Utilisant la tomographie par cohérence optique et réponse optocinétique comme lectures structurale et fonctionnelle de système visuel chez les souris et les Rats
January 10th, 2019
Un protocole détaillé pour l’évaluation des afficheurs structurels et visuelles chez les rongeurs par réaction d’optocinétique et de tomographie par cohérence optique est présenté. Les résultats fournissent des indications précieuses pour la recherche ophtalmologique ainsi que neurologique.
Ces méthodes peuvent aider à répondre à des questions clés dans le domaine de la neurologie et de l’ophtalmologie, et aider à évaluer une grande variété de rétinopathies et de manifestations rétiniennes dans divers modèles de rongeurs. Le principal avantage de ces techniques est que des investigations longitudinales non invasives peuvent être effectuées, réduisant la variabilité et réduisant le nombre d’animaux nécessaires aux expériences. Ces méthodes permettent une étude quantitative in vivo de la structure et de la fonction qui peut être utilisée pour étudier les conditions pathologiques, ou pour évaluer l’utilité potentielle de nouvelles thérapeutiques.
Cependant, en particulier l’application de la technologie de tomographie de cohérence optique dans les modèles de rongeurs est toujours difficile, principalement en raison de la petite taille des yeux. Michael Dietrich, doctorant de notre laboratoire, démontrera les procédures. Après anesthésier le rongeur, appliquer une goutte de Phényléphrine Tropicamide sur chaque œil pour la dilatation pupille.
Essuyez tout excès de gouttelette humide après une minute. Et lubrifier le gel ophtalmique à base de méthylcellulose pour éviter de sécher l’œil et de créer une cornée trouble. Utilisez ensuite des forceps pour placer une lentille de contact personnalisée sur l’œil.
Appuyez sur le bouton Démarrer dans le coin droit de l’écran du panneau de commande pour démarrer le mode d’acquisition. Ensuite, pour l’image de l’œil gauche, placez le support pour s’assurer que l’ampoule de l’œil gauche du rongeur fait face à la caméra. Réglez le niveau de filtre à R, et sélectionnez BR et OCT pour l’imagerie fundus reflets bleus et l’acquisition de B-scan dans le logiciel.
Ensuite, réglez la distance de mise au point à environ 38 diopters, en utilisant le bouton de mise au point à l’arrière de la caméra. Et zoomer sur la rétine, jusqu’à ce que le scan OCT soit visible à l’écran. Ensuite, pour assurer un chemin de faisceau à travers le milieu de la pupille, avec un angle orthogonal de la rétine dans tous les plans, placez le disque optique au milieu du champ illuminé.
Et ajustez les balayages horizontaux et verticaux de ligne B à un niveau horizontal en tournant le support. Sur l’écran du logiciel sélectionnez le mode d’analyse de volume, et réglez-le à 25 B-scans en mode haute résolution à 50 suivi automatique en temps réel. Centrez le milieu de la grille de balayage de volume sur le disque optique et commencez l’acquisition en appuyant sur le bouton de sensibilité noire, puis acquérir sur le panneau de commande.
Une fois l’acquisition terminée, réglez le niveau de filtre à A.Select Blue Autofluorescence sur le panneau de commande. Et ajustez la luminosité de l’image avec le bouton de sensibilité. Appuyez sur le bouton de sensibilité, puis acquérir à l’image des cellules fluorescentes ou des dépôts autofluorescents.
Pour l’analyse des analyses de volume, utilisez la segmentation automatisée du logiciel de l’appareil OCT en cliquant à droite sur l’analyse. Et sélectionnez Segmentation, puis Toutes les couches. Effectuez la correction manuelle des couches en cliquant en double sur l’analyse désirée.
Sélectionnez Profil d’épaisseur. Et cliquez sur Modifier les segmentations de calque. Sélectionnez une couche à la fois.
Et si nécessaire corriger la ligne verte en déplaçant les points rouges en faisant glisser et tomber à la bonne position. Sélectionnez ensuite la carte d’épaisseur de l’onglet. Choisissez la grille ETDRS de 1, 2, 3 millimètres.
Centrez le cercle intérieur sur le disque optique. Enfin, calculer l’épaisseur des couches rétiniennes à partir des valeurs d’épaisseur fournies par le logiciel pour les différents secteurs rétiniens d’intérêt. Pour calculer les valeurs d’épaisseur principale à partir des balayages de volume, utilisez l’ensemble de la grille ETDRS de 1, 2, 3 mm qui couvre un angle d’environ 25 degrés, à l’exclusion du cercle intérieur d’un millimètre qui contient le disque optique.
