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Research Article
Su Yin Chaw1,2, Tina Tzee Ling Wong3,4, Subbu Venkatraman2,5, Ann-Marie Chacko1
1Laboratory for Translational and Molecular Imaging, Cancer and Stem Cell Biology Programme,Duke-NUS Medical School, 2School of Materials Science and Engineering,Nanyang Technological University, 3Singapore National Eye Centre, 4Singapore Eye Research Institute, 5Material Science & Engineering,National University of Singapore
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
우리는 경내 주입 후 눈에 리포좀의 스파티오 측두분포를 비침습적으로 연구하기 위해 광섬유 공초점 레이저 미세 내시경 검사(CLM)의 사용을 위한 프로토콜을 제시한다.
수축기 주사는 각막및 결막과 같은 전방 안구 장벽을 우회하는 쉬운 트랜스 경피성 접근으로 인해 안구 약물을 투여하는 매력적인 경로입니다. 구축 주사 시 약물의 치료 효과 및 약동학은 일부 연구에서 설명되었지만 약물 또는 약물 전달 시스템 (DDS)의 안구 분포를 평가하는 것은 거의 없습니다. 후자는 원하는 안구 국소화 및 작용 기간(예: 급성 대 장시간)을 달성하기 위해 내구 DDS 설계 및 약물 생체 이용률의 최적화에 매우 중요합니다. 이 연구는 섬유섬유 공초점 레이저 미세 내시경 검사(CLM)를 사용하여 항결체 주입 후 살아있는 마우스에서 실시간으로 형광 리포좀의 안구 분포를 질적으로 연구합니다. 현미경 수준에서 조직의 생체 내육검사를 위해 설계되고, 이것은 또한 수축 주사 후 눈에 주사의 주체의 현수체 분포를 연구하는 CLM 이미징 방법의 첫 번째 전체 설명이다.
혈액 정리, 조직 분포 및 살아있는 시스템에서 약물의 표적 점유율은 생체 내 약물 처분에 대한 이해를 위한 기둥입니다. 전임상 동물 모델에서, 이러한 매개 변수는 전형적으로 약물 투여 후 특정 시점에서 빈번한 혈액 및 조직 샘플링에 의해 평가된다. 그러나, 이 절차는 일반적으로 침략적입니다, 수시로 비 생존 측정을 포함하고, 통계적인 전원을 위한 큰 동물 집단을 필요로 합니다. 동물의 과도한 사용에 대한 윤리적 우려와 함께 추가 비용과 시간이 발생할 수 있습니다. 그 결과, 비침습적 이미징은 빠르게 바이오 유통 연구에서 필수적인 단계가 되고 있습니다. 공초점 레이저 미세 내시경검사(CLM1,2)는 높은 감도와 고해상도를 가진 살아있는 동물의 눈에 치료제의 스파티오-측두형 분포를 비침습적으로 이미지화하기 위해 안구 응용 분야에 적합합니다1,3,4.
CLM은 DDS 및 약물 생체 이용률의 포괄적 인 정량화 전에 리포솜과 같은 안구 약물 전달 시스템 (DDS)의 강력한 선별을 촉진 할 수있는 잠재력을 가지고 있습니다. 리포솜은 물리화학적 및 생물학적 특성5,6,7,8,9,10,11을 조정하여 다양한 치료화물을 캡슐화하고 약물 방출 및 작용 기간의 조직 부위를 제어하는 유연성에 매력적입니다. 리포솜은 단일클론 항체 bevacizumab12와 같은 대형 분자의 전달을 위한 안구 응용 분야에서 사용되어 왔으며, 사이클로스포린13 및 간시클로비르14와 같은 작은 분자가 사용되어 왔다. 약물로 적재된 리포솜은 비리포소말 "무료 약물" 제형에 비해 생물학적 반감기와 장기간치료 효과가 있습니다. 그러나, 안구 조직의 약물 분포는 전형적으로 눈의 유체 성분에 있는 약물 농도에서 추정됩니다 (즉, 혈액, 수성 유머 및 유리체 humor15,16,17). 적재된 약물 화물의 초기 생체 내 운명은 나노캐리어 자체의 특성에 의해 정의되기 때문에, 형광 리포솜의 CLM 이미징은 조직 표적화 및 시투 조직 거주 시간에 대한 약물의 대리역할을 할 수 있다. 더욱이, CLM을 가진 납품의 시각적 증거는 DDS 재설계를 조종하고, 약의 치료 이득을 평가하고, 아마 불리한 생물학 사건을 예측할 수 있습니다 (예를 들어, 시간의 연장된 기간 동안 DDS의 바람직하지 않은 현지화로 인한 조직 독성).
