In Vivo Metoder for å vurdere retinal ganglioncelle og optisk nervefunksjon og struktur hos store dyr
Summary
Her demostrate vi flere in vivo tester (flash visuell fremkalt potensial, mønster elektroretinogram og optisk koherens tomografi) i geit og rhesus macaque å forstå strukturen og funksjonen til synsnerven og dens nevroner.
Abstract
Synsnerven samler aksoner signaler fra retinal ganglion celler og overfører visuelt signal til hjernen. Store dyremodeller av optisk nerveskade er avgjørende for å oversette nye terapeutiske strategier fra gnagermodeller til klinisk anvendelse på grunn av deres nærmere likheter med mennesker i størrelse og anatomi. Her beskriver vi noen in vivo-metoder for å evaluere funksjonen og strukturen til netthinne ganglioncellene (RGC) og optisk nerve (ON) hos store dyr, inkludert visuelt fremkalt potensial (VEP), mønsterelektroretinogram (PERG) og optisk koherenstomografi (OCT). Både geit og ikke-menneskelig primat ble ansatt i denne studien. Ved å presentere disse in vivo-metodene trinnvis, håper vi å øke eksperimentell reproduserbarhet blant forskjellige laboratorier og lette bruken av store dyremodeller av optiske nevropatier.
Introduction
Synsnerven (ON), som består av axoner fra netthinnen ganglion celler (RGC), overfører visuelt signal fra netthinnen til hjernen. PÅ sykdommer, som glaukom, traumatisk eller iskemisk optisk nevropati, forårsaket ofte irreversibel ON / RGC degenerasjon og ødeleggende visuelt tap. Selv om det for tiden er mange gjennombrudd i ON regenerering og RGC-beskyttelse i gnagermodeller1,2,3,4,5,6, forble kliniske behandlinger for de fleste ON-sykdommene i hovedsak de samme i løpet av det siste halve århundret med utilfredsstillende utfall7,8 . For å fylle gapet mellom grunnleggende forskning og klinisk praksis, er translasjonsstudier ved hjelp av stor dyremodell av ON-sykdommer ofte nødvendige og fordelaktige på grunn av deres nærmere anatomiske likhet med mennesker enn gnagermodeller.
Geit og rhesus macaques er to store dyrearter som brukes i laboratoriet vårt for å modellere menneskets ON-sykdom. Størrelsen på en geit øyeboll, PÅ, og den tilstøtende strukturen (orbital og nesehule, hodeskalle base, etc.) ligner på et menneske basert på skallen CT scan9. Som sådan gir geitmodell en mulighet til å evaluere og foredle terapeutiske enheter eller kirurgiske prosedyrer før bruk hos mennesker. Rhesus macaque, som ikke-menneskelig primat (NHP), har menneskelignende unikt visuelt system som ikke eksisterer i andre arter10,11. I tillegg er patofysiologiske responser på skader og behandlinger i NHP mye lik den hos mennesker12.
In vivo-tester for å vurdere ON og RGCs struktur og funksjon langsgående er viktige i store dyrestudier. Mønsterelektroretinogram (PERG) har blitt brukt til å evaluere RGC-funksjonen. Flash visuelt fremkalt potensial (FVEP) gjenspeiler integriteten til retino-geniculo-kortikale veier i det visuelle systemet. Dermed kan PERG kombinert med FVEP gjenspeile ON-funksjonen9,13,14 . Den retinal optiske koherenstomografien (OCT) avbildningen kan vise retinalstrukturen med høy temporal og romlig oppløsning, noe som muliggjør måling av tykkelsen på retinal ganglion-komplekset (GCC) 9,15. For elektrofysiologiske undersøkelser i denne studien er overvåking av vitale tegn (varmefrekvens, bruddfrekvens, blodtrykk) og oksygenmetningsnivå (SpO2) før testing avgjørende siden disse parametrene har potente effekter på okulær blodstrøm og dermed funksjonen til det visuelle systemet. Vi overvåket imidlertid ikke de vitale tegnene når vi utførte OCT retinal avbildning for enkelhets skyld. Ifølge vår forrige studie9 er GCC-tykkelsen målt ved OCT retinal imaging ganske stabil, med inter-session koeffisient av variasjon nær 3%. Disse in vivo-testene i geit og rhesus macaque har blitt beskrevet i detalj i vår forrige studie9. Her presenterer vi disse metodene for å bidra til å øke eksperimentell transparens og reproduserbarhet.
Protocol
Representative Results
Discussion
I denne studien presenterer vi en protokoll av VEP, PERG og OCT i geit og rhesus macaque. Disse in vivo-metodene kan brukes i store dyremodeller av ulike optiske nevropatier, som glaukom, iskemisk eller traumatisk optisk nevropati og optisk nevritt9.
PVEP er mer stabil og følsom enn FVEP17; Det kan imidlertid ikke fremkalles i goat9. Som sådan utføres FVEP i geit og PVEP utføres i rhesus macaque i laboratoriet…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne studien ble finansiert av følgende tilskudd: National Key R&D Program of China (2021YFA1101200); Medisinsk forskningsprosjekt av Wenzhou (Y20170188), National Key FoU Program of China (2016YFC1101200); National Natural Science Foundation of China (81770926;81800842); Nøkkel-FoU-program i Zhejiang-provinsen (2018C03G2090634); og Key FoU-programmet til Wenzhou Eye Hospital (YNZD1201902). Sponsor- eller finansieringsorganisasjonen hadde ingen rolle i utformingen eller gjennomføringen av denne forskningen.
