본 연구는 부피바카인을 이용한 각막 감각신경 고갈에 대한 정제된 모델을 구축하여 부피바카인이 각막 신경 및 세균 유착에 미치는 영향을 밝혔습니다. 이 모델은 신경병증 상태를 시뮬레이션하여 안구 감염의 신경면역 상호작용에 대한 통찰력을 제공하고 약물 전달, 신경 보호, 면역 조절 및 유전자 변형 연구에 응용을 제공합니다.
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방법 논문
본 연구는 부피바카인을 이용한 각막 감각신경 고갈에 대한 정제된 모델을 구축하여 부피바카인이 각막 신경 및 세균 유착에 미치는 영향을 밝혔습니다. 이 모델은 신경병증 상태를 시뮬레이션하여 안구 감염의 신경면역 상호작용에 대한 통찰력을 제공하고 약물 전달, 신경 보호, 면역 조절 및 유전자 변형 연구에 응용을 제공합니다.
각막 감각 신경은 안구 표면 무결성과 면역 방어 메커니즘을 지원하는 데 중추적인 역할을 합니다. 이 신경 분포의 상실은 미생물 침입에 대한 취약성 증가와 관련이 있지만 각막의 박테리아 부착에 대한 신경 고갈의 정확한 기여는 여전히 충분히 특성화되지 않았습니다. 여기에서는 지속형 나트륨 채널 차단제인 부피바카인을 사용하여 선택적 각막 감각 신경 억제를 위한 재현 가능하고 시간적으로 제어된 방법을 제시합니다. 결막하 전달 경로와 국소 전달 경로를 결합함으로써 이 이중 적용 전략은 강력하고 지속적인 신경차단을 달성하여 변경된 감각 입력이 박테리아 집락화에 대한 각막 상피 감수성에 어떤 영향을 미치는지 정확하게 조사할 수 있습니다.
이 모델을 사용하여 감각 신경 제거가 뚜렷한 접착 메커니즘을 가진 세 가지 임상적으로 관련된 병원체인 황색포도상구균, 표 피포도상구균 및 녹농 균에 대한 미생물 접착 역학에 어떤 영향을 미치는지 조사합니다. 실험실 물티슈 블로팅 방법을 통한 표준화된 박테리아 접종은 각막 표면에 균일한 침착을 보장한 후 박테리아 부착의 정량적 평가를 보장합니다. 부피바카인 유발 신경 고갈은 각막 신경 밀도 감소 및 박테리아 접착 증가와 상관관계가 있어 감각 고갈과 미생물 감수성 사이의 기능적 연관성을 확인합니다.
당뇨병성 신경병증 및 신경영양성 각막염과 같은 신경병증 상태를 시뮬레이션함으로써 이 접근법은 안구 감염에서 신경면역 상호 작용을 연구하기 위한 새로운 프레임워크를 제공합니다. 감염 모델 외에도 이 결막하 주사 전략은 안구 약물 약동학, 신경 보호 개입 및 면역 조절을 조사하기 위한 다목적 플랫폼을 제공합니다. 또한, CRISPR/Cas 구조물 또는 바이러스 벡터의 결막하 전달을 포함한 유전자 변형 연구에 적용될 수 있어 안과 연구 및 치료학에서의 적용 범위가 넓어집니다.
각막 감각 신경 분포는 안구 표면 무결성과 면역 항상성을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 각막은 신체에서 가장 조밀하게 신경분포된 조직 중 하나이며 주로 삼차신경의 안과 분열에 의해 공급됩니다1. 이러한 감각 신경은 통각 및 깜박임 반사를 매개할 뿐만 아니라 상피 증식, 상처 치유 및 면역 감시를 조절합니다 2,3. 따라서 감각 분포의 중단은 각막 장벽을 손상시켜 안구 표면 미세 환경을 변화시키고 미생물 감염에 대한 감수성을 증가시킬 수 있습니다.
