ウサギの角膜間質創傷修復のための現場ブルーライト交差ゲラチンリボフラビンハイドロゲルの調製、濃縮、適用に関する再現可能なプロトコルを提示し、手術的取り扱い、部分的な足蘠切除術、術後ケアの手技手順を含みます。
方法論記事
ウサギの角膜間質創傷修復のための現場ブルーライト交差ゲラチンリボフラビンハイドロゲルの調製、濃縮、適用に関する再現可能なプロトコルを提示し、手術的取り扱い、部分的な足蘠切除術、術後ケアの手技手順を含みます。
本記事では、ウサギの角膜間質創傷修復のために、 現場 でブルーライト交差連結可能なゼラチンハイドロゲルを製造、補完、外科的に適用するためのステップバイステッププロトコルを示します。ハイドロゲル前駆体は、5%(w/v)のゼラチンと0.01%のリン酸リボフラビン(w/v)で構成され、滅菌・光保護条件下で準備され、滅菌フィルターで使用前に加熱されて注射可能な粘度を実現します。ヒト羊膜抽出物またはウサギ自己血清の任意導入も詳細に記載されています。必要に応じて、λ = 420–480 nmのブルーライトを用いて眼表面に約2分間ゲル化を誘発します。 in vivo 法は、再現可能な前間質角膜切除術(トレフィン径6.5mm、深さ約187μm)、その後ヒドロゲル充填、光活性化、部分側側足根形成術を含み、治療の安定化、創傷治癒促進、術後ケアの標準化を図ります。代表的な in vitro アウトカムでは、ゲル様粘弾性挙動、せん断薄化と迅速な回復、500nm以上で高い光透過率(>90%)が認められ、角膜使用に適していることが示されています。 in vivoでは、ハイドロゲルを用いた治療が進行性上皮閉鎖、良好な眼球耐性(3日および7日で低いDraiズスコア)、および生分解および組織置換に一致する時間依存的なヒドロゲルの減少を支持します。再現性を確保するために重要なステップや一時停止点を強調し、溶解およびろ過時の温度制御、光からの保護、架橋時のランプ位置調整などを強調します。このプロトコルは、縫合なしで正確に配置された光活性ハイドロゲル安定化を可能にし、複数のバイオアクティブサプリメントの追加と互換性があります。次世代眼科バイオマテリアルの前臨床評価のための実用的なプラットフォームを提供し、角膜創傷修復のための光交差可能なハイドロゲル療法の翻訳を促進します。
角膜は透明で無血管構造であり、眼の屈折力の約3分の2を占めるため、その構造的・機能的な完全性は視力に不可欠です。外部環境に直接曝露されるため、角膜は外傷、感染、化学的損傷、術後の合併症に非常に脆弱です2,3。上皮の完全性を迅速かつ効果的に回復できないと、持続的な上皮欠損(PEDs)や慢性的な角膜潰瘍を引き起こし、最終的には気質の溶融、穿孔、瘢痕、そして不可逆的な視力喪失に至る可能性があります4,5。従来の治療法(潤滑剤、抗生物質予防、自己血清点眼薬など)は、中等度から重度の欠損において間質修復を十分に促進せず、部分的な利益しかもたらさないことが多く、6,7,8。
これらの制限に対処するため、創傷の保護、上皮修復の支援、間質組織の回復が可能であるため、バイオマテリアルベースの治療法が有望な代替手段として浮上しています。ハイドロゲルは生体適合性、光学的透明性、調整可能な機械的挙動、治療薬の組み込み能力から特に魅力的です。ゼラチン15,16,17、コラーゲン18,19、キトサン20,21、ポリエチレングリコール(PEG)22,23、ヒアルロン酸18,24などの天然および合成ハイドロゲルは、角膜創傷の治癒促進に潜在的であることが示されています。これらの中でも、ゼラチン系ハイドロゲルはコラーゲン由来の組成と細胞接着モチーフを持つため特に価値があります。
光交連型ハイドロゲルは、眼表面に直接必要に応じて固化できるという追加の利点を持ち、縫合なしで正確な配置と機械的安定性の向上を可能にします。リボフラビン介在の架橋は、もともと円錐角膜治療のために開発されましたが、優れた生体適合性、眼科安全性、可視光または紫外線下での架橋誘導活性酸素種を生成する能力により、最近はハイドロゲル光高重合に適応されています25,26。青色光(≈445 nm)は角膜用途に特に優れており、効率的な架橋を可能にしつつUV関連リスクを回避できます27,28,29。
本記事では、5%(w/v)ゼラチンおよび0.01%(w/v)リボフラビンリン酸(RFP)からなる光交差可能なハイドロゲルの製造、濃縮、外科的応用を紹介します。in vitroハイドロゲル製剤の詳細なプロトコルを提供しており、ヒト羊膜抽出物(HAMe)または自己血清(AS)の任意導入、ならびにウサギ間質角化切除モデルでのin vivo適用も含まれます。HAMeは眼表面に対して抗炎症、抗線維化、再生促進効果を発揮することが知られており30,31,32,33,34,35であり、自己血清は上皮再生に不可欠なビタミンA、EGF、フィブロネクチンなどの成長因子を涙のような濃度で提供します(36,37,38)。これらの要素は共に再上皮化を支援し、炎症を軽減し、間質分解を防ぐ可能性があります。39,40。
