Hier beschrijven we histologische technieken voor het visualiseren van oculaire weefsel direct naast een metalen epiretinale tack en een retinale prothese.
Method Article
Hier beschrijven we histologische technieken voor het visualiseren van oculaire weefsel direct naast een metalen epiretinale tack en een retinale prothese.
Retinale prothesen voor de behandeling van bepaalde vormen van blindheid winnen terrein in klinische onderzoeken over de hele wereld, met commerciële apparaten die momenteel de markt betreden. Om de veiligheid van deze apparaten te evalueren, zijn in preklinische studies betrouwbare technieken nodig. De hardmetalen componenten die in sommige retinale implantaten worden gebruikt, zijn echter niet compatibel met traditionele histologische processen, vooral gezien de delicate aard van het omliggende weefsel. Hier beschrijven we technieken voor het beoordelen van de gezondheid van het oog direct naast een retinaal implantaat dat epiretinaal met een metalen punt is bevestigd.
Retinale prothesen hebben elektrodenarrays in contact met het oogweefsel. De meest gebruikelijke locatie voor implantatie is de epiretinale locatie (achterkamer van het oog), waar het implantaat met een metalen punt aan het netvlies is bevestigd die alle lagen van het oog penetreert. Eerdere methoden waren niet in staat om het proximale oculaire weefsel te beoordelen met de punt in situ, vanwege het onvermogen van traditionele histologische technieken om metalen objecten te snijden. Bijgevolg is het moeilijk geweest om gelokaliseerde schade, indien aanwezig, veroorzaakt door het inbrengen van de punt te beoordelen.
Daarom hebben we een techniek ontwikkeld voor het visualiseren van het weefsel rond een retinaal punt en implantaat. We hebben een gevestigde techniek, gebruikt voor het verwerken en visualiseren van hard botweefsel rond een cochleair implantaat, aangepast voor de zachte, delicate weefsels van het oog. We hebben het vaste oogweefsel, inclusief het implantaat en de retinale punt, georiënteerd en ingebed in epoxyhars om de structuur van het monster te stabiliseren en te beschermen. De ingebedde monsters werden vervolgens geslepen, gepolijst, gekleurd en onder verschillende vergrotingsgraden geïmager bij incrementele dieptes door het monster. Deze techniek maakte de betrouwbare beoordeling van de integriteit van het oogweefsel en cytoarchitectuur naast de metalen punt mogelijk.
Retinitis pigmentosa (RP) is een erfelijke aandoening die wijdverspreide verlies van fotoreceptoren, die de cellen in de buitenste laag van het netvlies verantwoordelijk voor het transduceren licht worden veroorzaakt, in de vorm van fotonen in neurale activiteit. Belangrijk patiënten met RP hebben typisch residuele neuronen in de andere lagen van de retina die nog functioneel. Retinale prothesen zijn in staat om het herstel van een aantal beperkte visie om deze patiënten door zich te richten deze overlevende neuronen met elektrische stimulatie om hun visuele pad 1,2 activeren. Perceptuele uitkomsten van klinische studies hebben aangetoond veelbelovende eerste resultaten en recent sommige apparaten zijn goedgekeurd voor commercieel gebruik. Momenteel zijn er drie belangrijke anatomische locaties waar klinische retinale prothesen zijn geplaatst: epiretinally 3,4, 5,6 en subretinally suprachoroidally 7,8. Verschillende apparaten maken gebruik van verschillende materialen en hun vorm is aangepastde plaats waar zij worden geïmplanteerd. Echter, ze maken visuele waarnemingen door activering van de overblijvende neuronen van de retina met elektrische pulsen.
Er is de mogelijkheid van een medische prothese beschadigen omringende weefsel door mechanische effecten van de initiële plaatsing of latere lopende krachten. Voor implanteerbare stimulatoren zoals retinale prothesen, is er het extra overweging dat de elektrische parameters moeten binnen veilige grenzen. Veiligheid van de patiënt staat voorop, dus apparaten moeten grondig worden getest in preklinische studies alvorens naar een klinische setting 9-15. In onze metgezel artikel beschreven we een methode voor de beoordeling van de gelokaliseerde histopathologie van het oog rond een implantaat geplaatst in de suprachoroïdale ruimte 16. In dit manuscript beschrijven we een techniek voor het visualiseren oogweefsel rond een elektrode-array geplakt op het netvlies epiretinally, in een preklinische (felijn) model (figuur 1).
