Name: Test di compressione automatizzato della lente oculare (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-04-05T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 19 s
Description: Scopri un metodo automatizzato per misurare la rigidezza del cristallino oculare mediante test di compressione. Questa tecnica riproducibile aiuta a studiare la presbiopia e i cambiamenti biomeccanici legati all'età.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Supportato dalla sovvenzione R01 EY035278 (MR) del National Institutes of Health.

Gli occhi di maiale sono stati ottenuti da un mattatoio locale. Non è stata richiesta l'approvazione del comitato etico.
1. Dissezione della lente (Figura 1)
<ol><li>Rimuovere tutto il tessuto circostante dagli occhi del maiale e la carne in eccesso dalla sclera, fino a quando non rimane solo il nervo ottico. Usa una pinza curva e piccole forbici da dissezione per completare questo processo. Usa il nervo come ancora per tenere l'occhio durante la dissezione.</li>
	<li>Usando un bisturi, fai un breve taglio circonferenziale sul limbus, poi un altro all'equatore. NOTA: Questo passaggio viene eseguito in questo ordine per evitare di danneggiare la lente e la capsula.</li>
	<li>Inserire le microforbici nel taglio in corrispondenza del limbus e rimuovere la cornea sollevando la cornea con una pinza a punta smussata mentre si taglia intorno alla circonferenza della cornea.</li>
	<li>Rimuovere l'iride sollevandola con una pinza a punta smussata e tagliarla con microforbici.</li>
	<li>Inserire le forbici di dissezione nel taglio equatoriale, quindi tagliare circonferenzialmente attorno all'intero equatore fino a quando la sclera non è divisa in due.</li>
	<li>Una volta completato il taglio, rimuovere la porzione posteriore della sclera. Rimuovere delicatamente il vitreo con una pinza, lasciando residui minimi per evitare di danneggiare la lente. Se necessario, tagliare l'umor vitreo coronalmente per consentire al posteriore di staccarsi dal cristallino e dal segmento anteriore.</li>
	<li>Fai un taglio meridionale attraverso la sclera da anteriore a posteriore usando le microforbici.</li>
	<li>Partendo dal nuovo taglio meridionale attraverso la sclera, usa le microforbici per tagliare le zonule lontano dalla lente. Usando il peso della lente o il bordo della piastra di dissezione, allungare delicatamente le zonule quando si separano leggermente la lente e la sclera, consentendo alle microforbici di tagliare tra la lente e il corpo ciliare, attraverso le zonule e intorno alla circonferenza della lente. Questo isolerà la lente senza danneggiare la capsula della lente se fatto correttamente.</li>
	<li>Se lo si desidera, rimuovere la capsula utilizzando una pinza per perforare la capsula all'equatore, quindi staccare la capsula utilizzando due pinze.</li>
	<li>Posizionare l'obiettivo in soluzione salina tamponata con fosfato (PBS). Ispezionare visivamente l'obiettivo per eventuali danni prima di eseguire il test meccanico.</li>
</ol>2. Compressione dell'obiettivo con/senza capsula dell'obiettivo (Figura 2)
NOTA: Tutti i passaggi qui, ad eccezione dei passaggi 2.1 e 2.4, sono controllati da computer.
