Ultrahigh çözünürlük fare optik koherens tomografi göz içi enjeksiyon Retina gen terapisi araştırma yardımcı olmak için
Summary
Burada biz kendi alansal kapsama değerlendirmek ve photoreceptor canlılık karakterize subretinal boşluğa gen terapisi ajanların teslim yardımcı olmak üzere yüksek çözünürlüklü spektral alanlı optik koherens tomografi (HR-SD-Ekim) kullanarak yeni bir yaklaşım göstermek.
Abstract
HR-SD-Ekim canlı fare modelleri photoreceptor dejenerasyon ilerlemesini izlemek için terapötik ajanlar teslim subretinal boşluğa değerlendirmek ve toksisite ve etkinliği vivo içindedeğerlendirmek için kullanılmaktadır. HR-SD-Ekim kızılötesi ışık (800-880 nm) kullanılır ve özellikle optik var benzersiz optik fare göz ile alt-2-mikron Aksiyel kararlılık için tasarlanmış. Transgenik fare modelleri (photoreceptor) dış Retina dejenerasyonu ve denetimlerin hastalık ilerleme değerlendirmek için görüntüsü. Çekti cam microneedles adeno ilişkili virüs (AAV) ya da nano tanecikleri (NP) yolu ile alt retinal enjeksiyonlari trans-scleral ve trans-choroidal bir yaklaşım sağlamak için kullanılmıştır. Dikkatli iğne subretinal boşluğa konumlandırma sıvı alt retinal uzaya sunar bir kalibre edilmiş basınçlı enjeksiyona önce gerekli oldu. Gerçek zamanlı subretinal ameliyat bizim Retina görüntüleme sistemi (RIS) yapılmıştır. HR-SD-Ekim gösterdi bir toksik mutant insan mutant rhodopsin (P347S) ifadesi nedeniyle ilerici Tekdüzen Retina dejenerasyonu (RHOP347S) transgene farelerde. HR-SD-Ekim Retina katmanların sıkı miktar sağlar. Dış nükleer tabaka (yalnız) kalınlığı ve photoreceptor dış segment uzunluğu (OSL) ölçümleri photoreceptor canlılık, dejenerasyon veya kurtarma ile aralarındaki ilişkileri belirlemektir. RIS iletim sistemi gerçek zamanlı görselleştirme subretinal enjeksiyonları içinde yenidoğan sağlar (~ P10-14) ya da yetişkin fareler ve HR-SD-Ekim hemen teslim başarısını belirler ve alansal ölçüde eşler. HR-SD-Ekim subretinal cerrahi başarı farelerde, ayrıca photoreceptors içinde vivocanlılığını ölçme için değerlendirebilir güçlü bir araçtır. HR-SD-Ekim de Retina dejenerasyonu, toksisite ve preklinik gen terapisi araştırma çalışmaları tedavi kurtarma ölçüde değerlendirmek için tek tip hayvan tabur tanımlamak için kullanılabilir.
Introduction
Araştırmacılar gen terapileri Retina ve Retina Dejeneratif hastalıkları çeşitli roman tedavi tedaviler için insan hastalık1,2,3,4 dönüştürerek httpd’ye umutları ile gelişmekte olan , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11. saat alan veya spektral etki alanı optik koherens tomografi (SD-Ekim) hastalık12,13,14 belirli fare modellerinde dış Retina dejenerasyonu yönleriyle araştırmak için kullanılmıştır . HR-SD-Ekim, ancak, henüz kapsamlı bir şekilde oranı ve Retina dejenerasyonu kayma tekdüzelik belirlemek için fare modelleri değerlendirilmesi en iyi duruma getirme bağlamında kullanılan veya gen preklinik değerlendirilmesi bağlamında therapeutics örnek, e dayalı kurtarma, toksisite veya vektör teslim8,15,16kayma ölçüde değerlendirmek. Bir kez bir fare modeli tam olarak karakterize, HR-SD-Ekim veri kurtarma veya fare modelleri Retina dejenerasyonu17toksisite uygulamak için tedavi etkisini ölçmek için bilgilendirici ve güvenilir bir kaynak olarak hizmet verebilir. Birçok grup subretinal enjeksiyon vektör teslimat photoreceptors ve retina pigment epiteli (RPE) hücreleri transducing, verimlilik nedeniyle bir yöntem olarak kullanıyorsunuz. Genellikle özgür-el cerrahi ile kornea yüzeyinden yapılır ve genellikle katarakt, kanama ve sadece arka manipülasyon tarafından meydana gelen istenmeyen Retina dekolmanı ile dolu olduğunu ancak, bu ana, zor bir yöntem kalır vitreus. Birçok grup hala subretinal enjeksiyonları körü körüne girişimi ve nispeten geniş çaplı paslanmaz çelik iğneler (34 G)8,17,18ile,19 el ile enjeksiyonlar kullanarak virüs göndermek ,20,21,22ve vektör uygun teslimat retina8,17, onaylamak için Imaging birkaç kullanır optik koherens tomografi (OCT) 20 , 22. bazı iyileştirmeler yönteminin son zamanlarda micromanipulator22tarafından tahrik microscale iğneleri kullanarak tarif edilmistir.
