Här beskriver vi användningen av spektraldomänoptisk koherenstomografi (SD-OCT) för att visualisera retinala och okulära strukturer in vivo i modeller av retinal degeneration, glaukom, diabetisk retinopati och myopi.
Spektral-domän optisk koherens tomografi (SD-OCT) är användbar för att visualisera retinala och okulära strukturer in vivo. Inom forskning är SD-OCT ett värdefullt verktyg för att utvärdera och karakterisera förändringar i en mängd olika modeller av retinala och okulära sjukdomar och skador. I ljusinducerade retinala degenerationsmodeller kan SD-OCT användas för att spåra gallring av fotoreceptorskiktet över tid. I glaukommodeller kan SD-OCT användas för att övervaka minskat retinalt nervfiberskikt och total retinal tjocklek och för att observera optisk nervkoppning efter inducering av okulär hypertoni. Hos diabetiska gnagare har SD-OCT hjälpt forskare att observera minskad total retinal tjocklek samt minskad tjocklek på specifika retinala lager, särskilt retinal nervfiberskikt med sjukdomsprogression. I musmodeller av närsynthet kan SD-OCT användas för att utvärdera axiella parametrar, såsom axiella längdförändringar. Fördelar med SD-OCT inkluderar in vivo-avbildning av okulära strukturer, förmågan att kvantitativt spåra förändringar i okulära dimensioner över tid och dess snabba skanningshastighet och höga upplösning. Här beskriver vi metoderna för SD-OCT och visar exempel på dess användning i vårt laboratorium i modeller av retinal degeneration, glaukom, diabetisk retinopati och myopi. Metoderna inkluderar anestesi, SD-OCT-avbildning och bearbetning av bilderna för tjockleksmätningar.
Spektral-domän optisk koherens tomografi (SD-OCT) är en exakt, högupplöst bildmodalitet som gör det möjligt för kliniker och forskare att undersöka okulära strukturer icke-invasivt. Denna avbildningsteknik är baserad på interferometri för att fånga tredimensionella retinala bilder in vivo på en mikrometerskala 1,2. Det har blivit en av de mest använda avbildningsmetoderna inom synforskning och i kliniken på grund av enkel upptäckt och noggrannhet av patologiska egenskaper som strukturella defekter och / eller gallring av retinala lager och subretinal vätska3. I forskning med djurmodeller av synrelaterade sjukdomar har SD-OCT tillhandahållit väsentliga icke-invasiva analyser av samband mellan struktur och funktion och deras histopatologiska ursprung4. På grund av sin upplösning (upp till 2-3 mikron, beroende på djupet i ögat5) har SD-OCT förmågan att upptäcka även små förändringar i näthinnans skikttjocklek. Denna typ av analys kan ge viktig information för sjukdomsprogression och bedöma effekten av neuroprotektiva metoder och behandlingar för synrelaterade störningar.
SD-OCT är ett icke-invasivt alternativ till att undersöka strukturen histologiskt, och de två har visat sig vara korrelerade6. Medan SD-OCT inte når cellulär upplösning, tillåter det longitudinella studier på djur. Detta är fördelaktigt eftersom sjukdomsprogression kan spåras hos enskilda djur över tid i motsats till att behöva avliva djur vid specifika tidpunkter. Eftersom bildtekniken fortsätter att förbättras kommer SD-OCT-tekniken också att utvecklas, vilket ger förbättrad bildkvalitet samt förmågan att bedöma biologiska processer som retinal blodkärlsfunktion i detalj. Även sedan tillkomsten 1991 har SD-OCT-tekniken sett stora framsteg i upplösning, hastighet och känslighet7.
Den aktuella studien använder ett SD-OCT-system för att kvantifiera förändringar i retinala lager i gnagarmodeller av retinal degeneration, glaukom och diabetisk retinopati. SD-OCT-systemet som används här är ett Fourier-domän OCT-system som använder lågeffekt, nära infrarött ljus för att förvärva, bearbeta och lagra djupupplösta bilder i realtid. SD-OCT-systemet har utökad djupbildskapacitet i 800 nm-våglängdsbandet, vilket ger 8 mm djup och 4 μm upplösning. I Fourierdomändetektion transformeras interferenssignalen mellan spritt ljus från vävnaden och en referensväg Fourier för att konstruera axiella skanningar och/eller axiella djupprofiler med spridd intensitet8. För studierna här skannas OCT-strålen över den önskade retinala strukturen medan den seriellt förvärvar axiella skanningar. Vanligtvis förvärvar ett skanningsmönster det tvådimensionella rutnätet (B-Scans) som en samling linjära endimensionella skanningslinjer (A-Scans), som motsvarar 2D-tvärsnittsbilder med hjälp av ett rasterskanningsmönster. För studier fokuserade på närsynthet hos möss används detta system också för att mäta dimensioner av okulära strukturer (t.ex. hornhinnans tjocklek, linstjocklek, glaskammardjup och axiell längd).
Det nuvarande systemet tillåter användare att utforma sina egna protokoll, skapa skanningar som kan skräddarsys och väljas utifrån de okulära strukturerna av intresse. De viktigaste skanningarna i dessa användardefinierade protokoll gör denna bildteknik användarvänlig. För bildanalyser har vi utvecklat anpassad programmering i ett matematiskt modelleringsprogram. SD-OCT är ett kraftfullt verktyg för att icke-invasivt identifiera och kvantifiera patomorfologiska förändringar i okulära strukturer och övervaka synrelaterad sjukdomsprogression.
Högupplöst avbildning av okulära strukturer in vivo möjliggör bedömning av retinala och okulära förändringar över tid. I detta protokoll visades SD-OCT för att fånga skillnader i okulära strukturer in vivo i modeller av retinal degeneration, glaukom, diabetisk retinopati och myopi.
Den mest kritiska aspekten när man utför SD-OCT är att få en tydlig bild av näthinnan eller annan okulär struktur av intresse. Det är viktigt att ta tid att se till att näthinnan är perfekt cen…
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete stöddes av Department of Veterans Affairs Rehab R&D Service Career Development Awards (CDA-1, RX002111; CDA-2; RX002928) till RSA, Merit Award (RX002615) och Research Career Scientist Award (RX003134) till MTP, Career Development Award (CDA-2, RX002342) till AJF, EY028859 till MTP, NEI Core Grant P30EY006360, Research to Prevent Blindness och 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 |