<ol><li>Ottenere o costruire un apparato di compressione a piastre parallele avente una cella di carico con capacità di forza di 50 grammi con la capacità di misurare lo spostamento dell'ordine di 1 μm.</li>
	<li>Programmare lo stadio motorizzato e caricare la cella per eseguire il regime di carico descritto di seguito (ad esempio, File supplementare 1).</li>
	<li>Riempi quasi una scatola quadrata di 1 5/8 pollici x 1 5/8 pollici con PBS e posizionala sulla piattaforma di compressione.</li>
	<li>Abbassare la piastra superiore a contatto con la piastra inferiore per determinare il limite inferiore di movimento e l'altezza assoluta della fessura.</li>
	<li>Sollevare la piastra superiore di ~15 mm.</li>
	<li>Centrare la lente nella scatola, facendo attenzione che il piano equatoriale sia orizzontale.</li>
	<li>Abbassare la piastra superiore vicino alla superficie superiore dell'obiettivo, ma non a contatto con essa.</li>
	<li>Avviare il movimento per portare la piastra superiore a contatto con l'obiettivo, utilizzando il force feedback con una soglia di contatto di 3 mN.</li>
	<li>Iniziare la registrazione dei dati dopo la determinazione del contatto, del tempo di registrazione, della posizione della piastra superiore rispetto alla piastra inferiore e della forza a 500 Hz.</li>
	<li>Applicare un carico di precondizionamento in cui l'obiettivo viene compresso del 2,5% della sua altezza iniziale tre volte, poi del 5% tre volte, quindi del 7,5% tre volte a una velocità dell'1%/s.</li>
	<li>Mantenere costante la posizione della piastra superiore per 1 minuto dopo il precondizionamento.</li>
	<li>Applicare una compressione del 15% a una velocità dell'1%/s, seguita dallo scarico alla stessa velocità.</li>
	<li>Continuare il movimento di scarico fino a quando la piastra superiore non si è allontanata di un ulteriore 2% dello spessore della lente scarica dalla piastra inferiore per assicurarsi che la lente sia staccata dalla piastra superiore.</li>
</ol>3. Stima del modulo della lente
<ol><li>Stimare lo spessore della lente in base alla distanza dello strumento nel punto di contatto. In alternativa, utilizzare l'analisi dell'immagine per misurare lo spessore di una fotografia scattata prima del test.</li>
	<li>Calcolare il modulo elastico E utilizzando il modello di Hertz per la compressione di una sfera tra piastre parallele (equazione [1]; Supplemento 2). <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/66040/66040eq01.jpg" style="margin: auto;">(1) Dove R è il raggio di curvatura nel punto di contatto (assunto pari alla metà dello spessore della lente); F è la forza di compressione riportata dalla cella di carico; <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/66040/66040eq02.jpg" style="margin: auto;"> è il rapporto di Poisson (assunto pari a 0,5 corrispondente ad un materiale incomprimibile); e u è l'avvicinamento verso il basso dello stadio superiore dal punto di contatto. Si noti che il modulo elastico e il rapporto di Poisson sono proprietà del materiale che indicano rispettivamente la rigidità intrinseca della lente e la relativa comprimibilità della lente. NOTA: Questo metodo trascura qualsiasi ruolo della capsula del cristallino, ma tiene conto approssimativamente delle dimensioni del cristallino, consentendo il confronto tra le specie.</li>
</ol>

