Een rattenmodel met droge ogen bij traanklierdisfunctie veroorzaakt door scopolamine
Summary
Hier stellen we een rattenmodel op van traanklierdisfunctie om een basis te leggen voor de studie van waterdeficiënte droge ogen.
Abstract
Waterige-deficiënte droge ogen (ADDE) is een vorm van droge ogen die kan leiden tot een vermindering van de hoeveelheid en kwaliteit van de traanafscheiding. Langdurige abnormale traanproductie kan leiden tot een verstoring van het oogoppervlak, waaronder beschadiging van het hoornvlies en ontsteking. In ernstige gevallen kan ADDE verlies van gezichtsvermogen of zelfs blindheid veroorzaken. Momenteel is de behandeling van droge ogen beperkt tot oogdruppels of fysiotherapie, die alleen de symptomen van oogongemak kan verlichten en het droge-ogen-syndroom niet fundamenteel kan genezen. Om de functie van de traanklier in droge ogen te herstellen, hebben we een diermodel gemaakt van traanklierdisfunctie bij ratten veroorzaakt door scopolamine. Door de uitgebreide evaluatie van de traanklier, hoornvliezen, bindvlies en andere factoren, streven we ernaar een volledig inzicht te geven in de pathologische veranderingen van ADDE. Vergeleken met het huidige muismodel met droge ogen, bevat dit ADDE-diermodel een functionele evaluatie van de traanklier, wat een beter platform biedt voor het bestuderen van traanklierdisfunctie bij ADDE.
Introduction
In 2021 heeft ongeveer 12% van de mensen aanzienlijk last van drogeogen1, waardoor het een van de meest voorkomende chronische oogziekten is. Droge ogen kunnen worden onderverdeeld in twee soorten: droge ogen met watertekort (ADDE) en droge ogen met verdamping (EDE)2, afhankelijk van de verschillende factoren die de ziekte beïnvloeden. ADDE is verder onderverdeeld in het syndroom van Sjögren (SS) en niet-SS, maar de meerderheid van de patiënten met droge ogen zijn niet-SS-patiënten in klinische3. Chronische symptomen van droge ogen hebben een ernstige invloed op de visuele kwaliteit van patiënten. Momenteel omvat de conventionele behandeling van DED het aanbrengen van kunsttranen om het oogoppervlak te smeren en fysiotherapie van de oogleden. Het droge-ogen-syndroom biedt in veel gevallen echter geen volledige genezing. Daarom is het bestuderen van de pathogenese van droge ogen cruciaal voor de ontwikkeling van nieuwe therapieën en medicijnen. Diermodellen van het droge-ogen-syndroom bieden een basis voor verder onderzoek.
Er zijn veel manieren om diermodellen van het droge-ogen-syndroom4 te construeren, waaronder het veranderen van de traansecretieniveaus door de hormoonspiegels te veranderen. Het verwijderen van de teelballen van ratten kan bijvoorbeeld de androgeensecretie verminderen, de traansecretie verhogen en de concentratie van vrije secretoire component (SC) en IgA intranen verlagen. Een andere methode is om auto-immuunreacties in de traanklier aan te geven door de oogoppervlakzenuwen te verwijderen die de klier aansturen. Bovendien kan het direct verminderen van de traanafscheiding worden bereikt door de traanklier operatief te verwijderen7. Veranderende omgevingsomstandigheden kunnen ook de verdamping van tranen versnellen. Het kweken van dieren in omstandigheden met een lage luchtvochtigheid en droge ventilatie kan bijvoorbeeld een model van overmatige verdamping vandroge ogen tot stand brengen8, dat kan worden gecombineerd met andere methoden om de ernst van droge ogen te vergroten. De belangrijkste geneesmiddelen die worden gebruikt om experimentele modellen voor droge ogen te induceren, zijn atropine en scopolamine-9. Als parasympathische remmers kunnen beide farmacologische blokkade van cholinerge (muscarine) receptoren in de traanklier induceren en de traansecretie remmen. Vergeleken met droge ogen veroorzaakt door atropinespierinjectie10, heeft scopolamine een sterker remmend effect op de secretieklieren, een langere duur van de geneesmiddelwerking en zwakkere effecten op hart-, kleine darm- en bronchiale gladde spieren. Het is een van de meest volwassen medicijnen voor diermodellen met droge ogen.
Er kunnen verschillende methoden worden gebruikt om droge ogen op te wekken met scopolamine, zoals subcutane injectie, medicijnpomp of pleistertoepassing 4,11,12. Om de frequentie van medicijntoediening aan proefdieren te verminderen, brengen veel onderzoekers transdermale pleisters aan op de staarten van muizen of gebruiken ze medicijnpompen. Beide methoden hebben echter beperkingen. Bij de absorptie van transdermale pleisters moet bijvoorbeeld rekening worden gehouden met de individuele absorptie van muizen, wat kan leiden tot een inconsistente dosering van het geneesmiddel. Hoewel medicijnpompen de dosering van elke toediening nauwkeurig kunnen regelen, zijn ze niet altijd compatibel met het medicijn dat wordt toegediend of de concentratie die wordt gebruikt. Ze moeten ook operatief worden geplaatst – wat invasiever is voor het dier, waarvoor een verdoving nodig is, en er is kans op postoperatieve complicaties zoals dehiscentie. Subcutane injectie, hoewel omslachtiger, kan zorgen voor een nauwkeurige dosering voor elke toediening en consistentie in de toediening van geneesmiddelen bij verschillende ratten behouden. Tegelijkertijd heeft het lagere kosten en is het geschikt voor het uitvoeren van een groot aantal dierproeven.
Deze studie past herhaalde subcutane injectie van scopolamine toe om een rattenmodel met droge ogen op te stellen. We analyseren indicatoren voor droge ogen, zoals hoornvliesdefecten, traansecretieniveaus en pathologische morfologie van het hoornvlies, het bindvlies en de traanklier. Door geneesmiddelconcentratie, pathologische manifestaties en symptomen van droge ogen te combineren, werken we het droge-ogen-rattenmodel verder in detail uit, waardoor we nauwkeurigere experimentele gegevens opleveren voor de studie van de behandeling van droge ogen en pathologische mechanismen. We beschrijven het modelleringsproces ook in detail voor toekomstige onderzoekers.
Protocol
Representative Results
Discussion
Waterige-deficiënte droge ogen (ADDE) is een belangrijk type droge ogen, goed voor ongeveer 1/3 van de totale populatie droge ogen17, en de belangrijkste oorzaak van ADDE is pathologische schade en ontsteking van de traanklier13. Voor dit type droge ogen zijn de meest gebruikelijke klinische behandelingsmethoden kunstmatige tranen om de symptomen te verlichten of plaatselijke toepassing van steroïden of ciclosporine18, terwijl er weinig behandeling…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze studie werd ondersteund door Guangdong Provincial High-level Clinical Key Specialties (SZGSP014) en 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).
