Articolo metodologico

Simulando la meccanica del Lens Alloggio tramite una barella lente manuale

DOI:

10.3791/57162

⸱

23 febbraio 2018

 ,  ,  , 
1Fischell Department of Bioengineering, University of Maryland, 2Bioniko Consulting LLC

In questo articolo

Sommario

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Presentiamo un metodo efficiente per studiare lens alloggio utilizzando una barella lente manuale. Il protocollo imita fisiologico alloggi tirando il zonules collegato intorno alla capsula di obiettivo, quindi, che allunga la lente.

Abstract

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L'obiettivo del presente protocollo è quello di imitare la biomeccanica del fisiologico alloggio in maniera efficiente, pratico. Alloggio avviene attraverso la contrazione del corpo ciliare e rilassamento delle fibre zonule, che provoca l'ispessimento della lente necessaria per la visione da vicino. Qui, presentiamo un romanzo, un semplice metodo in cui alloggio è replicato da tensing zonules collegato alla capsula del cristallino tramite una barella di lente manuale (MLS). Questo metodo controlla l'allungamento radiale raggiunto da una lente quando sottoposti a una forza coerenza e consente un confronto di accogliere lenti, che possono essere allungati, a lenti non accomodante, che non possono essere allungati. D'importanza, le coppie di barella il zonules direttamente e non la sclera dell'occhio, così richiedendo solo la lente, zonules e corpo ciliare anziché il campione di tutto il globo. Questa differenza può ridurre notevolmente il costo di acquisto di lenti di donatore cadavere di circa 62% rispetto all'acquisizione di un intero globo.

Introduzione

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Alloggio è il processo mediante il quale l'occhio umano è in grado di regolare dinamicamente la forma del suo cristallino per vedere gli oggetti a distanze lontane o vicine a fuoco. Alloggio è un processo intrinsecamente biomeccanico. Su stimolo neurale, muscoli ciliari producono una forza sul corpo ciliare e per le fibre di zonule che applicare alla circonferenza della capsula di obiettivo1,2. Mentre ci sono diverse teorie dietro la biomeccanica di alloggi, il più ampiamente accettata è l'ipotesi di Helmholtz. Secondo l'ipotesi, la lente è in uno stato naturale allungato, corrispondente alla forma più sottile della lente che è ottimale per la messa a fuoco di oggetti distanti. Per cambiare messa a fuoco oggetti vicini, i muscoli ciliari si contraggono e si distendono le fibre zonulare. A sua volta, l'obiettivo si addensa, aumentando le curvature di superficie anteriore e posteriore. Questo corrisponde ad un aumento nel potere diottrico che è necessario per la visione, di conseguenza, una più breve lunghezza focale1da vicino.

La capacità di ospitare è compromessa nel tempo tramite una condizione denominata presbiopia. Interessa tutti entro i 50 anni, la presbiopia rende l'occhio in grado di modificare dinamicamente la messa a fuoco da lontano per chiudere distanze3. Per combattere la presbiopia, gli attuali metodi sono passivi tra cui lenti bifocali e lenti correttive. Aumentando la capacità di concentrarsi su oggetti vicini a alcuni aerei, tali trattamenti passivi non possono ripristinare la capacità di fuoco dinamico della lente4,5. Al fine di trattare in modo efficiente la presbiopia, o possibilmente prevenirlo, c'è un bisogno costante di comprendere meglio alloggi.

Per studiare lens alloggio, un numero di dispositivi è stato sviluppato per simulare il fenomeno ex vivo4,6,7,8,9. Dischi di filatura sono stati introdotti per monitorare l'allungamento della lente via forze centrifughe8. Per replicare più fedelmente il fenomeno, dispositivi di stretching lente sono stati gradualmente introdotti e innovati. Utilizzando una lente barella, Manns et al. caratterizzato la forza necessaria per accogliere la lente mentre correlando tale obiettivo potenza e diametro equatoriale9. Comprensione corrente è che la lente si irrigidisce con l'età, con conseguente cambiamento ridotto a forma di lente in risposta ad una forza uguale dal corpo ciliare3,10,11,12.