Caratterizzazione biomeccanica del cristallino oculare suino con compressione automatizzata

<ol><li>Gullstrand, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Helmholtz%27s+treatise+on+physiological+optics.+translated+edn%5BTitle%5D)+AND+%22The+Optical+Society+of+America%22%5BJournal%5D)">Helmholtz's treatise on physiological optics. translated edn.</a> The Optical Society of America. , Rochester, N.Y. (1924).</li>
<li>Helmholtz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Uber+die+akkommodation+des+auges%5BTitle%5D)+AND+%22Arch+Ophthalmol%22%5BJournal%5D)">Uber die akkommodation des auges.</a> Arch Ophthalmol. 1, 1-74 (1855).</li>
<li>Burd, H. J., Wilde, G. S., Judge, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+improved+spinning+lens+test+to+determine+the+stiffness+of+the+human+lens%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Eye+Res%22%5BJournal%5D)">An improved spinning lens test to determine the stiffness of the human lens.</a> Exp Eye Res. 92 (1), 28-39 (2011).</li>
<li>Reilly, M. A., Martius, P., Kumar, S., Burd, H. J., Stachs, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+mechanical+response+of+the+porcine+lens+to+a+spinning+test%5BTitle%5D)+AND+%22Z+Med+Phys%22%5BJournal%5D)">The mechanical response of the porcine lens to a spinning test.</a> Z Med Phys. 26 (2), 127-135 (2016).</li>
<li>Fisher, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+elastic+constants+of+the+human+lens%5BTitle%5D)+AND+%22J+Physiol%22%5BJournal%5D)">The elastic constants of the human lens.</a> J Physiol. 212 (1), 147-180 (1971).</li>
<li>Erpelding, T. N., Hollman, K. W., O'Donnell, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatially+mapping+the+elastic+properties+of+the+lens+using+bubble-based+acoustic+radiation+force%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Ultrasonics+Symp%22%5BJournal%5D)">Spatially mapping the elastic properties of the lens using bubble-based acoustic radiation force.</a> IEEE Ultrasonics Symp. 1, 613-616 (2005).</li>
<li>Erpelding, T. N., Hollman, K. W., O'Donnell, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+age-related+elasticity+changes+in+porcine+lenses+using+bubble-based+acoustic+radiation+force%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Eye+Res%22%5BJournal%5D)">Mapping age-related elasticity changes in porcine lenses using bubble-based acoustic radiation force.</a> Exp Eye Res. 84 (2), 332-341 (2007).</li>
<li>Yoon, S., Aglyamov, S., Karpiouk, A., Emelianov, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+high+pulse+repetition+frequency+ultrasound+system+for+the+ex+vivo+measurement+of+mechanical+properties+of+crystalline+lenses+with+laser-induced+microbubbles+interrogated+by+acoustic+radiation+force%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Med+Biol%22%5BJournal%5D)">A high pulse repetition frequency ultrasound system for the ex vivo measurement of mechanical properties of crystalline lenses with laser-induced microbubbles interrogated by acoustic radiation force.</a> Phys Med Biol. 57 (15), 4871-4884 (2012).</li>
<li>Scarcelli, G., Kim, P., Yun, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+measurement+of+age-related+stiffening+in+the+crystalline+lens+by+Brillouin+optical+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Biophys+J%22%5BJournal%5D)">In vivo measurement of age-related stiffening in the crystalline lens by Brillouin optical microscopy.</a> Biophys J. 101 (6), 1539-1545 (2011).</li>
<li>Weeber, H. A., Gabriele, E., Wolfgang, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stiffness+gradient+in+the+crystalline+lens%5BTitle%5D)+AND+%22Graefes+Arch+Clin+Exp+Ophthalmol%22%5BJournal%5D)">Stiffness gradient in the crystalline lens.</a> Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 245 (9), 1357-1366 (2007).</li>
<li>Reilly, M. A., Ravi, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microindentation+of+the+young+porcine+ocular+lens%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biomech+Eng%22%5BJournal%5D)">Microindentation of the young porcine ocular lens.</a> J Biomech Eng. 131 (4), 044502(2009).</li>
