通过尾静脉注射进行吲哚菁绿血管造影（ICGA），可获得高质量的ICGA时程图像，用于表征小鼠脉络膜的异常情况。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
本文内容
摘要
摘要
吲哚菁绿 血管造影（或ICGA）是一种由眼科医生用于诊断多种眼病（如年龄相关性黄斑变性（AMD））脉络膜和视网膜血管异常的技术。由于吲哚菁绿的红外光谱能够穿透色素层，ICGA特别适用于对眼后部脉络膜血管系统进行成像。ICGA的时间过程可分为早期、中期和晚期三个阶段，这三个阶段为眼部疾病的病理提供了重要信息。尽管通过静脉（IV）注射进行时间序列ICGA已在临床广泛用于脉络膜疾病的诊断与管理，但在动物研究中通常采用腹腔注射（IP）方式进行ICGA。本文中，我们展示了通过尾静脉注射结合共聚焦扫描激光检眼镜技术，在小鼠中获取高分辨率时间序列ICGA图像的方法。我们利用该技术对年龄相关性黄斑变性小鼠模型中的脉络膜病变进行了成像。尽管通过腹腔注射将ICG引入小鼠血管系统更为简便，但我们的数据表明，采用IP-ICGA难以获得可重复的时间序列ICGA图像。相比之下，通过尾静脉注射进行ICGA所获得的时间序列图像质量高，可与人类研究中的图像相媲美。此外，我们发现，在白化小鼠上进行ICGA所获得的脉络膜血管图像比在色素性小鼠上更清晰。我们建议，基于动物模型的AMD研究应将时间序列静脉注射ICGA作为标准操作方法。
引言
吲哚菁绿血管造影（ICGA）是一种用于成像眼部血管相关问题的诊断性检查。吲哚菁绿（ICG）的吸收光谱范围为790–805 nm，发射光谱范围为770–880 nm，峰值发射波长为835 nm 1。这与另一种常用的染料荧光素钠不同，后者的光谱位于可见光范围内。由于ICG处于红外光谱范围，因此能够穿透视网膜色素上皮（RPE）、浆液性或出血性液体以及脂质渗出物，而这些组织常会阻碍基于荧光素钠的荧光素血管造影（FA）对结构的观察。ICG在血管内与蛋白质的结合率高达98%，因而外渗较少，有助于更清晰地成像脉络膜血管及脉络膜病变1,2。对于位于RPE后方的脉络膜血管系统，ICGA几乎是唯一可用的成像手段。图1展示了ICGA与FA在小鼠眼血管成像中的对比。FA可有效成像视网膜血管，但无法清晰显示脉络膜血管；而ICGA则可用于同时成像视网膜和脉络膜血管。本研究将采用高分辨率数字成像系统或配备红外敏感摄像机的扫描激光检眼镜（SLO）进行ICGA检查。
在临床中，吲哚菁绿血管造影（ICGA）已被推荐用于诊断多种累及脉络膜血管的脉络视网膜疾病，包括息肉样脉络膜血管病变（PCV）和视网膜血管瘤样增生（RAP）。, 血管样条纹、卵黄样黄斑营养不良、中心性浆液性脉络膜视网膜病变、脉络膜血管瘤、出血性视网膜小动脉大动脉瘤、脉络膜肿瘤以及某些类型的后部葡萄膜炎1,3吲哚菁绿血管造影（ICGA）联合荧光素眼底血管造影（FA）和光学相干断层扫描（OCT）为临床医生在渗出性年龄相关性黄斑变性（AMD）的诊断与管理中提供了强有力的工具4-10ICGA 在诊断脉络膜相关疾病方面尤为有用。事实上，ICGA 被视为诊断息肉状脉络膜血管病变（PCV，一种渗出性年龄相关性黄斑变性的亚型）的金标准。11-13PCV 的特征是脉络膜血管网中存在分支血管，并伴有终末息肉样扩张11-13PCV 常伴有视网膜色素上皮层和视网膜的复发性浆液性脱离，并出现来自脉络膜血管瘤样病变成分的渗漏和出血11,14,15我们最近报道了通过在小鼠视网膜色素上皮（RPE）中转基因表达人源HTRA1（一种多功能丝氨酸蛋白酶），成功建立了首个PCV动物模型。16我们发现HTRA1水平升高可诱导PCV的特征性表现， 例如 息肉样病变
本文中，我们通过尾静脉注射在HTRA1小鼠模型的年龄相关性黄斑变性（AMD）研究中展示了吲哚菁绿血管造影（ICGA）时间序列成像的应用。我们的数据表明，静脉内注射ICGA（IV-ICGA）在表征脉络膜病变方面优于目前该领域常用的腹腔注射（IP）或皮下注射（SC）ICGA方法17,18。
关于动物研究的声明