각막 감각 기능 장애는 당뇨병과 같은 전신 질환과 관련이 있으며 안구건조증, 당뇨병성 각막병증, 신경영양성 각막염 및 수술 후 합병증을 포함한 안구 병리에 기여합니다 3,4,5,6,7,8,9,10 . 감각 신경 손상은 눈물 생성 감소, 상피 얇아짐 및 상처 치유 지연으로 이어지며, 이 모든 것이 박테리아 집락화를 촉진합니다11,12. 그러나 감각 신경 고갈과 박테리아 부착 사이의 정확한 기계론적 연관성은 여전히 충분히 이해되지 않았습니다. 연구에 따르면 각막 탈신경 후 박테리아 부착이 증가하는 것으로 나타났지만 이 관계에 대한 통제된 조사를 가능하게 하는 표준화된 모델이 부족합니다.
이러한 격차를 해소하기 위해 우리는 영구적인 신경 손상을 일으키지 않고 임상 신경병증을 모방하는 지속형 나트륨 채널 차단제인 부피바카인을 사용하여 각막 감각 신경 고갈의 표적 모델을 개발했습니다 13,14,15. 이 약리학적 접근법은 각막 신경 고갈과 안구 표면에 미치는 영향을 연구하기 위한 통제되고 재현 가능한 방법을 제공합니다15. 이 모델을 박테리아 접착 분석과 통합함으로써 우리는 당뇨병성 각막병증 및 신경영양성 각막염의 주요 측면을 모방하여 미생물 집락화에 대한 감각 신경 고갈의 영향을 체계적으로 평가할 수 있습니다.
미생물 부착은 눈물막 구성, 상피 표면 특성 및 숙주 면역 반응의 영향을 받는 각막 감염의 중요한 초기 사건입니다. 안구 표면에 식민지를 형성할 수 있는 다양한 병원체 중에서 S. aureus, S. epidermidis 및 P. aeruginosa는 뚜렷한 접착 메커니즘을 가진 임상적으로 중요한 세 가지 박테리아를 나타냅니다. 독성이 강한 그람 음성 박테리아인 녹농균은 필리, 편모 및 분비된 독성 인자를 활용하여 각막 상피 세포에 빠르게 부착하고 침범하여 종종 심각한 궤양성 각막염을 유발합니다16,17. 대조적으로, 그람 양성 공생 박테리아인 S. epidermidis는 주로 파괴된 상피 표면과 눈물막 변화를 이용하여 생물막을 형성하여 지속적이고 종종 무증상 감염에 기여합니다18,19. 이들 종 간의 접착 전략의 차이는 각막 신경 고갈이 박테리아 집락화를 촉진하기 위해 안구 미세 환경을 어떻게 변화시키는지 이해해야 할 필요성을 강조합니다.
박테리아 접착을 연구하는 주요 과제는 적절한 접종 모델을 선택하는 것입니다. 감염 연구에 자주 사용되는 기존의 스크래치 손상 모델은 박테리아 부착을 촉진하기 위해 상피 결함을 생성합니다. 외상으로 인한 감염을 시뮬레이션하는 데 효과적이기는 하지만, 이 접근법은 과도한 조직 손상 및 과장된 염증 반응을 포함하여 신경병성 각막에서 박테리아 집락화의 초기 단계를 정확하게 나타내지 않는 중요한 교란 변수를 도입합니다. 또한 기계적 손상의 가변성으로 인해 재현 가능한 결과를 얻기가 어렵습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해서는 보다 통제되고 생리학적으로 관련성이 높은 박테리아 접종 방법이 필요합니다.
실험실 물티슈 블로팅 기술은 박테리아 침착에 대한 표준화된 접근 방식을 제공하여 상피 장벽을 방해하지 않고 균일한 박테리아 부착을 보장합니다20. 이 방법은 명백한 기계적 외상이 없지만 눈물 구성과 상피 항상성이 변경된 조건에서 박테리아 부착이 발생하는 실제 감수성 시나리오를 밀접하게 모방합니다. 기계적 손상과 관련된 가변성을 제거함으로써 실험실 물티슈 블로팅 방법은 신경병성 각막의 미생물 접착 역학을 보다 정확하게 평가합니다. 또한, 박테리아 집락화에 대한 눈물막 기여도를 제어하여 평가할 수 있으며, 이는 눈물 분비가 손상되는 각막 감각 기능 장애의 경우에 특히 관련이 있습니다.
