We present a method for inducing elevated intraocular pressure (IOP), by injecting magnetic microspheres into the rat eye, to model glaucoma. This leads to strong pressure rises, and extensive neuronal death. This protocol is easy to perform, does not require repeat injections, and produces stable long-lasting IOP rises.
Progress in understanding the pathophysiology, and providing novel treatments for glaucoma is dependent on good animal models of the disease. We present here a protocol for elevating intraocular pressure (IOP) in the rat, by injecting magnetic microspheres into the anterior chamber of the eye. The use of magnetic particles allows the user to manipulate the beads into the iridocorneal angle, thus providing a very effective blockade of fluid outflow from the trabecular meshwork. This leads to long-lasting IOP rises, and eventually neuronal death in the ganglion cell layer (GCL) as well as optic nerve pathology, as seen in patients with the disease. This method is simple to perform, as it does not require machinery, specialist surgical skills, or many hours of practice to perfect. Furthermore, the pressure elevations are very robust, and reinjection of the magnetic microspheres is not usually required unlike in some other models using plastic beads. Additionally, we believe this method is suitable for adaptation for the mouse eye.
Primär glaukom är en förödande ögonsjukdom drabbar uppskattningsvis 60.500.000 människor i hela världen 1, vilket kan leda till livsförändrande synförlust och blindhet 2. Forskning om sjukdomsmekanismer och utveckling av nya behandlingsmetoder för glaukom, är beroende av goda modeller av sjukdomen som rekapitulera några av kännetecknen för patologi.
Vi presenterar här en råtta glaukom modell baserad på metoden för Samsel et al. 3 Det övergripande målet med denna teknik är att öka det intraokulära trycket (IOP) i ögat genom att injicera magnetiska mikrosfärer i den främre kammaren, och med hjälp av en magnetisk ring, direkt dem i iridokorneal vinkel. Detta hindrar vattenutflöde, vilket ökar IOP, vilket leder till neuronal skada och cellförlust. Den protokoll utvecklades för att försöka åstadkomma ett enklare, inducerbar modell av glaukom.
Detta protokoll kan ha vissa fördelaröver existerande tekniker. Genetiska musmodeller såsom DBA / 2J är tillgängliga, vilket inte kräver rutiner för att initiera, men dessa kan ha ett oförutsägbart debut sjukdomsprogression 4. Däremot inducerbara modeller, varav de flesta är beroende av kirurgiskt upplyft IOP på gnagare, har den fördelen att initieringen kan styras av användaren. Vissa av dessa metoder kan ha nackdelar egna dock även vara tekniskt utmanande 5, och kan kräva flera förfaranden för att upprätthålla förhöjt IOP 6.
I motsats härtill är den inducerbara metod beskrivs i detalj i detta manuskript en enkel, effektiv och reproducerbar teknik som producerar stabila, robusta ökningar i tryck, med minimalt behov av återinjektion. Dessutom tar det inte innebär dyr utrustning, och endast kräver grundläggande kirurgiska färdigheter att utföra. Detta protokoll kan vara lämplig för läsare som funderar på att inrätta ett mindre tekniskt krävande inducerbartglaukom modell i deras laboratorium.
Här visar vi en metod för att inducera förhöjt lOP i råtta, genom att injicera magnetiska mikrosfärer in i den främre kammaren i ögat. Denna metod är enkel att utföra, och kräver lite kirurgisk kompetens, eller timmar av praxis och förfining. Dessutom är det förfarande effektivt; sällan som kräver mer än en enda injektion av pärlor att framkalla en stark, robust tryckökning (ca 10% återföring hastighet). Detta kan ge en fördel jämfört med befintliga inducerbara metoder, såsom den tekniskt utmanande episceral ven skleros 11 modell, eller laserfotokoagulation protokoll 6, vilket kan kräva flera rutiner för att upprätthålla upphöjda IOP.
För att metoden ska lyckas men det finns några små kritiska steg som måste tas. Det första är det lämpligt att använda en toroidformad magnet för att dra pärlorna in i iridokorneal vinkel. Detta steg är en modifiering av det ursprungliga protokollet, where pärlorna injicerades i främre kammaren, och flyttade sedan frihand runt ögat 3. Med hjälp av en toroid magnet betyder att mikrosfärer bör bosätta jämnt runt vinkel, kräver minimal manuell omfördelning. För det andra bör injektionshastigheten vara snabb – för långsamt och pärlorna kommer främst samlas på en sida av vinkeln, vilket leder till ofullständig täckning, och potentiellt ingen tryckökning. Generellt sett är dock metoden tillräckligt enkla att användaren lätt kan göra ändringar av protokollet, såsom att variera storleken eller volymen av mikrosfärpartiklar, kanske för att försöka förändra graden av IOP höjden.
Emellertid är en potentiell nackdel med den metoden att man har liten kontroll över omfattningen av hypertoni, vilket i ca 5-10% av fallen vi observerade steg över 60 mmHg. Alltför stiger i IOP kan vara mycket destruktivt för näthinnevävnad, och kan göra att studera de mekanismer och bionik av celldöd utmanande. Emellertid producerar metoden ett konsekvent neuronal patologi, både i näthinnan och synnerven, vilket kan manipuleras farmakologiskt 12. Detta kan göra modellen attraktivt för att utveckla nya terapier för behandling av glaukom. Dessutom, eftersom pärlorna är riktade in i iridokorneal vinkel, detta lämnar synaxeln fri för levande avbildning av näthinnan eller optisk skiva. Vi räknar med att denna modell kommer att anpassas och användas för framtida tillämpningar inom andra arter, inklusive mus.
The authors have nothing to disclose.
We wish to thank Peter Munro PhD for his assistance with optic nerve sectioning. This study was supported by the Medical Research Council (G0901303), and in part by the Dorothy Hodgkin Postgraduate Award/Medical Research Council, the Helen Hamlyn Trust, Fight for Sight, and Moorfields special trustess,.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
250-300g female Brown Norway ex-breeder rats | Harlan UK | 203 | |
Tonolab Rebound Tonometer | Tiolat | TV02 | |
Ketaset (Ketamine) | Fort Dodge Animal health | BN1000118 | 37.5 mg/kg |
Domitor (medetomidine hydrochloride) | Orion Pharma | 140-999 | 0.25 mg/kg |
Povidone iodine | Ecolab | BN4369LE10 | 5% in H2O |
Minim's Saline Solution | Bausch and Lomb | PL00033/5017 | |
Toroidal magnet | Supermagnete | R-10-07-03-N | |
Magnetic Microspheres | Bangs Laboratories | UMC4N/9692 | |
HBSS | Invitrogen | 14025 | |
33-guage bevelled needle | Hamilton | 7747-01 | Custom needle |
Luer tip syringe | Hamilton | 80601 | |
Antisedan (atipemezole hydrochloride ) | Orion Pharma | 141-003 | 0.25 mg/kg |
Chloramphenicol ointment | Medicom | 18956-0005 | |
TUNEL staining kit | Promega | G3250 | |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | |
DAPI | Sigma-Aldrich | D9542 | |
Vectashield Mounting Media | Vector Labs | H-1000 |