De epiretinale locatie is het meest gebruikte positie voor het lokaliseren van een visuele prothese. Elektrodenstelsels hier ligt typisch aangebracht op het netvlies met een metalen tack dat alle lagen van het oog 17-20 doordringt. Voorafgaand aan de in de onderhavige manuscript beschreven technieken, was het moeilijk om de retinale en andere weefsels onmiddellijk rondom een tack nauwkeurig te beoordelen. Standaard oogfixatie met neutrale gebufferde formaline gevolg kunstmatig netvlies schade door differentiële beweging van de retina en sclera tegen het vaste punt van de boeg. Daarom geen werkelijke schade veroorzaakt door de tack en epiretinale scala kon niet nauwkeurig worden nageleefd. Bovendien kan snijden oogweefsel niet worden uitgevoerd met de retinale tack in situ metalen voorwerpen niet gemakkelijk kan worden gesneden met traditionele histologische inrichting; het verwijderen van de tack voordat histologische bewerking was ookongewenst aangezien hieruit bovendien artefactuele retinale schade.
Het doel van dit onderzoek was tweeledig: 1) tot netvliesloslating artefact te verminderen, zodat eventuele schade veroorzaakt door de tack en de epiretinale implantaat reeks betrouwbare wijze kan worden beoordeeld; en 2) de retinale architectuur naast de tack visualiseren zonder het te verwijderen. Om doelstelling 1 te bereiken, werd een nieuwe proef met gebruikt (zoals beschreven in het begeleidend artikel 16), die kunstmatig netvlies delaminatie vermindert. Om doelstelling 2 te bereiken, hebben we aangepast een inbedding, slijpen en polijsten techniek, oorspronkelijk ontwikkeld voor in situ observatie van een cochleair implantaat elektroden 21-23. De in dit manuscript beschreven methoden is het mogelijk de visualisatie van het netvlies omgeving en grenst aan een tack in situ, terwijl het minimaliseren artefactuele schade aan het netvlies en het daardoor mogelijk een nauwkeurige evaluatie van de mogelijke schade veroorzaakt door de tack en epiretinale array.
OPMERKING: Alle procedures werden goedgekeurd door The Royal Victorian oog en oor Animal Research & Ethische Commissie Ziekenhuis (RVEEH AEC; # 10-199AB). De proefpersonen werden behandeld volgens de National Health en "Australische Code of Practice voor de zorg en het gebruik van dieren voor wetenschappelijke doeleinden" Medical Research Council (2013) en de "Preventie van Wreedheid tegen Dieren Act" (1986; en amendementen). Alle chirurgische, klinische procedures beoordeling en elektrofysiologische werden uitgevoerd onder verdoving uitgevoerd en alle inspanningen werden gedaan om het lijden te minimaliseren.
1. Enucleatie en Fixatie
LET OP: Volg de in detail beschreven in de metgezel manuscript 16 enucleatie en fixatie procedure, waarbij extra zorg rond apparaat kabels of vitrectomie poorten, indien aanwezig. Kort gezegd houdt dit in:
2. Elektrode verwijderen en Dissection.
Opmerking: Niet alle epiretinale implantaten hetzelfde formaat hebben, maar in het algemeen zal er een elektrode-array en een vorm van flexibele en vervormbare dragermateriaal. Apparaten die zijn geplakt op de retina hebben een tack opening van het metalen tack dringt de matrix en de achterkant van het oog, waarbij deze samen.