Corrente lente barelle spesso comportano un'installazione complessa, attuazione elettronica e programmabili tassi d'allungamento e richiede il cadavere intero bulbo oculare6,7,10,13. Questo requisito aumenta il costo per esperimento a oltre $500.00 per l'occhio e diminuisce la disponibilità del campione. Qui presentiamo un metodo per replicare lens alloggio a basso costo come l'occhio posteriore ammonta a circa $200,00. Mentre meno sofisticato rispetto a molti dispositivi utilizzati oggi, la tecnica è molto più redditizio e adottabile senza compromettere i risultati. Questo metodo è centrato intorno una barella di lente manuale (MLS), raffigurata in Figura 1e utilizza un esclusivo sistema di bloccaggio sulle fibre zonulare e un metodo di torsione radiale per espandere il diametro della lente. La precisione fisiologica del protocollo viene convalidata dai risultati di Bernal et al., che ha studiato il percorso attraverso il quale le fibre zonulare anteriori e posteriori sono collegate al capsula lente14. Utilizzando il design di scarpe personalizzate che richiedono solo la lente, zonule e corpo ciliare, abbiamo mirato a studiare lente biomeccanica replicando alloggi fisiologico.

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Protocollo

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I protocolli seguenti sono accettati sotto l'Università del Maryland istituzionale Animal Care e Comitato di uso, nonché l'Institutional Review Board. I protocolli di seguono le norme federali, statali e locali, e gli orientamenti stabiliti dalla politica dell'Università del Maryland sulla biosicurezza.

1. dissezione del campione di occhio

  1. Ottenere un campione di occhio dalla banca locale del macello o del tessuto. Se si ottiene un globo intero occhio, estrarre immediatamente la lente, annesso zonules e vitroso.
    Nota: I dettagli specifici descritti di seguito si riferiscono agli occhi sia suini e umani.
    1. Utilizzando le pinze e le forbici chirurgiche disinfettate, tagliare e rimuovere tutto il tessuto in eccesso che circondano la sclera.
    2. Tenere saldamente l'occhio sul suo lato e, utilizzando una lametta, praticare una piccola incisione lungo il lato dell'occhio 3 mm dalla cornea. Fare il taglio profondo abbastanza per aver raggiunto il vitreo all'interno dell'occhio.
    3. Utilizzando le forbici, tagliare con cura ulteriormente lungo l'incisione attorno alla circonferenza dell'occhio. Evitare di perforare la lente. Un'immagine rappresentativa è illustrata nella Figura 2A.
    4. Una volta che la circonferenza esterna dell'occhio è stata tagliata, rimuovere il tessuto posteriore dell'occhio usando il forcipe. Isolare la lente, zonules, corpo ciliare e il vitroso allegato con il forcipe. Un'immagine rappresentativa è illustrata nella Figura 2B.
    5. Usando le forbici e pinze, rimuovere vitroso in eccesso in modo che la lente può porre piatto sul MLS.
      Nota: In caso di trapianto di cornea, il tasto corneale viene utilizzato in chirurgia e il resto del globo è disponibile per scopi di ricerca. Tuttavia, questo globo parziale ancora utilizzabile nella preparazione dei tessuti dell'apparato di barella lente. Se solo la parte posteriore è ottenuto, eseguire solo il passaggio 1.1.4–1.1.5.
  2. Disinfettare tutte le post-dissezione attrezzature usate in soluzione di candeggina al 15% per 30 min.

2. prova di montaggio della barella lente manuale

  1. Inserire i fondi di scarpa di 10 mm e il corrispondente scarpa top nella piastra inferiore della MLS così ci rimane un gap di 5 mm tra la parete posteriore del trattino scarpa e scarpa stessa.
  2. Allineare le piastre superiore e inferiore, scattare le piastre insieme; il dispositivo è ora in posizione di distenderla.
  3. Inserire le piastre nel caso la piastra e la vite di arresto nel foro situato sul lato della piastra di fondo.
  4. Inserire il caso di piastra base e inserire la chiave i trattini allineati.
  5. Ruotare la chiave in senso orario fino a raggiungere la vite di arresto per contratto le scarpe e torsione indietro in senso antiorario per restituire le scarpe nella posizione originale non stirata.

