الجزء الأمامي منصة ثقافة الجهاز لتتبع إصابات الكرة الأرضية المفتوحة والأداء العلاجي
Summary
قد تستمر إصابات العين المفتوحة في العالم دون علاج لعدة أيام في السيناريوهات الريفية أو ذات الصلة بالجيش ، مما يؤدي إلى العمى. هناك حاجة إلى العلاجات لتقليل فقدان البصر. هنا، ونحن بالتفصيل ثقافة الجهاز نموذج إصابة الكرة الأرضية المفتوحة. مع هذا النموذج، يمكن تقييم العلاجات المحتملة لتحقيق الاستقرار في هذه الإصابات بشكل صحيح.
Abstract
إصابات الكرة الأرضية المفتوحة لها نتائج بصرية ضعيفة، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى فقدان دائم للرؤية. ويعزى ذلك جزئيا إلى التأخير الممتد بين الإصابات والتدخل الطبي في البيئات الريفية وتطبيقات الطب العسكري حيث لا تتوفر رعاية العيون بسهولة. الإصابات غير المعالجة عرضة للعدوى بعد أن فقدت العين ختمها المائي ، وكذلك فقدان صلاحية الأنسجة بسبب انخفاض ضغط الدم داخل العين. قد تكون العلاجات لختم إصابات الكرة الأرضية المفتوحة مؤقتا ، إذا تم تطويرها بشكل صحيح ، قادرة على استعادة الضغط داخل العين ومنع العدوى حتى تكون الرعاية المناسبة للأفتولام ممكنة. لتسهيل تطوير المنتج ، مفصل هنا هو استخدام منصة إصابة مفتوحة في العالم المفتوح لثقافة الجهاز الجزء الأمامي لتتبع الأداء العلاجي لمدة 72 ساعة على الأقل بعد الإصابة. يمكن الحفاظ على أنسجة الجزء الأمامي Porcine في أطباق ثقافة الأعضاء المصممة خصيصا وعقد في الضغط الفسيولوجي داخل العين. يمكن إنشاء إصابات ثقب مع نظام يعمل بالهواء المضغوط قادرة على توليد أحجام الإصابات تصل إلى 4.5 ملم في القطر، على غرار أحجام الإصابات ذات الصلة العسكرية. يمكن ملاحظة فقدان الضغط داخل العين لمدة 72 ساعة بعد الإصابة مما يؤكد التعريفي السليم للإصابة وفقدان ختم العين محكم. يمكن تتبع الأداء العلاجي عن طريق التطبيق على العين بعد تحريض الإصابة ومن ثم تتبع الضغط داخل العين لعدة أيام. علاوة على ذلك ، ينطبق نموذج إصابة الجزء الأمامي على الطرق المستخدمة على نطاق واسع لتتبع فسيولوجيا الجزء الأمامي وظيفيا وبيولوجيا ، مثل تقييم الشفافية ، وميكانيكا العين ، وصحة ظهارة القرنية ، وقابلية بقاء الأنسجة. بشكل عام ، فإن الطريقة الموصوفة هنا هي خطوة تالية ضرورية نحو تطوير علاجات المواد الحيوية لإغلاق إصابات الكرة الأرضية المفتوحة مؤقتا عندما لا تكون رعاية العيون متاحة بسهولة.
Introduction
يمكن أن تؤدي إصابات الكرة الأرضية المفتوحة (OG) إلى فقدان دائم للرؤية عند عدم علاجها أو على الأقل استقرارها بعد الإصابة1. غير أن حالات التأخير منتشرة في المناطق النائية حيث لا تتوفر بسهولة إمكانية الوصول إلى التدخل في العيون، كما هو الحال في المناطق الريفية أو في ساحة المعركة في السيناريوهات العسكرية. عندما لا يكون العلاج متاحا بسهولة، فإن المعيار الحالي للرعاية هو حماية العين بدرع صلب حتى يصبح التدخل الطبي ممكنا. في الطب العسكري، هذا التأخير حاليا تصل إلى 24 ساعة، ولكن من المتوقع أن تزيد تصل إلى 72 ساعة في العمليات القتالية في المستقبل في البيئات الحضرية حيث الإخلاء الجوي غير ممكن2،3،4. ويمكن أن تكون هذه التأخيرات أطول في التطبيقات المدنية الريفية النائية حيث يكون الوصول إلى التدخل في العيون محدودا5و6. إصابة OG غير المعالجة عرضة بشدة للعدوى وفقدان الضغط داخل العين (IOP) بسبب الختم المائي للعين التي تتعرض للخطر7،8. فقدان IOP يمكن أن تؤثر على صلاحية الأنسجة، مما يجعل أي تدخل طبي من غير المرجح أن استعادة الرؤية إذا كان التأخير بين الإصابة والعلاجية طويلة جدا9.