3. Uitdroging, Embedding, Montage, Slijpen, kleuring, en Imaging
De fixatie protocol artefactuele onthechting en delaminatie van het netvlies 16 aanzienlijk verminderd. Stand van het monster in de epoxy blok werd constant bereikt met behulp van de beschreven twee-staps inbedding proces. De incrementele slijpen procedure vereist een beperkte mate van handvaardigheid om optimale resultaten te bereiken, maar werd geholpen door de instelbare monsterhouder die prima controle over de increment resolutie verstrekt. In alle gevallen (n = 5) de tack stond en gemalen / gepolijst met wenselijk en consistente resultaten. De retinae grenzend aan de spijkers waren oplosbare en adequaat gekleurd. Polijsten van het oppervlak van de epoxyhars blok met een rang P # 800 siliciumcarbide papier was voldoende om het de cellulaire macrostructuur van het ingebedde weefsel. Hogere kwaliteit papier of diamond slurry kan worden gebruikt voor het verder polijsten op een gegeven diepte indien gewenst. Een dissectie microscoop en glasvezel 'zwanenhals' light bron bleek geschikt voor beeldvorming van het grondoppervlak blok en de ingebedde weefselmonster zijn. De positie van de lichtbron werd gevarieerd proefondervindelijk naar een locatie en hoek die de beste verlichting en contrast door de microscoop gaf vinden. Een druppel gedestilleerd water aan het oppervlak van het blok toevoegen, boven het monster was nuttig lichtpad diffractie en / of gladde verstoringen op epoxy luchtinterface verminderen. Figuur 4 toont bijvoorbeeld afbeeldingen netvliesweefsel gevisualiseerd direct naast een titanium retinale overstag met deze techniek. Niet-artefact netvliesloslating en vouwen te zien aan weerszijden van de silicone (Figuur 4A). De tack as is zichtbaar ingebed in siliconen; het hoofd van de tack heeft het netvlies en de sclera doorgedrongen. Er is niet kunstmatig netvlies in de ongekleurde retina weerszijden van het silicone (figuur 4C). De techniek heeft aangetoond dat, in dit geval There is netvlies desorganisatie naast de kleverigheid en compressie van het netvlies aan één zijde door een schuine insteekhoek. Merk op dat de beelden weergegeven zijn slechts illustraties van het succes van de techniek niet representatief tack-schade histopathologie algemeen.

Figuur 1. Plaatsing van een epiretinale elektrodenarray. (A) Schematische weergave van het oog toont een vergrote dwarsdoorsnede van het achterste sclera, choroid en gedegenereerde retina (ontbreekt fotoreceptoren). Een elektrode array wordt afgebeeld in blauw, epiretinally aangebracht. (B) computerondersteund tekening van een epiretinale elektrode-array. een geïntegreerd circuit ('chip') en de elektrode-pakket; b, titanium retinale overstag; c, medische siliconen behuizing; d, lood uitgang. Paneel A gewijzigd ten opzichte van een originele illustratiop verstrekte hoffelijkheid van Bionic Vision Australia, copyright Beth Croce. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 2. Elektrode verwijderen en ontleding van het oog. Hoge dynamische bereik macro foto van een ontkernde katachtige oog met epiretinale tack in situ. (A) Voeg fixatie Davidson's fixatief om retinale architectuur 16 behouden, werd de ontkernde ogen ontleed. De elektrode-array pakket werd verwijderd uit de silicone drager (gestippelde vierkant outline bepaalt oorspronkelijke locatie van elektrode-reeks) de tack (pijl) en siliconen lichaam van het implantaat overgebleven. (B) Het oog werd ontleed met de langsdoorsnede naast de kleverigheid(Stippellijn). Het tuig blijft ingebed in de achterste wand van de oogschelp (pijl), gestabiliseerd voornamelijk door de sclera. Het gedeelte weefsel dat de tack werd voorbereid hars inbedding en malen (rechts segment), terwijl het deel het netvlies onder de verwijderde elektrode-reeks werd bereid voor standaard histologische verwerking 16 (linker segment). Een liniaal met stappen van 0,5 mm wordt getoond aan de onderkant van elk paneel. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.

