Novela de fotoacústica de microscopía y tomografía de coherencia óptica Dual-modalidad coriorretinal la proyección de imagen en ojos de conejo vivo
Summary
Este manuscrito describe la configuración del nueva y procedimiento de microscopía fotoacústica y sistema de doble modalidad de tomografía de coherencia óptica para la proyección de imagen no invasiva, libre de etiqueta coriorretinal de animales más grandes, como conejos.
Abstract
La proyección de imagen fotoacústica ocular es un emergente oftálmico tecnología no invasor puede visualizar tejido ocular mediante la conversión de energía de la luz en ondas de sonido y actualmente está bajo investigación intensiva de la proyección de imagen. Sin embargo, la mayoría divulgados hasta la fecha se centra en la proyección de imagen del segmento posterior de los ojos de pequeños animales, como ratas y ratones, que plantea desafíos para la traducción clínica humana debido al tamaño pequeño del globo ocular. Este manuscrito describe una novela fotoacústica microscopia (PAM) y el sistema de doble modalidad tomografía coherencia óptica para proyección de imagen de segmento posterior de los ojos de animales más grandes, como conejos. La configuración del sistema, sistema alineación, preparación de animales y protocolos experimentales de doble modalidad para en vivo, no invasivo, libre de etiqueta coriorretinal en conejos se detallan. La eficacia del método se demuestra a través de resultados experimentales representativos, incluyendo la vasculatura retiniana y coroidea, obtenida por el PAM y OCT. Este manuscrito ofrece a una guía práctica para reproducir los resultados de la proyección de imagen en conejos y avanzar imágenes oculares fotoacústica en animales más grandes.
Introduction
Las últimas décadas han presenciado el desarrollo explosivo del campo de la biomédica fotoacústica de1,2,3,4,5,6,7 ,8. Basado en la conversión de la energía de la luz en sonido, la proyección de imagen fotoacústica emergentes puede visualizar muestras biológicas a escalas de organelos, células, tejidos, órganos para pequeños animales de cuerpo entero y puede revelar su anatómico, funcional, moleculares, genéticos, y la información metabólica1,2,9,10,11,12. La proyección de imagen fotoacústica ha encontrado aplicaciones en una variedad de campos biomédicos, tales como célula biología13,14, biología vascular15,16, Neurología17,18 , Oncología19,20,21,22, dermatología23, farmacología24y hematología25,26. Su aplicación en Oftalmología, es decir, fotoacústica ocular la proyección de imagen, ha atraído a importantes intereses de los científicos y los clínicos y actualmente está bajo investigación activa.
En contraste con utilizan habitualmente ocular imagen tecnologías27, como la angiografía de la fluoresceína (FA) y la angiografía verde del indocyanine (ICGA) (basado en el contraste de fluorescencia), tomografía de coherencia óptica (OCT) (basado en el contraste de la dispersión óptica) y su derivada angiografía OCT (basado en el contraste de movimiento de las células de sangre rojas), ocular de fotoacústica absorción óptica utiliza como mecanismo de contraste de imagen. Esto es diferente de las tecnologías convencionales de imagen oculares y proporciona una herramienta única para el estudio de propiedades de absorción óptica del ojo, que generalmente están asociados con la condición fisiopatológica del tejido ocular28. Hasta la fecha, importantes excelente trabajo ha sido realizado en fotoacústica ocular29,30,31,32,33,34,35, la proyección de imagen 36,37, pero estos estudios se centran en el segmento posterior de los ojos de pequeños animales, como ratas y ratones. Los estudios pioneros bien demostraron la viabilidad de la proyección de imagen fotoacústica en oftalmología pero todavía hay un largo camino por recorrer hacia la traducción clínica de la tecnología desde tamaños de globo ocular de ratas y ratones son mucho más pequeño (menos de un tercio) que de los seres humanos. Debido a la propagación de ondas ultrasónicas sobre una distancia significativamente mayor, señal intensidad y calidad de imagen puede sufrir enormemente cuando la técnica se utiliza para la proyección de imagen el segmento posterior de ojos más grandes.
Hacia esta meta, recientemente informó la no invasiva, proyección de imagen de etiqueta-libre coriorretinal en conejos vivos usando integrado fotoacústica microscopia (PAM) y el dominio espectral (SD-OCT) de OCT38. El sistema tiene un rendimiento excelente y podía visualizar la retina y la coroides de los ojos de animales más grandes basados en absorción endógena y el contraste de la dispersión del tejido ocular. Los resultados preliminares en conejos indican que el PAM no invasor podía distinguir cada retinales y coroides vasos utilizando una dosis de exposición láser (~ 80 nJ) significativamente por debajo del límite de seguridad de American National Standards Institute (ANSI) (160 nJ) a 570 nm39; y el OCT podría resolver claramente diferentes capas retinianas, la coroides y la esclera. Es la primera demostración de proyección de imagen de segmento posterior de los animales más grandes con PAM y sería un gran paso hacia la traducción clínica de la tecnología teniendo en cuenta que el tamaño del globo ocular de conejos (18,1 mm)40 es casi el 80% de la longitud axial del seres humanos (23,9 mm).