动物实验根据机构动物护理和使用委员会（IACUC）批准的方案进行，并遵循眼科与视觉研究中动物使用ARVO声明的规定。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
方案
1. 仪器准备
- 该操作在动物实验设施内的操作间进行。
- 实验开始前，需佩戴口罩、发帽、手术服、无菌鞋套和手套。
- 在加热板上将烧杯中的水加热至约 40 °C。
- 将一块无菌蓝色垫巾放在加热垫上，该加热垫将在后续成像过程中用于维持小鼠体温。打开加热垫。
- 准备成像系统：
- 移除防尘罩并打开激光器。
- 取出55°镜头并将其安装到机器上。
- 打开计算机上的成像软件，并在新患者工作表中输入小鼠的成像信息（例如 基因型，年龄， 等等。）在……下方 "设备类型"，选择红外（IR）模式。
注意：有研究报道，使用外部双非球面透镜可提高图像质量17-20，但我们无需使用外部透镜，仅通过IV-ICGA即可获得高质量图像（参见代表性结果中的图1-4）。
2. ICGA 尾静脉注射
- 用1%托吡卡胺滴眼液散大小鼠瞳孔，等待5分钟。
- 称重小鼠以确定所需麻醉剂（Ketamine/Xylazine/Acepromazine 65-100/10-20/1-3 mg/kg）的剂量。
- 取出一个无菌的1 ml 注射器及32 G 针头。以腹腔注射方式给予小鼠麻醉剂（13 mg/ml） 氯胺酮，2.6 mg/ml；赛拉嗪，0.3 mg/ml 在无菌 PBS 中的乙酰丙嗪。等待小鼠完全麻醉（约 5 分钟）。
- 将小鼠尾巴放入40 °C温水中，以引起静脉血管扩张。
- 取出一个 1 毫升 32号针头的注射器 G 针头。吸取所需量的ICG，通常为50 μl 1 mg/ml ICG 经 0.2 µm 注射器滤器无菌过滤后收集于无菌试管中， 对于一只25 g的小鼠（2 mg/kg）。注意不要将任何空气注入注射器中。
- 用酒精棉片擦拭尾部，以消毒待注射区域。
- 用一只手固定小鼠尾巴，使侧尾静脉朝上。针头斜面朝上，以最小角度将针头刺入静脉约2 mm，注意避免穿透静脉。轻轻回抽注射器，观察是否有血液流入针座，若有则表明针头已成功进入静脉。
- 缓慢将ICG注入静脉。注射时应无明显阻力。拔出针头后，立即用酒精棉片按压注射部位约5-10秒。 以止住任何出血。此时小鼠已准备好进行成像。为了捕捉早期阶段（注射后0-4分钟），必须迅速对小鼠进行成像。
注意：小鼠眼睛在麻醉状态下容易变干，并可能形成白内障。操作过程中需使用无菌 PBS 保持眼睛湿润。在进行 ICGA 记录前，用无菌棉签擦去多余的 PBS。其他实验室曾使用接触镜以防止角膜脱水17-20。
3. ICG 血管造影
- 开始采集图像，30-40 秒 吲哚菁绿（ICG）注射后，可捕捉脉络膜充盈的早期阶段，直至视网膜和脉络膜循环达到最大亮度（0-4分钟）。视网膜血管在聚焦约35-45屈光度时显示最佳，脉络膜血管则在10-15屈光度时可见。
注意： 在首次检查动物模型时，建议从各个角度（鼻侧、颞侧、背侧和腹侧）采集图像，以识别脉管系统的所有可能异常。在早期阶段，中等和较大的脉络膜动脉与静脉均能清晰显示。在本方案所使用的动物模型中，脉络膜病变（例如 多发性囊状扩张可能在早期阶段开始后1分钟出现。 - 将图像焦点设置在血管系统上。分别使用控制模块和调焦旋钮调节亮度和焦点。这些参数可通过数字方式调节，并易于保持恒定。保持小鼠眼睛与相机镜头之间的距离不变，以确保采用后续技术获得的图像质量具有可重复性。
注意： 由于该设备只能成像眼后段的一部分，我们在从不同角度对整个眼后段进行成像时，需尽量保持焦点、亮度以及相机镜头与小鼠眼睛之间的距离恒定。实现这一目标的关键是将吲哚菁绿（ICG）经眼部发出的环形发光与相机的视野对齐。通过调整相机位置的左右、上下以及前后方向，直至整个图像无暗区，即可实现对齐。当发光区域与相机视野完全对齐后，眼睛与镜头之间的距离即可保持可重复性，不仅适用于下一组图像采集，也能确保成像质量处于最佳距离。 - 当血管结构清晰对焦后，通过点击采集模块上的圆形黑色按钮来捕获图像帧。该圆形黑色按钮还可用于调节吲哚菁绿（ICG）信号的强弱，以获得最佳图像质量。
