Die histologische Untersuchung des Augapfels von Maus und Ratte ist ein mächtiges Werkzeug auf dem Gebiet der experimentellen Ophthalmologie. Sie kann neue Informationen über Veränderungen der Augenstrukturen im Verlauf von Augenerkrankungen liefern, die sonst im klinischen Umfeld nicht beobachtet würden. Die beschriebenen Protokolle stellen eine einfache Methode zur Durchführung einer histologischen Analyse der Netzhaut dar. Die Feinheiten des Verfahrens, das zur Bearbeitung von vorderem Gewebe, wie z. B. der Hornhaut, erforderlich ist, werden hier nicht beschrieben.
In der vorliegenden Studie wurde die Enukleation nach dem Einschläfern der Tiere durchgeführt, da neben den Augäpfeln auch andere Gewebe (Blut, Nieren) zu Forschungszwecken entnommen wurden. Die Enukleation kann jedoch auch an lebenden Tieren unter Narkose durchgeführt werden. Wilding et al. haben das Verfahren14 beschrieben, und wir möchten die Leser auf diese Arbeit verweisen, um Fotos des Enukleationsverfahrens zu sehen.
Obwohl die Protokolle für die Vorbereitung von Objektträgern mit Maus- und Ratten-Augäpfeln ähnlich sind, besteht der Hauptunterschied zwischen Maus- und Ratten-Augäpfeln, die bei der Vorbereitung von Objektträgern zu berücksichtigen sind, in ihrer Größe. Die Augäpfel der Ratte haben im Vergleich zu Mäusen ein 8x - 10x größeres Volumen, während die durchschnittliche axiale Länge eines Maus-Augapfels etwa 3,2 mm beträgt und die axiale Länge eines Ratten-Augapfels typischerweise um 6,91 mm oszilliert15,16. Dies erleichtert die Notwendigkeit, die Augäpfel der Ratten in zwei Hälften zu schneiden, um das Eindringen der Reagenzien in das Gewebe während der Verarbeitung zu verbessern. Außerdem ist die Zeit, die für das Eindringen des Reagenzes in das Rattengewebe benötigt wird, länger als bei Mausaugäpfeln. Beim Schneiden der Augäpfel der Ratte ist es wichtig, eine scharfe Klinge zu verwenden, da sich die feste, eingefrorene Linse als Hindernis erweisen kann.
Ein weiterer diskussionswürdiger Punkt ist die Fixierung von Geweben nach der Entnahme von den Tieren. In dem vorgestellten Protokoll wurden Augäpfel nach der Enukleation mit PFA fixiert und in Saccharoselösungen getaucht. Saccharose wirkt als Kryoprotektivum, da sie die Zellen großer Gewebe vor Schäden durch Eiskristalle schützt, die sich beim Einfrieren bilden17. Das Einfrieren des Gewebes ermöglicht es den Forschern, das Gewebe länger zu lagern und es in Zukunft auch für verschiedene Untersuchungen zu verwenden, darunter eine histopathologische Analyse mit einem Mikrotom (wie vorgestellt), eine histopathologische Analyse mit einem Kryotom und Immunmarkierung zur Beurteilung mittels konfokaler Mikroskopie. Wenn beispielsweise ein Augapfel einer Ratte in zwei Hälften geschnitten wird (Schritt 2.4.1), wenn der Schnitt effizient und schnell (innerhalb von 5 - 10 s) durchgeführt wird und das Auge keine Zeit zum Auftauen hat, kann eine Hälfte des Augapfels für die Histopathologie verwendet werden, und eine andere kann für die zukünftige Immunmarkierung wieder in den Gefrierschrank gelegt werden. Wir empfehlen, keine Immunmarkierung an Geweben durchzuführen, die zuvor mit Paraffin infiltriert wurden, da sich die Konformation der Proteinepitopen nach der Paraffinfixierung möglicherweise verändern könnte. Wenn eine Gruppe von Forschern jedoch nur plant, eine histopathologische Analyse mit einem Mikrotom durchzuführen, kann eine einfachere Standardmethode zur Fixierung von Geweben für die Paraffineinbettung verwendet werden - zum Beispiel anstatt die Schritte 1.2.1 - 1.4.1 für Mäuse oder die Schritte 2.2.1 - 2.4.2 für Ratten durchzuführen, legen Sie das Gewebe für 24 h in eine 10%ige PFA-Lösung, und lagern Sie sie dann bis zur Verarbeitung in PBS bei 4 °C. Saccharose wird dann nicht als Kryoprotektivum benötigt, da das Gewebe nicht eingefroren wird. Mit dieser vorgeschlagenen Methode wird der Gefrierprozess vermieden, was sich als vorteilhaft erweisen und dazu führen kann, dass Objektträger von höherer Qualität erhalten werden. Das Einfrieren der Augäpfel gibt den Forschern zwar mehr Freiheit bei der Wahl des Zeitpunkts für die histopathologische Untersuchung, ist aber ein Schritt, der möglicherweise die Probenqualität beeinträchtigen und zu einer Netzhautablösung führen kann. Man sollte jedoch bedenken, dass bei der Lagerung von Geweben bei 4 °C deren biologische Stabilität kürzer ist und das Gewebe innerhalb von 4 Wochen analysiert werden sollte. Auch bei der Arbeit mit Ratten-Augäpfeln wird Schritt 2.4.1 (die Augäpfel in zwei Hälften schneiden) bei einem nicht gefrorenen Augapfel viel schwieriger durchzuführen sein.
