糖尿病性網膜症は、失明の主な原因の1つです。組織学、血液網膜関門破壊アッセイ、および蛍光血管造影は、網膜の病態生理学を理解するための貴重な技術であり、糖尿病性網膜症に対する効率的な薬物スクリーニングをさらに強化することができる。
方法論記事
糖尿病性網膜症は、失明の主な原因の1つです。組織学、血液網膜関門破壊アッセイ、および蛍光血管造影は、網膜の病態生理学を理解するための貴重な技術であり、糖尿病性網膜症に対する効率的な薬物スクリーニングをさらに強化することができる。
糖尿病性網膜症のような後部眼疾患は、網膜の生理機能を変化させる。糖尿病性網膜症は、網膜剥離、血液網膜関門(BRB)の破壊、および網膜血管新生を特徴とする。in vivoラットモデルは、網膜の構造と機能の変化を調べるための貴重な実験ツールです。我々は、網膜細胞、網膜血管系、および損なわれたBRBの形態学的変化を同定するために、ラットモデルにおいて3つの異なる実験技術を提案する。網膜組織学は、様々な網膜細胞の形態を研究するために使用される。また、定量的測定は、異なる網膜層の網膜細胞数および厚さ測定によって行われる。BRBブレークダウンアッセイは、BRBの分解による血漿から硝子体組織への眼外タンパク質の漏れを決定するために使用される。蛍光血管造影は、FITCデキストラン色素を用いて網膜血管系を可視化することにより、血管新生および血管の漏出を研究するために使用される。
糖尿病性網膜症(DR)は、真性糖尿病の最も複雑な二次合併症の1つです。また、世界中の生産年齢人口における予防可能な失明の主な原因でもあります。3,240万人の盲人を対象とした最近のメタアナリシスでは、83万人(2.6%)がDR1のために失明した。糖尿病に起因する視力喪失の割合は、2015年に1.06%(0.15-2.38)で世界第7位にランクされました2,3。
糖尿病性網膜症は、後眼組織の血管異常によって診断される。臨床的には、網膜における血管新生に基づいて、非増殖性DR(NPDR)および増殖性DR(PDR)の2つの段階に分けられる。高血糖は、網膜の神経変性4,5、炎症6,7、および微小血管系8に関与するいくつかの経路に関与するため、DRの強力な調節因子と考えられています。高血糖のために誘発される複数の代謝合併症には、終末糖化産物(AGE)、ポリオール経路、ヘキソサミン経路、およびプロテインキナーゼ-C経路の蓄積が含まれる。これらの経路は、糖尿病性網膜症の異なる段階に基づく細胞増殖(内皮細胞)、遊走(周皮細胞)、およびアポトーシス(神経網膜細胞、周皮細胞、および内皮細胞)の原因である。これらの代謝変化は、網膜剥離、網膜細胞の喪失、血液網膜関門(BRB)の破壊、動脈瘤、血管新生などの生理学的変化につながる可能性があります9。
ストレプトゾトシン(STZ)誘発性1型糖尿病は、糖尿病の病因およびその合併症を評価するためのラットにおいて十分に確立され、広く受け入れられている慣行である。STZの糖尿病誘発作用は、膵島β細胞の選択的破壊によるものである10。その結果、動物はインスリン欠乏症、高血糖、多飲症、多尿症を受け、これらはすべてヒト1型糖尿病の特徴です11。重度の糖尿病誘発の場合、STZは成人期に静脈内または腹腔内に40〜65mg / kg体重で投与される。約72時間後、これらの動物は250mg / dLを超える血糖値を示す10,12。
神経変性、炎症、および血管新生による網膜の生理学的変化を理解するためには、実験動物モデルにおいて異なる技術を最適化するべきである。網膜細胞および網膜血管の構造的および機能的変化は、組織学、BRBブレークダウンアッセイ、および蛍光血管造影法などの様々な技術によって研究することができる。
組織学は、顕微鏡レベルでの細胞、組織、および器官の解剖学の研究を含む。それは細胞/組織の構造と機能の間の相関関係を確立します。組織構造の微視的な変化を視覚化および同定するためにいくつかのステップが実行され、それによって健康な対応物と罹患した対応物を比較する13。したがって、組織学の各ステップを細心の注意を払って標準化することが不可欠です。網膜組織学に関与する様々なステップは、標本の固定、標本のトリミング、脱水、透明化、パラフィンによる含浸、パラフィン包埋、切片化、および染色(ヘマトキシリンおよびエオジン染色)13,14である。
