盖玻片序贯应用评估鼠标透镜的抗压刚度:应变和形态分析
2016年5月3日
与年龄相关的晶状体僵硬增加与老花眼有关。该协议描述了一种简单、经济高效的小鼠晶状体刚度测量方法。老鼠镜片和人类镜片一样，会随着年龄的增长而变得更硬。这种方法很精确，可以适用于大型动物的晶状体。
该程序的总体目标是使用一种简单且廉价的方法评估小鼠镜片的压缩刚度和几何形状。这种方法可以回答镜头领域的关键问题。例如不同的遗传和实验扰动如何影响晶状体的生物力学特性。
该技术的主要优点是精确、可重复，并且不需要昂贵或专门的设备。该方法提供了对小鼠晶状体特性的深入了解，可能适用于大鼠和兔子等大型模式生物。该方法的可视化至关重要，因为如果不进行演示，就很难学习晶状体解剖和盖玻片应用步骤。
演示该程序的是我实验室的博士后 Catherine Cheng。开始使用弯曲的镊子压下安乐死小鼠眼睛周围的组织，将眼睛从眼窝中取出。然后，取出眼睛，在解剖显微镜下将其放入含有新鲜 PBS 的解剖皿中。
尽可能靠近眼球切断视神经。然后轻轻小心地将细而直的镊子通过视神经离开器官后部的孔插入眼球。用剪刀小心地从角膜的后部到边缘切开，注意不要损坏晶状体。
沿着角膜和巩膜之间的交界处继续切开，至少在眼球周围切开。并轻轻推动角膜，通过开口将晶状体从眼睛中取出。然后，使用细尖直镊子小心地去除仍然附着在镜头上的任何大碎屑。
并目视确认镜头没有损坏。在开始刚度测量前至少两个小时，使用分析天平称量同一箱子中的至少 10 个盖玻片。确定盖玻片的平均重量。
然后，在室温 PBS 中预润湿盖玻片和直角镜。在水合材料时，用 65 至 75 毫升 PBS 填充测量室。并将腔室置于放大倍数为 30 X 的解剖显微镜下，从底部照明，左右两侧使用光纤光源。
盖玻片准备好后，将直角镜放入腔室中，与用于固定镜头的草皮保持恒定距离。接下来，使用弯曲的镊子，小心地将解剖的镜片转移到测量室中。将电源光电源设置为最大光强的 80%，并根据需要根据环境照明、用户偏好和图像质量调整电源输出。
从腔室的正上方获取空载镜头的俯视图图像。然后，拍摄聚焦的镜面边缘的照片，然后通过草皮外的镜子拍摄空载镜头的侧视图图像。然后，将镜片放入草皮中，并确认镜片在其前杆或后杆上牢固笔直地固定在草皮内。
对着镜子拍一张镜头的照片。然后，轻轻地将盖玻片放在镜头上。两分钟后，拍摄装入镜头的另一张侧视图图像。
继续添加盖玻片，在添加每个盖玻片 2 分钟后获取侧视图图像，直到应用完总共 10 个盖玻片。然后，取下所有盖玻片，等待最后两分钟，并获得血缘内外镜头的侧视图图像。以及草皮外镜头的俯视图图像。
要确定晶状体核的大小，请将晶状体放入装满 PBS 的干净培养皿中，并使用细而直的镊子轻轻解封晶状体。要去除皮质纤维细胞，请在戴手套的手指之间滚动晶状体。接下来，在 PBS 中轻轻冲洗晶状体核，然后将晶核放回测量室中。
通过直角镜获取晶状体核的图像。最后，要分析图像，请使用适当的图像分析软件在每个加载步骤之前和之后测量镜头的赤道直径和轴向直径。还要测量每个晶状体核的直径。
在这个代表性实验中，测量了 2 个月、4 个月和 8 个月大的小鼠晶状体的刚度和尺寸，并计算了轴向和赤道应变。轴向应变是施加载荷的对数函数，在最大施加载荷下，轴向和赤道应变具有统计学意义的、年龄依赖性的减少，表明小鼠晶状体随着年龄的增长而变硬。本实验期间收集的图像数据还用于确定其他几种晶状体形态特征。
正如预期的那样，轴向和赤道直径以及晶状体体积随着年龄的增长而增加。纵横比表明透镜的赤道直径略大于轴径。而且这个参数并没有随着年龄的增长而改变。
晶状体核的直径、体积和分数随着年龄的增长而增加，表明晶状体核随着晶状体年龄的增长而重塑，相对大小增加。一旦掌握，如果执行得当，这个技术可以在每个镜片 30 到 45 分钟内完成。在尝试此程序时，重要的是将镜片均匀地放置在草皮内，并让镜片在每次额外的盖玻片之间放松两分钟。
观看此视频后，您应该对如何使用连续应用盖玻片来评估小鼠晶状体的压缩刚度和形态计量学有很好的了解。这种精确、简单且廉价的技术为晶状体研究人员探索基因突变对小鼠的生物力学影响铺平了道路。
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概述
该协议概述了一种简单且经济实惠的方法来测量小鼠晶状体的刚度，这些晶状体与人类晶状体一样，随着年龄增长而变得更加坚硬。该技术精确且可以适用于较大动物的晶状体。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 生物学
- 生物力学
背景
- 与年龄相关的晶状体刚度增加与远视有关。
- 了解晶状体的生物力学性质对解决视力相关问题至关重要。
- 小鼠晶状体可作为研究晶状体刚度及其影响的模型。
- 该方法可应用于较大的模型生物，增强其相关性。
研究目的
- 评估小鼠晶状体的压缩刚度和几何形态。
- 研究遗传和实验因素如何影响晶状体特性。
- 提供一种不需要昂贵设备的可重复使用方法。
使用的方法
- 测量小鼠晶状体的压缩刚度。
- 评估晶状体几何形态。
- 应用简单且经济的方法。
- 可视化晶状体解剖和盖玻片应用技术。
主要结果
- 该方法在测量晶状体刚度方面展示了精确性和可重复性。
- 获得的见解可以为不同物种的晶状体特性研究提供信息。
- 可视化有助于理解复杂的解剖技术。
- 潜在应用可扩展到较大的动物模型。
结论
- 该方法为晶状体生物力学提供了宝贵的见解。
- 它是该领域研究人员的一种经济实惠的工具。
- 进一步的研究可以利用这种方法探索遗传和实验对晶状体特性的影响。
常见问题
Executive Industry Relevance