본원에서, 단계별 절차는 이중 대역 CLM 시스템을 가진 살아있는 마우스에서 리포솜의 안구 생체 분포를 연구하는 방법에 대해 상세하게 설명된다. 이 특정 CLM 시스템은 8 프레임 / s의 주파수와 함께 실시간으로 2 색 형광 (488 nm 및 660 nm에서 녹색 및 빨간색 여기 레이저 포함)을 감지 할 수 있습니다. 검출 프로브를 눈에 물리적으로 배치함으로써, 프로토콜은 2%의 에반스 블루(EB) 염료를 가진 마우스에 있는 정맥 내(IV)에서 하반수 투여 시 녹색 형광 리포좀의 이미지 수집 및 분석을 보여줍니다. EB 염료는 적색 형광 채널에서 혈관 구조를 시각화하는 데 도움이됩니다. 우리는 인지질 POPC (즉, 1-팔미토일-2-올레오일-글리페로-3-인포콜린)로 구성된 100 nm 중성 리포솜을 평가하는 연구에서 대표적인 결과를 보여주고 형광에 태그된 인지질 Fl-DHPE (즉, 1.e., doped)를 보여줍니다. N-(플루오레세인-5-티오카바모일)-1,2-디헥사-데카노일센-글리케로-3-인포에탄놀라민) 95% POPC의 비율: 5% Fl-DHPE (그림 1B ). CLM은 EB 염색 안구 조직 경계의 묘사에 의해 15 μm 축 및 3.30 μm 측삭 분해능에서 녹색 형광 태그 리포솜을 캡처할 수 있다.
여기에 설명된 모든 방법은 SingHealth (싱가포르)에서 기관 동물 관리 및 사용위원회 (IACUC)에 의해 승인되었습니다. 여성 C57BL/6 J 마우스(6-8주 전, 18-20g)는 싱가포르 인비보스에서 수득되었으며 싱가포르 듀크-NUS 의과대학의 온도 및 빛 제어 생체관리에 보관되었다. 동물은 안과 및 시력 연구에서 동물의 사용을위한 비전과 안과 (ARVO) 성명서에 대한 연구를위한 협회의 지침에 따라 치료되었다.
참고: 주 프로시저를 강조 표시하는 플로우 차트가 그림 2에 표시됩니다.
1. 조영제 준비: 에반스 블루 (EB) 및 리포솜
2. 살아있는 마우스에 있는 EB와 리포솜의 행정
3. CLM 설정
4. CLM 및 인수와 마우스 눈의 라이브 이미징
5. 이미지 분석
6. 히스토로지 평가
이 프로토콜은 경내 주입을 통해 투여된 녹색 형광 리포솜의 스파티오 측두엽 안구 분포를 평가하기 위해 CLM의 유용성을 입증한다. CLM 시스템의 듀얼 컬러 기능(488nm 및 660 nm 포크 파장)을 사용하기 위해 주입할 100nm 중립 POPC 리포솜은 5% Fl-DHPE( 도 1B에 도시됨)로 도핑되었고, EB는 눈의 랜드마크를 식별하기 위해 IV를 주입하였다. 에피클레라의 얇은 층과 결막의 존재는 모두 높은 혈관화되어 있으며, clera 영역은 EB (도 4A, S로 표시됨)로 빨간색으로 염색 될 수 있으며, 혈관을 포함하지 않는 각막 (그림 4A, C로 표시됨), 얼룩을 얻지 못하고 검은 색으로 나타납니다. 이것은 형광 화상 진찰 도중 두 지구 사이 명백한 분화를 가능하게 합니다.
대표적인 결과는 7일(n=4마우스)에 걸친 분포 연구에서 나온 것이다. 1일차와 3일차 의 이미지의 형광 강도가 높았기 때문에(그림 5B), 픽셀 강도는 더 나은 시각화를 위해 감소되었다. 형광 강도의 실제 값은 그래프에 반영됩니다(그림 6). 심상으로부터의 관찰이 리포솜으로부터의 형광과 프리염료가 아닌지 확인하기 위해, 플루오레세인(Fl) 염료로 주입된 대조마우스를 대조하였다(도 5A).
