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研究健康和疾病中视网膜血管的方法

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DOI:

10.3791/65008

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2023年2月17日

本文内容

摘要

文章讨论:

Damsgaard, C., Lauridsen, H. 使用血流增强超声进行眼深血管成像。 可视化实验杂志。(176),e62986 (2021)。

Macouzet-Romero, FJ, Ochoa-Máynez, GA, Pérez-García, O., Pérez-Aragón, BJ, Lima-Gómez, V. 用光学相干断层扫描血管造影术测量毛细血管和其他血管对黄斑灌注密度的贡献评估。可视化实验杂志。(180),e63033 (2022)。

Subirada, P. V. et al. 非增殖性和增殖性视网膜小鼠全支架视网膜血管参数的量化。可视化实验杂志。(181),e63126 (2022)。

Vaglienti, MV, Subirada, PV, Barcelona, PF, Bonacci, G., Sanchez, MC 使用 2',7'-二氯荧光素二乙酸酯探针和流式细胞术定量 Müller 神经胶质细胞中的活性氧。可视化实验杂志。(183),e63337 (2022)。

Tomaszewsk, R., Rajpurohit, P., Cheng, M., Tawfik, A. 原代小鼠视网膜色素上皮细胞的分离。可视化实验杂志。(189),e63543 (2022)。

Elmasry, K., Moustafa, M., Al-Shabrawey, M. 成年小鼠视网膜的视网膜外植体作为研究视网膜神经血管疾病的离体模型。可视化实验杂志。(190),e63966 (2022)。

社论

眼睛含有缺乏血管的透明介质,包括角膜、晶状体和玻璃体。光在到达视网膜后部的感光器之前必须穿过这些介质。具体来说,角膜、晶状体和玻璃体缺乏血管,以避免光线的吸收和图像的失真1.视网膜血管分为三层:浅层,从视盘延伸到神经纤维层内的外围;中间层,位于内丛状层内;深层分布在外丛状层。该血管网络向视网膜内供血,而感光器则通过脉络膜血管的扩散供血。内外视网膜的营养受到内外血视网膜屏障(BRB)的严格控制。视网膜内皮细胞、周细胞和神经胶质细胞构成内部BRB。另一方面,视网膜色素上皮 (RPE) 细胞、脉络膜内皮细胞和布鲁赫膜形成外 BRB。视网膜血管的病理变化是多种视网膜疾病的标志,例如糖尿病视网膜病变、年龄相关性黄斑变性和早产儿视网膜病变。这些病理变化包括但不限于血管炎症、BRB分解、毛细血管变性、视网膜血流变化和病理性视网膜新生血管形成(RNV)2,3,4。因此,重要的是开发有效的方法,通过在类似于人类疾病中的生物和生化环境的条件下培养各种视网膜细胞,在体内使用实验动物进行体内和体外研究这些变化。研究人员可以使用几种实验方法来剖析视网膜血管疾病的潜在分子和细胞机制。该方法收集的目的是与其他研究人员分享视觉科学家和眼科医生在研究各种视网膜疾病中正常血管发育和血管异常的方法方面的专业知识。

Damsgaard等人的文章提出了一种血流增强超声方法,该方法允许研究人员在不使用造影剂的情况下对眼脉管系统进行三维成像5。该方法克服了其他方法的局限性,因为它在对色素性视网膜后面的眼睛进行成像时具有稳定性。尽管该方法已在金鱼中得到证实,但它可以应用于所有其他具有有核红细胞的实验物种。该方法对于在正常和病理条件下可视化眼部血管很有价值,并有助于研究眼部血流。然而,这种方法受到哺乳动物缺乏有核红细胞的限制。因此,与有核红细胞的物种相比,血流增强超声仅在哺乳动物中产生血流对比。此外,这种方法对运动噪声很敏感,例如来自呼吸运动的噪声,这可能会产生模糊的图像和伪影。这种运动噪声可以通过前瞻性或回顾性门控进行调整。对于 2D 和 3D 采集,限制动物因麻醉不足或换能器设置不稳定而移动引起的运动伪影至关重要。这项技术的发展为绝大多数拥有有核红细胞的脊椎动物的眼睛深部血管网络的非侵入性 体内 检查铺平了道路。

Macouzet-Romero 等人提出的方法使用光学相干断层扫描 (OCT)-血管造影6 评估视网膜血管对黄斑灌注密度的相对贡献。该方法表征扩张血管循环区域的比例。值得注意的是,血管扩张可能是对病理状况的反应。这种方法可以间接概述血管舒张并间接识别视网膜血管疾病中的低氧合,例如糖尿病视网膜病变 (DR)、中央静脉阻塞或年龄相关性黄斑变性 (AMD)。使用这种方法,Macouzet-Romero 等人 6 的主要发现是,在健康受试者中,大于视网膜毛细血管的血管对视网膜循环的贡献为 18.2%。因此,该百分比可用作识别视网膜血管疾病导致的灌注密度早期变化的参考。例如,动脉高血压患者的贡献百分比为 2.6%,糖尿病患者的贡献百分比为 16.4%,这表明该方法有可能用于评估与血管异常相关的视网膜疾病的进展。