<li>Gu, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Connexin+50+and+AQP0+are+essential+in+maintaining+organization+and+integrity+of+lens+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Invest+Ophthalmol+Vis+Sci%22%5BJournal%5D)">Connexin 50 and AQP0 are essential in maintaining organization and integrity of lens fibers.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 60 (12), 4021-4032 (2019).</li>
<li>Sharma, P. K., Busscher, H. J., Terwee, T., Koopmans, S. A., van Kooten, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparative+study+on+the+viscoelastic+properties+of+human+and+animal+lenses%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Eye+Res%22%5BJournal%5D)">A comparative study on the viscoelastic properties of human and animal lenses.</a> Exp Eye Res. 93 (5), 681-688 (2011).</li>
<li>Cheng, C., Gokhin, D. S., Nowak, R. B., Fowler, V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sequential+application+of+glass+coverslips+to+assess+the+compressive+stiffness+of+the+mouse+lens%3A+strain+and+morphometric+analyses%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Sequential application of glass coverslips to assess the compressive stiffness of the mouse lens: strain and morphometric analyses.</a> J Vis Exp. (111), e53986(2016).</li>
<li>Baradia, H., Negin, N., Adrian, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mouse+lens+stiffness+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Eye+Res%22%5BJournal%5D)">Mouse lens stiffness measurements.</a> Exp Eye Res. 91 (2), 300-307 (2010).</li>
<li>Reilly, M. A., Cleaver, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inverse+elastographic+method+for+analyzing+the+ocular+lens+compression+test%5BTitle%5D)+AND+%22J+Innov+Opt+Health+Sci%22%5BJournal%5D)">Inverse elastographic method for analyzing the ocular lens compression test.</a> J Innov Opt Health Sci. 10 (06), 1742009(2017).</li>
<li>Hahn, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+ex+vivo+porcine+lens+shape+during+simulated+accommodation%2C+before+and+after+fs-laser+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Invest+Ophthalmol+Vis+Sci%22%5BJournal%5D)">Measurement of ex vivo porcine lens shape during simulated accommodation, before and after fs-laser treatment.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (9), 5332-5343 (2015).</li>
<li>Parreno, J., Cheng, C., Nowak, R. B., Fowler, V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effects+of+mechanical+strain+on+mouse+eye+lens+capsule+and+cellular+microstructure%5BTitle%5D)+AND+%22Mol+Biol+Cell%22%5BJournal%5D)">The effects of mechanical strain on mouse eye lens capsule and cellular microstructure.</a> Mol Biol Cell. 29 (16), 1963-1974 (2018).</li>
<li>Yoon, S., Aglyamov, S., Karpiouk, A., Emelianov, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+mechanical+properties+of+ex+vivo+bovine+and+porcine+crystalline+lenses%3A+age-related+changes+and+location-dependent+variations%5BTitle%5D)+AND+%22Ultrasound+Med+Biol%22%5BJournal%5D)">The mechanical properties of ex vivo bovine and porcine crystalline lenses: age-related changes and location-dependent variations.</a> Ultrasound Med Biol. 39 (6), 1120-1127 (2013).</li>
<li>Reilly, M. A., Hamilton, P., Gavin, P., Nathan, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+the+behavior+of+natural+and+refilled+porcine+lenses+in+a+robotic+lens+stretcher%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Eye+Res%22%5BJournal%5D)">Comparison of the behavior of natural and refilled porcine lenses in a robotic lens stretcher.</a> Exp Eye Res. 88 (3), 483-494 (2009).</li>
<li>Mekonnen, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+lens+capsule+significantly+affects+the+viscoelastic+properties+of+the+lens+as+quantified+by+optical+coherence+elastography%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Bioeng+Biotechnol%22%5BJournal%5D)">The lens capsule significantly affects the viscoelastic properties of the lens as quantified by optical coherence elastography.</a> Front Bioeng Biotechnol. 11, 1134086(2023).</li>
<li>Wilde, G. S., Burd, H. J., Judge, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shear+modulus+data+for+the+human+lens+determined+from+a+spinning+lens+test%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Eye+Res%22%5BJournal%5D)">Shear modulus data for the human lens determined from a spinning lens test.</a> Exp Eye Res. 97 (1), 36-48 (2012).</li>
</ol>