리포솜의 감소(녹색 형광 신호의 감소의 대리에 의한)는 시간이 지남에 따라 림푸스 및 스클레라 영역 모두에서 관찰되었다. 리포솜이 현세로부터 하위 경련 공간의 우수한 영역(도 3)으로 주입됨에 따라, 그들은 자연적으로 측두및 우수한 경감(도 4B)의 꼭대기에 배치된 후 다른 구역의 다른 영역에 도달하였다. 1일째 주사 후, 경부에서 검출된 형광은 측두엽 과 우수한 지역 모두에 대한 림두스보다 최대 6배 높았다(그림 6). 3일차와 7일째에는 3일째(1일~1일1일)부터 3일째(1일1→3일)에서 88%, 3일째(일3→7일)에서 리포솜을 대폭 감소시켜 1일1→3 일, 3일3일대비 66%, 93% 감소한 것으로 나타났다→. p는 각각 0.001을 <(그림 6). 이 감소는 결막 및 episclera에서 찾아낸 혈액 및/또는 림프관을 통해 안구 통관 기계장치에 기인했습니다. 리포솜은 또한 clera를 통해 확산하고 또한 높게 혈관인 choroid에 의해 지워질 수 있었습니다.
리포솜은 림바에서 느리게 지워진 것으로 밝혀졌다. 측두엽 및 우수한 림푸스의 경우, 1일부터 3일째까지 형광 신호의 변화는 중요하지 않았으며, 이는 중성 리포솜이 림푸스 영역, 특히 각막 주변(도 5B)에 우선권을 가지고 있음을 나타낸다. 림푸스 지역의 리포솜은 3일째부터 청산(d3→7: -89% -89% -89% -< 0.01), 우월성 (p < 0.05). 7일째까지 리포솜의 90% 이상이 리포솜의 50%가 여전히 검출될 수 있는 우수한 림푸스 1S를 제외한 모든 림푸스 지역(p < 0.05)에서 제거되었다(p> 0.05). 이는 다른 지역과 비교할 때 중성 리포솜의 체류 시간이 우수한 림푸스/각막 주변에서 훨씬 높다는 것을 나타냅니다(그림 5 및 도 6). 가장 낮은 양의 형광은 사출 부위로부터의 거리로 인해 항상 비강 및 열등한 지역에서 검출되었다(그림 6A, B).
이전에보고된 눈에서 리포솜의 클리어런스에 대한 보다 포괄적인 연구에서1, 우리는 리포솜이 수축 기 주입 후 안구 조직에서 지울 수있는 몇 가지 경로를 논의했습니다. 리포솜은 혈관이 높은 결막, 에피클레라 및 choroid를 통해 전신 순환 및 림프 통관에 의해 지울 수 있지만, 그들은 또한 clera를 통해 수동 확산에 의해 더 깊은 내구 조직에 도달 할 수 있습니다. 유체 흐름은 또한 리포솜을 반구 메쉬워크 또는 오베오스클레라 유출을 통해 리포솜을 운반할 수 있으며, 이는 리포솜을 다시 슬라페라로 가져올 수 있습니다. 눈물을 통한 제거도 가능하며, 주사 부위의 사소한 누출은 수동 확산을 통해 각막 침투를 허용할 수 있습니다.

그림 1: 눈에서 리포솜의 수축체 주입. (A) 녹색 형광 리포솜 및 아경련 주사의 그래픽 표현. (b) 안구 CLM 이미징을 위한 FL-DHPE 도핑 리포솜 제형의 조성 및 성질. (C) 녹축성 주입 시 출혈을 형성하는 녹색 형광 리포솜. 이 수치는 Chaw S.Y. 외.1의 허가하에 적용되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 안구 CLM 절차의 타임라인. 여기를 클릭하여 이 그림의 더 큰 버전을 확인하십시오.

