Name: 接眼レンズの自動圧縮試験 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-04-05T13:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 19 s
Description: 学ぶ自動圧縮試験による眼レンズの弾性率測定法。眼生体力学と老視のメカニズム解明に貢献し、年齢関連の視力変化を客観的に評価する再現性の高い手法を確立します。

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米国国立衛生研究所(NIH)の助成金R01 EY035278(MR)の支援を受けて。

豚の目は地元の屠殺場から入手しました。倫理委員会の承認は必要ありませんでした。
1.レンズの解剖(図1)
<ol><li>視神経だけが残るまで、豚の目から周囲の組織をすべて取り除き、強膜から余分な肉を取り除きます。湾曲した鉗子と小さな解剖ハサミを使用して、このプロセスを完了します。神経をアンカーとして使用して、解剖中に目を保持します。</li>
	<li>メスを使用して、辺縁部に短い円周方向に切り込みを入れ、次に赤道に別の切り込みを入れます。 注意: この手順は、レンズとカプセルの損傷を防ぐために、この順序で実行されます。</li>
	<li>辺縁部の切り口にマイクロハサミを挿入し、角膜の周囲を切開しながら先端が鈍い細い鉗子で角膜を持ち上げて角膜を取り除きます。</li>
	<li>先端が鈍い鉗子で持ち上げて虹彩を取り除き、マイクロハサミで切り取ります。</li>
	<li>解剖ハサミを赤道切り込みに挿入し、強膜が二等分されるまで赤道全体を円周方向に切ります。</li>
	<li>カットが完了したら、強膜の後部を取り除きます。鉗子で硝子体をそっと取り除き、レンズの損傷を防ぐために最小限の残骸を残します。必要に応じて、硝子体液を冠状にカットして、後部が水晶体と前部から引き離されるようにします。</li>
	<li>マイクロハサミを使用して、強膜を前部から後部に子午線で切り込みを入れます。</li>
	<li>強膜を通る新しい子午線の切り込みから始めて、マイクロハサミを使用して帯をレンズから切り取ります。レンズの重さまたは解剖皿の端を使用して、レンズと強膜をわずかに引き離すときに帯帯を静かに伸ばし、マイクロハサミが水晶体と毛様体の間、帯状体を通り抜け、レンズの円周の周りを切断できるようにします。これにより、正しく行えば、レンズカプセルを損傷することなくレンズを分離できます。</li>
	<li>必要に応じて、鉗子を使用してカプセルを取り外し、赤道でカプセルを穿刺し、2つの鉗子を使用してカプセルをはがします。.</li>
	<li>レンズをリン酸緩衝生理食塩水(PBS)に入れます。機械的テストの前に、レンズに損傷がないか目視検査します。</li>
</ol>2. レンズ圧縮-レンズカプセルあり/なし(図2)
メモ: 手順 2.1 と 2.4 を除くすべての手順は、コンピュータ制御です。
<ol><li>1μmオーダーの変位を測定できる50グラムの力容量のロードセルを備えた平行平板圧縮装置を入手または構築します。</li>
	<li>電動ステージをプログラムし、セルに負荷をかけて、以下に説明する負荷レジメンを実行します(例: 補足ファイル1)。</li>
	<li>1 5/8インチ x 1 5/8インチの正方形の箱にPBSをほぼ満たし、圧縮プラットフォームに置きます。</li>
	<li>上部プレートを下降させて下部プレートに接触させ、運動の下限とギャップの絶対高さを決定します。</li>
	<li>上部プレートを~15mm持ち上げます。</li>
	<li>赤道面が水平になるように注意しながら、レンズをボックスの中央に配置します。</li>
	<li>上板をレンズの上面に近づけて、接触させないようにします。</li>
	<li>接触閾値3mNの力覚フィードバックを使用して、上部プレートをレンズに接触させるモーションを開始します。</li>
	<li>接触、記録時間、下部プレートに対する上部プレートの位置、および500Hzでの力を決定すると、データ記録を開始します。</li>
	<li>レンズを初期高さの2.5%で3回、5%を3回、7.5%で3回、1%/sの割合で圧縮する前処理荷重を適用します。</li>
	<li>プレコンディショニング後、上部プレートの位置を1分間一定に保ちます。</li>
	<li>1%/秒の速度で15%の圧縮を適用し、その後同じ速度でアンロードします。</li>
	<li>レンズが上部プレートから確実に付着解除されるように、上部プレートがアンロードされたレンズの厚さのさらに2%移動するまで、アンロード動作を続けます。</li>
</ol>3. レンズ弾性率の推定
<ol><li>接触点での機器のギャップに基づいてレンズの厚さを推定します。または、画像解析を使用して、テスト前に撮影した写真から厚さを測定します。</li>
	<li>平行平板間の球の圧縮についてヘルツモデルを使用して弾性率 E を計算します(式[1]; 補足ファイル2)。 <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/66040/66040eq01.jpg" style="margin: auto;">(1) ここで、 R は接触点での曲率半径です(レンズの厚さの半分に等しいと仮定)。 F はロードセルによって報告された圧縮力です。 <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/66040/66040eq02.jpg" style="margin: auto;"> はポアソン比(非圧縮性材料に対応する0.5に等しいと仮定)であり、 u は接触点から上段の下向きのアプローチです。弾性率とポアソン比は、レンズの固有剛性とレンズの相対圧縮率をそれぞれ示す材料特性であることに注意してください。 注:この方法では、水晶体嚢の役割は無視されますが、水晶体のサイズがほぼ考慮されるため、種間の比較が可能です。</li>
</ol>