Quantitative assessment of lens compressive stiffness using sequential glass coverslips enables precise biomechanical characterization in genetically engineered mouse models. This reproducible, scalable method supports early-stage target validation and mechanistic de-risking for ocular disease research. Its cost-effectiveness and adaptability position it as a reusable capability for preclinical R&D pipelines focused on lens pathologies and age-related biomechanical changes.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of genetic and experimental perturbations on lens biomechanics.
- Supports functional target validation by quantifying age- and mutation-dependent changes in lens stiffness.
- Facilitates mechanistic de-risking for ocular disease models by providing direct biomechanical readouts.
Screening & Assay Development
- Prepares validated ex vivo lens systems for downstream compound or genetic screening.
- Delivers standardized, quantitative strain and morphometric outputs for assay reproducibility.
- Supports scalability and platform reuse across different animal models.
Translational & Preclinical Research
- Aligns with translational biomarker development by modeling age-related biomechanical changes relevant to human lens pathologies.
- Enables continuity from genetic discovery to preclinical validation in lens research.
- Provides predictive confidence for advancing lens-targeted interventions.
Pipeline & Workflow Integration
This method integrates into the discovery-to-preclinical continuum for ocular research, supporting hypothesis testing, target validation, and translational modeling.
- Discovery Biology: Quantifies biomechanical effects of genetic or experimental manipulations in mouse lenses.
- Screening: Offers reproducible, quantitative strain and morphometric measurements for assay development.
- Analytics: Provides statistical outputs for comparing age groups, genotypes, or interventions.
- Translational Research: Models age-related lens stiffening, informing biomarker alignment for human disease.
- Enterprise Reuse: Adaptable for larger animal models, supporting cross-program standardization.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in lens biomechanics.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible, and scalable biomechanical assays.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and reduces late-stage biological risk in ocular portfolios.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of genetic targets and interventions for lens pathologies.
Implementation Considerations
- Requires expertise in lens dissection and precise application of compressive loads.
- Needs basic imaging and analytical infrastructure for morphometric analysis.
- Demands cross-team standardization for reproducibility across studies and models.
- Adaptable to larger animal models with protocol adjustments.
- Dependent on careful handling to avoid lens damage and ensure data quality.