健康な網膜では、網膜を横切る分子の輸送は、内側の内皮細胞と周皮細胞、外側の網膜色素上皮細胞で構成されるBRBによって制御されます。しかし、内部BRB内皮細胞および周皮細胞は、罹患状態の間に変性を開始し、BRBも損なわれる15。このBRB分解により、多くの低分子量分子が硝子体組織および網膜組織に漏れ出す16。病気が進行するにつれて、他の多くのタンパク質分子(低分子量および高分子量)も恒常性障害のために硝子体および網膜組織に漏れます17。それは様々な他の合併症、そして最終的には黄斑浮腫および失明をもたらす。したがって、硝子体内のタンパク質レベルを定量化し、健常状態と糖尿病状態を比較して、損なわれたBRBを測定する。
蛍光血管造影は、蛍光色素を用いて網膜や脈絡膜の血液循環を研究するために使用される技術である。これは、静脈内経路または心臓注射 を介して フルオレセイン色素を注入することによって、網膜および脈絡膜の血管系を視覚化するために使用される18。色素が注入されると、最初に網膜動脈に到達し、続いて網膜静脈に到達する。この染料の循環は、通常、染料19の注入から5〜10分以内に完了する。糖尿病性網膜症や脈絡膜血管新生を含む様々な後部眼疾患を診断することは重要な技術です20。これは、正常および罹患状態における大小の血管系変化を検出するのに役立ちます。
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このプロトコルは、ハイデラバードキャンパスのBITS-ピラニにある機関動物倫理委員会が提供するすべての動物ケアガイドラインに従います。
1. 網膜組織学
| 試薬 | スタンディングタイム | 繰り返し (回数) |
| キシレン | 5分 | 2 |
| 100%エタノール | 5分 | 2 |
| 90%エタノール | 5分 | 2 |
| 70%エタノール | 5分 | 2 |
| 50%エタノール | 5分 | 2 |
| 水 | 5分 | 2 |
| ヘマトキシリン | 4分 | 1 |
| 水洗い | ||
| 70%エタノール中の1%酸性アルコール | 30秒 | 1 |
| 水洗い | ||
| スコットの水 | 1分 | 1 |
| 水洗い | ||
| 50%エタノール | 1分 | 1 |
| 95%エタノール | 1分 | 1 |
| 0.25% エオシン | 5 秒 | 1 |
| 水洗い | ||
| 水 | 2分 | 1 |
| 95%エタノール | 1分 | 1 |
| 100%エタノール | 1分 | 1 |
| キシレン | 5分 | 2 |
| マウント剤とカバースリップ | ||
表 1.ヘマトキシリンおよびエオジン染色手順
2. 血液脳関門破壊アッセイ
3. 蛍光血管造影
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網膜組織学
糖尿病性網膜では、網膜細胞は変性を受ける。さらに、浮腫22のために網膜層の厚さが増加する。ヘマトキシリンおよびエオジン染色後に得られた画像は、ImageJを用いて 図2 に示すように、細胞数および異なる層の厚さの測定に使用することができる。
血液網膜関門破壊アッセイ
糖尿病ラットにおいてBRBが損なわれると、漏出が顕著になり、血漿から網膜および硝子体への生体分子の蓄積につながる。糖尿病ラットでは、血漿から硝子体へのタンパク質漏出は、健康なラットと比較して約3倍高い(図3)。タンパク質は、ローリー法、ビシンコニン酸(BCA)法、ブラッドフォード法(本稿のセクション2.3で言及)などの任意のキット法を使用して推定することができる。処理の遅れが網膜との強い硝子体接着につながり、分離が困難になる可能性があるため、眼を新たに解剖すること...