Gli autori non hanno conflitti di interesse da dichiarare.

La compressione delle lenti è un metodo versatile per stimare la rigidità delle lenti. Le procedure sopra descritte consentono il confronto tra lenti di specie diverse e dimensioni diverse. Tutte le deformazioni sono normalizzate rispetto alle dimensioni dell'obiettivo e il calcolo del modulo elastico tiene conto approssimativamente delle dimensioni dell'obiettivo. Il modulo effettivo è considerevolmente superiore al modulo riportato in precedenza per la lente suina 4,7,11,19, almeno in parte a causa dell'uso dello spessore piuttosto che del raggio di curvatura: i raggi di curvatura polari della lente suina sono significativamente più grandi della metà dello spessore 20.
La semplice analisi (cioè l'uso del modello di Hertz) qui presentata presenta diverse limitazioni chiave. Innanzitutto, non tiene conto della presenza della capsula del cristallino. È stato dimostrato che la presenza della capsula può alterare significativamente le proprietà biomeccaniche del cristallino16,21. Pertanto, questo metodo è meglio applicato alle lenti decapsulate. Ciò è particolarmente importante quando si confrontano le specie nei casi in cui la capsula può avere spessori o proprietà biomeccaniche significativamente diversi. Questo metodo presuppone anche che la lente sia meccanicamente omogenea; Noi e altri abbiamo precedentemente dimostrato che questo non è generalmente il caso per le lenti suine o umane 4,5,6,10,11,22. Pertanto, è meglio considerare il valore del modulo elastico calcolato come modulo effettivo, che è presumibilmente correlato alla media volumetrica del modulo spazialmente variabile all'interno della lente. Il modello di Hertz presuppone che la lente sia linearmente elastica, mentre è noto che è viscoelastica; Pertanto, la semplice analisi qui proposta non è in grado di fornire informazioni sulla viscoelasticità del cristallino. Lavori precedenti hanno anche dimostrato che il metodo e la durata della conservazione della lente prima del test possono alterare le proprietà della lente4; Tutte le lenti suine sono state quindi testate immediatamente dopo la dissezione all'arrivo in laboratorio.
La differenza nelle misure forza-spostamento è dovuta al rumore dell'amplificatore della cella di carico: la rimozione della capsula rende le misure di forza notevolmente inferiori, e quindi il rapporto segnale/rumore è inferiore. Le assunzioni utilizzate per derivare il modello di Hertz includono in modo importante che la sfera sia un materiale omogeneo; Pertanto, il modulo elastico effettivo è in qualche modo la media della deformabilità del cristallino e della sua capsula quando la capsula è presente. Ciò rende particolarmente difficili i confronti tra specie e tra età perché una lente suina ha una capsula spessa ~60 μm, mentre una lente di topo o umana ha una capsula spessa 5-15 μm. Il modulo elastico della capsula può anche variare con la specie e l'età, sebbene queste dipendenze siano sconosciute. Pertanto, mentre è possibile ottenere un adattamento meno rumoroso con la capsula, il confronto è intrinsecamente confuso dalla presenza della capsula: questo è il motivo per cui si consiglia di eseguire il test senza la capsula.
Infine, il modulo effettivo è stato calcolato assumendo che il raggio di curvatura fosse la metà dello spessore della lente. Questo è vero solo per una lente sferica; La lente suina è significativamente asferica e quindi i valori del modulo effettivo sono considerevolmente più alti di quelli che sarebbero se si utilizzasse invece il raggio di curvatura. Quest'ultima ipotesi può essere superata misurando i raggi di curvatura, anche se questo può essere complicato per la superficie inferiore che è sempre piatta a causa del contatto con la piastra inferiore. È anche meno importante per le lenti più sferiche come le lenti murine. Meglio ancora è l'uso dell'analisi agli elementi finiti inversi per accertare le proprietà meccaniche della lente16.

Il cristallino è l'organo trasparente e flessibile che si trova nell'occhio che gli permette di mettere a fuoco a diverse distanze modificando il suo potere di rifrazione. Questa capacità è nota come accomodamento. Il potere refrattivo è alterato a causa della contrazione e del rilassamento del muscolo ciliare. Quando il muscolo ciliare si contrae, il cristallino si ispessisce e si sposta in avanti, aumentando il suo potere refrattivo 1,2. L'aumento del potere di rifrazione consente all'obiettivo di mettere a fuoco gli oggetti vicini. Con l'avanzare dell'età, il cristallino diventa più rigido e questa capacità di adattarsi viene gradualmente persa; Questa condizione è nota come presbiopia. Il meccanismo di irrigidimento rimane sconosciuto, almeno in parte a causa delle difficoltà associate alla caratterizzazione biomeccanica della lente.
Una varietà di metodi sono stati impiegati per stimare la rigidità della lente e le proprietà biomeccaniche. Questi includono la rotazione della lente 3,4,5, i metodi acustici 6,7,8, i metodi ottici come la microscopia di Brillouin9, l'indentazione10,11 e la compressione12,13. La compressione è la tecnica sperimentale più accessibile in quanto può essere eseguita con semplice strumentazione (es. vetrini coprioggetti14,15) o con un singolo stadio motorizzato. Abbiamo precedentemente mostrato come le proprietà biomeccaniche della lente possano essere rigorosamente stimate da un test di compressione16. Questo processo è tecnicamente impegnativo e richiede un software specializzato non facilmente accessibile ai ricercatori di lenti interessati alle misurazioni della rigidità relativa. Pertanto, nel presente studio, ci concentriamo su metodi accessibili per stimare il modulo elastico della lente tenendo conto delle dimensioni della lente. Il modulo elastico è una proprietà intrinseca del materiale legata alla sua deformabilità: ad un modulo elastico elevato corrisponde un materiale più rigido.
Il test stesso è un test di compressione su piastra parallela e può quindi essere eseguito su idonei sistemi di prova meccanici commerciali. Qui, è stato costruito uno strumento personalizzato composto da un motore, uno stadio lineare, un controller di movimento, una cella di carico e un amplificatore. Questi sono stati controllati utilizzando un software personalizzato che ha anche registrato il tempo, la posizione e il carico a intervalli regolari. Le lenti Pig non si adattano ma sono facilmente accessibili e poco costose17. Il seguente metodo è stato sviluppato per comprimere in modo incrementale il cristallino dell'occhio e quantificarne il modulo elastico. Questo metodo può essere facilmente replicato e sarà utile nello studio della rigidità della lente.