Materials
| 47.6 x 26.8 cm monitors | DELL Inc. | E2216HV | The visual stimuli of contrast-reversal black-white checkerboards were displayed on screens |
| 6.0 mm tracheal tube | Henan Tuoren Medical Device Co., Ltd | PVC 6.0 | ensure the airway |
| alligator clip | |||
| atropine | Guangdong Jieyang Longyang Animal pharmaceutical Co.,Ltd. | reduce bronchial secretion and protect heart from vagal nerve activation | |
| Carbomer Eye Gel | Fabrik GmbH Subsidiary of Bausch & Lomb | moisten the cornea and stabilize the recording electrodes | |
| ERG-Jet recording electrodes | Roland Consult Stasche&Finger GmbH | 2300 La Chaux-De-Fonds | ERG recording |
| eye speculum | Shanghai Jinzhong Medical Device Co., Ltd | ZYD020 | open palpebral fissure |
| Heidelberg Spectralis OCT system | Heidelberg Engineering | OCT system | |
| Imaging | (https://www.heidelbergengineering.com/media/e-learning/Totara-US/files/pdf-tutorials/2238-003_Spectralis-Training-Guide.pdf) | ||
| isoflurane | RWD Life Science Co., Ltd | R510-22 | isoflurane anesthesia |
| male Saanen goats | Caimu Livestock Company, country (Hangzhou, China) | The male Saanen goats, aged from 4 to 6 months with weight of 19–23 kg | |
| needle electrode | Roland Consult Stasche&Finger GmbH | U51-426-G-D | use for FVEP ground electrode and PERG reference electrodes |
| periphery venous catheter intravenously | BD shanghai Medical Device Co., Ltd | 383019 | intravenous access for atropine and propofol |
| propofol | Xian Lipont Enterprise Union Management Co.,Ltd. | induce Isoflurane anesthesia in goat | |
| Tropicamide Phenylephrine Eye Drops | SANTEN OY, Japan | 5% tropicamide and 5% phenylephrine hydrochloride | |
| visual electrophysiology device | Gotec Co., Ltd | GT-2008V-III | use for FVEP & PERG |
| xylazine | Huamu Animal Health Products Co., Ltd. | xylazine anesthesia: intramuscular injection of xylazine 3mg/kg | |
| zoletil50 | Virbac | induce Isoflurane anesthesia in monkey |
References
- Benowitz, L., Yin, Y. Rewiring the injured CNS: lessons from the optic nerve. Experimental Neurology. 209 (2), 389-398 (2008).
- Park, K. K., et al. Promoting axon regeneration in the adult CNS by modulation of the PTEN/mTOR pathway. Science. 322 (5903), 963-966 (2008).
- Duan, X., et al. Subtype-specific regeneration of retinal ganglion cells following axotomy: effects of osteopontin and mTOR signaling. Neuron. 85 (6), 1244-1256 (2015).
- Bei, F., et al. Restoration of visual function by enhancing conduction in regenerated axons. Cell. 164 (1-2), 219-232 (2016).
- He, Z., Jin, Y. Intrinsic control of axon regeneration. Neuron. 90 (3), 437-451 (2016).
- Yang, S. -. G., et al. Strategies to promote long-distance optic nerve regeneration. Frontiers in Cellular Neuroscience. 14, 119 (2020).
- Foroozan, R. New treatments for nonarteritic anterior ischemic optic neuropathy. Neurologic Clinics. 35 (1), 1-15 (2017).
- Singman, E. L., et al. Indirect traumatic optic neuropathy. Military Medical Research. 3, 2 (2016).
- Zhang, Y., et al. In vivo evaluation of retinal ganglion cells and optic nerve’s integrity in large animals by multi-modality analysis. Experimental Eye Research. 197, 108117 (2020).
- Tolbert, W. D., et al. From Rhesus macaque to human: structural evolutionary pathways for immunoglobulin G subclasses. mAbs. 11 (4), 709-724 (2019).
- Preuss, T., et al. . Specializations of the human visual system: the monkey model meets human reality. , 231-259 (2004).
- Friedli, L., et al. Pronounced species divergence in corticospinal tract reorganization and functional recovery after lateralized spinal cord injury favors primates. Science Translational Medicine. 7 (302), (2015).
- Porciatti, V. Electrophysiological assessment of retinal ganglion cell function. Experimental Eye Research. 141, 164-170 (2015).
- Smith, C. A., Vianna, J. R., Chauhan, B. C. Assessing retinal ganglion cell damage. Eye. 31 (2), 209-217 (2017).
- Schuman, J. S., et al. Optical coherence tomography and histologic measurements of nerve fiber layer thickness in normal and glaucomatous monkey eyes. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 48 (8), 3645-3654 (2007).
- You, Y., et al. Improving reproducibility of VEP recording in rats: electrodes, stimulus source and peak analysis. Documenta Ophthalmologica. 123 (2), 109-119 (2011).
- Odom, J. V., et al. ISCEV standard for clinical visual evoked potentials: (2016 update). Documenta Ophthalmologica. 133 (1), 1-9 (2016).
- Zhang, J., et al. Silicone oil-induced ocular hypertension and glaucomatous neurodegeneration in mouse. eLife. 8, 45881 (2019).
- Seidman, S. H., Telford, L., Paige, G. D. Vertical, horizontal, and torsional eye movement responses to head roll in the squirrel monkey. Experimental Brain Research. 104 (2), 218-226 (1995).
- Porciatti, V. The mouse pattern electroretinogram. Documenta Ophthalmologica. 115 (3), 145-153 (2007).