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組織学
網膜組織学は、網膜細胞および層の形態学的変化を視覚化するために行われる。固定液の選択、固定期間、脱水、パラフィン含浸など、さまざまなステップを最適化する必要があります。固定液の浸透が遅くなるため、組織サイズは3mmを超えてはならない。一般的に使用される4%パラホルムアルデヒドは、房水および硝子体液と比較して溶液の浸透圧が比較的高いため、健康な眼においても網膜剥離をもたらし、偽陽性の結果をもたらす23。溶液の高い浸透圧は、体積収縮をもたらし、組織の収縮をもたらす。このプロトコルで使用される固定液は、1%ホルムアルデヒドと1.25%グルタルアルデヒドであり、これは比較的低い浸透圧を有し、組織の歪みを減少させ、網膜色素上皮層からの網膜剥離を最小限に抑え、また構造をその天然状態で保存する。固定液の別の選択肢は、酢酸およびエタノールとホルムアルデヒドである。固定液の酸性状態は組織の迅速な固定を助け、エタノールは固定液の浸透を改善する。しかし、エタノールと酢酸の比率を最適化することは、過剰濃度がそれぞれ組織の収縮または腫脹につながる可能性があるため、不可...
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著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。
著者らは、インド医学研究評議会(ICMR;ITR-2020-2882)は、Nirmal J博士への資金援助のため。また、マニシャ・マラニとハイデラバードキャンパスのBITS-ピラニ中央分析研究所施設にジュニア・リサーチ・フェローシップを提供し、インフラ施設を提供してくれた大学助成金にも感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 組織学 | |||
| 試薬 | |||
| イソフルラン | アボット | 麻酔薬 | |
| 塩酸ケタミン | トロイカア医薬品 | 麻酔薬 | |
| キシラジン | インド免疫学限定 | 麻酔薬 | |
| ペントバルビタールナトリウム | ゾラファーマ | 安楽死剤 | |
| 固定液(1%ホルムアルデヒド、1.25%グルタルアルデヒド | HiMedia、Avra | MB059、ASG2529 | で調製 |
| エタノール | ヘイマン | F204325 | 脱水 |
| キシレン | HiMediaMB-180 | エタノールまたはパラフィンのクリア | |
| フィンワックス | HiMedia | GRM10702 | 組織の埋め込みに使用 |
| グリセロール | HiMedia | TC503 | アルブミンコーティングスライドを調製します。グリセロールと卵アルブミンを1:1の比率で混合してスライドにコーティング |
| 塩酸 | Sisco Research laboratories Pvt. Ltd. | 65955 | 1 % 酸性アルコールの調製用 |
| 酢酸 | HiMedia | AS119 | エオシンの調製用 |
| スコッツ水 | ライカ | 3802900 | ブルーイング試薬 |
| パパニコロウ溶液 1b ヘマトキシリン溶液 | シグマ | 1.09254.0500 | 核の染色 |
| エオシン | HiMedia | GRM115 | 細胞質の染色、0.25% 溶液を調製しました自社 |
| DPX封入剤 | Sigma | 6522 | 網膜切片の可視化と保護 |
| <ストロング>機器 | |||
| ガラス製品 | ホウロシル | ||
| 角膜鉗子 | スティーブンス・インスツルメンツ | S5-1200 | 解剖 |
| コリブリ鉗子 | スティーブンス・インスツルメンツ | S5-1135 | 解剖 |
| 湾曲マイクロハサミ | スティーブンスインスツルメンツ | S7-1311 | 解剖 |
| バンナスハサミ | スティーブンスインスツルメンツ | S7-1387 | 解剖 |
| 虹彩はさみ | スティーブンスインスツルメンツ | S7-1015 | 解剖 |