Figuur 3. Epoxy inbedding en malen van de tack en netvliesweefsel. Foto's van de epoxy ingebedde en uitgelijnd weefselmonster, slijpen, vlekken en beeldvorming van de tack en netvliesweefsel. (A) De tac k monster werd ingebed in een epoxyhars blok. De mal werd het monster georiënteerd zodat het langsvlak parallel aan de bodem van de vorm. (B) De uitgeharde epoxy blok met de tack monster. (C) De epoxy blok is in een malende monsterhouder geplaatst, klaar voor slijpen . (D) Het monster werd zodanig georiënteerd belichte gedeelten van de bodem weefsel bevatten de retinale cellagen en langsas van de tack. (E) Het monster werd gemalen met siliciumcarbide papier op een roterende molen. (F) De grondoppervlakte het blok werd gekleurd met toluïdine blauw aan de retinale lagen te identificeren. (G) Het blok werd gespoeld in leidingwater om overtollige vlek te verwijderen. (H) De toluïdineblauw gebrandschilderde retinale lagen en tack werden afgebeeld met behulp van een hoog aangedreven dissectie scope.
ad / 52348 / 52348fig4highres.jpg "/>
Figuur 4. Hoge en lage macht beelden van de tack en het netvlies. Op verschillende punten tijdens het maalproces beelden zijn gemaakt met een dissectie scope, die in de lengte secties van de tack (sterretje) penetreren door het oog en het verlaten van de sclera ('S' ), grenzend aan siliconen (hekje) en toluïdineblauw gekleurd en ongekleurd netvlies ('R'). Let ook hier bijvoorbeeld afbeeldingen alleen deze visualisatie techniek tonen en zijn niet representatief voor alle epiretinale implantaat of tack insertie histologie resultaten. Ground overblijfselen van de platina bedrading zijn zichtbaar in panelen AD ('W'). (A) Laag stroomverbruik, onbesmet beeld van de tack het penetreren van de retina en de sclera. (B) Zeer krachtige beeld van de netvliesloslating en vouwen in unstained netvlies aangrenzende om de siliconen drager A. (C) image Lage macht afbeelding in het midden van de tack as. (D) High power beeld van het centrum van de tack in afbeelding C (E) In een afzonderlijk monster, zonder siliconen vervoerder een krachtige beeld van toluïdineblauw gebrandschilderde netvlies onder de tab gevest getoond, onmiddellijk voorafgaand aan slijpen van de tack as (F) Normale toluïdineblauw gebrandschilderde retinale architectuur (GCL: retinale ganglion cellaag; INL: binnenste nucleaire laag; ONL: buitenste nucleaire laag; PR: fotoreceptoren; T: katachtige tapetum lucidum). gevisualiseerd met behulp van dezelfde slijptechniek . Schaalbalken in elk paneel zijn: A en C = 2 mm; B en D = 500 urn; E = 200 pm; F = 100 urn.
Standaard histologische technieken zijn niet moeilijk metalen implantaten in situ verwerken vanwege beperkingen in deze scherpe voorwerpen van metaal, glas of zelfs diamantbladen. In onze metgezel papier 16 hebben we aangetoond dat het gebruik van een gemodificeerde proef met hele-eye kunstmatig netvlies delaminatie kunnen verminderen. In de huidige manuscript, een gevestigde slijpen en polijsten techniek voor het visualiseren van cochleaire implantaten 21-23 in situ werd aangepast voor retinale prothesen. Een titanium tack, die een elektrode array om de retina te beveiligen, epiretinally werd ingebed in epoxy met de omringende oogweefsel. Deze hars blok werd vervolgens passend georiënteerd en geleidelijk grond / gepolijst om de weefselmorfologie direct naast het metaal tack onthullen. Beelden van het gepolijste oppervlak van het blok op verschillende diepten zijn gemaakt met een krachtige dissectie microscoop. Deze techniek is nuttig voor: visualiseren en evaluating de weefselreactie naast de epiretinale implantatie; het chirurgisch trauma geassocieerd met implantatie van het implantaat te evalueren; de biologische reactie op de vaste metaalcomponenten bepalen; en de afstand tussen het implantaat en het oppervlak van het netvlies te meten.
