Evaluaciones estructurales in vivo de enfermedades oculares en modelos de roedores mediante tomografía de coherencia óptica
Summary
Aquí, describimos el uso de la tomografía de coherencia óptica de dominio espectral (SD-OCT) para visualizar estructuras retinianas y oculares in vivo en modelos de degeneración retiniana, glaucoma, retinopatía diabética y miopía.
Abstract
La tomografía de coherencia óptica de dominio espectral (SD-OCT) es útil para visualizar estructuras retinianas y oculares in vivo. En la investigación, SD-OCT es una herramienta valiosa para evaluar y caracterizar los cambios en una variedad de modelos de enfermedades y lesiones retinianas y oculares. En modelos de degeneración retiniana inducida por luz, SD-OCT se puede utilizar para rastrear el adelgazamiento de la capa de fotorreceptores a lo largo del tiempo. En modelos de glaucoma, SD-OCT se puede utilizar para controlar la disminución de la capa de fibras nerviosas de la retina y el grosor total de la retina y para observar las ventosas del nervio óptico después de inducir hipertensión ocular. En roedores diabéticos, SD-OCT ha ayudado a los investigadores a observar la disminución del grosor total de la retina, así como la disminución del grosor de capas retinianas específicas, particularmente la capa de fibra nerviosa de la retina con la progresión de la enfermedad. En modelos de miopía en ratones, SD-OCT se puede utilizar para evaluar parámetros axiales, como los cambios de longitud axial. Las ventajas de SD-OCT incluyen imágenes in vivo de estructuras oculares, la capacidad de rastrear cuantitativamente los cambios en las dimensiones oculares a lo largo del tiempo y su rápida velocidad de escaneo y alta resolución. Aquí, detallamos los métodos de SD-OCT y mostramos ejemplos de su uso en nuestro laboratorio en modelos de degeneración retiniana, glaucoma, retinopatía diabética y miopía. Los métodos incluyen anestesia, imágenes SD-OCT y procesamiento de las imágenes para mediciones de espesor.
Introduction
La tomografía de coherencia óptica de dominio espectral (SD-OCT) es una modalidad de imagen precisa y de alta resolución que permite a los médicos e investigadores examinar las estructuras oculares de forma no invasiva. Esta técnica de imagen se basa en la interferometría para capturar imágenes retinianas tridimensionales in vivo a escala micrométrica 1,2. Se ha convertido en una de las modalidades de imagen más utilizadas en la investigación de la visión y en la clínica debido a la fácil detección y precisión de características patológicas como defectos estructurales y / o adelgazamiento de las capas retinianas y el líquido subretiniano3. En la investigación con modelos animales de trastornos relacionados con la visión, SD-OCT ha proporcionado análisis no invasivos esenciales de las relaciones entre estructura y función y sus orígenes histopatológicos4. Debido a su resolución (hasta 2-3 micras, dependiendo de la profundidad en el ojo5), SD-OCT tiene la capacidad de detectar incluso pequeños cambios en el grosor de la capa retiniana. Este tipo de análisis puede proporcionar información esencial para la progresión de la enfermedad y evaluar la eficacia de los métodos y tratamientos neuroprotectores para los trastornos relacionados con la visión.
SD-OCT es una alternativa no invasiva para examinar la estructura histológicamente, y se ha demostrado que los dos están correlacionados6. Si bien SD-OCT no alcanza la resolución celular, sí permite estudios longitudinales en animales. Esto es ventajoso porque la progresión de la enfermedad se puede rastrear en animales individuales a lo largo del tiempo en lugar de tener que sacrificar animales en puntos de tiempo específicos. A medida que las técnicas de imagen continúen mejorando, la tecnología SD-OCT también progresará, proporcionando una calidad de imagen mejorada, así como la capacidad de evaluar procesos biológicos como la función de los vasos sanguíneos de la retina con gran detalle. Incluso desde su llegada en 1991, la tecnología SD-OCT ha experimentado enormes avances en resolución, velocidad y sensibilidad7.