<table><tbody><tr><td>Pinze curve per uso generale a punta media</td><td>Fisherbrand</td><td>16-100-110</td><td></td></tr><tr><td>Librerie Galil COM</td><td>Galil Motion Control</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Manico per bisturi ad alta precisione&nbsp;</td><td>Fisherbrand</td><td>12-000-164</td><td></td></tr><tr><td>Stadio lineare</td><td>McMaster-Carr</td><td>6734K4 0.125 "</td><td></td></tr><tr><td>Cella di carico</td><td>FUTEK</td><td>LSB200-FSH03869</td><td></td></tr><tr><td>Amplificatore per celle di carico</td><td>FUTEK</td><td>IAA300-FSH03931</td><td></td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>The Mathworks, Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr>Progettazione chirurgica <td>con microsonda</td><td>&nbsp;</td><td>22-079-740</td><td></td></tr><tr><td>Forbici di precisione ad apertura automatica in miniatura&nbsp;</td><td>Excelta&nbsp;</td><td>63042-004</td><td></td></tr><tr><td>Controllore di movimento</td><td>Galil Motion Control</td><td>DMC-31012</td><td></td></tr><tr><td>Motore</td><td>Galil Motion Control</td><td>BLM-N23-50-1000-B</td><td></td></tr><tr><td>Emostatici diritti&nbsp;</td><td>Fine Scienza&nbsp;</td><td>NC9247203</td><td>acciaio inossidabile, 14 cm&nbsp;</td></tr></tbody></table>

test di compressione automatizzato della lente oculare

Automated Compression Testing of the Ocular Lens

Le proprietà biomeccaniche del cristallino oculare sono essenziali per la sua funzione di elemento ottico a potenza variabile. Queste proprietà cambiano drasticamente con l'età nel cristallino umano, con conseguente perdita della visione da vicino chiamata presbiopia. Tuttavia, i meccanismi di questi cambiamenti rimangono sconosciuti. La compressione della lente offre un metodo relativamente semplice per valutare la rigidità biomeccanica della lente in senso qualitativo e, se abbinata a tecniche analitiche appropriate, può aiutare a quantificare le proprietà biomeccaniche. Fino ad oggi sono stati eseguiti diversi test di compressione delle lenti, sia manuali che automatizzati, ma questi metodi applicano in modo incoerente aspetti chiave dei test biomeccanici come il precondizionamento, le velocità di carico e il tempo tra le misurazioni. Questo documento descrive un test di compressione dell'obiettivo completamente automatizzato in cui uno stadio motorizzato è sincronizzato con una telecamera per acquisire la forza, lo spostamento e la forma dell'obiettivo attraverso un protocollo di caricamento preprogrammato. Da questi dati si può quindi calcolare un modulo elastico caratteristico. Anche se qui è stato dimostrato utilizzando lenti suine, l'approccio è appropriato per la compressione di lenti di qualsiasi specie.