- 确定最佳观察角度和聚焦深度以成像脉络膜病变。在整个吲哚菁绿血管造影（ICGA）时间过程中，保持眼球位置、聚焦深度及其他设备设置固定不变至关重要。通过按下采集模块触摸屏面板上的采集按钮保存图像。
- 在注射后6-15分钟的中期阶段采集图像。
注意： 脉络膜和视网膜血管均变得不清晰。脉络膜血管呈现为弥散性荧光。与逐渐减弱的正常背景荧光形成对比，显示强荧光的脉络膜病变得以显现。 - 在注射后17-25分钟的晚期相采集图像。
注意： 高荧光逐渐消退，脉络膜和视网膜血管均不再可见，视盘变为黑色。脉络膜高荧光病灶与消退的背景之间形成最大对比。 - 完成图像采集后，向小鼠眼睛涂抹透明润滑眼用凝胶，并将小鼠置于加热垫上以促进恢复。
- 将小鼠放回笼子和饲养区域。将图像导出为Tiff或JPEG文件以供进一步分析。
注意： 各阶段的时间并非绝对。我们发现，各阶段的持续时间可能因注射的吲哚菁绿（ICG）剂量不同而有所变化。ICG 剂量较大时， tends to prolong each phase。定义各阶段的最佳方法是依据上述各阶段的关键特征。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
结果
我们对HTRA1转基因小鼠及其野生型对照同窝小鼠（均处于CD1遗传背景）进行了吲哚菁绿血管造影（ICGA）的时间序列分析。选择白化CD1背景是为了便于进行吲哚菁绿血管造影（ICGA）成像（见讨论部分）。在早期阶段，HTRA1小鼠中开始出现一些类似动脉瘤的扩张（图2，红色箭头指示血管末端的扩张，红色圆圈指示簇状多发性息肉样病变）。在此ICG染料灌注的早期阶段，WT和HTRA1小鼠的脉络膜血管均清晰可见。在中期阶段，HTRA1小鼠早期出现的高荧光病灶变得更加明显，并出现更多新病灶，同时脉络膜血管开始逐渐消退（黄色圆圈指示更多病灶的出现）。在晚期阶段，随着所有血管信号逐渐消失于背景中，HTRA1小鼠的脉络膜病灶变得更为“清晰”。在WT和HTRA1小鼠中，视盘区域均呈暗色（绿色箭头）。这三个阶段的关键特征与人类年龄相关性黄斑变性（AMD）患者ICGA时间序列的表现相似（早期：0–3分钟；中期：5–15分钟；晚期：18–22分钟）1。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
讨论
在本研究中，我们展示了使用吲哚菁绿血管造影（ICGA）对HTRA1转基因小鼠的脉络膜病变进行成像的方法。我们小鼠模型中ICGA早期、中期和晚期的特征与人类研究中的时程高度一致1。这一点对于更好地比较人类病理与动物表型至关重要，此类比较对于研究与脉络膜相关的疾病（如年龄相关性黄斑变性，AMD）的病理生理机制和治疗策略具有不可估量的价值。
我们首先通过腹腔注射在小鼠中进行了吲哚菁绿血管造影（ICGA），发现其时间进程在不同小鼠之间差异较大，这可能是由于吲哚菁绿染料从腹腔吸收的情况存在个体差异所致（图3）。这种变异性使得与通过静脉注射进行的人类研究难以比较。此外，静脉注射ICGA不同阶段的血管造影特征对于在动物模型中表征不同类型脉络膜病变非常有用。由于尾静脉注射技术难度较高（小鼠尾静脉非常细小），大多数人倾向于避免在小鼠中进行静脉注射（例如 荧光素血管造影FA）。然而，考虑到该技术的可重复性以及所能获取的信息量，这一操作的努力是值得的。一旦掌握了尾静脉注射技术，其余步骤与腹腔注射ICGA较为相似。需要特别指出的是，...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
披露
YF 是两项与本研究中使用的 AMD 小鼠模型相关的待批准专利的发明人。 SK、ZB 和 ADJ 无任何利益冲突需要披露。
致谢