Biz AIDS iğne konumlandırma entegre bir yaklaşım mevcut ve enjeksiyonları laboratuarında fare17, küçük göz içinde görüntülenmesi için özel olarak tasarlanmış özel yönlendirilmiş stereo ophthalmoscope tarafından kolaylaştırdı 23. çekti cam mikro iğne stereotaksik micromanipulator ile birlikte kullanımı önce iğne yerleştirme gerekli (Yani, konjonktivayi ve bağ dokusu) hiçbir cerrahi kesme ile daha iyi kontrol sağlar enjeksiyon. Basınç kullanımı Mikro enjektör yardımcı olur teslim tutarlı enjeksiyon birimleri düzenlenmekte ve çok daha fazla istikrar, hassas ve el ile enjeksiyonlar böylece azalan bir el şırınga tarafından gerçekleştirilen daha yavaş ile enjeksiyon yapılabilir göz içine enjeksiyon kabarcık oluşumu. Daha küçük iğne iğne çekilme yolu kendinden contalı olduğundan takip kaçağı önlemek yardımcı olur. Enjeksiyon/teslimat ölçüde değerlendirmek için birçok araştırmacı grupları bulma ve retina (vektör tarafından teslim ifade yapısı) gelişmiş yeşil floresans protein (EGFP) ifade alansal ölçüde deneysel sonunda değerlendirme itimat (ötenazi) başarılı enjeksiyonları11,19,20,24onaylamak için gelin. Bütün hayvanlar (bilinmeyen) cerrahi hataları ile muhafaza edilmesi, kadar tekrarlayan önlemler takip gerekiyor beri cerrahi başarı kaynakları çok büyük miktarda cerrahi yordam zaman ve hayvanlar, atıkların doğrulamak için bu yaklaşım (OCT kullanmak değil) ötenazi ve göz hasat zaman (EGFP ölçülür). Retina yerleştirmeye konumunu teyit enjeksiyon (yani subretinal alanı) retina doğru katmanları arasında yer alır göstermek için HR-SD-Ekim kullanarak geliştirilebilir. HR-SD-Ekim hemen başarısız denemeleri (gerçek cerrahi zamanında yaklaşım geliştirmek için ilgili değişkenleri tanımlamak için cerrahi hataları) betimlemek için kullanılabilir. HR-SD-Ekim sayısız avantajı preklinik gen terapisi çalışmaları dış Retina dejenerasyonu, hızlı kantitatif değerlendirilmesi izin vererek kimlik/deneysel ( ölçütlerine uymayan çalışma hayvanların itlaf izin sağladığını bulduk Örneğin, yanlış subretinal enjeksiyon) ve nerede vektör teslim edildi (preklinik etkisi büyük olasılıkla nerede) bölgeye göz izleme görüntüleme doğrudan yanı sıra bölgeler değil teslim edildi her nerede vektör kontrol için. Gelişimi beri SD-Ekim kullanımı kabul olması ve Oftalmoloji araştırmacılar tarafından kullanılan devam etti ve şimdi fare veya kemirgen modelleri13,25Retina bilimsel çalışmalarda Retina Görüntüleme standartları olarak kabul edilir. HR-SD-Ekim ve yazılım yeteneklerini başarılı kantitatif gen tedavisi sürecinde hayvan modeli seçimi, seçilmiş dejenerasyon karakterizasyonu dahil olmak üzere her aşamada fare modellerinde amacı daha fazla için benzersiz entegre şekilde kullanılmıştır hastalık modelleri, tedavi teslim, eşleme vektör teslim ve toksisite/etkinlik değerlendirme. HR-SD-Ekim kullanımı daha etkili uyuşturucu bulma işleminin her düzeyde sağlar. Burada kullanılan bu yaklaşımlar RNA ilaç keşif programımızda açıklayın.