| カセット | HiMedia | PW1292 | 組織学処理中に組織を保持するために |
| ウォーターバス | GT ソニック | GT Sonic-D9 | 温度維持 |
| パラフィン埋め込みステーション | Myr | EC 350 | パラフィンブロックの調製 |
| Microtome | 鄭州南北計器機器有限公司 | YD-335A | セクショニング |
| ブレード | ライカ | ライカ818 | クショニング |
| スライド | HiMedia | BG005 | パラフィン組織切片保持 |
| カバースリップ | HiMedia | BG014C | 封入剤添加後、組織を覆う |
| <ストロング>血液網膜バリア ブレークダウン | |||
| <ストロング>試薬 | |||
| イソフルラン | アボット | B506 | 麻酔 |
| ドライアイス | 該当なし | なし | 解剖 |
| ブラッドフォード試薬 | シグマ | B6916 | タンパク質定量 |
| <ストロング>機器 | |||
| 角膜鉗子 | スティーブンスインスツルメンツ | S5-1200 | 解剖 |
| Colibri鉗子 | スティーブンスインスツルメンツ | S5-1135 | 解剖 |
| 湾曲したマイクロハサミ | スティーブンスインスツルメンツ | S7-1311 | 解剖 |
| バンナスハサミ | スティーブンスインスツルメンツ | S7-1387 | 解剖 |
| 虹彩はさみ | スティーブンスインスツルメンツ | S7-1015 | 解剖 |
| ガラス製品 | ボロシル | 適用 | |
| EDTAコーティングチューブ | JK診断 | 適用されない | 全血から血漿を分離 |
| 均質化チューブ | MP Biomedicals | SKU:115076200-CF | 硝子体の |
| 均質化 均質化キャップ | MP Biomedicals | SKU:115063002-CF | ガラスビーズの均質化 |
| MPバイオメディカル | SKU:116914801 | ガラス質の均質化 | |
| ホモジナイザー | ベルタン・インスツルメンツ | P000673-MLYS0-A | の均質化 |
| - 透明 | グルニエ | GN655101 | タンパク質定量 |
| プレートリーダー | 分子デバイス | SpectrMax M4 | 吸光度測定 |
| 遠心分離機 | REMI | CPR240 Plus | 遠心分離 |
| <ストロング>蛍光血管造影 | |||
| 試薬 | |||
| イソフルラン | Abbott | B506 | 麻酔 |
| FITC-デキストラン 70 kD (FITC、デキストラン、ジブチリンジラウレート、DMSO | FITC、デキストラン、ジブチリンジラウレート Sigma;HiMediaからのDMSO | FITC-F3651、デキストラン-31390、ジブチリンジラウレート-29123、DMSO-TC185 | 社内で調製 |
| フルオロシッド | シグマ | F6182 | 退色防止封入剤 |
| Equipments | |||
| 角膜鉗子 | スティーブンスインスツルメンツ | S5-1200 | 解剖 |
| コリブリ鉗子 | スティーブンスインスツルメンツ | S5-1135 | 解剖 |
| 湾曲マイクロハサミ | スティーブンスインスツルメンツ | S7-1311 | 解剖 |
| バンナスハサミ | スティーブンスインスツルメンツ | S7-1387 | 解剖 |
| 虹彩はさみ | スティーブンスインスツルメンツ | S7-1015 | 解剖 |
| ガラス製品 | ボロシル | 該当なし | |
| スライド | HiMedia | BG005 | フラットマウント製剤 |
| カバースリップ | HiMedia | BG014C | 封入剤添加後の組織カバー用 |
| 共焦点顕微鏡 | ライカ | DMi8 | フラットマウントの可視化 |
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