In Vivo Büyük Hayvanlarda Retina Ganglion Hücre ve Optik Sinir Fonksiyonu ve Yapısını Değerlendirme Yöntemleri
Summary
Burada, optik sinirin ve nöronlarının yapısını ve işlevini anlamak için keçi ve rhesus makakında birkaç in vivo testi (flaş görsel uyarılmış potansiyel, desen elektroretinogramı ve optik koherens tomografisi) demostrate ediyoruz.
Abstract
Optik sinir, retina ganglion hücrelerinden akson sinyallerini toplar ve beyne görsel sinyal iletir. Optik sinir hasarının büyük hayvan modelleri, boyut ve anatomi olarak insanlara daha yakın benzerlikleri nedeniyle kemirgen modellerinden klinik uygulamaya yeni terapötik stratejilerin çevrilmesi için gereklidir. Burada, görsel uyarılmış potansiyel (VEP), desen elektroretinogram (PERG) ve optik koherens tomografi (OCT) dahil olmak üzere büyük hayvanlarda retina ganglion hücrelerinin (RGC’ler) ve optik sinirin (ON) işlevini ve yapısını değerlendirmek için bazı in vivo yöntemleri açıklıyoruz. Bu çalışmada hem keçi hem de insan dışı primat istihdam edilmiştir. Bu in vivo yöntemleri adım adım sunarak, farklı laboratuvarlar arasında deneysel tekrarlanabilirliği artırmayı ve optik nöropatilerin büyük hayvan modellerinin kullanımını kolaylaştırmayı umuyoruz.
Introduction
Retina ganglion hücrelerinden (RGC) gelen aksonlardan oluşan optik sinir (ON), retinadan beyne görsel sinyal iletir. Glokom, travmatik veya iskemik optik nöropati gibi ON hastalıkları genellikle geri dönüşü olmayan ON / RGC dejenerasyonuna ve yıkıcı görme kaybına neden oldu. Kemirgen modellerinde ON rejenerasyon ve RGC korumasında şu anda birçok atılım olmasına rağmen1,2,3,4,5,6, ON hastalıklarının çoğu için klinik tedaviler son yarım yüzyılda tatmin edici olmayan sonuçlarla temelde aynı kaldı7,8 . Temel araştırma ve klinik uygulama arasındaki boşluğu doldurmak için, ON hastalıklarının büyük hayvan modelini kullanan çeviri çalışmaları, insanlara kemirgen modellerinden daha yakın anatomik benzerlikleri nedeniyle genellikle gerekli ve faydalıdır.
Keçi ve rhesus makaklar, laboratuvarımızda insanın ON hastalığını modellemek için kullanılan iki büyük hayvan türüdür. Bir keçinin göz küresi, ON ve bitişik yapının büyüklüğü (orbital ve burun boşluğu, kafatası tabanı, vb.) kafatası CT taramasına dayanan bir insanınkine benzer9. Bu nedenle, keçi modeli insanlarda kullanılmadan önce terapötik cihazları veya cerrahi prosedürleri değerlendirmek ve iyileştirmek için bir fırsat sağlar. Rhesus makak, insan olmayan primat (NHP) olarak, diğer türlerde bulunmayan insan benzeri benzersiz bir görsel sisteme sahiptir10,11. Ek olarak, NHP’deki yaralanmalara ve tedavilere verilen patofizyolojik yanıtlar insanlardakine çok benzer12.
ON ve RGC’nin yapısını ve işlevini uzunlamasına değerlendirmek için in vivo testler büyük hayvan çalışmalarında önemlidir. RGC fonksiyonunu değerlendirmek için desen elektroretinogramı (PERG) kullanılmıştır. Flash görsel uyarılmış potansiyel (FVEP), retino-geniculo-kortikal yolun görsel sistemdeki bütünlüğünü yansıtır. Böylece, PERG FVEP ile birlikte ON işlevini yansıtabilir9,13,14 . Retina optik koherens tomografisi (OCT) görüntülemesi, retina ganglion kompleksinin (GCC)9,15 kalınlığının ölçülmesine olanak sağlayan yüksek zamansal ve mekansal çözünürlüğe sahip retina yapısını gösterebilir. Bu çalışmadaki elektrofizyolojik incelemeler için, testten önce hayati belirtilerin (ısı oranı, ihlal oranı, kan basıncı) ve oksijen doygunluk seviyesinin (SpO2) izlenmesi çok önemlidir, çünkü bu parametrelerin oküler kan akışı ve dolayısıyla görsel sistemin işlevi üzerinde güçlü etkileri vardır. Ancak, basitlik adına OCT retina görüntüleme yaparken hayati belirtileri izlemedik. Önceki çalışmamıza göre9, OCT retina görüntüleme ile ölçülen GCC kalınlığı oldukça kararlıdır ve seanslar arası değişim katsayısı% 3’e yakındır. Keçi ve rhesus makaklarındaki bu in vivo testler önceki çalışmamızda ayrıntılı olarak açıklanmıştır9. Burada deneysel şeffaflığı ve tekrarlanabilirliği artırmaya yardımcı olmak için bu yöntemleri sunuyoruz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu çalışmada keçi ve rhesus makaklarında VEP, PERG ve OCT protokolünü sunuyoruz. Bu in vivo yöntemler glokom, iskemik veya travmatik optik nöropati ve optik nörit9 gibi çeşitli optik nöropatilerin büyük hayvan modellerinde uygulanabilir9.
PVEP, FVEP17’den daha kararlı ve hassastır; ancak, goat9’da ortaya çıkaramaz. Bu nedenle FVEP keçide, PVEP ise retino-genikülo-kortikal yolun bütünlüğün…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma aşağıdaki hibelerle finanse edildi: Çin Ulusal Anahtar Ar-Ge Programı (2021YFA1101200); Wenzhou Tıbbi Araştırma Projesi (Y20170188), Çin Ulusal Anahtar Ar-Ge Programı (2016YFC1101200); Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (81770926;81800842); Zhejiang Eyaleti Anahtar Ar-Ge Programı (2018C03G2090634); ve Wenzhou Göz Hastanesi (YNZD1201902) Anahtar Ar-Ge Programı. Sponsor veya finansman kuruluşunun bu araştırmanın tasarımında veya yürütülmesinde hiçbir rolü yoktu.
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).