لتمكين تطوير العلاجات سهلة التطبيق لختم إصابات OG حتى يمكن الوصول إلى أخصائي العيون ، تم تطوير نموذج إصابة OG على سطح المقعد سابقا10،11. مع هذا النموذج، تم إنشاء إصابات عالية السرعة في عيون porcine كله في حين تم القبض على IOP من قبل محولات الضغط. ويمكن بعد ذلك أن تطبق العلاجات لتقييم قدرتها على ختم موقع إصابة OG12. ومع ذلك ، لأن هذا النموذج يستخدم عيون porcine كاملة ، فإنه لا يمكن تقييم الأداء العلاجي الفوري إلا مع عدم وجود طريقة لتتبع الأداء على المدى الطويل عبر نافذة 72 ساعة المحتملة التي يجب أن يستقر فيها العلاج في موقع الإصابة حتى يصل المريض إلى الرعاية المتخصصة. ونتيجة لذلك، تم تطوير نموذج إصابة OG لجزء من الجزء الأمامي (ASOC) ومفصل في هذا البروتوكول كمنصة لتتبع الأداء العلاجي طويل الأجل13.
ASOC هو تقنية تستخدم على نطاق واسع للحفاظ على الأنسجة الوعائية للجزء الأمامي، مثل القرنية، لعدة أسابيع بعد التلقيح14،15،16،17. يتم الحفاظ على الجزء الأمامي تحت IOP الفسيولوجية عن طريق تغلغل السوائل بمعدلات التدفق الفسيولوجي والحفاظ على منطقة تدفق الشبكة trabecular ، الأنسجة المسؤولة عن تنظيم IOP ، أثناء إعداد ASOC18،19. يمكن لمنصة ASOC الحفاظ على الأنسجة من الناحية الفسيولوجية ، والحث على إصابة OG باستخدام جهاز يعمل بالهواء المضغوط ، وتطبيق تثبيت علاجي ، وتتبع الإصابة لمدة 72 ساعة على الأقل بعد الإصابة13.
هنا، يوفر البروتوكول منهجية خطوة بخطوة لاستخدام النظام الأساسي ASOC. أولا تفاصيل كيفية إعداد وتصنيع منصة ASOC. بعد ذلك ، يفصل البروتوكول كيفية تشريح الجزء الأمامي بشكل مطهر والحفاظ على الشبكة الطرية ، تليها إعداد أنسجة الجزء الأمامي في أطباق ثقافة الأعضاء المصممة خصيصا. ثم، فإنه تفاصيل كيفية خلق إصابات الكرة الأرضية المفتوحة وتطبيق العلاجية مباشرة بعد الإصابة. وأخيرا، يقدم البروتوكول لمحة عامة عن معلمات التوصيف الممكن استخدامها مع هذه الطريقة التي تقيم الخصائص الوظيفية والميكاميكاتية والبيولوجية للعين ومدى استقرار الإصابة. وعموما، يوفر هذا النموذج منصة تشتد الحاجة إليها لتسريع تطوير المنتجات لتحقيق الاستقرار وعلاج إصابات الكرة الأرضية المفتوحة وتحسين تشخيص الرؤية الضعيفة بعد الإصابة.
Protocol
Representative Results
Discussion
هناك خطوات حاسمة مع منصة الإصابات ASOC OG التي ينبغي تسليط الضوء عليها لتحسين احتمال النجاح عند استخدام المنهجية. أولا ، خلال تشريح الجزء الأمامي ، يعد الحفاظ على الشبكة الطرية أمرا ضروريا ولكنه صعب القيام به بشكل صحيح. إذا تعطلت TM ، فإن العين لن تحافظ على الضغط الفسيولوجي ولن تفي بمعايير الأ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تستند هذه المواد إلى العمل الذي تدعمه وزارة الدفاع الأمريكية من خلال اتفاقية مشتركة بين الوكالات (رقم 19-1006-IM) مع برنامج الاستحواذ المؤقت على إصلاح القرنية (وكالة تطوير العتاد الطبي التابعة لجيش الولايات المتحدة).