Subirada等人提出的方法评估了缺血性视网膜病变实验模型中血管改变的不同参数(毛细血管变性[缺血区]、病理性视网膜新生血管[新生血管区]、视网膜小动脉的扩张和迂曲程度),例如氧诱导视网膜病变(OIR)和实验性糖尿病7.值得注意的是,OIR 再现了早产儿视网膜病变和增殖性糖尿病视网膜病变的某些方面。在实验模型中量化视网膜新生血管 (RNV) 或毛细血管变性程度的能力对于研究潜在的分子和细胞机制以及测试药理学或分子干预的可能治疗效果至关重要。总之,本文介绍了经典、成熟且可重复的技术,以量化临床实践中考虑的一些最相关的血管参数。

Vaglienti 等人的文章介绍了测量 Müller 神经胶质细胞中活性氧 (ROS) 水平的方法8.氧化应激在缺血性视网膜病变视网膜微血管功能障碍中的作用已经确定,并鼓励研究人员研究活性氧 (ROS) 在体内和体外对 BRB 和 RNV 分解的贡献程度 9,10,11,12 .Vaglienti 等人使用 2',7'-二氯荧光素二乙酸酯 (DCFD) 来评估细胞内活性氧 (ROS) 的生成水平。该方法基于DCFD扩散到细胞中,然后ROS将DCFD氧化成2',7'-二氯荧光素(DCF)。DCF 具有高荧光性,可以通过流式细胞术或共聚焦显微镜检测。该方法可以对视网膜细胞和组织中ROS的生成水平进行成像和测量。

Tomaszewski等人的文章证明了小鼠视网膜色素上皮(RPE)细胞的分离和生长13。RPE 细胞有助于外 BRB,并在光感受器止血和完整性中发挥重要作用。RPE 细胞功能障碍是各种视网膜疾病的标志,包括但不限于 AMD 和 DR。因此,RPE 细胞在健康和疾病中的功能体 外 研究对于了解几种血管性视网膜疾病的分子和细胞机制至关重要。为此,原代RPE细胞分离可以成为研究不同眼部疾病的潜在机制和发病机制以及提出针对这些疾病的新治疗应用的重要工具。该技术能够研究 RPE 细胞结构和功能的变化及其对 AMD 和 DR 中外 BRB 的影响。此外,该技术还可用于研究从野生型C57BL6小鼠和不同转基因小鼠中分离的RPE细胞的变化,并测试不同的药理化合物作为AMD14的治疗靶点。

Elmasry等人的文章提出了一种离体实验模型,该模型可用于通过长时间培养视网膜外植体来研究神经血管视网膜疾病15。在这个离体系统中,视网膜外植体在培养中呈现完整的血管和神经胶质网络以及视网膜神经元长达 2 周。器官型视网膜外植体已成为研究视网膜疾病(如DR和退行性视网膜疾病)的可靠工具16,17。与其他现有技术相比,视网膜外植体的使用通过添加一个独特的功能来支持体外视网膜细胞培养和体内动物模型,该特征允许在相同的生化参数下检查各种视网膜细胞(例如血管细胞、神经胶质细胞和神经元细胞)之间的串扰,并且独立于系统变量。外植体培养物将各种视网膜细胞维持在同一环境中,并保留细胞间物理和分子相互作用。此外,研究表明,视网膜外植体可以保留培养的视网膜细胞的形态结构和功能。总之,视网膜外植体可以为研究各种视网膜细胞之间响应生化变化(例如高血糖和缺氧)的串扰提供合适的平台,类似于在糖尿病视网膜病变 (DR) 或早产儿视网膜病变 (ROP) 中观察到的情况。这种方法还允许在受限的生化环境中测试治疗干预措施。视网膜外植体培养代表了一种可控技术和非常灵活的实验模型,允许进行多种药理学作,并可以揭示视网膜疾病的多种分子机制。

参考文献

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  5. Damsgaard, C., Lauridsen, H. Deep vascular imaging in the eye with flow-enhanced ultrasound. Journal of Visualized Experiments. (176), e62986(2021).
  6. Macouzet-Romero, F. J., Ochoa-Máynez, G. A., Pérez-García, O., Pérez-Aragón, B. J., Lima-Gómez, V. Evaluation of capillary and other vessel contribution to macular perfusion density measured with optical coherence tomography angiography. Journal of Visualized Experiments. (180), e63033(2022).
  7. Subirada, P. V., et al. Quantification of vascular parameters in whole mount retinas of mice with non-proliferative and proliferative retinopathies. Journal of Visualized Experiments. (181), e63126(2022).
  8. Vaglienti, M. V., Subirada, P. V., Barcelona, P. F., Bonacci, G., Sanchez, M. C. Quantification of reactive oxygen species using 2',7'-dichlorofluorescein diacetate probe and flow-cytometry in Müller glial cells. Journal of Visualized Experiments. (183), e63337(2022).
  9. Al-Shabrawey, M., et al. Inhibition of NAD(P)H oxidase activity blocks vascular endothelial growth factor overexpression and neovascularization during ischemic retinopathy. American Journal of Pathology. 167 (2), 599-607 (2005).
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  15. Elmasry, K., Moustafa, M., Al-Shabrawey, M. Retinal explant of the adult mouse retina as an ex vivo model for studying retinal neurovascular diseases. Journal of Visualized Experiments. (190), e63966(2022).
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