눈물 생성과 상피 항상성을 조절하는 각막 감각 신경의 중요한 역할을 감안할 때, 미생물 부착에 대한 감각 신경 고갈의 결과를 연구하기 위한 재현 가능한 모델을 확립하는 것이 필수적입니다. 본 연구는 지속형 국소마취제인 부피바카인을 이용한 표적 각막 감각신경 고갈 프로토콜을 개선하여 눈물 분비 및 박테리아 유착에 미치는 영향을 평가하는 것을 목표로 한다. 결막하 및 국소 부피바카인 적용의 조합을 사용함으로써 이 접근법은 최고 효능의 정의된 시점에서 국소적이고 지속적인 감각 고갈을 보장합니다. 이 모델을 사용하여 감각 탈신경이 S. aureus, S. epidermidis 및 P. aeruginosa 의 접착 역학을 어떻게 변화시키는지 조사하여 신경 고갈, 눈물막 변화 및 미생물 감수성 사이의 관계에 대한 귀중한 통찰력을 제공합니다. 이러한 발견은 당뇨병성 각막병증 및 신경영양성 각막염과 같은 신경병성 상태에서 감염 감수성을 이해하는 데 더 광범위한 의미를 갖고 안구 신경면역 상호 작용 및 치료 개입에 대한 향후 연구의 기초를 제공합니다.
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동물과 관련된 모든 절차는 시력 및 안과 연구 협회(Association for Research in Vision and Ophthalmology)에서 제정한 표준에 따라 수행되었으며 뉴잉글랜드 검안 대학의 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)의 승인을 받았으며 실험 동물의 인도적인 관리 및 사용에 대한 PHS 정책을 준수했습니다. 6주에서 8주 사이의 수컷 및 암컷 C57BL/6J(야생형; 균주 번호 000664) 마우스를 Jackson Laboratory에서 얻었고 마우스를 정상적인 일주기 리듬(12시간의 빛/암주기)으로 사육하고 음식과 물을 제공했습니다. 모든 절차에서 멸균 기술을 유지하십시오.
1. 결막하 주사를 위한 동물 준비
2. 결막하 주사를 이용한 각막 신경 차단
참고: 표적 각막 감각 신경 고갈을 달성하기 위해 결막하 주사 및 부피바카인의 국소 적용을 포함하는 2단계 프로토콜을 구현합니다. 전신 마취제 노출을 최소화하기 위해 15분 이내에 결막하 주사 및 국소 도포를 완료합니다.
3. 세균 접종을 위한 동물 준비
4. 세균 접종물 준비 및 각막 접종
5. 면역조직화학
6. 이미징
7. 통계 분석
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달리 명시되지 않는 한, 모든 실험은 그룹당 3-4마리의 마우스를 포함하는 각 반복으로 삼중으로 독립적으로 수행되었습니다.
부피바카인 치료 후 각막 신경 밀도의 현저한 감소
표적 각막 감각 신경 고갈의 영향을 체계적으로 평가하기 위해 면역 표지 및 공초점 현미경을 사용하여 각막 신경 밀도를 평가했습니다. 마우스는 각막 신경 무결성을 조절하는 다양한 전달 경로의 효능을 비교하기 위해 15일 동안 단독으로 또는 국소 적용과 함께 부피바카인을 격일 격일 주사했습니다. 결막하 주사는 출혈, 누출 또는 역류의 증거 없이 내약성이 양호했습니다. 주사 시 일시적인 수포가 관찰되었으며, 이는 쥐 결막하 구획에 성공적인 약물 투여를 나타냅니다. 수포는 일반적으로 10초에서 15초 이내에 소멸되었으며, 이는 실험 모델에서 일관되게 관찰된 바와 같이 이 공간에 도입된 물질이 전 세계에 확산되고 안구 주위 조직 전체에 분포되었음을 확인합니다.
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각막 감각 신경은 안구 표면 무결성을 유지하고 상피 항상성을 조절하며 면역 반응을 조절하는 데 중추적인 역할을 합니다. 신경 변성과 염증을 특징으로 하는 각막 신경염은 만성 고혈당증이 각막 신경 손실을 포함한 말초 신경병증에 기여하는 당뇨병과 같은 전신 질환에서 흔히 관찰됩니다. 연구에 따르면 당뇨병성 신경병증은 각막 민감도 감소, 안구 건조증, 상처 치유 장애 및 지속적인 상피 결함 및 미생물 감염에 대한 감수성을 특징으로 하는 상태인 신경영양성 각막병증 8,9,10,24의 위험 증가로 이어집니다25,26.