本工作获得了美国国立卫生研究院（NIH）基金 1R01EY022901、防盲研究组织（RPB）职业发展奖、C.M.Reeves & M.A. Reeves 基金会、E. Matilda Ziegler 盲人研究基金会、圣殿骑士眼科基金会，以及 RPB 向犹他大学眼科系提供的无限制基金的支持。 我们感谢 Balamurali Ambati 在 Spectralis 多模态成像系统上的技术支持，感谢 Tao Zhang 对手稿的讨论和意见。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 海德堡 Spectralis 多模态成像系统 | Heidelberg Engineering, Germany | SPECTRALIS HRA+OCT | |
| 托吡卡胺滴眼液（1%） | Bausch & Lomb | NDC 24208-585-64 | 用于散瞳 |
| GenTeal 凝胶 | Genteal | NDC 58768-791-15 | 透明润滑性眼用凝胶 |
| 氯胺酮 | Vedco Inc | NDC 50989-996-06 | |
| 赛拉嗪 | Lloyd Laboratories | NADA 139-236 | |
| 乙酰丙嗪 | Vedco Inc | NDC 50989-160-11 | |
| 32G 针头 | Steriject | PRE-32013 | |
| 1 ml 注射器 | BD | 309659 | |
| 吲哚菁绿 | Pfaltz & Bauer | I01250 |
参考文献
- Duane, T. D., Tasman, W., Jaeger, E. A. Chapter 4a, Indocyanine Green Angiography. Duane's clinical ophthalmology on CD-ROM. , Lippincott Williams & Wilkins. Philadelphia. (2002).
- Alfaro, D. V. Age-related macular degeneration : a comprehensive textbook. , Lippincott Williams & Wilkins. (2006).
- Yannuzzi, L. A. Indocyanine green angiography: a perspective on use in the clinical setting. Am. J. Ophthalmol. 151, 745-751 (2011).
- Destro, M., Puliafito, C. A. Indocyanine green videoangiography of choroidal neovascularization. Ophthalmology. 96, 846-853 (1989).
- Scheider, A., Schroedel, C. High resolution indocyanine green angiography with a scanning laser ophthalmoscope. Am. J. Ophthalmol. 108, 458-459 (1989).
- Guyer, D. R., et al. Digital indocyanine-green angiography in chorioretinal disorders. Ophthalmology. 99, 287-291 (1992).
- Yannuzzi, L. A., Slakter, J. S., Sorenson, J. A., Guyer, D. R., Orlock, D. A. Digital indocyanine green videoangiography and choroidal neovascularization. Retina. 12, 191-223 (1992).
- Regillo, C. D., Benson, W. E., Maguire, J. I., Annesley, W. H. Indocyanine green angiography and occult choroidal neovascularization. Ophthalmology. 101, 280-288 (1994).
