Sono necessari modelli sperimentali affidabili e riproducibili per studiare la patologia alla base delle malattie oculari angiogeniche e per sviluppare nuove terapie a queste malattie devastanti. L'angiogenesi patologica è il segno distintivo per la degenerazione maculare legata all'età umida (AMD) e per molte malattie retiniche ischemiche tra cui retinopatia della prematurità (ROP), retinopatia diabetica proliferativa (PDR) e occlusione della vena retinica (RVO)1,2,3,4. Le retine umane e roditori seguono un modello di sviluppo simile, poiché sia la retina umana che quella dei roditori sono tra gli ultimi tessuti vascolarizzati. Prima che la vascolarizzazione retinica si sia completamente sviluppata, la retina riceve il suo apporto nutritivo dalla vascu caratteristica ialoide, che, a sua volta, regredisce quando la vascolarizzazione retinica inizia asvilupparsi 1,2. Nell'uomo, lo sviluppo vascolare retinale è completato prima della nascita, mentre nei roditori la crescita della vascolarizzazione retinica avviene dopo la nascita. Poiché lo sviluppo vascolare retinale avviene postnatale nei roditori, fornisce un sistema modello ideale per studiare l'angiogenesi2,3. I roditori appena nati hanno una retina avascolare che si sviluppa gradualmente fino a quando lo sviluppo completo della retina vascolare si ottiene entro la fine della terza settimana postnatale4. I vasi sanguigni in crescita del topo neonatale sono di plastica e subiscono regressione durante lo stimolo dell'iperossia5.
Il ROP è la principale causa di cecità infantile nei paesi occidentali, in quanto colpisce quasi il 70% dei neonati prematuri con peso alla nascita inferiore a 1.250 g6,7. La ROP si verifica nei neonati prematuri che nascono prima che i vasi retinali completino la loro crescita normale. La ROP progredisce in due fasi: nella Fase I, la nascita pretermine ritarda la crescita vascolare retinica dove dopo nella fase II, la vascolarizzazione incompiuta della retina in via di sviluppo provoca ipossia, che induce l'espressione di fattori di crescita angiogenici che stimolano la crescita nuova e anomala dei vasisanguigni 8. Il modello OIR è stato un modello ampiamente utilizzato per studiare la fisiopatologia del ROP e di altre retinopatie ischemiche, nonché per testare nuovi candidatiai farmaci 2,3,9. È ampiamente considerato come un modello riproducibile per effettuare studi proof-of-concept per potenziali farmaci antiangiogenetici per malattie oculari e non oculari. I due modelli di roditori, vale a dire l'OIR del topo e del ratto, differiscono nel loro modello di induzione e fenotipo della malattia. Il modello di ratto imita il fenotipo ROP in modo più accurato, ma il modello del mouse fornisce un modello più robusto, veloce e riproducibile per la neovascolarizzazione retinica (NV). Nel modello di topo, NV si sviluppa nella retina centrale. Questa lettura patologica è importante negli studi di efficacia farmacologica per molte retinopatie ischemiche, come PDR, RV e AMD essudativa, nonché per malattie angiogeniche non oculari come il cancro. Inoltre, la disponibilità di topi geneticamente manipolati (transgenici e knockout) rende il modello OIR del topo un'opzione più popolare. Tuttavia, né il modello OIR del topo né quello del ratto creano fibrosi retinica, tipica delle malattie umane.
L'intesa che alti livelli di ossigeno contribuiscono allo sviluppo del ROP negli anni '5010,11 ha portato allo sviluppo di modelli animali. I primi studi sull'effetto dell'ossigeno sulla vascuola retinica sono stati effettuati nel 195012,13,14 e fino agli anni '90 ci sono stati molti perfezionamenti al modello OIR. La ricerca di Smith et al. Un'ampia adozione del metodo per quantificare la vaso-obliterazione e la NV patologica daparte di Connor et al. In questo modello, i topi vengono posti al 75% di ossigeno (O2)per 5 giorni a P7, seguiti da 5 giorni in condizioni normossiche. L'iperossia da P7 a P12 fa regredire la vascolarizzazione retinica nella retina centrale. Al ritorno in condizioni normossiche, la retina avascolare diventa ipossica (Figura 1A). A causa degli stimoli ipossici della retina centrale avascolare, alcuni dei vasi sanguigni retinali germogliano verso il vitreo, formando NV preretinale, chiamati ciuffi preretinali2,3. Questi ciuffi sono immaturi e iperpermeabili. La quantità di NV raggiunge i picchi a P17, dopo di che regredisce. La retina è completamente rivascolarizzata e NV è completamente regredito da P23 - P25 (Figura 2A)2,3.
Il modello OIR del ratto (che utilizza livelli variabili di O2)è stato descritto per la prima volta negli anni '90 dimostrando che vari livelli di O2 all'80% e al 40% causano NV più pronunciato rispetto a meno dell'80% O2 esposizionecostante 17. Più tardi si scoprì che il modello di ipossia intermittente, dove O2 è pedalato dall'iperossia (50%) all'ipossia (10-12 %), causa ancora più NV rispetto all'80/40% O2 modello18. Nel modello 50/10%, i cuccioli di ratto sono esposti al 50% per 24 ore, seguiti da 24 ore nel 10% O2. Questi cicli continuano fino a P14, quando i cuccioli di ratto vengono restituiti a condizioni normossiche (Figura 1B). Come nei pazienti con ROP umano, nel modello del ratto le aree avascolari si sviluppano verso la periferia della retina a causa del plesso vascolare reticolare immaturo (Figura 3).
In entrambi i modelli, i parametri principali che vengono solitamente quantificati sono le dimensioni di AVA e NV. Questi parametri vengono in genere analizzati da supporti piatti retinali in cui le cellule endotelialisono etichettate come 4,16. In precedenza la quantità di NV preretinale era valutata dalle sezioni trasversali retiniche contando i vasi sanguigni o i nuclei cellulari vascolari che si estendevano fino a vitrei al di sopra della membrana limitante interna. La principale limitazione di questo approccio è che non è possibile quantificare gli APA.