Desenvolvimento de um<em> In Vitro</em> Ocular Platform para testar as lentes de contato

Summary

Atuais modelos in vitro para avaliação de lentes de contacto (CLS) e outras aplicações relacionadas com o olho são severamente limitados. A plataforma apresentada ocular simula o fluxo lacrimal fisiológico, o volume lacrimal, de exposição ao ar e desgaste mecânico. Este sistema é altamente versátil e pode ser aplicado a várias análises in vitro com o CLS.

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

Duas áreas significativas de interesse dentro da arena lente de contato (CL) incluem desconforto e o desenvolvimento de aplicações CL novos. Elucidar os mecanismos subjacentes CL desconforto é um problema que iludiu o campo durante décadas. ⁸ O desenvolvimento do romance, o CLS funcionais, tais como dispositivos de entrega de drogas ^1,3,9 e biossensores, ^10-12 é uma área de interesse crescente, com mercados potenciais substanciais. Em ambas as circunstâncias, um sofisticado modelo in vitro poderá fornecer informações relevantes para ajudar com a seleção de materiais de lentes ou características de design apropriado durante a fase de desenvolvimento. Infelizmente, atual em modelos in vitro para avaliar o CLS e outras aplicações relacionadas oculares são relativamente bruto e sem sofisticação. Tradicionalmente, os estudos in vitro que avaliam CL deposição do filme lacrimal ou entrega da droga são realizadas em frascos de volume estáticos, contendo um grande volume de fluido fixo, que excelenTLY excede valores fisiológicos. Além disso, este modelo simples falta a componente de fluxo natural das lágrimas e o reflexo de piscar, ambas as quais são factores de definir o meio ocular.

O desenvolvimento de um "modelo" sofisticado, fisiologicamente relevante olho exigirá uma abordagem multidisciplinar e exigem substancial na validação vivo. Por estas razões, o quadro fundamental para o nosso modelo in vitro olho é altamente versátil, de modo que o modelo pode ser melhorado continuamente por meio de upgrades e modulações futuras. Até à data, o modelo é capaz de simular o volume lacrimal, do fluxo lacrimal, o desgaste mecânico e exposição ao ar. O objectivo é o de criar um modelo in vitro que irá fornecer resultados significativos, que é complementar ao preditivo e in vivo e ex vivo observações.

Protocol

Todos os experimentos foram preenchidos em conformidade e cumprimento de todas as orientações pertinentes delineadas pelo comité de ética pesquisa animal da Universidade de Waterloo de. Os olhos de bovinos são generosamente doados a partir de um matadouro local. 1. Modelo de Olho Concepção e produção de moldes de 13 Design os modelos de olho de acordo com as dimensões médias de fisiológicas olhos humanos adultos. 13 Deixe um espaço de 250 mm entre …

Representative Results

Os moldes olho sintetizados obtidos a partir da loja de máquinas de impressão e 3-D são apresentados na Figura 1. Esses moldes podem ser usados ​​com uma variedade de polímeros, tais como PDMS e de agarose, para produzir oculares com as propriedades desejadas. O conjunto de gesto da plataforma de modelo de olho com uma bomba de seringa de microfluidos é mostrado na Figura 2. A plataforma simula o desgaste mecânico através da rotação da peça…

Discussion

Há três passos críticos no âmbito do protocolo que requerem atenção especial: concepção e produção de moldes (seção 1.1), a montagem da plataforma (seção 2.2.1-2.2.3), e acompanhamento do funcionamento experimental (seção 2.2.4-2.2.7 ). Em termos de concepção e produção de moldes (seção 1.1), a peça globo ocular deve ser projetado de acordo com as dimensões de uma córnea humana. No entanto, pode exigir vários protótipos do molde antes de uma peça do globo ocular pode ser criado que se encaixa…

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