Protocol
Representative Results
Discussion
HR-SD-Ekim hayvan modellerinin potansiyel potansiyel therapeutics test kullanışlılığı belirlemek için insan hastalık karakterizasyonu için basit bir yöntem sağlar. Tedavi edici ilaç keşif (Örneğin, yerine gen tedavisi, ribozyme veya shRNA devirme gen tedavisi, kombine gen terapisi) işlemi için kritik hızla ve güvenle potansiyel bir hayvan model insan hastalığı karakterize etmek için yeteneğidir. HR-SD-Ekim karakterize ve hemen hemen her fare modelinde Retina dejenerasyonu ilerlemesini izl…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu malzeme, kısmen, Gaziler Bakanlığı işleri (VA), Gaziler Sağlık İdaresi, Office araştırma ve geliştirme (Biyomedikal Laboratuvarı araştırma ve geliştirme) tarafından desteklenen çalışma üzerine kurulmuştur (VA Merit Grant 1I01BX000669). JMS, kısmen, personel hekim-bilim adamı olarak, göz hastalıkları, VA WNY tarafından istihdam edilmektedir; MCB kısmen, VA WNY tarafından istihdam edilmektedir. Çalışma yapılan ve kısmen Gaziler yönetim Western New York sağlık sistemi, (Buffalo, NY) desteklediği. İçeriği Department of Veterans Affairs veya Amerika Birleşik Devletleri hükümetinin görüşlerini temsil etmemektedir. Ayrıca desteklenen, büyük bölümünde NIH/NEI R01 tarafından EY013433 vermek (PI: JMS), NIH/NEI R24 vermek EY016662 (UB görme altyapı Merkezi, PI: M katliam, yönetmen – Biophotonics modülü: JMS), sınırsız ödenekle için bölümü, göz hastalıkları/Üniversitesi nde Araştırma Buffalo’dan önlemek körlük (New York, NY) ve Oishei Vakfı (Buffalo, NY) hibe. Hediye hC1 transgenik RHOP347S hat ve exon 1 fare RHO nakavt Dr Janis Lem (Tufts New England Tıp Merkezi, Boston, MA) üzerinden ve NHR-E transgene modeli Heterozigoz devlet hediye üzerinde anıyoruz fare exon 2 RHO nakavt kökenli Drs. G. Jane Farrar ve Peter Humphries (Trinity College, Dublin, IRE).
Materials
| C57BL6 (J) | Jackson Laboratories | 664 | |
| N129R- | N/A | N/A | |
| 2HRho 1T/1T | N/A | N/A | |
| Envisu R-2200 Ocular Coherence Tomography Instrument (OCT) | Bioptigen | 90-R2200-U1-120. | |
| Retinal Imaging System (RIS) | In-house | N/A | |
| Stemi 2000C Microscope | Zeiss | 000000-1106-133 | |
| P-97 Flaming/Brown micropipette puller | Sutter Instrument Co | p-97 | |
| MMN-33 micro manipulator | Narishige USA | MMN-33 | |
| PLI-100 micro injector | Harvard Apparatus | 64-1736 | |
| Micropipette Holder (Rotating) | In-house | N/A | |
| Micropipette Storage Receptacle | World Precision Instruments Inc. | E210 | |
| Borosilicate glass capillary tubes 1.5-1.8 X 100mm, | Harvard Apparatus | 30-0053 | |
| 2,2,2-Tribromoethanol | SIGMA Aldrich | T48402-25G | |
| Tert-amyl Alcohol | SIGMA Aldrich | 240486-100ML | |
| Atropine Sulfate Ophthalmic Solution, USP 1% | Akorn Inc. | NDC 17478-215-05 | |
| Goniovisc | BioVision Limited | NDC 17238-610-15 | |
| Cyclopentolate Hydrochloride Ophthalmic Solution, USP 2% | Akorn Inc. | NDC 17478-097-10 | |
| Gentamicin Sulfate Ointment USP, 0.1% | Perigo | NDC 45802-046-35 | |
| Systane Ultra | Alcon Laboratories, Inc. | 9006619-1013 | |
| Tetracaine Hydrochloride | Bausch and Lomb | NDC 24208-920-64 | |
| Ophthalmic Solution, USP 0.5% | Bausch and Lomb | NDC 24208-920-64 | |
| DPBS | Gibco Life Technologies | 14190-136 | |
| Virus Preparations | ViGene /UNC | N/A | |
| Gold nanorods | NANOPARTz | D12M-850-1.75 | |
| Fluorescein Sulfate AK-FLUOR 25% | Akorn Inc. | NDC 17478-250-20 | |
| Coverslips | Fisher Scientific | 12-548-A | |
| Forceps | Milton | 18-825 | |
| Needles 30 guage | Beckton Dickenson | W11604 | |