Materials
| 10-32 Polycarbonate straight plug, male threaded pipe connector | McMaster-Carr | 51525K431 | |
| 10-32 Socket cap screw, ½" | McMaster-Carr | 92196A269 | |
| 10 mL syringe | BD | 302995 | |
| 20 mL syringe | BD | 302830 | |
| Anti-Anti | Gibco | 15240-096 | |
| Ball-End L key | McMaster-Carr | 5020A25 | |
| Betadine | Fisher Scientific | NC1696484 | |
| BD Intramedic PE 160 Tubing | Fisher Scientific | 14-170-12E | |
| Cotton swabs | Puritan | 25-8061WC | |
| DMEM media | ATCC | 30-2002 | |
| FBS | ATCC | 30-2020 | |
| Fine forceps | World Precision Instruments | 15914 | |
| Gauze | Covidien | 8044 | |
| Gentamicin | Gibco | 15710-064 | |
| Glutamax | Gibco | 35050-061 | |
| High temperature silicone O-ring, 2 mm wide, 4 mm ID | McMaster-Carr | 5233T47 | |
| Large forceps | World Precision Instruments | 500365 | |
| Large surgical scissors | World Precision Instruments | 503261 | |
| Medium toothed forceps | World Precision Instruments | 501217 | |
| Nail (puncture object) | McMaster-Carr | 97808A503 | |
| Nylon syringe filters | Fisher | 09-719C | |
| PBS | Gibco | 10010-023 | |
| Petri dish (100 mm) | Fisher | FB0875713 | |
| Polycarbonate, three-way, stopcock with male luer lock | Fisher | NC9593742 | |
| Razor blade | Fisher | 12-640 | |
| Stainless steel 18 G 90 degree angle dispensing needle | McMaster-Carr | 75165A81 | |
| Stainless steel 18 G straight ½'’ dispensing needle | McMaster-Carr | 75165A675 | |
| Sterile 100 mL beakers with lids | VWR | 15704-092 | |
| Vannas scissors | World Precision Instruments | WP5070 |
References
- Hilber, D., Mitchener, T. A., Stout, J., Hatch, B., Canham-Chervak, M. Eye injury surveillance in the US Department of Defense, 1996-2005. American Journal of Preventive Medicine. 38, 78-85 (2010).
- Linde, A. S., McGinnis, L. J., Thompson, D. M. Multi-Battle domain-perspective in military medical simulation trauma training. Journal of Trauma & Treatment. 06 (04), (2017).
- Riesberg, J., Powell, D., Loos, P. The loss of the golden hour. Special Warfare. , 49-51 (2017).
- Townsend, S., Lasher, W. . The US Army in Multi-Domain Operations 2028. (525-3-1), (2018).
- Blanch, R. J., Bishop, J., Javidi, H., Murray, P. I. Effect of time to primary repair on final visual outcome after open globe injury. The British Journal of Ophthalmology. 103 (10), 1491-1494 (2019).
- Lesniak, S. P., et al. Characteristics and outcomes of delayed open globe repair. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 53 (14), 4954 (2012).
- Loporchio, D., Mukkamala, L., Gorukanti, K., Zarbin, M., Langer, P., Bhagat, N. Intraocular foreign bodies: A review. Survey of Ophthalmology. 61 (5), 582-596 (2016).
- Jonas, J. B., Budde, W. M. Early versus late removal of retained intraocular foreign bodies. Retina. 19 (3), 193-197 (1999).
- Watson, P. G., Jovanovik-Pandova, L. Prolonged ocular hypotension: would ciliary tissue transplantation help. Eye. 23 (10), 1916-1925 (2009).
- Snider, E. J., et al. Development and characterization of a benchtop corneal puncture injury model. Scientific Reports. 10 (1), 4218 (2020).
- Snider, E. J., et al. An open-globe porcine injury platform for assessing therapeutics and characterizing biological effects. Current Protocols in Toxicology. 86 (1), 98 (2020).
- Snider, E. J., Cornell, L. E., Gross, B., Zamora, D. O., Boice, E. N. Assessment of commercial off-the-shelf tissue adhesives for sealing military relevant corneal perforation injuries. Military Medicine. , (2021).
- Snider, E. J., Boice, E. N., Butler, J. J., Gross, B., Zamora, D. O. Characterization of an anterior segment organ culture model for open globe injuries. Scientific Reports. 11 (1), 8546 (2021).
- Erickson-Lamy, K., Rohen, J. W., Grant, W. M. Outflow facility studies in the perfused human ocular anterior segment. Experimental Eye Research. 52 (6), 723-731 (1991).
- Johnson, D. H., Tschumper, R. C. The effect of organ culture on human trabecular meshwork. Experimental Eye Research. 49 (1), 113-127 (1989).
- Johnson, D. H., Tschumper, R. C. Human trabecular meshwork organ culture. A new method. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 28 (6), 945-953 (1987).
