Ontwikkeling van een<em> In Vitro</em> Ocular Platform Contactlenzen Test
Summary
Huidige in vitro modellen voor het beoordelen contactlenzen (CL's) en andere eye toepassingen ernstig beperkt. De gepresenteerde oculaire platform simuleert fysiologische traanvocht, scheur volume, belichting lucht en mechanische slijtage. Dit systeem is zeer veelzijdig en kan worden toegepast op diverse in vitro analyses CL's.
Abstract
Currently, in vitro evaluations of contact lenses (CLs) for drug delivery are typically performed in large volume vials,1-6 which fail to mimic physiological tear volumes.7 The traditional model also lacks the natural tear flow component and the blinking reflex, both of which are defining factors of the ocular environment. The development of a novel model is described in this study, which consists of a unique 2-piece design, eyeball and eyelid piece, capable of mimicking physiological tear volume. The models are created from 3-D printed molds (Polytetrafluoroethylene or Teflon molds), which can be used to generate eye models from various polymers, such as polydimethylsiloxane (PDMS) and agar. Further modifications to the eye pieces, such as the integration of an explanted human or animal cornea or human corneal construct, will permit for more complex in vitro ocular studies. A commercial microfluidic syringe pump is integrated with the platform to emulate physiological tear secretion. Air exposure and mechanical wear are achieved using two mechanical actuators, of which one moves the eyelid piece laterally, and the other moves the eyeballeyepiece circularly. The model has been used to evaluate CLs for drug delivery and deposition of tear components on CLs.
Introduction
Twee belangrijke gebieden van belang in de contactlens (CL) arena onder meer ongemak en de ontwikkeling van nieuwe CL-toepassingen. Ophelderen van de mechanismen die ten grondslag liggen aan CL ongemak is een probleem dat het veld is ontgaan voor decennia. 8 De ontwikkeling van nieuwe, functionele CLS zoals drug-delivery-apparaten 1,3,9 en biosensoren, 10-12 is een gebied van groeiende belangstelling, met aanzienlijke potentiële markten. In beide gevallen zou een geavanceerde in vitro model relevante informatie om te helpen met de juiste lens materialen of ontwerpkenmerken selecteren tijdens de ontwikkelingsfase te verschaffen. Helaas, de huidige in vitro modellen voor het evalueren van de fundamentele arbeidsnormen en andere eye-gerelateerde toepassingen zijn relatief grof en ongenuanceerd. Traditioneel, in vitro CL studies ter evaluatie van tear film afzetting of drug delivery worden uitgevoerd in statische, groot volume flacons met een vast vloeistofvolume, die greaTLY overschrijdt fysiologische bedragen. Bovendien is deze eenvoudig model niet de natuurlijke traanvocht component en het knipperen reflex, welke beide factoren bepalen de oculaire omgeving.
De ontwikkeling van een geavanceerde, fysiologisch relevante oog "model" zal een multi-disciplinaire aanpak noodzakelijk en vereisen een aanzienlijke in vivo validatie. Daarom, het basiskader voor onze in vitro oogmodel is zeer veelzijdig, zodanig dat het model continu kan worden verbeterd door toekomstige upgrades en modulaties. Tot op heden is het model kunnen worden gesimuleerd traanvolume, traanvocht, mechanische slijtage en blootstelling lucht. Het doel is een in vitro model dat betekenisvolle resultaten leveren, die voorspellende en complementair aan in vivo pt ex vivo waarnemingen maken.
Protocol
Representative Results
Discussion
Er zijn drie cruciale stappen in het protocol die speciale aandacht nodig hebben: ontwerp en productie van matrijzen (paragraaf 1.1), platform assemblage (paragraaf 2.2.1-2.2.3), en het toezicht op de experimentele run (paragraaf 2.2.4-2.2.7 ). In termen van het ontwerp en de productie van matrijzen (paragraaf 1.1), moet de oogbol stuk worden ontworpen volgens de afmetingen van een menselijk hoornvlies. Het kan echter meerdere prototypes van de matrijs vereisen voordat een eyeball stuk kan worden gecreëerd die perfect …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs willen graag onze financieringsbron NSERC 20/20 Network erkennen voor de ontwikkeling van geavanceerde oogheelkundige Materials.
Materials
| Arduino Uno R3 (Atmega328 – assembled) | Adafruit | 50 | Board |
| Stepper motor | Adafruit | 324 | Motor and Motor shield |
| Equal Leg Coupler 1.6mm 1/16" | VWR | CA11009-280 | 50 pcs of tube connector |
| Tubing PT/SIL 1/16"x1/8" | VWR | 16211-316 | Case of 50feet |
| PDMS | Dow Corning | Sylgard 184 Solar Cell Encapsulation | |
| Agarose, Type 1-A, low EEO | Sigma-Aldrich | A0169-25G | |
| PHD UltraTM | Harvard Apparatus | 703006 | MicroFluidic Pump |
| Bovine cornea | Cargill, Guelph/ON | ||
| Soldidworks | Dassault Systemes | Software | |
| 3-D printing | University of Waterloo – 3D Print Centre | ||
| Dissection tools | Fine Science Tools | General dissection tools | |
| Medium 199 | Sigma-Aldrich | Culture medium storage for cornea | |
| Fetal bovine serum | Thermo Fisher | Add to culture medium, 3% total volume |
Referências
- Phan, C. M., Subbaraman, L. N., Jones, L. In vitro drug release of natamycin from beta-cyclodextrin and 2-hydroxypropyl-beta-cyclodextrin-functionalized contact lens materials. J Biomater Sci Polym Ed. 25, 1907-1919 (2014).
