Применение оптической когерентной томографии к мышиной модели ретинопатии
Summary
Здесь мы описываем метод визуализации in vivo с использованием оптической когерентной томографии для облегчения диагностики и количественного измерения ретинопатии у мышей.
Abstract
Оптическая когерентная томография (ОКТ) предлагает неинвазивный метод диагностики ретинопатии. Машина OCT может захватывать перекрестные изображения сетчатки, по которым можно рассчитать толщину сетчатки. Хотя ОКТ широко используется в клинической практике, его применение в фундаментальных исследованиях не так распространено, особенно у мелких животных, таких как мыши. Из-за небольшого размера их глазных яблок сложно проводить исследования глазного дна у мышей. Поэтому для размещения ОКТ-визуализации на мелких животных требуется специализированная система визуализации сетчатки. В этой статье демонстрируется специфическая для мелких животных система для процедур обследования OCT и подробный метод анализа изображений. Представлены результаты ОКТ-исследования сетчатки нокаутирующих мышей липопротеиновых рецепторов очень низкой плотности (Vldlr) и мышей C57BL/6J. Изображения OCT мышей C57BL/6J показали слои сетчатки, в то время как изображения нокаутированных мышей Vldlr показали субретинальную неоваскуляризацию и истончение сетчатки. Таким образом, исследование OCT может облегчить неинвазивное обнаружение и измерение ретинопатии на мышиных моделях.
Introduction
Оптическая когерентная томография (ОКТ) – это метод визуализации, который может обеспечить in vivo высокое разрешение и перекрестную визуализацию для тканей 1,2,3,4,5,6,7,8, особенно для неинвазивного исследования в сетчатке 9,10,11,12 . Он также может быть использован для количественной оценки некоторых важных биомаркеров, таких как толщина сетчатки и толщина слоя нервных волокон сетчатки. Принцип ОКТ заключается в оптической когерентной рефлектометрии, которая получает кросссекционную тканевую информацию из когерентности света, отраженного от образца, и преобразует ее в графическую или цифровую форму через компьютерную систему7. OCT широко используется в офтальмологических клиниках в качестве важного инструмента для диагностики, последующего наблюдения и лечения пациентов с заболеваниями сетчатки. Это также может дать представление о патогенезе заболеваний сетчатки.
В дополнение к клиническим применениям, OCT также использовался в исследованиях на животных. Хотя патология является золотым стандартом морфологической характеристики, ОКТ имеет преимущество неинвазивной визуализации in vivo и продольного наблюдения. Кроме того, было показано, что ОКТ хорошо коррелирует с гистопатологией в моделях ретинопатии животных 11,13,14,15,16,17,18,19,20. Мышь является наиболее часто используемым животным в биомедицинских исследованиях. Тем не менее, его небольшие глазные яблоки представляют собой техническую проблему для проведения ВИЗУАЛИЗАЦИИ OCT у мышей.
По сравнению с OCT, впервые использованным для визуализации сетчатки у мышей21,22, OCT у мелких животных в настоящее время оптимизирован в отношении аппаратных и программных систем. Например, OCT в сочетании с трекером значительно снижает отношение сигнал/шум; Обновления программной системы OCT позволяют автоматически обнаруживать больше слоев сетчатки; а встроенный DLP-излучатель помогает уменьшить артефакты движения.
Рецептор липопротеинов очень низкой плотности (Vldlr) представляет собой трансмембранный белок в эндотелиальных клетках. Экспрессируется на эндотелиальных клетках сосудов сетчатки, пигментных эпителиальных клетках сетчатки и вокруг наружной ограничивающей мембраны23,24. Субретинальная неоваскуляризация является фенотипом нокаутирующих мышей Vldlr 23. Поэтому нокаутирующие мыши Vldlr используются для исследования патогенеза и потенциальной терапии субретинальной неоваскуляризации. Эта статья демонстрирует применение OCT-визуализации для обнаружения поражений сетчатки у нокаутированных мышей Vldlr, в надежде предоставить некоторый технический справочник для исследований ретинопатии на моделях мелких животных.
Protocol
Representative Results
Discussion
В этом исследовании OCT-визуализация с использованием системы визуализации сетчатки мелких животных была применена для оценки изменений сетчатки у нокаутирующих мышей Vldlr , которые демонстрируют неполную заднюю отслойку стекловидного тела, субретинальную неоваскуляризацию и ист…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Источник проекта: Фонд естественных наук провинции Гуандун (2018A0303130306). Авторы хотели бы поблагодарить Лабораторию офтальмологических исследований, Объединенный международный глазной центр Шаньтоу Университета Шаньтоу и Китайский университет Гонконга за финансирование и материалы.