| Syringes | Beckton Dickenson | 309659 | |
| Bioptigen software Package | Bioptigen | N/A | |
| Proparacaine Hydrochloride Ophthalmic Solution, USP 0.5% | Akorn Inc. | NDC 17478-263-12 | |
| Windows Excel | Microsoft | N/A | |
| Adobe Illustrator | Adobe | ||
| Scale | Mettler | ||
| Scissors | World Precision Instruments | ||
| Ear punch | Nat’l band | ||
| CL 100 Light source | Welch Allyn | CL100 | |
| Nitrogen Gas | Jackson Welding Supply | N/A | |
| Heated Water bath | Neslab | RTE-140 | |
| Heating plate | In House | N/A | |
| Heating mat | Cincinnatti Sub Zero | 273 | |
| Clay mouse holder | Plast.i.clay American Art Clay Co. | N/A | |
| Betadine | MedLine | NDC53329-938-06 | |
| Cotton Tip Applicators | American Health Service | Ctag | |
| EtOH 70% | Fisher Scientific | BP2818-100 | |
| Gloves Nitrile | VWR | 89038-272 | |
| Diagnosys ERG Color Dome instrument | Diagnosys Inc. | D125 | |
| Contact lenses | In-house | N/A | |
| Diagnosys Software | Diagnosys Inc. | N/A | |
| Origin 6.1 software | OriginLab Corp. | N/A | |
| Reference electrodes | Ocuscience | F-Thread Electrode (DTL) 24” |
References
- Regus-Leidig, H., et al. In-vivo knockdown of Piccolino disrupts presynaptic ribbon morphology in mouse photoreceptor synapses. Front Cell Neurosci. 8 (259), 1-13 (2014).
- Jiang, L., Frederick, J. M., Baehr, W. RNA interference gene therapy in dominant retinitis pigmentosa and cone-rod dystrophy mouse models caused by GCAP1 mutations. Front Mol Neurosci. 7 (25), 1-8 (2014).
- Seo, S., et al. Subretinal gene therapy of mice with Bardet-Beidl Syndrome Type-1. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 54 (9), 6118-6132 (2013).
- Molday, L. L., et al. RD3 gene delivery restores guanylate cyclase localization and rescues photoreceptors in the RD3 mouse model of Leber congenital amaurosis 12. Hum. Mol. Genet. 22 (19), 3894-3905 (2014).
- Pang, J. J., et al. AAV-mediated gene therapy in mouse models of recessive retinal degeneration. Curr. Mol. Med. (3), 316-330 (2012).
- Vandenberghe, L. H., Auricchio, A. Novel adeno-associated viral vectors for retinal gene therapies. Gene Ther. 19 (2), 162-168 (2012).
- Tenenbaum, L., Lehtonen, E., Monahan, P. E. Evaluation of risks related to the use of adeno-associated virus-based vectors. Curr. Gene Ther. 3 (6), 545-565 (2003).
- Parikh, S., Le, A., Davenport, J., Gorin, M. B., Nusinowitz, S., Matynia, A. An alternative and validated injection method for accessing the subretinal space via a transcleral posterior approach. J. Vis. Exp. (118), e54808 (2016).
- Bainbridge, J. W. B., Mistry, A. R., Thrasher, A. J., Ali, R. R. Gene therapy for ocular angiogenesis. Clinical Science. 104, 561-575 (2003).
- Igarashi, T., Miyake, K., Asakawa, N., Miyake, N., Shimada, T., Takahashi, H. Direct comparison of administration routes for AAV-8 mediated ocular gene therapy. Curr. Eye Res. 38 (5), 569-577 (2013).
- Bennett, J., Duan, D., Engelhardt, J. F., Maguire, A. M. Real-time noninvasive in vivo.assessment of adeno-associated virus-mediated retinal transduction. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 38, 2857-2863 (1997).
- Ruggeri, M., et al. In vivo three-dimensional high-resolution imaging of the rodent retinal with spectral-domain optical coherence tomography. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 48 (4), 1808-1814 (2007).
- Berger, A., et al. Spectral domain optical coherence tomography of the rodent eye: highlighting layers of the outer retina using signal averaging and comparison with histology. PLoS One. 9 (5), 96494 (2014).