- Peng, C. C., Kim, J., Chauhan, A. Extended delivery of hydrophilic drugs from silicone-hydrogel contact lenses containing vitamin E diffusion barriers. Biomaterials. 31, 4032-4047 (2010).
- Hui, A., Willcox, M., Jones, L. In vitro and in vivo evaluation of novel ciprofloxacin-releasing silicone hydrogel contact lenses. Invest Ophthalmol Vis Sci. 55, 4896-4904 (2014).
- Boone, A., Hui, A., Jones, L. Uptake and release of dexamethasone phosphate from silicone hydrogel and group I, II, and IV hydrogel contact lenses. Eye Contact Lens. 35, 260-267 (2009).
- Lorentz, H., Heynen, M., Trieu, D., Hagedorn, S. J., Jones, L. The impact of tear film components on in vitro lipid uptake. Optom Vis Sci. 89, 856-867 (2012).
- Hall, B., Phan, C. M., Subbaraman, L., Jones, L. W., Forrest, J. Extraction versus in situ techniques for measuring surface-adsorbed lysozyme. Optom Vis Sci. 91, 1062-1070 (2014).
- Mishima, S., Gasset, A., Klyce, S. D., Baum, J. L. Determination of tear volume and tear flow. Invest Ophthalmol Vis Sci. 5, 264-276 (1966).
- Nichols, J. J., et al. The TFOS international workshop on contact lens discomfort: executive summary. Invest Ophthalmol Vis Sci. 54, 7-13 (2013).
- Peng, C. C., Burke, M. T., Carbia, B. E., Plummer, C., Chauhan, A. Extended drug delivery by contact lenses for glaucoma therapy. J Control Release. 162, 152-158 (2012).
- Faschinger, C., Mossbock, G. Continuous 24 h monitoring of changes in intraocular pressure with the wireless contact lens sensor Triggerfish. First results in patients. Der Ophthalmologe : Zeitschrift der Deutschen Ophthalmologischen Gesellschaft. 107, 918-922 (2010).
- Shaw, A. J., Davis, B. A., Collins, M. J., Carney, L. G. A technique to measure eyelid pressure using piezoresistive sensors. IEEE transactions on bio-medical engineering. 56, 2512-2517 (2009).
- Liao, Y. T., Yao, H. F., Lingley, A., Parviz, B., Otis, B. P. A 3-mu W CMOS glucose sensor for wireless contact-lens tear glucose monitoring. Ieee J Solid-St Circ. 47, 335-344 (2012).
- Coster, D. J. . Cornea. , (2002).
- Parekh, M., et al. A simplified technique for in situ excision of cornea and evisceration of retinal tissue from human ocular globe. Journal of visualized experiments : JoVE. , e3765 (2012).
- Way, S. Gear and pinion. US patent. , (1942).
- Lorentz, H., et al. Contact lens physical properties and lipid deposition in a novel characterized artificial tear solution. Molecular vision. 17, 3392-3405 (2011).
- Furukawa, R. E., Polse, K. A. Changes in tear flow accompanying aging. American journal of optometry and physiological optics. 55, 69-74 (1978).
- Bajgrowicz, M., Phan, C. M., Subbaraman, L., Jones, L. Release of ciprofloxacin and moxifloxacin from daily disposable contact lenses from an in vitro eye model. Invest Ophthalmol Vis Sci. , (2015).
- Luensmann, D., Zhang, F., Subbaraman, L., Sheardown, H., Jones, L. Localization of lysozyme sorption to conventional and silicone hydrogel contact lenses using confocal microscopy. Current eye research. 34, 683-697 (2009).
- Tieppo, A., Pate, K. M., Byrne, M. E. In vitro controlled release of an anti-inflammatory from daily disposable therapeutic contact lenses under physiological ocular tear flow. Eur J Pharm Biopharm. 81, 170-177 (2012).
- Ali, M., et al. Zero-order therapeutic release from imprinted hydrogel contact lenses within in vitro physiological ocular tear flow. J Control Release. 124, 154-162 (2007).
- White, C. J., McBride, M. K., Pate, K. M., Tieppo, A., Byrne, M. E. Extended release of high molecular weight hydroxypropyl methylcellulose from molecularly imprinted, extended wear silicone hydrogel contact lenses. Biomaterials. 32, 5698-5705 (2011).
- Kaczmarek, J. C., Tieppo, A., White, C. J., Byrne, M. E. Adjusting biomaterial composition to achieve controlled multiple-day release of dexamethasone from an extended-wear silicone hydrogel contact lens. J Biomater Sci Polym Ed. 25, 88-100 (2014).
- Mohammadi, S., Postnikoff, C., Wright, A. M., Gorbet, M. Design and development of an in vitro tear replenishment system. Ann Biomed Eng. 42, 1923-1931 (2014).
- Lorentz, H., Heynen, M., Khan, W., Trieu, D., Jones, L. The impact of intermittent air exposure on lipid deposition. Optom Vis Sci. 89, 1574-1581 (2012).
- Peng, C. C., Fajardo, N. P., Razunguzwa, T., Radke, C. J. In vitro spoilation of silicone-hydrogel soft contact lenses in a model-blink cell. Optom Vis Sci. 92, 768-780 (2015).
- Liu, P., et al. Dissolution studies of poorly soluble drug nanosuspensions in non-sink conditions. AAPS PharmSciTech. 14, 748-756 (2013).
