Induktion der Augenoberflächenentzündung und Ansammlung von betroffenen Geweben

Summary

Eine Entzündung der Augenoberfläche schädigt das Augenoberflächengewebe und beeinträchtigt lebenswichtige Funktionen des Auges. Das vorliegende Protokoll beschreibt eine Methode zur Induktion einer Augenentzündung und zur Sammlung von kompromittiertem Gewebe in einem Mausmodell der Meibom-Drüsendysfunktion (MGD).

Abstract

Zu den Erkrankungen der Augenoberfläche gehören eine Reihe von Erkrankungen, die die Funktionen und Strukturen der Hornhaut, der Bindehaut und des damit verbundenen Augenoberflächennetzwerks stören. Meibom-Drüsen (MG) sezernieren Lipide, die eine Deckschicht bilden, die die Verdunstung des wässrigen Teils des Tränenfilms verhindert. Neutrophile und extrazelluläre DNA-Fallen bevölkern MG und die Augenoberfläche in einem Mausmodell für allergische Augenerkrankungen. Aggregierte extrazelluläre Neutrophilenfallen (aggNETs) formulieren eine netzartige Matrix, die aus extrazellulärem Chromatin besteht, die MG-Ausgänge verdeckt und MG-Dysfunktion konditioniert. Hier wird eine Methode zur Induktion von Augenoberflächenentzündungen und MG-Dysfunktion vorgestellt. Die Verfahren zur Entnahme von Organen im Zusammenhang mit der Augenoberfläche, wie Hornhaut, Bindehaut und Augenlider, werden detailliert beschrieben. Mit etablierten Techniken zur Verarbeitung jedes Organs werden auch die wichtigsten morphologischen und histopathologischen Merkmale der MG-Dysfunktion gezeigt. Augenexsudate bieten die Möglichkeit, den Entzündungszustand der Augenoberfläche zu beurteilen. Diese Verfahren ermöglichen die Untersuchung topischer und systemischer entzündungshemmender Interventionen auf präklinischer Ebene.

Introduction

Jeder Wimpernschlag füllt den glatten Tränenfilm, der über die Hornhaut verteilt ist, wieder auf. Die Augenoberflächenepithel erleichtern die Verteilung und korrekte Ausrichtung des Tränenfilms auf der Augenoberfläche. Mucine werden von den Hornhaut- und Bindehautepithelzellen bereitgestellt, um den wässrigen Teil des Tränenfilms aus den Tränendrüsen auf der Augenoberfläche zu positionieren. Schließlich sondert MG Lipide ab, die eine Deckschicht bilden, die die Verdunstung des wässrigen Teils des Tränenfilms ^1,2,3 verhindert. Auf diese Weise schützen die aufeinander abgestimmten Funktionen aller Augenorgane die Augenoberfläche vor eindringenden Krankheitserregern oder Verletzungen und unterstützen eine kristallklare Sicht ohne Schmerzen oder Beschwerden.