自動圧縮によるブタ眼レンズの生体力学的特性評価

<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>

著者は、宣言すべき利益相反を持っていません。

レンズ圧縮は、レンズの剛性を推定するための汎用性の高い方法です。上記の手順により、異なる種および異なるサイズのレンズ間の比較が可能になります。すべての変形はレンズサイズに対して正規化され、弾性率の計算はレンズサイズをほぼ考慮します。有効弾性率は、ブタレンズ4,7,11,19について以前に報告された弾性率よりもかなり高く、少なくとも部分的には、曲率半径ではなく厚さの使用によるものである:ブタレンズの極曲率半径は、厚さ20の半分よりも有意に大きい。
ここで紹介する単純な解析(ヘルツモデルの使用)には、いくつかの重要な制限があります。第1に、水晶体嚢の存在を考慮していない。カプセルの存在は、レンズ16、21の生体力学的特性を有意に変化させ得ることが示されている。したがって、この方法はカプセル化解除されたレンズに最適です。これは、カプセルの厚さや生体力学的特性が著しく異なる可能性がある場合に種を比較する場合に特に重要です。また、この方法は、レンズが機械的に均質であることを前提としています。私たちや他の人たちは、これが一般的にブタやヒトのレンズには当てはまらないことを以前に示しました4,5,6,10,11,22。したがって、有効弾性率として計算された弾性率値を考慮するのが最善であり、これはおそらくレンズ内の空間的に変化する弾性率の体積平均に関連しています。ヘルツモデルでは、レンズが線形弾性であると仮定していますが、粘弾性があることが知られています。したがって、ここで提案されている単純な解析では、レンズの粘弾性に関する情報を提供することはできません。以前の研究では、テスト前のレンズの保管方法と期間によってレンズの特性が変わる可能性があることも示されています4。したがって、すべてのブタレンズは、ラボに到着した解剖後すぐにテストされました。
力と変位の測定値の違いは、ロードセルアンプからのノイズによるものです:カプセルを取り外すと、力の測定値がかなり低くなるため、信号対雑音比が低くなります。ヘルツモデルの導出に使用される仮定には、球が均質な材料であることが含まれます。したがって、有効弾性率は、カプセルが存在する場合のレンズとそのカプセルの変形率を何らかの形で平均化しています。これは、ブタの水晶体のカプセルの厚さが~60μmであるのに対し、マウスやヒトの水晶体のカプセルの厚さは5〜15μmの範囲であるため、種間および年齢間の比較を特に困難にします。カプセルの弾性率は、種や年齢によっても変化する可能性があるが、これらの依存性は不明である。したがって、カプセルとのノイズの少ないフィット感を得ることは可能ですが、比較は本質的にカプセルの存在によって交絡されます-これがカプセルなしでテストを実行することを推奨する理由です。
最後に、曲率半径がレンズの厚さの半分であると仮定して、有効弾性率を計算しました。これは球面レンズにのみ当てはまります。ブタのレンズは著しく非球面であるため、有効弾性率は、曲率半径を代わりに使用した場合よりもかなり高くなります。この最後の仮定は、曲率半径を測定することで克服できますが、下部プレートとの接触により常に平坦である下面では複雑になる可能性があります。また、マウスレンズなどの球面レンズの場合もそれほど重要ではありません。さらに良いのは、レンズ16の機械的特性を確認するための逆有限要素解析の使用である。