このアプローチは制御された光重合とカスタマイズ可能な生体活性を提供しますが、現在は表層および間質中間欠損に限定され、青色光への視線下での曝露が必要であり、不透明または深く浸潤した組織での使用が制限される可能性があります。ハイドロゲルの調製と濃縮、眼科での取り扱い、部分的な側方足腱形成を含む術後ケアを統合することで、本論文は角膜修復を支援し、光活性ハイドロゲル技術の臨床実践への応用を促進し、角膜再生研究のための標準化されたプラットフォームの開発に寄与する再現性のあるアプローチを提供します。
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ヒト胎盤は、ヘルシンキ宣言に従い、クルセス大学病院倫理委員会(承認番号 CEIC E15/03)の承認を得て、ドナーから十分な同意のもと取得されました。すべての動物実験はバスク大学動物研究倫理委員会(UPV/EHU)(承認番号 CEEA M20/2023/038)により承認され、眼科および視覚研究における動物利用に関するARVO声明に準拠しています。すべての処置はUPV/EHU動物施設(SGIker)で行われ、全期間無菌技術を維持しました(生物製剤の取り扱いはクラスIIのバイオセーフティキャビネット)。
1. ハイドロゲル合成
2. in vitroでのハイドロゲル応用
3. ヒト羊膜(HAM)の取得
注意:胎盤は、インフォームドコンセントを提供し、機関および倫理要件を満たしている血清陰性ドナーの胎盤のみを使用してください。
4. ヒト羊膜抽出物(HAMe)製剤
注意:タンパク質の分解と汚染を最小限に抑えるため、すべての工程は無菌かつ寒冷な条件下で行ってください。
5. ウサギから血液由来の自己血清の抽出
注意:ニュージーランドのホワイトラビット(≈2 kg)における 生体内 検査のすべての手順は、該当機関の動物研究倫理委員会の承認を得て、機関ガイドラインに準拠して実施してください。
6. 生体内 外科手術
注意:すべての実験手順は該当機関の動物研究倫理委員会に従い、ヘルシンキ宣言および眼科・視覚研究における動物利用に関するARVO声明の原則を遵守してください。
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ハイドロゲル合成と特性評価
ハイドロゲルは合成され、光架橋の前後でそのレオ学的および光学的特性を評価するためにin vitro で評価されました。せん断レオロジーを用いて粘弾性、降伏率、流動挙動を特徴づけました。周波数スイープでは、テストされたすべての周波数でG′がG"よりも高く保たれ、固体様の挙動を示しました(図5A)。10ラッド・s⁻¹ での振幅スイープでは、広範な線状粘弾性領域(~100%ひずみ)が明らかになり、保存率(G′)が損失弾性率(G")を一貫して上回り、ゲル状構造を示しました(図5B)。ブルーライト架橋前に行われたフロースイープではせん断薄化が示され、せん断速度が10⁻4 から100s⁻1に増加するにつれて粘度が著しく低下し、注入条件を模擬しました(図5C...
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本プロトコルは、角膜創傷治癒のための光交差可能なゼラチン–リボフラビン水素ゲルの調製、充填、適用のための再現可能なワークフローを提供します。一貫したゲル品質を達成するためには、いくつかの in vitro ステップが重要であり、変動の最も頻繁な原因であるため強調が必要です。まず、攪拌中に前駆体溶液を80°Cで維持することで、ゼラチンおよびリボフラビンリン酸の完全な溶解を確実にし、光学的透明度や架橋均一性を損なう粒子状集合体を防ぎます。滅菌ろ過前に、完全な流動性を確保するために製剤を40°Cまで再加熱する必要があります。低温でのろ過は通過不完全や汚染リスクの増加を引き起こすためです。準備後、ハイドロゲルは4°Cで光から保護し、使用直前に32°Cまで温めるべきです。この時点で半固体でありながらピプティング可能であり、in vitro および in vivo での漏れを防ぎます。実際には、これらの温度ベンチマークのいずれの故障も、濁ったゲル、フィルターの詰まり、不均一な光硬化、または適用部位での拡散として最もよく現れます。...