In einer gesunden Augenoberfläche fegt der okuläre fließende Ausfluss oder Augenrheum Staub, tote Epithelzellen, Bakterien, Schleim und Immunzellen weg. Aggregierte extrazelluläre Neutrophilenfallen (aggNETs) formulieren eine netzartige Matrix aus extrazellulärem Chromatin und bauen diese Komponenten in das Augenrheum ein. AggNETs lösen Entzündungen durch den proteolytischen Abbau von proinflammatorischen Zytokinen und Chemokinen^{auf 4}. Wenn sie jedoch dysfunktional werden, treiben diese aberranten aggNETs die Pathogenese von Krankheiten wie Gefäßverschlüssen bei COVID-19⁵, Gallensteinen⁶ und Sialolithiasis⁷ voran. In ähnlicher Weise spielen aggNETs auf der Augenoberfläche eine schützende Rolle und tragen zur Auflösung von Entzündungen der stark exponierten Oberfläche bei⁸. Entweder eine übertriebene Bildung oder ein Mangel an aggNETs in der Augenoberfläche kann die Stabilität des Tränenfilms beeinträchtigen und/oder Hornhautwunden, vernarbende Konjunktivitis und Erkrankungen des trockenen Auges verursachen. Zum Beispiel ist die Obstruktion von MG eine Hauptursache für die Erkrankung des trockenen Auges⁹. Es ist auch bekannt, dass AggNETs den Fluss der Lipidsekretion aus den MG-Kanälen verstopfen und eine Meibom-Drüsendysfunktion (MGD) verursachen. Die Stauung von MG-Öffnungen durch aggNETs verursacht einen Mangel an Fettflüssigkeit, die die Augenoberfläche umhüllt, und retrograde abgefüllte Flüssigkeit, was zu Funktionsstörungen der Drüsenfunktion und Azinusschäden führt. Diese Dysfunktion kann zu Tränenfilmverdunstung, Fibrose der Ränder an den Augenlidern, Augenentzündungen und schädlichen Schäden am MG^10,11 führen.

Im Laufe der Jahre wurden mehrere Tiermodelle entwickelt, um den pathologischen Prozess der MGD beim Menschen nachzuahmen. Zum Beispiel haben C57BL / 6-Mäuse im Alter von 1 Jahr dazu beigetragen, altersbedingte Auswirkungen auf die Krankheit des trockenen Auges (DED) und MGD zu untersuchen, was die Pathologie der Augenerkrankung bei Patienten im Alter von 50 Jahren und älter widerspiegelt^12,13,14. Darüber hinaus sind Kaninchen geeignete Modelle, um die Wirkung pharmakologischer Interventionen zu untersuchen. Daher wurde die Induktion von MGD bei Kaninchen entweder durch die topische Verabreichung von Adrenalin oder die systemische Einführung von 13-cis-Retinsäure (Isotretinoin)15,16,17,18,19 berichtet.

Obwohl diese Tiermodelle ausreichend waren, um die verschiedenen Faktoren zu bestimmen, die zur Pathophysiologie von MGD beitragen, waren sie in ihrer Verwendung eingeschränkt. Zum Beispiel war das murine Modell der altersbedingten MGD ideal für die Entschlüsselung von Elementen nur bei älteren Erwachsenen, und daher schienen Kaninchen das am besten geeignete Tiermodell zu sein, um Augenoberflächenerkrankungen zu untersuchen, da sie die Untersuchung mehrerer pathophysiologischer Mechanismen ermöglichen. Aufgrund des Fehlens umfassender analytischer Werkzeuge zum Nachweis von Proteinen an der Augenoberfläche und weil viele Teile des Kaninchengenoms unkommentiert sind, sind sie jedoch für Untersuchungen eingeschränkt^20,21.

Darüber hinaus lieferten diese Tiermodelle, die zur Untersuchung der Pathogenese der Erkrankung des trockenen Auges verwendet wurden, keine ausreichenden Details, um den immunologischen Arm der Erkrankung zu analysieren, die die Entzündung der Augenoberfläche auslöst. Dementsprechend zeigte das von Reyes et al. entwickelte Mausmodell von MGD einen Zusammenhang zwischen allergischen Augenerkrankungen bei Mäusen und MGD beim Menschen und hob die Immunätiologie hervor, die für obstruktive MGD²¹ verantwortlich ist. Dieses Modell assoziiert allergische Augenerkrankungen mit einer TH17-Reaktion, die Neutrophile in die Bindehaut und das Augenlid rekrutiert, was MGD und chronische Augenentzündungen verursacht²¹. Die Induktion von MGD und Augenentzündung in diesem murinen Modell ist ein wertvolles Werkzeug zur Untersuchung vorgelagerter Ereignisse während der Entwicklung lokaler Entzündungen, die durch eine anhaltende Immunantwort angetrieben werden²¹. Das aktuelle Protokoll beschreibt die Entzündung der Augenoberfläche, begleitet von obstruktiver MGD. Bei dieser Methode werden Mäuse immunisiert und nach 2 Wochen 7 Tage lang auf der Augenoberfläche mit dem Immunogen herausgefordert. Weiterhin werden die Schritte zur Isolierung des Augenexsudats und der zugehörigen Augenorgane bei akuten Entzündungen und der Dissektion von Hornhaut, Bindehaut und Augenlidern beschrieben.