그림 3: CLM 스캔용 아이 맵입니다. 영역 1은 림푸스 영역을 나타내고 영역 2는 clera 영역을 나타냅니다. 비디오와 이미지는 1T에서 시계 반대 방향으로 찍은 다음 2T가 시계 반대 방향으로 촬영되었습니다. 바늘이 2T에서 2S로 주사를 위해 삽입되었기 때문에 관심 영역은 주로 1T, 1S, 2T 및 2S입니다. 삽입은 마우스 눈을 기준으로 프로브의 크기를 보여줍니다. 이 수치는 Chaw S.Y. 외.1의 허가하에 적용되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

도 4: 이미지 분석. (A) 형광 태그 리포솜의 ImageJ 분석은 리포솜 존재를 위해 림푸스(L) 및 sclera(S) (B) 안구 부위에 정의된 관심 영역(ROI)을 사용하여 수행하였다. 림푸스에서 검출된 리포솜의 가능한 위치는 1) 각막 주변, 2) 림푸스 또는 3) 스클레라 주변이다. 이 수치는 Chaw S.Y. 외.1의 허가하에 적용되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: 림푸스 및 clera의 대비 분포입니다. 림푸스의 대비 분포(1S: 우수, 1N: 비강, 1I: 열등한, 1T: 측두체) 및 clera (2S: 우수, 2N: 비강, 2I: 열등, 2T: 시간적) 각 코호트 (n=4) (A) 플루오레세인 (Fl) 제어, (B) 100 nm 포미티드 (B) 100 nm 포뉴티컬 에 대한 7 일 동안 각 코호트 (n =4)의 한 대표 마우스 영역 적색은 EB 염색을 나타냅니다. 스케일 바 = 50 μm. (C) 촬영한 이미지는 더 나은 이해를 위해 눈 맵에 조립됩니다. 이 수치는 Chaw S.Y. 외.1의 허가하에 적용되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

도 6: 7일 동안 (그룹당 n=4 마우스) 이상 스클레라(A) 및 림푸스(B) 부위에서 100nm 중성 POPC 리포솜의 클리어런스 운동. 평균 형광 강도는 이전 시점과 관련하여 여러 비교를 가진 2 방향 ANOVA에 의해 비교되었다; d1→3 및 d3→7; *p < 0.05, **p < 0.01, *p < 0.001. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 7: 마우스 눈의 횡방향 섹션(5 μm)의 대표적인 히스토로지 이미지(5 μm)는 1일 Fl-DHPE 리포좀을 주입한 후. 점선은 리포솜을 관찰할 수 있는 곳을 나타내며 녹색으로 표시됩니다. 스케일 바 = 500 μm. 여기를 클릭하여 이 그림의 더 큰 버전을 확인하십시오.
저자는 공개 할 것이 없습니다.
우리는 경내 주입 후 눈에 리포좀의 스파티오 측두분포를 비침습적으로 연구하기 위해 광섬유 공초점 레이저 미세 내시경 검사(CLM)의 사용을 위한 프로토콜을 제시한다.
이 연구는 NTU-노스웨스턴 나노의학 연구소(NNIN)가 (SV에) 수여하고 싱가포르 국립 연구 재단 보조금 AG/CIV/GC70-C/NRF/2013/2및 싱가포르의 보건 생물 의학 과학(HBMS) 산업 정렬 사전 포집(IAF-PP) 보조금 H18/01/01/01에 의해 지원되었습니다. 기술 및 연구(A*STAR) (AMC). 듀크-NUS 번역 및 분자 이미징 연구소(LTMI)의 회원덕분에 장비에 대한 연구 및 교육의 물류 및 실행을 용이하게 합니다. 그녀의 편집 지원에 대한 위스타 노파 양에게 특별한 감사.
| 0.08 & 마이크로; m 폴리 카보네이트 필터 | Whatman, 미국 | 110604 | |
| 0.22 µ m 주사기 필터 | Fisherbrand, 아일랜드 | 09-720-3 | |
| 0.5% Proxymetacaine hydrochloride 멸균 안과 용액 | Alcon, Singapore | ||
| 10 µ L 유리 주사기 | Hamilton, USA | 65460-06 | |
| 1-Palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (POPC) | Avanti, USA | 850457 | |
| 32 G 바늘 (Hamilton, 0.5" PT4) | Hamilton, USA | 7803-04 | |
| 가열판이 있는 동물 온도 조절기(15cm x 20cm) | WPI, USA | ATC 2000 & 61800 | |
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| Fusidic acid 점안 LEO | Pharma, 덴마크 | ||
| ImageJ | National Institutes of Health, 미국 | https://imagej.nih.gov/ij/ | |
| Isoflurane | Piramal, 미국 | ||
| Malvern Zetasizer Nano ZS | Malvern Panalytical, 영국 | ||
| 메탄올 | 시그마 Aldrich, 미국 | 179337 | |
| Mini | Extruder Avanti, 미국 | 610020 | |
| N-(플루오레세인-5-티오카르바모일)-1,2-디헥사데칸오일-글리세로-3-포스포에탄올아민(트리에틸암모늄염) (플로리다-DHPE) | Invitrogen, 미국 | F362 | |
| 인산염 완충 식염수 | Gibco, 미국 | 10010023 | |
| 테이블 클램프 스탠드가 있는 실체현미경 시스템 | Olympus, Tokyo, Japan | SZ51 & SZ2-STU3 |