Sei lenti suine sono state compresse, prima con la capsula intatta, poi dopo un'attenta rimozione della capsula. I valori di spessore erano di 7,65 ± 0,43 mm per le lenti incapsulate e di 6,69 ± 0,29 mm per le lenti decapsulate (media ± deviazione standard). Una tipica cronologia di caricamento è illustrata nella Figura 3. Le curve forza-spostamento risultanti erano ben adattate dal modello di Hertz (cioè, avevano una forza proporzionale allo spostamento elevato alla potenza di 1,5; Figura 4). Questo valeva sia per le lenti incapsulate che per quelle decapsulate.
Le lenti sono state prima compresse del 15% del loro spessore scaricato con una capsula intatta, quindi dopo la rimozione della capsula. È stato precedentemente dimostrato che la compressione assiale del 15% dello spessore iniziale non provoca danni alle suture della lente18. La decapsulazione ha comportato una significativa diminuzione del modulo elastico effettivo (n = 6; p = 0,0138; Figura 5).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66040/66040fig01.jpg"> Figura 1: Tecnica di dissezione. (A) I tessuti extraoculari vengono rimossi. (B) Viene praticato un taglio circonferenziale in corrispondenza del limbus. (C) Viene praticato un taglio circonferenziale all'equatore. (D) La cornea viene rimossa. (E) L'iride viene rimossa. (F) L'occhio viene diviso in due all'equatore, quindi (G) il vitreo viene rimosso, lasciando (H) un anello anulare contenente il cristallino, il corpo ciliare e le zonule ancora attaccate alla sclera. (I) Viene praticato un taglio meridionale attraverso la sclera per (J) dare accesso alle zonule, (K) che vengono tagliate lasciando (L) il cristallino incapsulato. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66040/66040fig01large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66040/66040fig02.jpg"> Figura 2: Apparecchiatura per prove di compressione. (A) Schema e (B) fotografia dell'apparecchiatura di compressione dell'obiettivo. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66040/66040fig02large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66040/66040fig03.jpg"> Figura 3: Cronologia di caricamento applicata per una lente suina incapsulata. In alto: Cronologia degli spostamenti. In basso: Cronologia delle forze. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66040/66040fig03large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66040/66040fig04.jpg"> Figura 4: Dati tipici di forza-spostamento montati con il modello Hertz. A sinistra: dati per una lente suina incapsulata. A destra: dati di compressione per lo stesso obiettivo dopo il decapsulamento. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66040/66040fig04large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66040/66040fig05.jpg"> Figura 5: Grafico a scatola e baffo di moduli elastici effettivi di lenti suincole incapsulate e decapsulate. Il modulo effettivo delle lenti incapsulate era significativamente superiore a quello delle lenti decapsulate (p = 0,013), indicando che la presenza della capsula può alterare sostanzialmente la rigidità effettiva della lente. I dati si riferiscono a sei obiettivi. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66040/66040fig05large.jpg" target="_blank">Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
File supplementare 1: applicazione MATLAB per il controllo dell'apparato di compressione delle lenti. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66040/Supplemental%20Coding%20Files%201.zip" target="_blank">Fare clic qui per scaricare il file.</a>
File supplementare 2: funzione MATLAB per stimare il modulo elastico dai dati di forza-compressione. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66040/HertzModulus.zip" target="_blank">Fare clic qui per scaricare il file.</a>

Presentiamo un metodo automatizzato per caratterizzare il modulo elastico effettivo di una lente oculare utilizzando un test di compressione.

Test di compressione automatizzato della lente oculare

The biomechanical properties of the ocular lens are essential to its function as a variable power optical element. These properties change dramatically ...

Stiamo cercando di capire come le persone perdono la vista da vicino con l'età. Sappiamo che ciò è dovuto, in parte, a un cambiamento nella rigidità della lente, ma non sappiamo ancora perché la lente si irrigidisce con l'avanzare dell'età. Gli attuali metodi sperimentali si basano su metodi grezzi per caricare l'obiettivo, come il posizionamento di vetrini di copertura del microscopio sull'obiettivo.Questi metodi sono noiosi e mancano di controlli appropriati per la velocità di caricamento. Abbiamo determinato che la forma del cristallino è il driver principale della presbiopia e sappiamo che la forma è guidata principalmente da parametri biomeccanici. Questo protocollo offre un metodo completamente oggettivo e riproducibile per misurare la rigidità delle lenti.L'automazione ci permette di controllare la velocità di carico, che è un parametro chiave quando si caratterizza un materiale viscoelastico, come la lente. Ora disponiamo di un protocollo oggettivo e ripetibile per misurare le proprietà biomeccaniche delle lenti. Questo ci permetterà di caratterizzare rigorosamente il modo in cui il cristallino si irrigidisce con l'età, nonché il modo in cui specifiche proteine modificano le proprietà biomeccaniche del cristallino.

automated-compression-testing-of-the-ocular-lens

Research

Ricerca

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingegneria

Trabecolare (TM) di migrazione nello spazio canale di Schlemm può essere indotta da aumento della pressione acuta per ophthalmodynamometer, e osservato per dominio spettrale Tomografia a coerenza ottica. L'obiettivo di questo metodo è quello di quantificare la risposta morfometrica del tratto di efflusso all'elevazione pressione acuta vivono in tessuti viventi in situ.