レンズは、眼にある透明で柔軟な器官であり、屈折力を変えることでさまざまな距離に焦点を合わせることができます。この能力は、アコモデーションと呼ばれます。屈折力は、毛様体筋の収縮と弛緩によって変化します。毛様体筋が収縮すると、水晶体が厚くなって前方に移動し、屈折力が増加します1,2。屈折力の増加により、レンズは近くの物体に焦点を合わせることができます。人間は年齢を重ねるにつれて、水晶体が硬くなり、この適応能力は徐々に失われます。この状態は老眼として知られています。硬化のメカニズムは、少なくとも部分的には、レンズの生体力学的特性評価に関連する困難のために、不明のままである。
レンズの剛性と生体力学的特性を推定するために、さまざまな方法が採用されています。これらには、レンズスピニング3,4,5、音響法6,7,8、ブリルアン顕微鏡法9、圧痕10,11、圧縮12,13などの光学法が含まれる。圧縮は、単純な装置(ガラスカバーガラス14、15など)または単一の電動ステージで実行できるため、最も利用しやすい実験手法です。我々は、レンズの生体力学的特性が圧縮試験16から厳密に推定され得ることを以前に示した。このプロセスは技術的に困難であり、相対剛性測定に関心のあるレンズ研究者が簡単にアクセスできない特殊なソフトウェアが必要です。そこで、本研究では、レンズサイズを考慮しながらレンズの弾性率を推定するためのアクセス可能な方法に焦点を当てます。弾性率は、その変形性に関連する固有の材料特性であり、高い弾性率はより硬い材料に対応します。
試験自体は平行平板圧縮試験であるため、適切な商用機械試験システムで実行できます。ここでは、モータ、リニアステージ、モーションコントローラ、ロードセル、アンプで構成されるカスタム計測器を構築しました。これらは、時間、位置、負荷を一定の間隔で記録するカスタムソフトウェアを使用して制御されました。豚のレンズは対応していませんが、簡単にアクセスでき、安価です17.眼水晶体を段階的に圧縮し、その弾性率を定量化するために、以下の方法が開発されました。この方法は簡単に再現でき、レンズの剛性の研究に役立ちます。

<table><tbody><tr><td>湾曲したミディアムポイント汎用鉗子</td><td>フィッシャーブランド</td><td>16-100-110</td><td></td></tr><tr><td>ガリルCOMライブラリ</td><td>ガリルモーションコントロール</td><td></td><td></td></tr><tr><td>高精度メスハンドル&nbsp;</td><td>フィッシャーブランド</td><td>12-000-164</td><td></td></tr><tr><td>リニアステージ</td><td>McMaster-Carr</td><td>6734K4 0.125インチ</td><td></td></tr><tr><td>ロードセル</td><td>FUTEK</td><td>LSB200-FSH03869</td><td></td></tr><tr><td>ロードセルアンプ</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><td>マイクロプローブ</td><td>外科設計&nbsp;</td><td>22-079-740</td><td></td></tr><tr><td>ミニチュア自動開閉精密ハサミ&nbsp;</td><td>エクセルタ&nbsp;</td><td>63042-004</td><td></td></tr><tr><td>モーションコントローラー</td><td>ガリルモーションコントロール</td><td>DMC-31012</td><td></td></tr><tr><td>モーター</td><td>ガリルモーションコントロール</td><td>BLM-N23-50-1000-B</td><td></td></tr><tr><td>ストレート止血器&nbsp;</td><td>ファインサイエンス&nbsp;</td><td>NC9247203</td><td>ステンレス鋼、14cm&nbsp;</td></tr></tbody></table>

