In-vivo-Strukturbewertungen von Augenerkrankungen in Nagetiermodellen mittels optischer Kohärenztomographie
Summary
Hier beschreiben wir die Verwendung der spektralen optischen Kohärenztomographie (SD-OCT) zur Visualisierung von Netzhaut- und Augenstrukturen in vivo in Modellen der Netzhautdegeneration, des Glaukoms, der diabetischen Retinopathie und der Myopie.
Abstract
Die optische Kohärenztomographie im Spektralbereich (SD-OCT) ist nützlich, um Netzhaut- und Augenstrukturen in vivo sichtbar zu machen. In der Forschung ist SD-OCT ein wertvolles Werkzeug, um Veränderungen in einer Vielzahl von Netzhaut- und Augenerkrankungs- und Verletzungsmodellen zu bewerten und zu charakterisieren. In lichtinduzierten Netzhautdegenerationsmodellen kann SD-OCT verwendet werden, um die Ausdünnung der Photorezeptorschicht im Laufe der Zeit zu verfolgen. In Glaukommodellen kann SD-OCT verwendet werden, um die verminderte retinale Nervenfaserschicht und die gesamte Netzhautdicke zu überwachen und das Schröpfen des Sehnervs nach Induktion einer okulären Hypertonie zu beobachten. Bei diabetischen Nagetieren hat SD-OCT den Forschern geholfen, eine verringerte Gesamtdicke der Netzhaut sowie eine verringerte Dicke bestimmter Netzhautschichten, insbesondere der Nervenfaserschicht der Netzhaut, mit fortschreitender Krankheit zu beobachten. In Mausmodellen der Myopie kann SD-OCT verwendet werden, um axiale Parameter, wie z.B. axiale Längenänderungen, zu bewerten. Zu den Vorteilen von SD-OCT gehören die In-vivo-Bildgebung von Augenstrukturen, die Fähigkeit, Änderungen der Augenabmessungen im Laufe der Zeit quantitativ zu verfolgen, sowie die schnelle Scangeschwindigkeit und die hohe Auflösung. Hier beschreiben wir die Methoden der SD-OCT und zeigen Beispiele für ihre Anwendung in unserem Labor in Modellen der Netzhautdegeneration, des Glaukoms, der diabetischen Retinopathie und der Myopie. Zu den Methoden gehören Anästhesie, SD-OCT-Bildgebung und Verarbeitung der Bilder für Dickenmessungen.
Introduction
Die spektrale optische Kohärenztomographie (SD-OCT) ist eine präzise, hochauflösende Bildgebungsmodalität, die es Klinikern und Forschern ermöglicht, Augenstrukturen nichtinvasiv zu untersuchen. Dieses bildgebende Verfahren basiert auf der Interferometrie, um dreidimensionale Netzhautbilder in vivo auf einer Mikrometerskala 1,2 zu erfassen. Es hat sich zu einer der am häufigsten verwendeten bildgebenden Verfahren in der Sehforschung und in der Klinik entwickelt, da pathologische Merkmale wie strukturelle Defekte und/oder Ausdünnung der Netzhautschichten und der subretinalen Flüssigkeit leicht erkannt und genau erkannt werdenkönnen 3. In der Forschung unter Verwendung von Tiermodellen für Sehstörungen hat SD-OCT wesentliche nichtinvasive Analysen der Beziehungen zwischen Struktur und Funktion und ihrer histopathologischen Ursprünge geliefert4. Aufgrund seiner Auflösung (bis zu 2-3 Mikrometer, abhängig von der Tiefe in das Auge5) ist SD-OCT in der Lage, auch kleine Veränderungen in der Dicke der Netzhautschicht zu erkennen. Diese Art der Analyse kann wichtige Informationen für das Fortschreiten der Erkrankung liefern und die Wirksamkeit neuroprotektiver Methoden und Behandlungen für Sehstörungen beurteilen.