Protocol

Alle Verfahren mit Tieren wurden nach den institutionellen Richtlinien zum Tierschutz durchgeführt und von der Tierschutzkommission der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) genehmigt (Genehmigungsnummer: 55.2.2-2532-2-1217). Für die vorliegende Studie wurden weibliche C57Bl/6-Mäuse im Alter von 7-9 Wochen verwendet. Die Mäuse wurden aus kommerziellen Quellen gewonnen (siehe Materialtabelle) und unter spezifischen pathogenfreien Bedingungen mit 12 h Tag/Nacht-Zyklen gehalten. …

Representative Results

Das vorliegende Protokoll beschreibt die sequentiellen Schritte zur Erstellung eines murinen Modells der Augenoberflächenentzündung. Die Protokolle sollen zeigen, wie Therapeutika lokal angewendet, Augenexsudate gewonnen und assoziierte akzessorische Organe wie gesunde und entzündete Augenlider (Abbildung 2), Hornhaut und Bindehaut herausgeschnitten werden können. Es muss darauf geachtet werden, dass die oberen Augenlider zur Isolierung der Bindehaut seziert werden, und sie muss während…

Discussion

Das ölige Sekret der Meibom-Drüsen ist für ein gesundes Auge von großer Bedeutung²². Die Obstruktion dieser Talgdrüsen durch aggregierte neutrophile extrazelluläre Fallen (aggNETs), die sich als parallele Stränge auf den Tarsalplatten beider Augenlider aneinanderreihen, kann jedoch den Tränenfilm^{stören 23}. Diese Störung führt zu einer Meibom-Drüsendysfunktion (MGD)¹ und beschleunigter Tränenverdunstung und konditioniert die Schädigung d…

Materials

1x PBS	Gibco
Aluminium Hydroxide	Imject alum Adjuvant	77161	40 mg/ mL Final Concentration: in vivo: 1 mg/ 100 µL
C57Bl/6 mice, aged 7–9 weeks	Charles River Laboratories
Calcium	Carl roth	CN93.1	1 M Final Concentration: 5 mM
Curved forceps	FST by Dumont SWITZERLAND	5/45 11251-35
Fine sharp scissor	FST Stainless steel, Germany	15001-08
Laminar safety cabinet	Herasafe
Macrophotography Camera	Canon	EOS6D
Macrophotography Camera (without IR filter)	Nikon	D5300
Mnase	New England biolabs	M0247S	2 x 106 gel U/mL
Multi-analyte flow assay kit (Custom mouse 13-plex panel)	Biolegend	CLPX-200421AM-UERLAN
NaCl 0,9% (Saline)	B.Braun
Ovalbumin (OVA)	Endofit, Invivogen	9006-59-1	10 mg/200 µL in saline
Pertussis toxin	ThermoFisher Scientific	PHZ1174	50 µg/ 500 µL in saline Final Concentration: in vivo: 100 µg/ 100 µL
Petridish	Greiner bio-one	628160
Scalpel	Feather disposable scalpel	No. 21	Final Concentration: in vivo:  300 ng/ 100 µL
Stereomicroscope	Zaiss	Stemi508
Syringe (corneal/iris washing)	BD Microlane	27 G x 3/4 – Nr.20 0,4 x 19 mm
Syringe (i.p immunization)	BD Microlane	24 G1"-Nr 17, 055* 25 mm