接眼レンズの自動圧縮試験

Automated Compression Testing of the Ocular Lens

眼球レンズの生体力学的特性は、可変パワー光学素子としての機能に不可欠です。これらの特性は、人間の水晶体の年齢とともに劇的に変化し、老眼と呼ばれる近視力の喪失をもたらします。しかし、これらの変化のメカニズムは不明のままです。レンズコンプレッションは、レンズの生体力学的剛性を定性的な意味で評価するための比較的簡単な方法を提供し、適切な分析技術と組み合わせることで、生体力学的特性の定量化に役立ちます。これまで、手動と自動の両方を含むさまざまなレンズ圧縮試験が行われてきましたが、これらの方法では、プレコンディショニング、負荷率、測定間隔など、生体力学試験の重要な側面に一貫性がありません。このホワイトペーパーでは、電動ステージをカメラと同期させ、事前にプログラムされた荷重プロトコル全体でレンズの力、変位、形状をキャプチャする、完全に自動化されたレンズ圧縮試験について説明します。次に、これらのデータから特性弾性率を計算できます。ここではブタレンズを使用して説明していますが、このアプローチはあらゆる種のレンズの圧縮に適しています。

6枚のブタレンズを、まずカプセルを無傷のまま、次にカプセルを慎重に取り出した後、圧縮した。厚みの値は、カプセル化レンズで7.65±0.43mm、カプセル化解除レンズで6.69±0.29mmでした(標準偏差±平均)。典型的な荷重履歴を 図3に示します。結果として得られる力-変位曲線は、ヘルツモデルによってよく適合しました(つまり、変位に比例した力が1.5乗になりました。 図4)。これは、カプセル化されたレンズとカプセル化解除されたレンズの両方に当てはまりました。
レンズは、まず無傷のカプセルで無負荷の厚さの15%に圧縮され、次にカプセルが取り出された後に圧縮されました。初期厚さの15%による軸方向の圧縮は、レンズ縫合糸18に損傷を生じさせないことが以前に示されている。カプセル化解除により、有効弾性率が大幅に低下しました(n = 6; p = 0.0138; 図5)。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66040/66040fig01.jpg"> 図1:解剖法。 (A)外眼組織を切除する。(B)辺縁部に円周方向の切り込みを入れます。(C)赤道で円周方向のカットが行われます。(D)角膜を切除する。(E)虹彩が取り除かれます。(F)眼は赤道で二等分され、次に(G)硝子体が除去され、(H)レンズ、毛様体、および帯状動脈を含む環状リングが強膜に付着したままになります。(I)子午線カットは、(J)帯へのアクセスを与えるために強膜を通して行われ、(K)は(L)カプセル化されたレンズを残して切断されます。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66040/66040fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66040/66040fig02.jpg"> 図2:圧縮試験装置。 (A)レンズ圧縮装置の概略及び(B)写真。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66040/66040fig02large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66040/66040fig03.jpg"> Figure 3: カプセル化されたブタレンズの適用荷重履歴。 上: 変位履歴。下: フォース ヒストリ。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66040/66040fig03large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66040/66040fig04.jpg"> 図4:ヘルツモデルでフィットした典型的な力-変位データ。 左:カプセル化されたブタレンズのデータ。右:カプセル化解除後の同じレンズの圧縮データ。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66040/66040fig04large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66040/66040fig05.jpg"> 図5:カプセル化およびカプセル化解除されたブタレンズの有効弾性率の箱ひげ図。 カプセル化されたレンズの有効弾性率は、カプセル化解除されたレンズの有効弾性率よりも有意に高く(p = 0.013)、カプセルの存在がレンズの有効剛性を実質的に変化させる可能性があることを示している。データはレンズ6枚分。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66040/66040fig05large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。</a>
補足ファイル1:レンズ圧縮装置を制御するためのMATLABアプリケーション。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66040/Supplemental%20Coding%20Files%201.zip" target="_blank">このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>
補足ファイル2:力圧縮データから弾性率を推定するMATLAB関数。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66040/HertzModulus.zip" target="_blank">このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>