Die vorgestellte Methodik wurde auf der Grundlage der von Chai et al.18, Igarashi et al.19, Zhang et al.20 und Dorfman et al.21 beschriebenen Methodik auf der Grundlage persönlicher Erfahrungen und einer Methode von Versuch und Irrtum entwickelt. Die Methode zur Messung der Dicke der Netzhaut und der einzelnen Schichten wird auf der Grundlage der von Chai et al.16 und Barber et al.18,22 vorgestellten Methodik beschrieben. Die retinale RGC-Zählmethode wurde aus einer Überprüfung der Arbeiten von Chai et al.16, Zhang et al.18, Steinle et al.19 und Dorfman et al.18,20,21,23 entwickelt. Insgesamt unterscheidet sich die Präparation histopathologischer Objektträger von Augäpfeln von einer standardmäßigen formalinfixierten, in Paraffin eingebetteten Gewebepräparation, da der Augapfel kugelförmig ist und daher schwieriger zu handhaben, zu schneiden und zu schneiden ist. Außerdem ist die Sklera eine Barriere für die Infiltration von Reagenzien in das Gewebe. Bei der Vorbereitung histologischer Objektträger von Augäpfeln muss man vorsichtiger und präziser arbeiten, wobei man darauf achten muss, die empfindlichen Strukturen des inneren Teils des Augapfels nicht zu beschädigen. Modifikationen dieses Protokolls können die Verwendung der Methacrylat-Einbettungstechnik anstelle der Paraffineinbettung umfassen, die Berichten zufolge bessere morphologische Ergebnisse liefern kann. Allerdings haben nur sehr wenige Forscher diese Methode zur Beurteilung der Netzhaut verwendet24,25.
Dieses Protokoll ist nicht frei von Voreingenommenheit. Das größte Problem, mit dem unser Team zu kämpfen hatte, waren Netzhautrisse und Netzhautablösungen. Besonders anfällig für Risse war die Netzhaut von Rattenaugäpfeln, da diese vor der Diavorbereitung in zwei Hälften geschnitten werden mussten und die Netzhaut daher anfälliger für Beschädigungen war. Aufgrund der Netzhautablösung kann dieses Protokoll nicht für die Beurteilung der Aderhaut, des retinalen Pigmentepithels oder der Photorezeptorsegmentschicht verwendet werden. Unser Team ist jedoch der Meinung, dass dieses Protokoll zur Beurteilung der inneren Netzhaut (von ILM bis ELM) verwendet werden kann. Um das Ausmaß der Netzhautrisse und -ablösungen zu minimieren, sollte jeder Schritt des Protokolls sorgfältig, langsam und mit präzisen Bewegungen durchgeführt werden.
Die histopathologische Analyse der Netzhaut gehört nicht zur Standarddiagnostik am Menschen, ist aber eine weit verbreitete Methode in der präklinischen Forschung. Die Ergebnisse der histopathologischen Bewertung der Netzhaut in präklinischen Studien können mit den Ergebnissen der optischen kohärenten Tomographie (OCT)26 in Verbindung gebracht und diskutiert werden, d. h. einer Untersuchung, die einen Querschnitt durch die Netzhaut während einer In-vivo-Untersuchung zeigt, die in einem klinischen Umfeld am Menschen in klinischen Studien durchgeführt werden kann. Die OCT ist jedoch eine weniger detaillierte Untersuchung. Daher sind die Informationen, die wir aus histologischen Studien ziehen können, die im Rahmen der präklinischen Forschung durchgeführt wurden, unersetzlich und notwendig für die Entwicklung medizinischer Erkenntnisse.