3. montaggio della lente

  1. Inserire il fondo scarpa 10 mm la piastra inferiore nella MLS affinché una 5 mm distanza tra rimane la parete posteriore del trattino la scarpa e la scarpa stessa.
  2. Usando il forcipe curvo, posizionare estratti lente a faccia in su al centro della piastra inferiore in modo che le scarpe stanno sostenendo la lente sopra il foro centrale.
  3. Incastrarsi parte superiore corrispondente delle scarpe, ritaglio solo gli zonules e vitroso. Verificare visivamente che la lente rimane come centrato possibile sulla piastra inferiore.
  4. Ripetere i passaggi da 2.3 – 2.4.

4. misurazione della lente

  1. Posizionare un sistema di imaging direttamente sopra l'apparato al fine di catturare video e immagini del processo d'allungamento. Assicurarsi di includere un righello nella cornice dell'immagine con precisione dimensioni e adattare le immagini in post-elaborazione.
    Nota: Qualsiasi sistema di imaging adatto è sufficiente per questo passaggio; Qui usiamo un 12 megapixel, messa a fuoco automatica smartphone un piede dal campione.
  2. Con fermezza ma senza intoppi, ruotare la chiave in senso orario per allungare la lente. La figura 3 Mostra immagini rappresentative allo stato distenderla e allungato.
  3. Dopo aver fotografato la lente allungata, ruotare la chiave in senso antiorario per ripristinare il campione al suo stato di riposo.
    Nota: È indispensabile che la misura della lente viene eseguita in modo tempestivo al fine di ridurre al minimo la disidratazione della lente.
  4. Chiaramente fotografare lo stato di riposo finale della lente.

5. analisi dei dati

  1. Caricare l'immagine di ImageJ e, utilizzare la funzionalità di "punto" per selezionare almeno 40 punti sulla circonferenza della lente come mostrato in Figura 4A. Utilizzare l'opzione di "Misurare" → "Analizza" per ottenere la posizione di ogni punto selezionato.
  2. Va bene (utilizzando software ad esempio MATLAB) i punti di posizione al fine di produrre un raggio e chi-quadrato del fit come mostrato in Figura 4B. Convertire il raggio dei pixel e l'errore in metriche utilizzando il righello fotografato.
  3. Eseguire due munito test t accoppiato al confronto una singola lente prima e dopo lo stretching da MLS.

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Risultati

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Porcini occhi, un campione comune per lo studio della presbiopia tramite lente stretching4,15, sono stati ottenuti, (n = 10) da un mattatoio e il presente protocollo è stato utilizzato per osservare la capacità di alloggio delle lenti. Figura 5 A Mostra il confronto della lente porcino prima e dopo l'allungamento tramite MLS. C'era un aumento media 0,19 ± 0,07 mm raggio di lente quand...

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Discussione

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Abbiamo messo a punto un nuovo metodo per fornire un accurato ed efficiente modo di studiare la capacità di alloggio dell'obiettivo utilizzando un meccanismo di bloccaggio dual-pezzo di accoppiare la barella al campione. Durante il soggiorno, si distende la lente e il diametro diminuisce in risposta a rilassamento del fibre zonular1,2,4,19. Il metodo si concentra su questo fenomeno di bloccaggi...

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Dichiarazioni

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AB ha interesse di proprietà in Bioniko Consulting LLC.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Barella manuale per lentiBionikoMLSDiverse specie animali richiederanno diverse misure di scarpe
Campioni di occhi suiniGeorge G. Ruppersberger; macelloN/ASono stati ottenuti bulbi oculari interi
Campioni di occhi umaniL'interscambio nazionale per la ricerca sulle malattieN/A Sonostati ordinati poli posteriori senza cornee
Forbici da dissezione (5 1/2'' Straight)Electron Microsopy Sciences72960
Pinze per tessuti (4 1/2'')Electron Microsopy Sciences72960
iPhone 6sAppleN/AQualsiasi sistema di imaging con risoluzione di ~0,1 mm funzionerà
Ipocorite di sodioCloroxClorox Regular-BleachQualsiasi disinfettante funzionerà

Riferimenti

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