圧縮試験を使用して接眼レンズの有効弾性率を特徴付けるための自動化された方法を紹介します。

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

私たちは、人々が年齢とともに近視力を失う仕組みを理解しようとしています。これは、水晶体の硬さの変化が一因であることはわかっていますが、加齢とともに水晶体が硬くなる理由はまだわかっていません。現在の実験方法は、顕微鏡のカバースリップをレンズに装着するなど、レンズを装填するための粗雑な方法に依存しています。これらの方法は面倒で、負荷率を適切に制御できません。私たちは、レンズの形状が老眼の主要なドライバーであると判断し、その形状が主に生体力学的パラメータによって駆動されることがわかっています。このプロトコルは、レンズの剛性を測定するための完全に客観的で再現性のある方法を提供します。自動化により、レンズのような粘弾性材料を特性評価する際の重要なパラメータである荷重速度を制御することができます。これで、レンズの生体力学的特性を測定するための客観的で再現性のあるプロトコルが得られました。これにより、水晶体が加齢とともにどのように硬くなるか、また特定のタンパク質が水晶体の生体力学的特性をどのように変化させるかを厳密に特徴付けることができます。

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

シュレム管の空間内に、小柱網（TM）の移行は、眼底血圧計により、急性の圧力上昇によって誘導され、そしてスペクトル領域光コヒーレンス断層撮影法により観察することができます。この方法の目的は、 その場で生体組織における急性の圧力上昇に住ん流出路の形態学的応答を定量化することです。...

生きている人間の目で圧力上昇を小柱網の対応

コンタクトレンズ（のCL）および他の眼関連のアプリケーションを評価するための現在のin vitroモデルは厳しく制限されています。提示眼のプラットフォームは、生理的な涙の流れ、涙ボリューム、空気暴露と機械的摩耗をシミュレートします。このシステムは、非常に汎用性とのCLで分析インビトロで種々に適用することができます。...

開発<em&gt;インビトロ</em&gt;眼プラットフォームはコンタクトレンズをテストします

加齢に伴う眼の硬さの増加は老眼に関連しています。このプロトコルは、マウスのレンズの剛性を測定するためのシンプルで費用対効果の高い方法を説明しています。マウスのレンズは、人間のレンズと同様に、年齢とともに硬くなります。この方法は正確で、より大きな動物のレンズにも適応できます。...

マウスレンズの圧縮剛性を評価するために、ガラスカバースリップの逐次適用：ひずみと形態計測分析

マニュアル レンズの担架を使用して焦点調節を勉強の効率的な方法を提案します。プロトコル mimics 生理宿泊施設、zonules を引いてレンズ...

マニュアル レンズ担架による焦点調節機構のシミュレーション

本研究では、アミノプロピル終了 polydimethylsiloxanes とジメチルビニル メチル フェニル シロキサン ブロック共重合体および柔らかいポリシロキサンを用いた尿素 (PSU) エラストマー合成経路について説明します。それは、眼内レンズを収容として Psu のアプリケーションを提示します。生体外の細胞毒性の評価法についても述べる.

眼内レンズ用ソフト ポリシロキサン尿素エラストマーの合成

スマートフォンアプリを使用して、近くおよび遠い固定条件下でマニフェストと断続的な眼のずれ(斜視)を測定するためのHirschbergテストを実行するプロトコルを提示します。...

自動ヒルシュベルクテストアプリを使用した眼のアライメントの評価

オープングローブの目の怪我は、農村部や軍事関連のシナリオで数日間治療を受けず、失明を引き起こします。治療は視力の損失を最小限に抑えるために必要とされる。ここでは、臓器文化のオープングローブ傷害モデルについて詳しく説明します。このモデルを用いて、これらの傷害を安定させる潜在的な治療は適切に評価することができる。...

オープングローブ損傷と治療性能を追跡するための前セグメント臓器培養プラットフォーム

本研究では、眼鏡矯正により近視被験者の動的視力(DVA)を正確に調べる方法を示します。さらなる分析により、屈折状態が子宮遠に近いほど、眼鏡補正された両眼DVAは毎秒40度と80度の両方で優れていることが示されました。...

眼鏡矯正近視患者における両眼動的視力

使用プラ​​センタアクロス異物およびナノ材料の輸送速度の決定<em&gt; ex vivoで</em&gt;ヒト胎盤灌流モデル

このプロトコルの目標は、自然な肌に似た3次元の全厚の皮膚等価物を構築することです。特別に構築された自動創傷装置により、無菌状態を維持しながら、正確で再現性のある創傷を生成することができます。...

三次元の全層皮膚等価物と自動傷つけ処理の発生

学ぶ自動圧縮試験による眼レンズの弾性率測定法。眼生体力学と老視のメカニズム解明に貢献し、年齢関連の視力変化を客観的に評価する再現性の高い手法を確立します。

接眼レンズの自動圧縮試験

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