- Scheider, A., Kaboth, A., Neuhauser, L. Detection of subretinal neovascular membranes with indocyanine green and an infrared scanning laser ophthalmoscope. Am. J. Ophthalmol. 113, 45-51 (1992).
- Kuck, H., Inhoffen, W., Schneider, U., Kreissig, I. Diagnosis of occult subretinal neovascularization in age-related macular degeneration by infrared scanning laser videoangiography. Retina. 13, 36-39 (1993).
- Imamura, Y., Engelbert, M., Iida, T., Freund, K. B., Yannuzzi, L. A. Polypoidal choroidal vasculopathy: a review. Surv. Ophthalmol. 55, 501-515 (2010).
- Ciardella, A. P., Donsoff, I. M., Yannuzzi, L. A. Polypoidal choroidal vasculopathy. Ophthalmol. Clin. N. Am. 15, 537-554 (2002).
- Spaide, R. F., Yannuzzi, L. A., Slakter, J. S., Sorenson, J., Orlach, D. A. Indocyanine green videoangiography of idiopathic polypoidal choroidal vasculopathy. Retina. 15, 100-110 (1995).
- Coppens, G., Spielberg, L., Leys, A. Polypoidal choroidal vasculopathy, diagnosis and management. Bull. Soc. belge d'Ophtalmol.. , 39-44 (2011).
- Tsujikawa, A., et al. Pigment epithelial detachment in polypoidal choroidal vasculopathy. Am. J. Ophthalmol. 143, 102-111 (2007).
- Jones, A., et al. Increased expression of multifunctional serine protease, HTRA1, in retinal pigment epithelium induces polypoidal choroidal vasculopathy in mice. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 14578-14583 (2011).
- Alex, A. F., Heiduschka, P., Eter, N. Retinal fundus imaging in mouse models of retinal diseases. Methods Mol. Biol. 935, 41-67 (2013).
- Seeliger, M. W., et al. In vivo confocal imaging of the retina in animal models using scanning laser ophthalmoscopy. Vision Res. 45, 3512-3519 (2005).
- Fischer, M. D., Zhour, A., Kernstock, C. J. Phenotyping of mouse models with OCT. Methods Mol. Biol. 935, 79-85 (2013).
- Jian, Y., Zawadzki, R. J., Sarunic, M. V. Adaptive optics optical coherence tomography for in vivo mouse retinal imaging. J. Biomed. Opt. 18, 56007 (2013).
- Ciardella, A. P., Donsoff, I. M., Huang, S. J., Costa, D. L., Yannuzzi, L. A. Polypoidal choroidal vasculopathy. Surv. Ophthalmol. 49, 25-37 (2004).
- Sasahara, M., et al. Polypoidal choroidal vasculopathy with choroidal vascular hyperpermeability. Am. J. Ophthalmol. 142, 601-607 (2006).
- Silva, R. M., et al. Polypoidal choroidal vasculopathy and photodynamic therapy with verteporfin. Graefes Arch. Clin. Exp. Ophthalmol. 243, 973-979 (2005).
- Yannuzzi, L. A., et al. Polypoidal choroidal vasculopathy masquerading as central serous chorioretinopathy. Ophthalmology. 107, 767-777 (2000).
- Janssen, A., et al. Abnormal vessel formation in the choroid of mice lacking tissue inhibitor of metalloprotease-3. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 49, 2812-2822 (2008).
- Ding, X., Patel, M., Chan, C. C. Molecular pathology of age-related macular degeneration. Prog. Retin. Eye Res. 28, 1-18 (2009).
- Grossniklaus, H. E., Kang, S. J., Berglin, L. Animal models of choroidal and retinal neovascularization. Prog. Retin. Eye Res. 29, 500-519 (2010).
- Pennesi, M. E., Neuringer, M., Courtney, R. J. Animal models of age related macular degeneration. Mol. Aspects Med. 33, 487-509 (2012).
- Elizabeth Rakoczy, P., Yu, M. J., Nusinowitz, S., Chang, B., Heckenlively, J. R. Mouse models of age-related macular degeneration. Exp. Eye Res. 82, 741-752 (2006).
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
重印与许可
标签