Trabecolare Risposta Meshwork a pressione Elevation nel Living Human Eye

I modelli attuali in vitro per valutare le lenti a contatto (CLS) e altre applicazioni oculari legate sono molto limitate. La piattaforma oculare presentato simula il flusso fisiologico lacrimale, volume lacrimale, l'esposizione all'aria e l'usura meccanica. Questo sistema è molto versatile e può essere applicato a varie analisi in vitro con CL.

Sviluppo di un<em&gt; In Vitro</em&gt; Oculare piattaforma per testare Lenti a contatto

Gli aumenti legati all'età della rigidità del cristallino sono legati alla presbiopia. Questo protocollo descrive un metodo semplice ed economico per misurare la rigidità delle lenti del mouse. Le lenti dei topi, come quelle umane, diventano più rigide con l'età. Questo metodo è preciso e può essere adattato per lenti di animali più grandi.

Sequenziale Applicazione di vetrini di vetro per valutare la compressione Rigidità della lente Mouse: Strain e morfometriche analisi

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.

Simulando la meccanica del Lens Alloggio tramite una barella lente manuale

Questo studio descrive vie sintetiche per amminopropil terminato polydimethylsiloxanes e polidimetil-metil-fenil-silossano-copolimeri a blocchi e per elastomeri morbidi a base di polisilossano urea (PSU). Presenta l'applicazione di PSU come accomodante una lente intraoculare. Inoltre è descritto un metodo di valutazione per citotossicità in vitro .

Sintesi degli elastomeri molli polisilossano-urea per applicazione di lente intraoculare

Vi presentiamo un protocollo di utilizzo di un'app per smartphone per eseguire il test Hirschberg per misurare il disallineamento oculare intermittente (strabismus) in condizioni di fissazione vicine e lontane.

Utilizzo di un'app di test Hirschberg automatizzata per valutare l'allineamento oculare

Le lesioni agli occhi open globe possono non essere trattate per più giorni in scenari rurali o militari rilevanti, con conseguente cecità. Le terapie sono necessarie per ridurre al minimo la perdita della vista. Qui, descriviamo in dettaglio un modello di lesione open globe per la coltura di organi. Con questo modello, le potenziali terapie per stabilizzare queste lesioni possono essere valutate correttamente.

Piattaforma di coltura d'organo del segmento anteriore per il monitoraggio delle lesioni Open Globe e delle prestazioni terapeutiche

La presente ricerca dimostra un metodo per esaminare accuratamente l'acuità visiva dinamica (DVA) in soggetti miopi con correzione degli occhiali. Ulteriori analisi hanno indicato che più lo stato di rifrazione è vicino all'emmetropia, migliore è il DVA binoculare corretto per gli occhiali sia a 40 che a 80 gradi al secondo.

Acuità visiva dinamica binoculare in pazienti miopi corretti per occhiali

Determinazione del tasso di trasporto di xenobiotici e nanomateriali attraverso la placenta con il<em&gt; Ex vivo</em&gt; Umano Modello perfusione placentare

L'obiettivo di questo protocollo è quello di costruire un equivalente tridimensionale a tutto spessore della pelle, che assomiglia alla pelle naturale. Con un dispositivo di ferimento automatizzato appositamente costruito, è possibile generare ferite precise e riproducibili in caso di mantenimento della sterilità.

Generazione di una tridimensionale a tutto spessore della pelle Equivalent e Automated Ferimento

Scopri un metodo automatizzato per misurare la rigidezza del cristallino oculare mediante test di compressione. Questa tecnica riproducibile aiuta a studiare la presbiopia e i cambiamenti biomeccanici legati all'età.

Test di compressione automatizzato della lente oculare

Esplora altri video