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저자는 선언할 이해 상충이 없습니다.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 0.5% 부피바카인 염산염 용액 | 화이자 INC. 미국 | NDC 00409-1162-01 | |
| 바늘 30g | 제조사: BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ, USA | 305106 | |
| 33G 소형 허브 무딘 바늘 (포인트 스타일 3) & nbsp; | Hamilton Company, 미국 네바다주 리노 | 7803-05 | |
| 4',6-디아미디노-2-페닐인돌, 이염산염 | Thermo Fisher Scientific, 미국 매사추세츠주 월섬 | D1306 | |
| 소 혈청 알부민 | Sigma-Aldrich, 미국 미주리주 세인트루이스 | A7906 | |
| C57BL/6J(야생형) 마우스 | 잭슨 연구소 | . 000664 | |
| Cantrifuge 로테이터 | The Lab Depot, Inc.(미국 조지아주 도슨빌) | R2020 | |
| 투명 네일 프로텍터 | 젖고 야생 | 해당 사항 없음 | |
| 해부 현미경(SMZ-160-TLED 스테레오(해부) 현미경(삼안 포트) 포함) | Stellar Scientific(미국 메릴랜드주 볼티모어) | 1.1002E+12 | |
| 에틸렌디아민테트라아세트산 | Sigma-Aldrich, 미국 미주리주 세인트루이스 | E6511 | |
| 염소 항토끼 IgG Alexa Fluor 488 | Thermo Fisher Scientific, 미국 매사추세츠주 월섬 | A-11008 | |
| 해밀턴 10-μ L 주사기 | Hamilton Company, 미국 네바다주 리노 | 7635-01 | |
| 고정밀 해부 마이크로 가위 | Thermo Fisher Scientific, 미국 매사추세츠주 월섬 | 08-953-1B | |
| 이소플루란 | Patterson Veterinary, 미국 | 07-890-8115 | |
| 이소플루란 기화기 | Kent Scientific, 미국 | VETFLO1205S | |
| 케타민 염산염 | Dechra Veterinary Products, 오버랜드 파크, 캔자스, 미국 | DP00050 | |
| Kimwipe 보푸라기가 없는 티슈 페이퍼 | Kimberly-Clark Professional, 미국 조지아주 로스웰 | 34155 | |
| 미세 해부 겸자 곡선 전면(적출용) | Sigma-Aldrich, 미국 미주리주 세인트루이스 | F4142-1개 | |
| 미세 해부 겸자 직선 전면 | Sigma-Aldrich, 미국 미주리주 세인트루이스 | F4017 | |
| 페트리 접시 (100 mm) | Thermo Fisher Scientific, 미국 매사추세츠주 월섬 | 263991 | |
| 페트리 접시 (35 mm) | VWR International(미국 펜실베이니아주 래드너)을 통한 Avantor. | 25373-041 | |
| 인산염 완충 식염수 | Thomas Scientific, 미국 뉴저지주 스웨데스버러 | C987D24 | |
| ProLong 골드 퇴색 방지 마운팅 | Thermo Fisher Scientific, 미국 매사추세츠주 월섬 | P36930 | |
| 토끼 항-&-튜불린 III | Sigma-Aldrich, 세인트루이스, 미주리, 미국) | T2200 | |
| 라운드 커버 슬립 독일 유리(8mm) | Thermo Fisher Scientific, 미국 매사추세츠주 월섬 | 50-949-314 | |
| 메스 손잡이 | Sigma-Aldrich, 세인트루이스, 미주리, 미국) | S2896-1개 | |
| 슬라이드, 현미경 | Sigma-Aldrich, 세인트루이스, 미주리, 미국) | S8902-1팍 | |
| 스냅 캡 저보유 마이크로 원심분리기 튜브 | Thermo Fisher Scientific, 미국 매사추세츠주 월섬 | 3453 | |
| Sorvall Instruments RT6000B 벤치탑 원심분리기 | Thermo Fisher Scientific, 미국 매사추세츠주 월섬 | 3367898 | |
| 수술용 깃털 칼날 | World Precision Instruments (미국 플로리다주 새러소타) | 504169 | |
| 트립스 대두 한천 | Sigma-Aldrich, 세인트루이스, 미주리, 미국) | 22091 | |
| 자일라진 | Sigma-Aldrich, 미국 미주리주 세인트루이스 | 1236-20-8 |
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