Commencez par choisir une plate-forme pour mesurer les rongeurs. Ouvrez la fenêtre Presettings en cliquant en double sur le logiciel. Sélectionnez Nouveau Groupe et choisissez le nom du groupe, le nombre de sujets, l’espèce et les souches.
Sélectionnez un stimulus variable, une fréquence spatiotemporale, une sensibilité au contraste, une vitesse ou une orientation dans le menu dropdown et appuyez sur Créer un nouveau groupe. Concentrez-vous sur la plate-forme en manipulant l’anneau de mise au point de la caméra sur le dessus de la chambre. Et calibrer le système en alignant le cercle rouge autour du cercle noir sur la plate-forme.
Ensuite, placez le rongeur sur la plate-forme et laissez-le s’adapter à l’environnement pendant environ cinq minutes. Ensuite, commencez la mesure en sélectionnant la flèche gauche pour oui ou le carré pour non, si l’animal suit ou ne suit pas respectivement. Sélectionnez manuellement la taille de l’étape du stimulus en cliquant sur les flèches de haut en bas à côté du stimulus variable.
Enfin, sélectionnez l’onglet Résumé et cliquez sur le fichier, le tableau d’exportation ou le graphique pour exporter l’ensemble de données souhaité. Les résultats indiquent que la dégénérescence des couches rétiniennes intérieures est réduite. Et un score clinique d’EAE est atténué pendant le cours d’EAE quand la substance 1 a été administrée.
En outre, OKR révèle une acuité visuelle améliorée des animaux traités avec la substance 1 comparée aux souris non traitées d’EAE de MOG mesurées par l’essai de seuil de fréquence spatiale sur une période de 120 jours. Lors de l’exécution des mesures oct, une étape critique est l’orientation orthogonale du faisceau laser dans tous les plans par rapport à la rétine pour assurer la qualité et la reproductibilité des valeurs d’épaisseur. Pour la technique OKR, la distinction entre le suivi et les mouvements comportementaux normaux de l’animal, nécessite une certaine formation de l’enquêteur.
Il est important d’être aveuglé pour le groupe expérimental. Après ces investigations des dommages structurels et fonctionnels se produisant dans le contexte de l’encéphalomyélite autoimmune expérimentale, la procédure peut également être utile dans d’autres modèles impliquant le système visuel, y compris mais pas limité aux modèles des rétinopathies, ou des dommages optiques de nerf. Ces techniques ouvrent la voie à la recherche in vivo dans les domaines de la neurologie et de l’ophtalmologie et sont facilement transférables aux essais cliniques.
Aperçu
Cet article présente un protocole complet pour évaluer les lectures structurelles et visuelles dans les modèles de rongeurs en utilisant la tomographie par cohérence optique (OCT) et la réponse optocinétique (OKR). Ces techniques non invasives fournissent des informations applicables à la fois à la recherche ophtalmologique et neurologique, permettant des études longitudinales avec une variabilité réduite et moins de sujets animaux.
Composants clés de l'étude
Domaine de la science
- Neurosciences
- Ophtalmologie
- Modèles de rongeurs
Contexte
- L'étude se concentre sur l'évaluation des rétinopathies et des manifestations rétiniennes chez les rongeurs.
- Elle met en évidence les défis associés à l'application de l'OCT en raison de la petite taille des yeux des rongeurs.
- L'OCT et l'OKR facilitent l'investigation quantitative in vivo de la structure et de la fonction rétiniennes.
- Ces méthodes fournissent des données précieuses pour évaluer les thérapeutiques potentielles et comprendre les conditions pathologiques.
Objectif de l'étude
- Développer et démontrer un protocole pour l'utilisation de l'OCT et de l'OKR dans la recherche sur les rongeurs.
- Investiguer les dommages structurels et fonctionnels dans le contexte de l'encéphalomyélite auto-immune expérimentale (EAE).
- Évaluer l'efficacité de nouvelles substances de traitement dans des modèles précliniques.
Méthodes utilisées
- Les rongeurs ont été anesthésiés pour leur confort pendant les procédures OCT et OKR.
- L'imagerie OCT a été réalisée à l'aide d'une lentille de contact personnalisée et de paramètres de logiciel spécifiques pour des scans haute résolution.