SD-OCT ist eine nicht-invasive Alternative zur histologischen Strukturuntersuchung, und es wurde gezeigt, dass die beiden korrelieren6. Während SD-OCT keine zelluläre Auflösung erreicht, ermöglicht es Längsschnittstudien an Tieren. Dies ist von Vorteil, da das Fortschreiten der Krankheit bei einzelnen Tieren im Laufe der Zeit verfolgt werden kann, anstatt Tiere zu bestimmten Zeitpunkten einschläfern zu müssen. Mit der kontinuierlichen Verbesserung der bildgebenden Verfahren wird auch die SD-OCT-Technologie weiterentwickelt und bietet eine verbesserte Bildqualität sowie die Möglichkeit, biologische Prozesse wie die Funktion der retinalen Blutgefäße detailliert zu beurteilen. Seit ihrer Einführung im Jahr 1991 hat die SD-OCT-Technologie enorme Fortschritte in Bezug auf Auflösung, Geschwindigkeit und Empfindlichkeit gemacht7.
Die vorliegende Studie verwendet ein SD-OCT-System zur Quantifizierung von Veränderungen der Netzhautschichten in Nagetiermodellen für Netzhautdegeneration, Glaukom und diabetische Retinopathie. Das hier verwendete SD-OCT-System ist ein Fourier-Domain-OCT-System, das energiesparendes Nahinfrarotlicht nutzt, um tiefenaufgelöste Bilder in Echtzeit zu erfassen, zu verarbeiten und zu speichern. Das SD-OCT-System verfügt über erweiterte Tiefenbildgebungsfunktionen im Wellenlängenbereich von 800 nm und bietet eine Tiefe von 8 mm und eine Auflösung von 4 μm. Bei der Fourier-Domänendetektion wird das Interferenzsignal zwischen Streulicht aus dem Gewebe und einem Referenzpfad Fourier-transformiert, um axiale Abtastungen und/oder axiale Tiefenprofile der Streuintensität8 zu konstruieren. Für die Untersuchungen hier wird der OCT-Strahl über die gewünschte Netzhautstruktur gescannt, während serielle axiale Scans aufgenommen werden. In der Regel erfasst ein Scanmuster das zweidimensionale Raster (B-Scans) als eine Sammlung linearer eindimensionaler Scanlinien (A-Scans), die 2D-Querschnittsbildern entsprechen, die ein Rasterscanmuster verwenden. Für Studien, die sich auf Myopie bei Mäusen konzentrieren, wird dieses System auch verwendet, um die Dimensionen von Augenstrukturen zu messen (z. B. Hornhautdicke, Linsendicke, Glaskammertiefe und axiale Länge).
Das aktuelle System ermöglicht es Benutzern, ihre eigenen Protokolle zu entwerfen und Scans zu erstellen, die basierend auf den interessierenden Augenstrukturen angepasst und ausgewählt werden können. Die wichtigsten Scans, die in diesen benutzerdefinierten Protokollen enthalten sind, machen diese Bildgebungstechnik benutzerfreundlich. Für Bildanalysen haben wir eine maßgeschneiderte Programmierung in einem mathematischen Modellierungsprogramm entwickelt. SD-OCT ist ein leistungsfähiges Werkzeug zur nicht-invasiven Identifizierung und Quantifizierung pathomorphologischer Veränderungen in Augenstrukturen und zur Überwachung des sehbedingten Krankheitsverlaufs.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die hochauflösende Bildgebung von Augenstrukturen in vivo ermöglicht die Beurteilung von Netzhaut- und Augenveränderungen im Laufe der Zeit. In diesem Protokoll wurde gezeigt, dass SD-OCT Unterschiede in den Augenstrukturen in vivo in Modellen der Netzhautdegeneration, des Glaukoms, der diabetischen Retinopathie und der Myopie erfasst.
Der kritischste Aspekt bei der Durchführung von SD-OCT ist es, ein klares Bild der Netzhaut oder einer anderen Augenstruktur von Interesse zu erhalten. Es i…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde durch die Department of Veterans Affairs Rehab R&D Service Career Development Awards (CDA-1, RX002111; CDA-2; RX002928) an RSA, Merit Award (RX002615) und Research Career Scientist Award (RX003134) an MTP, Career Development Award (CDA-2, RX002342) an AJF, EY028859 an MTP, NEI Core Grant P30EY006360, Forschung zur Verhinderung von Blindheit und 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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