes til å indusere tørre øyne med skopolamin, for eksempel subkutan injeksjon, legemiddelpumpe eller patchapplikasjon 4,11,12. For å redusere hyppigheten av legemiddeladministrasjon til eksperimentelle dyr, bruker mange forskere depotplaster til musens haler eller bruker legemiddelpumper. Begge disse metodene har imidlertid begrensninger. For eksempel må absorpsjonen av depotplastre ta hensyn til den individuelle absorpsjonen av mus, noe som kan føre til inkonsekvent legemiddeldosering. Selv om legemiddelpumper nøyaktig kan kontrollere doseringen av hver administrasjon, er de ikke alltid kompatible med stoffet som leveres eller konsentrasjonen som brukes. De må også plasseres kirurgisk – noe som er mer invasivt for dyret, og krever en bedøvelseshendelse, og det er potensial for postkirurgiske komplikasjoner som dehiscens. Subkutan injeksjon, selv om det er mer tungvint, kan sikre nøyaktig dosering for hver administrering og opprettholde konsistens i legemiddeladministrasjon blant forskjellige rotter. Samtidig har den lavere kostnader og er egnet for å gjennomføre et stort antall dyreforsøk.
Denne studien gjelder gjentatt subkutan injeksjon av skopolamin for å etablere en tørr øyerottemodell. Vi analyserer indikatorer for tørre øyne som hornhinnedefekter, tåresekresjonsnivåer og patologisk morfologi av hornhinnen, konjunktivene og lacrimal kjertelen. Ved å kombinere legemiddelkonsentrasjon, patologiske manifestasjoner og symptomer på tørre øyne, utdyper vi videre den tørre øyerottemodellen i detalj, og gir mer nøyaktige eksperimentelle data for studiet av tørr øyebehandling og patologiske mekanismer. Vi beskriver også modelleringsprosessen i detalj for fremtidige forskere.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vandig mangelfull tørr øye (ADDE) er en viktig type tørr øye, som står for ca 1/3 av den totale tørre øyepopulasjonen17, og hovedårsaken til ADDE er lacrimal kjertel patologisk skade og betennelse13. For denne typen tørre øyne er de vanligste kliniske behandlingsmetodene kunstige tårer for å lindre symptomer eller aktuell bruk av steroider eller ciklosporin18, mens det er få behandlingsalternativer for skade på lacrimal kjertelen. Derfo…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne studien ble støttet av Guangdong Provincial High-level Clinical Key Specialties (SZGSP014) og Shenzhen Natural Science Foundation (JCYJ20210324125805012).
Materials
| 0.9% sodium chloride solution | SJZ No.4 Pharmaceutical | H13023201 | |
| 4% paraformaldehyde | Wuhan Servicebio Technology Co., Ltd | G1113 | |
| Absolute ethanol | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. | 10009218 | |
| Fluorescein sodium ophthalmic strips | Tianjin Yinuoxinkang Medical Device Tech Co., Ltd | YN-YG-I | |
| Hematoxylin and eosin | Nanjing Jiancheng Bioengineering Institute | D006 | |
| Neutral balsam | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd. | G8590 | |
| Paraffin | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd. | YA0012 | |
| Periodic Acid-Schiff Staining Kit | Beyotime Biotechnology | C0142S | |
| Schirmer tear test strips | Tianjin Yinuoxinkang Medical Device Tech Co., Ltd | YN-LZ-I | |
| Scopolamine hydrobromide | Shanghai Macklin Biochemical Co., Ltd | S860151 | |
| Small animal microscope | Head Biotechnology Co,. Ltd | ZM191 | |
| Xylene | Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. | 10023418 |
References
- Papas, E. B. The global prevalence of dry eye disease: A Bayesian view. Ophthalmic Physiol Opt. 41 (6), 1254-1266 (2021).
- Sy, A., et al. Expert opinion in the management of aqueous deficient dry eye disease (DED). BMC Ophthalmol. 15 (1), 133 (2015).
- Seo, Y., et al. Activation of HIF-1alpha (hypoxia inducible factor-1alpha) prevents dry eye-induced acinar cell death in the lacrimal gland. Cell Death Dis. 5 (6), 1309 (2014).
- Rahman, M. M., Kim, D. H., Park, C. -. K., Kim, Y. H. Experimental models, induction protocols, and measured parameters in dry eye disease: Focusing on practical implications for experimental research. Int J Mol Sci. 22 (22), 12102 (2021).
- Sullivan, D. A., Bloch, K. J., Allansmith, M. R. Hormonal influence on the secretory immune system of the eye: androgen regulation of secretory component levels in rat tears. J Immunol. 132 (3), 1130-1135 (1984).
- Sullivan, D. A., Allansmith, M. R. Hormonal modulation of tear volume in the rat. Exp Eye Res. 42 (2), 131-139 (1986).
- Maitchouk, D. Y., Beuerman, R. W., Ohta, T., Stern, M., Varnell, R. J. Tear production after unilateral removal of the main lacrimal gland in squirrel monkeys. Arch Ophthalmol. 118 (2), 246-252 (2000).
- Barabino, S., et al. The controlled-environment chamber: a new mouse model of dry eye. Invest Ophthalmol Vis Sci. 46 (8), 2766-2771 (2005).
- Viau, S., et al. Time course of ocular surface and lacrimal gland changes in a new scopolamine-induced dry eye model. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 246 (6), 857-867 (2008).
- Altinors, D. D., Bozbeyoglu, S., Karabay, G., Akova, Y. A. Evaluation of ocular surface changes in a rabbit dry eye model using a modified impression cytology technique. Curr Eye Res. 32 (4), 301-307 (2007).
- Daull, P., et al. Efficacy of a new topical cationic emulsion of cyclosporine A on dry eye clinical signs in an experimental mouse model of dry eye. Exp Eye Res. 153, 159-164 (2016).
- Dursun, D., et al. A mouse model of keratoconjunctivitis sicca. Invest Ophthalmol Vis Sci. 43 (3), 632-638 (2002).
- Fischer, A. H., Jacobson, K. A., Rose, J., Zeller, R. Cutting sections of paraffin-embedded tissues. CSH Protoc. 2008, (2008).
- Fischer, A. H., Jacobson, K. A., Rose, J., Zeller, R. Hematoxylin and eosin staining of tissue and cell sections. CSH Protoc. 2008, (2008).
- Shinomiya, K., Ueta, M., Kinoshita, S. A new dry eye mouse model produced by exorbital and intraorbital lacrimal gland excision. Sci Rep. 8 (1), 1483 (2018).
- Ramos, M. F., et al. Nonproliferative and Proliferative Lesions of the Rat and Mouse Special Sense Organs(Ocular [eye and glands], Olfactory and Otic). J Toxicol Pathol. 31, (2018).
- Stapleton, F., et al. TFOS DEWS II Epidemiology report. Ocul Surf. 15 (3), 334-365 (2017).
- Foulks, G. N., et al. Clinical guidelines for management of dry eye associated with Sjogren disease. Ocul Surf. 13 (2), 118-132 (2015).
- Huang, W., Tourmouzis, K., Perry, H., Honkanen, R. A., Rigas, B. Animal models of dry eye disease: Useful, varied and evolving (Review). Exp Ther Med. 22 (6), 1394 (2021).
- Brayer, J. B., Humphreys-Beher, M. G., Peck, A. B. Sjogren’s syndrome: immunological response underlying the disease. Arch Immunol Ther Exp (Warsz. 49 (5), 353-360 (2001).
- Lin, Z., et al. A mouse dry eye model induced by topical administration of benzalkonium chloride). Mol Vis. 17, 257-264 (2011).