- Snider, E. J., et al. Improving stem cell delivery to the trabecular meshwork using magnetic nanoparticles. Scientific Reports. 8 (1), 12251 (2018).
- Llobet, A., Gasull, X., Gual, A. Understanding trabecular meshwork physiology: a key to the control of intraocular pressure. Physiology. 18 (5), 205-209 (2003).
- Goel, M., Picciani, R. G., Lee, R. K., Bhattacharya, S. K. Aqueous humor dynamics: A review. The Open Ophthalmology Journal. 4, 52-59 (2010).
- Snider, E. J., et al. Development of a porcine organ-culture glaucoma model mimicking trabecular meshwork damage. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 62 (3), 18 (2021).
- Ren, H., Wilson, G. Apoptosis in the corneal epithelium. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 37 (6), 1017-1025 (1996).
- Komuro, A., Hodge, D. O., Gores, G. J., Bourne, W. M. Cell death during corneal storage at 4°C. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 40 (12), 2827-2832 (1999).
- Crespo-Moral, M., García-Posadas, L., López-García, A., Diebold, Y. Histological and immunohistochemical characterization of the porcine ocular surface. PLOS One. 15 (1), e0227732 (2020).
- Wilson, S. E., Medeiros, C. S., Santhiago, M. R. Pathophysiology of corneal scarring in persistent epithelial defects after prk and other corneal injuries. Journal of Refractive Surgery. 34 (1), 59-64 (2018).
- Auw-Haedrich, C., et al. Immunohistochemical expression of epithelial cell markers in corneas with congenital aniridia and ocular cicatrizing pemphigoid. Acta Ophthalmologica. 89 (1), 47-53 (2011).
- Lyngholm, M., et al. Immunohistochemical markers for corneal stem cells in the early developing human eye. Experimental Eye Research. 87 (2), 115-121 (2008).
- Bandamwar, K. L., Papas, E. B., Garrett, Q. Fluorescein staining and physiological state of corneal epithelial cells. Contact Lens & Anterior Eye: The Journal of the British Contact Lens Association. 37 (3), 213-223 (2014).
- Bandamwar, K. L., Garrett, Q., Papas, E. B. Sodium fluorescein staining of the corneal epithelium: What does it mean at a cellular level. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 52 (14), 6496 (2011).
- Sherwood, J. M., Reina-Torres, E., Bertrand, J. A., Rowe, B., Overby, D. R. Measurement of outflow facility using iPerfusion. PLoS One. 11 (3), (2016).
- Weichel, E. D., Colyer, M. H., Ludlow, S. E., Bower, K. S., Eiseman, A. S. Combat ocular trauma visual outcomes during operations iraqi and enduring freedom. Ophthalmology. 115 (12), 2235-2245 (2008).
- Colyer, M. H., et al. Delayed intraocular foreign body removal without endophthalmitis during Operations Iraqi Freedom and Enduring Freedom. Ophthalmology. 114 (8), 1439-1447 (2007).
- Geggel, H. S., Maza, C. E. Anterior stromal puncture with the Nd:YAG laser. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 31 (8), 1555-1559 (1990).
- Matthews, A., et al. Indentation and needle insertion properties of the human eye. Eye. 28 (7), 880-887 (2014).
- Rau, A., et al. The mechanics of corneal deformation and rupture for penetrating injury in the human eye. Injury. 49 (2), 230-235 (2018).
- Agrawal, R., Ho, S. W., Teoh, S. Pre-operative variables affecting final vision outcome with a critical review of ocular trauma classification for posterior open globe (zone III) injury. Indian Journal of Ophthalmology. 61 (10), 541 (2013).
- Knyazer, B., et al. Prognostic factors in posterior open globe injuries (zone-III injuries). Clinical & Experimental Ophthalmology. 36 (9), 836-841 (2008).
- Tan, J., et al. C3 Transferase-Expressing scAAV2 Transduces Ocular Anterior Segment Tissues and Lowers Intraocular Pressure in Mouse and Monkey. Molecular Therapy – Methods & Clinical Development. 17, 143-155 (2020).
- Bhattacharya, S. K., Gabelt, B. T., Ruiz, J., Picciani, R., Kaufman, P. L. Cochlin Expression in Anterior Segment Organ Culture Models after TGFβ2 Treatment. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 50 (2), 551-559 (2009).
- Zhu, W., Godwin, C. R., Cheng, L., Scheetz, T. E., Kuehn, M. H. Transplantation of iPSC-TM stimulates division of trabecular meshwork cells in human eyes. Scientific Reports. 10 (1), 2905 (2020).