- Dysli, C., Enzmann, V., Sznitman, R., Zinkernagel, M. S. Quantitative analysis of mouse retinal layers using automated segmentation of spectral domain optical coherence tomography images. TVST. 4 (4), 9 (2015).
- Bhootada, Y., Choudhury, S., Gully, C., Gorbatyuk, M. Targeting caspase-12 to preserve vision in mice with inherited retinal degeneration. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 56, 4725-4733 (2015).
- Wert, K. J., Skeie, J. M., Davis, R. J., Tsang, S. H., Mahajan, V. B. Subretinal injection of gene therapy vectors and stem cells in the perinatal mouse eye. J. Vis. Exp. (69), e4286 (2012).
- Berger, A., al, , et al. Spectral-domain optical coherence tomography of the rodent eye: highlighting layers of the outer retina using signal averaging and comparison with histology. PLoSOne. 9 (5), 96494 (2014).
- Muhlfriedel, R., Michalakis, S., Garrido, M. G., Biel, M., Seeliger, M. W. Optimized technique for subretinal injections in mice. Methods in Molecular Biology. , (2013).
- Sarra, G. M., et al. Kinetics of transgene expression in mouse retina following subretinal injection of recombinant adeno-associated virus. Vision Res. 42, 541-549 (2002).
- Yan, Q. I., et al. Trans-corneal subretinal injection in mice and its effect on the function and morphology of the retina. PLoS One. 10 (8), 0136523 (2015).
- Park, S. W., Kim, J. H., Park, W. J., Kim, J. H. Limbal approach-subretinal injection of viral vectors for gene therapy in mice retinal pigment epithelium. J. Vis. Exp. (102), e53030 (2015).
- Westenskow, P. D., et al. Performing subretinal injections in rodents to deliver retinal pigment epithelium cells in suspension. J. Vis. Exp. (95), e52247 (2015).
- Butler, M. C., Sullivan, J. M. A novel, real-time, in vivo mouse retinal imaging system. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 56 (12), 7159-7168 (2015).
- Rolling, F., et al. Evaluation of adeno-associated virus-mediated gene transfer into the rat retina by clinical fluorescence photography. Hum. Gene Ther. 10, 641-648 (1999).
- Ferguson, L. R., Grover, S., Dominguez, J. M., Balaiya, S., Chalam, K. V. Retinal thickness measurement obtained with spectral domain optical coherence tomography assisted optical biopsy accurately correlates with ex vivo histology. PLoS One. 9 (10), 111203 (2014).
- Li, T., Snyder, W. K., Olsson, J. E., Dryja, T. P. Transgenic mice carrying the dominant rhodopsin mutation P347S: evidence for defective vectorial transport of rhodopsin to the outer segments. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 93, 14176-14181 (1996).
- Brill, E., et al. A novel form of transducin-dependent retinal degeneration: accelerated retinal degeneration in the absence of rod transducing. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 48, 5445-5453 (2007).
- Olsson, J. E., et al. Transgenic mice with a rhodopsin mutation (Pro23His): a mouse model of autosomal dominant retinitis pigmentosa. Neuron. 9, 815-830 (1992).
- Humphries, M. M., et al. Retinopathy induced in mice by targeted disruption of the rhodopsin gene. Nat. Genet. 15, 216-219 (1997).
- Hruby, K. Clinical examination of the vitreous body. Proc. Roy. Soc. Med. 47, 163-170 (1953).
- Kolniak, T. A., Sullivan, J. M. cell-based toxicity screen of potentially therapeutic post-transcriptional gene silencing agents. Experimental Eye Research. 92, 328-337 (2011).
- Qi, Y., et al. Trans-corneal subretinal injection in mice and its effect on the function and morphology of the retina. PLoS One. 10 (8), 0136523 (2015).
- Timmers, A. M., Zhang, H., Squitieri, A., Gonzalez-Pola, C. Subretinal injections in rodent eyes: effects on electrophysiology and histology of rat retina. Mol. Vis. 7, 131-137 (2000).
- Johnson, C. J., Berglin, L., Chrenek, M. A., Redmond, T. M., Boatright, J. H., Nickerson, J. M. Technical brief: subretinal injection and electroporation into adult mouse eyes. Mol. Vis. 14, 2211-2226 (2008).
- Sullivan, J. M., Yau, E. H., Taggart, R. T., Butler, M. C., Kolniak, T. A. Bottlenecks in development of therapeutic post-transcriptional gene silencing agents. Vision Res. 48, 453-469 (2008).