En este trabajo, proporcionar una descripción detallada de la modalidad de doble sistema de imágenes y protocolos experimentales utilizados para la proyección de imagen no invasivo, libre de etiqueta coriorretinal en conejos vivos y demostrar el funcionamiento del sistema a través de representante retiniana y resultados de coroides.
Protocol
Representative Results
Discussion
Una película lagrimal intacta y regular es esencial para las imágenes de fondo de alta calidad. Un desgarro irregular y deteriorado las películas pueden degradar significativamente la imagen calidad42. Para preservar la integridad de la película del rasgón y evitar córneo keratopathy punteada superficial, es crítico para lubricar la córnea con Lavaojos muy con frecuencia, aproximadamente cada dos minutos. Si hay alguna preocupación con respecto a la opacidad del ojo, use una lámpara de h…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por el generoso apoyo de la 4K12EY022299 National Eye Institute (YMP), lucha para vista internacional retina investigación Fundación FFS GIA16002 (YMP), irrestricto apoyo departamental de investigación para prevenir la ceguera y la Universidad de Michigan Departamento de Oftalmología y Ciencias visuales. Este trabajo utilizó el centro Core visión investigación financiada por P30 EY007003 del Instituto Nacional del ojo.
Materials
| Dual-modality imaging system | |||
| OPO laser | Ekspla (Vilnius, Lithuania) | NT-242 | |
| Beam attenuator | Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) | AHWP10M-600 | |
| Motorized rotation stage | Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) | PRM1/MZ8 | |
| Motorized rotation stage controller | Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) | TDC001 | |
| Focusing lens | Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) | AC254-250-B | |
| Pinhole | Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) | P50S | |
| Collimating lens | Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) | AC127-030-B | |
| Photodiode | Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) | PDA36A | |
| Laser shutter | Vincent Associates Inc. (Toronto, Canada) | LS6S2T0 | |
| Laser shutter driver | Vincent Associates Inc. (Toronto, Canada) | VCM-D1 | |
| Dichroic mirror | Semrock, Inc. (Rochester, NY, USA) | Di03-R785-t3-25×36 | |
| Scan lens | Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) | OCT-LK3-BB | |
| Ophthalmic lens | Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) | AC080-010-B-ML | |
| Ultrasonic transducer | Optosonic Inc. (Arcadia, CA, USA) | Custom | |
| Amplifier | L3 Narda-MITEQ (Hauppauge, NY, USA) | AU-1647 | |
| Band-pass filter | Mini-Circuits (Brooklyn, NY, USA) | BLP-30+ | |
| Digitizer | DynamicSignals LLC (Lockport, IL, USA) | PX1500-4 | |
| Synchronization electronics | National Instruments Corporation (Austin, TX, USA) | USB-6353 | |
| OCT module | Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) | Ganymede-II-HR | |
| Dispersion compensation glass | Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) | LSM03DC | |
| Illumination LED light | Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) | MCWHF2 | |
| Power meter | Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) | S121C | |
| Power meter interface | Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) | PM100USB | |
| Height measurement tool | Thorlabs, Inc. (Newton, NJ, USA) | BHM1 | |
| Fundus camera | Topcon Corporation (Tokyo, Japan) | TRC 50EX | |
| Matlab | MathWorks (Natick, MA, USA) | 2017a | |
| Oscilloscope | Teledyne LeCroy (Chestnut Ridge, NY, USA) | WaveJet 354T | |
| Animal experiment | |||
| Water-circulating blanket | Stryker Corporation (Kalamazoo, MI, USA) | TP-700 | |
| Ketamine hydrochloride injection | Par pharmaceutical, Inc. (Woodcliff Lake, NJ, USA) | NDC code 42023-115-10 | |
| Xylazine hydrochloride | VetOne (Boise, ID, USA) | NDC code 13985-704-10 | |
| Tropicamide ophthalmic | Akorn Pharmaceuticals Inc. (Lake Forest, IL, USA) | NDC code 17478-102-12 | |
| Phenylephrine hydrochloride ophthalmic | Paragon BioTeck, Inc. (Portland, OR, USA) | NDC code 42702-102-15 | |
| Eye lubricant | Hub Pharmaceuticals LLC (Rancho Cucamonga, CA, USA) | NDC code 17238-610-15 | |
| Eyewash | Altaire Pharmaceuticals, Inc. (Aquebogue, NY, USA) | NDC code 59390-175-18 | |
| Tetracaine hydrochloride ophthalmic solution | Bausch & Lomb, Inc. (Rochester, NY, USA) | NDC code 24208-920-64 | |
| Flurbiprofen sodium ophthalmic solution | Bausch & Lomb, Inc. (Rochester, NY, USA) | NDC code 24208-314-25 | |
| Neomycin and Polymyxin B Sulfates and Dexamethasone Ophthalmic Ointment | Bausch & Lomb, Inc. (Rochester, NY, USA) | NDC code 24208-795-35 | |
| Meloxicam injection | Henry Schein Inc. (Queens, NY, USA) | NDC code 11695-6925-1 |
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