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著者には利益相反を主張するものはありません。
この研究はバスク政府保健省(2023111027およびIT524-22)からの助成金により支援されました。C.R.-V.バスク地方大学UPV/EHUからのフェローシップにより支援されました。SGIker(UPV/EHU)が提供する動物ケアおよび分析・高解像度顕微鏡サービスに関する技術的支援に感謝いたします。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| アムホテリシンB | Gibco (Thermo Fisher Scientific) | 15290018 | 最終濃度: 1.25 μg/mL |
| ウサギ自己血清(AS) | 自家製 | - | 全血から調製; 0.22 μm PESを通してろ過 |
| ブルーLED硬化ランプ | Woodpecker Medical Instrument Co | LED.C モデル | 波長: λ=420–480 nm; 距離: 1–2 cm; 光出力:850-1000 mW/cm2 |
| ブプレノルフィン(ブプレケア) | Ecuphar | 578950 | 用量: 0.05 mg/kg、皮下注射で12 h毎に 72 h |
| カメラ | Panasonic | LUMIX TZ35 | ライカ光学を搭載したカメラ |
| Cimarecデジタル攪拌ホットプレート | Thermo Fisher Scientific | SP131320-33 | 220-240 V、最大温度:540 °C |
| クレセントマイクロサージカルブレード | BVI Medical | 373807 | - |
| DMEM(Dulbeccoの改変Eagle培養液) | Gibco (Thermo Fisher Scientific) | 11966025 | - |
| エッペンドルフチューブ(0.2 mL) | Merck KGaA | 30124707 | HAMe準備のために冷蔵で保管; アライオティング |
| エッペンドルフチューブ(5 mL) | Merck KGaA | 30119606 | HAMe準備のために冷蔵で保管; アライオティング |
| フルオレセイン溶液 | Novartis | Colorcusi Fluotest | 2%フルオレセイン溶液、5 µl点眼薬 |
| Gibcoネオマイシン | Merck KGaA | N1142 | 最終濃度: 50 μg/mL |
| ゼラチン粉末 | Sigma Aldrich | G1890 | 80 °Cで溶解; pHを7.0に調整 |
| ヒアルロン酸人工涙液(0.2%) | Chem.-pharm. Fabrik GmbH | Hylo-Tear | - |
| ImageJ画像処理ソフトウェア | National Institute of Mental Health | - | Wayne Rasbandによって研究サービス部門で開発 |
| ケタミン(ケトラール) | Pfizer | 631028.1 | |
| リドカイン | Vet One | NDC 13985-222-04 | 局所または皮下注射 |
| ペニシリン–ストレプトマイシン | Gibco (Thermo Fisher Scientific) | 15140-122 | 最終濃度: 50 μg/mL |
| PESシリンジフィルター、 0.22 μm0.22μm (Millex) | Merck KGaA | SLGP033RS | - |
| リン酸緩衝生理食塩水(PBS) | Sigma Aldrich | P4417-100TAB | - |
| プロテアーゼ阻害剤カクテル | Sigma Aldrich | P8340 | 5 μL per mg 組織に追加 |
| ポビドンヨード溶液 | Meda pharma | 7167204 | 術前消毒 |
| リボフラビンリン酸(RFP) | Sigma Aldrich | R0630000 | 濃度: 0.01% w/v (最終); 0.02% w/v (ストック) |
| ソニケーター | Bandelein electronic | Sonoplus GM mini20 | - |
| ソニケータープローブ | Bandelein electronic | MS 1.5 | 1.5 mm径、63 mm長のプローブ。 |
| タルソラフィ縫合糸(非吸収性) | Alcon | 8065308001 | 必要に応じて1–2縫合 |
| トブラマイシン点眼薬(3 mg/mL) | Novartis | Tobrex | 投与:閉鎖まで2回/日 |
| ヘスバーグ・バロントレパン、6.5 mm径 | Jedmed | 21-8265 | - |
| ポリマーゲルセパレータ付きバキュータナー血液採取管 | BD (Becton, Dickinson and Company) | 367704 | - |
| キシラジン溶液 | Laboratorios Calier SA | Xylagesic | 用量: 5 mg/kg 筋肉内注射 |
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