- La plateforme OKR impliquait la présentation de divers stimuli pour évaluer les capacités de suivi visuel.
- Les étapes clés comprenaient des procédures de calibration et d'acquisition soigneuses pour assurer des résultats d'imagerie et de suivi fiables.
Résultats principaux
- Les résultats ont indiqué une dégénérescence diminuée des couches rétiniennes internes chez les rongeurs traités.
- Une acuité visuelle améliorée a été observée chez les animaux traités par rapport aux témoins non traités.
- Les données suggèrent que ces techniques peuvent mesurer de manière fiable les changements rétiniens et la fonction visuelle au fil du temps.
Conclusions
- Cette étude démontre la viabilité de l'OCT et de l'OKR comme outils puissants pour la recherche in vivo en neurologie et en ophtalmologie.
- Les résultats permettent une exploration plus approfondie de la pathologie rétinienne et l'évaluation de nouvelles interventions thérapeutiques.
- Les méthodologies présentées pourraient contribuer de manière significative à la conception d'essais cliniques et à la compréhension des troubles du système visuel.
Questions fréquemment posées
Executive Industry Relevance
Combining structural and functional visual system readouts enables longitudinal, quantitative assessment of retinal integrity and visual function in rodent models, supporting mechanistic de-risking in preclinical neurology and ophthalmology programs. This dual-modality approach reduces experimental variability and animal use while providing translatable endpoints for evaluating neuroprotective or disease-modifying therapeutics. The methodology enhances predictive confidence in target validation by correlating retinal structural changes with functional visual outcomes across disease models.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by quantifying retinal layer thickness as a structural biomarker of neurodegeneration or neuroprotection.
- Operational Value: Provides reproducible, noninvasive structural readouts that support functional target validation in visual pathway modulation.
- Predictive Value: Correlates OCT-derived retinal structural changes with OKR-measured visual acuity to strengthen target engagement and pathway modulation confidence.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Establishes standardized OCT and OKR procedures for quantitative in vivo imaging and behavioral tracking, enabling reliable compound screening.
- Reproducibility: Facilitates longitudinal tracking of retinal structure and function, reducing inter-animal variability and improving assay precision.
- Scalability: Supports high-throughput adaptation through customizable stimulus parameters and automated segmentation for consistent data output across studies.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Demonstrates applicability in autoimmune encephalomyelitis (EAE) models, linking retinal structural preservation to functional visual improvement and clinical symptom attenuation.
- Translational Continuity: Provides a bridge from discovery to preclinical validation by measuring both retinal neurodegeneration and visual function recovery over extended periods.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports go/no-go decisions by demonstrating substance-induced reduction in inner retinal layer degeneration and improved spatial frequency thresholds over 120 days.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from target validation through lead identification to preclinical efficacy testing, offering structural and functional endpoints that inform biological activity and therapeutic potential.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by enabling quantitative in vivo investigation of retinal structure and function in neurodegeneration and neuroprotection models.
- Screening: Delivers assay-ready, reproducible structural thickness maps and functional tracking metrics for reliable compound evaluation in visual system assays.
- Analytics: Generates layer-specific thickness profiles and spatial frequency thresholds that enable cross-condition comparison and dose-response analysis.
- Translational Research: Connects structural retinal preservation with functional visual acuity recovery, supporting biomarker alignment and preclinical continuity in neurologic disease models.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for longitudinal visual system assessment across multiple disease indications and therapeutic modalities.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by reducing mechanistic ambiguity through correlated structural and functional visual system readouts.
- Operational Value: Enhances standardization and reproducibility via calibrated imaging protocols and blinded behavioral tracking procedures.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making by providing early, translatable biomarkers of retinal and visual function change, reducing late-stage biological risk.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidates demonstrating both retinal structural preservation and visual functional improvement in preclinical models.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent handling, ophthalmic preparation, and OCT/OKR system operation for reliable data acquisition.
- Depends on customized holders, contact lenses, and calibrated imaging systems to accommodate small rodent eye size and ensure beam alignment.
- Necessitates cross-team standardization of anesthesia, dilation, lubrication, and imaging protocols to maintain consistency across sites or studies.
- Involves adaptation considerations for varying stimulus parameters (spatiotemporal frequency, contrast, speed) in OKR assays across species and strain models.
- Includes practical limitations such as the need for investigator training to distinguish true optokinetic tracking from normal behavioral movements and ensure blinding during assessment.