Materials
| 100-Dpt contact lens | Volk Optical,Inc, Mentor, OH | Accessory belonging to the RETImap | |
| Double aspheric 60-Dpt glass lens | Volk Optical,Inc, Mentor, OH | Accessory belonging to the RETImap | |
| Electric heating blanket | POPOCOLA | CW-DRT-01 | 50 x 35 cm |
| Injection syringe (1 mL) | Kaile | 0.45 x 16RWLB | |
| Levofloxacin Hydrochloride Eye Gel | EBE PHARMACEUTICAL Co.LTD | 5 g: 0.015 g | |
| Medical sodium hyaluronate gel | Alcon | 16H01E | |
| Microliter syringes | Shanghai high pigeon industry and trade co., LTD | Q31/0113000236C001-2017 | 50 µL |
| Povidone iodine solution | Guangdong medihealth pharmaceutical Co.,LTD | 100 mL | |
| RETImap | ROLAND CONSULT | 19-99_50-2.1_1.2E | cSLO/ERG/VEP/FA/OCT/GFP |
| Small animal ear studs | OSMO POCKET OT110 | INS1005-1S | |
| Tropicamide Phenylephrine Eye Drops | Santen Pharmaceutical Co.,LTD | 5 mg/mL | |
| Xylazin | Sigma | X1251-5G | 5 g |
| Zoletil 50 | Virbac.S.A | 7FRPA | Tiletamine 125 mg + Zolazepam 125 mg |
References
- Frombach, J., et al. Serine protease-mediated cutaneous inflammation: characterization of an ex vivo skin model for the assessment of dexamethasone-loaded core multishell-nanocarriers. Pharmaceutics. 12 (9), 862 (2020).
- Osiac, E., Săftoiu, A., Gheonea, D. I., Mandrila, I., Angelescu, R. Optical coherence tomography and Doppler optical coherence tomography in the gastrointestinal tract. Journal of Gastroenterology. 17 (1), 15-20 (2011).
- Xiong, Y. Q., et al. Diagnostic accuracy of optical coherence tomography for bladder cancer: A systematic review and meta-analysis. Photodiagnosis and Photodynamic Therapy. 27, 298-304 (2019).
- Andrews, P. M., et al. Optical coherence tomography of the aging kidney. & Clinical Transplantation. 14 (6), 617-622 (2016).
- Terashima, M., Kaneda, H., Suzuki, T. The role of optical coherence tomography in coronary intervention. The Korean Journal of Internal Medicine. 27 (1), 1-12 (2012).
- Avital, Y., Madar, A., Arnon, S., Koifman, E. Identification of coronary calcifications in optical coherence tomography imaging using deep learning. Scientific Reports. 11 (1), 11269 (2021).
- Huang, D., et al. Optical coherence tomography. Science. 254 (5035), 1178-1181 (1991).
- Tsai, T. H., et al. Optical coherence tomography in gastroenterology: a review and future outlook. Journal of Biomedical Optics. 22 (12), 1-17 (2017).
- Chen, J., et al. Relationship between optical intensity on optical coherence tomography and retinal ischemia in branch retinal vein occlusion. Scientific Reports. 8 (1), 9626 (2018).
- Chen, X., et al. Quantitative analysis of retinal layer optical intensities on three-dimensional optical coherence tomography. Investigative Opthalmology & Visual Science. 54 (10), 6846-6851 (2013).
- Cruz-Herranz, A., et al. Monitoring retinal changes with optical coherence tomography predicts neuronal loss in experimental autoimmune encephalomyelitis. Journal of Neuroinflammation. 16 (1), 203 (2019).
- Podoleanu, A. G. Optical coherence tomography. Journal of Microscopy. 247 (3), 209-219 (2012).
- Augustin, M., et al. Optical coherence tomography findings in the retinas of SOD1 knockout mice. Translational Vision Science & Technology. 9 (4), 15 (2020).
- Berger, A., et al. Spectral-domain optical coherence tomography of the rodent eye: highlighting layers of the outer retina using signal averaging and comparison with histology. PLoS One. 9 (5), 96494 (2014).
- Burns, M. E., et al. New developments in murine imaging for assessing photoreceptor degeneration in vivo. Advances in Experimental Medicine & Biology. 854, 269-275 (2016).
- Jagodzinska, J., et al. Optical coherence tomography: imaging mouse retinal ganglion cells in vivo. Journal of Visualized Experiments: Jove. (127), e55865 (2017).
- Kocaoglu, O. P., et al. Simultaneous fundus imaging and optical coherence tomography of the mouse retina. Investigative Opthalmology & Visual Science. 48 (3), 1283-1289 (2007).
- Tode, J., et al. Thermal stimulation of the retina reduces Bruch’s membrane thickness in age related macular degeneration mouse models. Translational Vision Science & Technology. 7 (3), 2 (2018).
- Wang, R., Jiang, C., Ma, J., Young, M. J. Monitoring morphological changes in the retina of rhodopsin-/- mice with spectral domain optical coherence tomography. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 53 (7), 3967-3972 (2012).
- Xie, Y., et al. A spectral-domain optical coherence tomographic analysis of Rdh5-/- mice retina. PLoS ONE. 15 (4), 0231220 (2020).
- Li, Q., et al. Noninvasive imaging by optical coherence tomography to monitor retinal degeneration in the mouse. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 42 (12), 2981-2989 (2001).
- Horio, N., et al. Progressive change of optical coherence tomography scans in retinal degeneration slow mice. Archives of Ophthalmology. 119 (9), 1329-1332 (2001).
- Hu, W., et al. Expression of VLDLR in the retina and evolution of subretinal neovascularization in the knockout mouse model’s retinal angiomatous proliferation. Investigative Opthalmology & Visual Science. 49 (1), 407-415 (2008).
- Wyne, K. Expression of the VLDL receptor in endothelial cells. Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology. 16 (3), 407-415 (1996).
- Augustin, M., et al. In vivo characterization of spontaneous retinal neovascularization in the mouse eye by multifunctional optical coherence tomography. Investigative Opthalmology & Visual Science. 59 (5), 2054-2068 (2018).
- Fang, Y., et al. Fundus autofluorescence, spectral-domain optical coherence tomography, and histology correlations in a Stargardt disease mouse model. The FASEB Journal. 34 (3), 3693-3714 (2020).
