Здесь мы описываем использование спектрально-доменной оптической когерентной томографии (SD-OCT) для визуализации структур сетчатки и глаз in vivo в моделях дегенерации сетчатки, глаукомы, диабетической ретинопатии и близорукости.
Спектрально-доменная оптическая когерентная томография (SD-OCT) полезна для визуализации структур сетчатки и глаз in vivo. В исследованиях SD-OCT является ценным инструментом для оценки и характеристики изменений в различных моделях заболеваний сетчатки и глаз и травм. В моделях дегенерации сетчатки, индуцированных светом, SD-OCT может использоваться для отслеживания истончения слоя фоторецептора с течением времени. В моделях глаукомы SD-OCT может использоваться для мониторинга уменьшения слоя нервных волокон сетчатки и общей толщины сетчатки, а также для наблюдения за купированием зрительного нерва после индуцирования глазной гипертензии. У грызунов с диабетом SD-OCT помог исследователям наблюдать уменьшение общей толщины сетчатки, а также уменьшение толщины определенных слоев сетчатки, особенно слоя нервных волокон сетчатки с прогрессированием заболевания. В мышиных моделях близорукости SD-OCT можно использовать для оценки осевых параметров, таких как изменения осевой длины. Преимущества SD-OCT включают в себя визуализацию глазных структур in vivo, возможность количественно отслеживать изменения размеров глаза с течением времени, а также его быструю скорость сканирования и высокое разрешение. Здесь мы подробно описываем методы SD-OCT и показываем примеры его использования в нашей лаборатории в моделях дегенерации сетчатки, глаукомы, диабетической ретинопатии и близорукости. Методы включают анестезию, визуализацию SD-OCT и обработку изображений для измерения толщины.
Спектрально-доменная оптическая когерентная томография (SD-OCT) является точной модальностью визуализации с высоким разрешением, которая позволяет клиницистам и исследователям исследовать глазные структуры неинвазивно. Этот метод визуализации основан на интерферометрии для захвата трехмерных изображений сетчатки in vivo в микрометровом масштабе 1,2. Он стал одним из наиболее часто используемых методов визуализации в исследованиях зрения и в клинике из-за легкого обнаружения и точности патологических особенностей, таких как структурные дефекты и / или истончение слоев сетчатки и субретинальной жидкости3. В исследованиях с использованием животных моделей расстройств, связанных со зрением, SD-OCT предоставила необходимые неинвазивные анализы отношений между структурой и функцией и их гистопатологическим происхождением4. Благодаря своему разрешению (до 2-3 мкм, в зависимости от глубины в глаз5), SD-OCT обладает способностью обнаруживать даже небольшие изменения толщины слоя сетчатки. Этот тип анализа может предоставить важную информацию для прогрессирования заболевания и оценить эффективность нейропротекторных методов и методов лечения расстройств, связанных со зрением.
SD-OCT является неинвазивной альтернативой изучению структуры гистологически, и было показано, что они коррелируют6. Хотя SD-OCT не достигает клеточного разрешения, он позволяет проводить продольные исследования на животных. Это выгодно, потому что прогрессирование заболевания может отслеживаться у отдельных животных с течением времени, в отличие от необходимости усыплять животных в определенные моменты времени. По мере того, как методы визуализации продолжают совершенствоваться, технология SD-OCT также будет развиваться, обеспечивая улучшенное качество изображения, а также возможность оценивать биологические процессы, такие как функция кровеносных сосудов сетчатки в мельчайших деталях. Даже с момента своего появления в 1991 году технология SD-OCT добилась огромных успехов в разрешении, скорости и чувствительности7.
Настоящее исследование использует систему SD-OCT для количественной оценки изменений в слоях сетчатки в моделях дегенерации сетчатки, глаукомы и диабетической ретинопатии. Система SD-OCT, используемая здесь, представляет собой OCT-систему с доменом Фурье, которая использует маломощный ближний инфракрасный свет для получения, обработки и хранения изображений с глубинным разрешением в режиме реального времени. Система SD-OCT имеет расширенные возможности визуализации глубины в диапазоне длин волн 800 нм, обеспечивая глубину 8 мм и разрешение 4 мкм. При обнаружении домена Фурье интерференционный сигнал между рассеянным светом от ткани и эталонным путем преобразуется Фурье для построения осевых сканирований и/или осевых профилей глубины рассеянной интенсивности8. Для исследований здесь пучок OCT сканируется над желаемой структурой сетчатки при последовательном получении осевого сканирования. Как правило, шаблон сканирования получает двумерную сетку (B-Scans) в виде коллекции линейных одномерных линий сканирования (A-Scans), которые соответствуют 2D-изображениям поперечного сечения с использованием растрового шаблона сканирования. Для исследований, посвященных близорукости у мышей, эта система также используется для измерения размеров глазных структур (например, толщины роговицы, толщины хрусталика, глубины стекловидной камеры и осевой длины).
Текущая система позволяет пользователям разрабатывать свои собственные протоколы, создавая сканы, которые могут быть адаптированы и выбраны на основе интересующих глазных структур. Основные сканирования, представленные в этих пользовательских протоколах, делают этот метод обработки изображений удобным для пользователя. Для анализа изображений мы разработали индивидуальное программирование в программе математического моделирования. SD-OCT является мощным инструментом для неинвазивного выявления и количественной оценки патоморфологических изменений в глазных структурах и мониторинга прогрессирования заболеваний, связанных со зрением.
Визуализация глазных структур in vivo с высоким разрешением позволяет оценить изменения сетчатки и глаз с течением времени. В этом протоколе было продемонстрировано, что SD-OCT фиксирует различия в глазных структурах in vivo в моделях дегенерации сетчатки, глаукомы, диабетической ретинопатии …
The authors have nothing to disclose.
Эта работа была поддержана наградами Департамента по делам ветеранов rehab R&D Service Career Development Awards (CDA-1, RX002111; КДА-2; RX002928) для RSA, Merit Award (RX002615) и Research Career Scientist Award (RX003134) для MTP, Career Development Award (CDA-2, RX002342) для AJF, EY028859 для MTP, NEI Core Grant P30EY006360, Research to Prevention Blindness и Foundation Fighting Blindness.
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 |