El presente estudio utiliza un sistema SD-OCT para cuantificar los cambios en las capas de la retina en modelos de roedores de degeneración retiniana, glaucoma y retinopatía diabética. El sistema SD-OCT utilizado aquí es un sistema OCT de dominio de Fourier que utiliza luz infrarroja cercana de baja potencia para adquirir, procesar y almacenar imágenes resueltas en profundidad en tiempo real. El sistema SD-OCT tiene una capacidad de imagen de profundidad extendida en la banda de longitud de onda de 800 nm, proporcionando una profundidad de 8 mm y una resolución de 4 μm. En la detección de dominio de Fourier, la señal de interferencia entre la luz dispersa del tejido y una trayectoria de referencia se transforma de Fourier para construir exploraciones axiales y/o perfiles de profundidad axial de intensidad dispersa8. Para los estudios aquí, el haz OCT se escanea sobre la estructura retiniana deseada mientras se adquieren escaneos axiales en serie. Normalmente, un patrón de escaneo adquiere la cuadrícula bidimensional (B-Scans) como una colección de líneas de escaneo lineales unidimensionales (A-Scans), que corresponden a imágenes transversales 2D utilizando un patrón de escaneo ráster. Para estudios centrados en la miopía en ratones, este sistema también se utiliza para medir las dimensiones de las estructuras oculares (por ejemplo, el grosor de la córnea, el grosor de la lente, la profundidad de la cámara vítrea y la longitud axial).
El sistema actual permite a los usuarios diseñar sus propios protocolos, creando escaneos que se pueden adaptar y seleccionar en función de las estructuras oculares de interés. Los escaneos principales presentados en estos protocolos definidos por el usuario hacen que esta técnica de imagen sea fácil de usar. Para el análisis de imágenes, hemos desarrollado una programación personalizada en un programa de modelado matemático. SD-OCT es una herramienta poderosa para identificar y cuantificar de forma no invasiva los cambios patomorfológicos en las estructuras oculares y monitorear la progresión de la enfermedad relacionada con la visión.
Protocol
Representative Results
Discussion
Las imágenes de alta resolución de estructuras oculares in vivo permiten la evaluación de los cambios retinianos y oculares a lo largo del tiempo. En este protocolo, se demostró que SD-OCT captura diferencias en estructuras oculares in vivo en modelos de degeneración retiniana, glaucoma, retinopatía diabética y miopía.
El aspecto más crítico a la hora de realizar SD-OCT es obtener una imagen clara de la retina u otra estructura ocular de interés. Es importante tomarse el tiempo para…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por los Premios de Desarrollo de Carrera del Servicio de Investigación y Desarrollo de Rehabilitación del Departamento de Asuntos de Veteranos (CDA-1, RX002111; CDA-2; RX002928) a RSA, Premio al Mérito (RX002615) y Premio al Científico de Carrera de Investigación (RX003134) a MTP, Premio de Desarrollo Profesional (CDA-2, RX002342) a AJF, EY028859 a MTP, NEI Core Grant P30EY006360, Investigación para prevenir la ceguera y Foundation Fighting Blindness.
Materials
| 1% tropicamide | Sandoz | Sandoz #6131403550; NDC- 24208-585-59 | |
| 0.5% tetracaine | Alcon | NDC 0065-0741-12 | |
| AIM-RAS G3 120 V | Leica Bioptigen | 90-AIMRAS-G3-120 | Specialized platform to hold the OCT Scanner Head for mice |
| Celluvisc gel | REFRESH CELLUVISC | #4554; NDC-0023-4554-30 | |
| G3 18 mm Telecentric Lens | Leica Bioptigen | 90-BORE-G3-18 | |
| G3 Mouse Lens | Leica Bioptigen | 90-BORE-G3-M | |
| G3 Rat Lens | Leica Bioptigen | 90-BORE-G3-R | |
| heating pad | Fabrication | 11-1130 | |
| InVivoVue software | Leica Bioptigen | Specialized software that pairs with the Leica Bioptigen SD-OCT system | |
| MATLAB | Mathworks | mathematical modeling program | |
| Mouse/Rat Kit | Leica Bioptigen | 90-KIT-M/R | Mouse/rat rodent alignment system |
| saline | ADDIPAK | 200-39 | |
| System Envisu R4300 VHR 120 V | Leica Bioptigen | 90-R4300-V1-120 | SD-OCT system |
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