Deze techniek zal nuttig voortaan veiligheidsstudies voor in situ visualisatie van het gebied grenzend aan een retinale tack of een ander hard (bijvoorbeeld metalen) voorwerpen in het oog. Dit heeft directe toepassing in de beoordeling van de preklinische veiligheid van prothesen geplakt op het netvlies epiretinally. Het kan ook nuttig zijn voor het evalueren van weefselschade in retinale gebieden in contact met implantaten in de sub-retinale locatie.
Er zijn verschillende manieren om te controleren of de techniek correct is uitgevoerd. In elke fase moet het netvlies blijven zitten aan de buitenste lagen van het oog. Indien sprake is van grove artefactuele netvliesloslating, kan dit indicaten een probleem met de fixatie. Wanneer het monster is ingebed en opnieuw georiënteerd in de uiteindelijke hars blokkeren de retina nabij orthogonaal het slijpen vlak van het blok moet worden; dit zal schuin snijden minimaliseren. Het is nuttig om te controleren of het aantal incrementele slijpen stappen (bekende stapgrootte) nodig om een voorwerp doorlopen (bijvoorbeeld een retinale tack) dienovereenkomstig correleren met de afmetingen van het object.
De techniek kan worden geoptimaliseerd op verschillende manieren. Krassen op het oppervlak van de epoxy blok geassocieerd met het maalproces kan worden gereduceerd met steeds fijnere polijsten. Voor de onderhavige studie, gebruikten we 800, 1000, 1200, 2400, 4000 en silicium carbide papier. Diamant pasta kan ook worden gebruikt om het oppervlak te verbeteren. Een hogere beeldkwaliteit Een fijnere afwerking geeft, maar ten koste van extra polijsten tijd. Een andere belangrijke overweging voor het verbeteren van de uitkomst van deze techniek is de keuze en kwaliteit van de optics en verlichting gebruikt voor het maken van foto's. Andere basis histologische kleuringen - bijzonder Nissl vlekken, kan worden gebruikt in plaats van toluïdineblauw, maar kan verdere optimalisatie vereisen. Sommige vlekken de hars en het weefsel (bijvoorbeeld eosine), dus een ondiepe polish kunnen na kleuring met achtergrond verkleuring te verwijderen vlek. Gespecialiseerde vlekken, fluorescerende kleurstoffen en immunohistochemische kleuring werd niet geprobeerd, maar tenzij een specifiek resultaat gewenst is, de tijd die nodig is om deze vlekken te voeren op elk maalgraad waarschijnlijk onbetaalbaar zijn. Echter, kan het mogelijk zijn om het weefsel als geheel vlek voor de inbedding stap (stap 3.4) 24.
De belangrijkste beperking van deze techniek is dat zodra het gebied van belang is weg gemalen, kan niet worden teruggehaald, dus is het verstandig om veel (eventueel redundant) beelden op verschillende vergrotingen in elke fase van slijpen en polijsten vangen. Het isook belangrijk om kleine stappen gebruiken voor elke slijpen diepte. Een andere beperking van deze techniek is dat de optische vergroting en resolutie vergeleken met weefsel aangebracht op een glasplaatje en bekeken met een standaard (transmissie) lichtmicroscoop. Voor de toepassing van prototyping en het beoordelen van de veiligheid van een nieuw implantaat, de bruto pathologische evaluatie is van primair belang. Deze techniek biedt een efficiënte methode voor het observeren van klinisch relevante schade in verband met een retinale tack. Met de praktijk, de totale tijd die nodig is om te slijpen, polijsten te verzamelen en te fotograferen een gegeven monster (een keer embedded) is vergelijkbaar met de tijd zou nemen om deel een paraffineblok of bevroren sectie.
Er is ook het potentieel voor de huidige technieken te worden uitgebreid tot toepassingen buiten het bereik van retinale implantaten. Deze techniek is geschikt voor het beoordelen van het weefsel grenzend aan een vaste implantaat, waarbij het implantaat extractie is niet feasible of zou de interface beschadigen. Bijvoorbeeld kan deze techniek worden uitgebreid met implantaten gemaakt van metaal (bijvoorbeeld platina, nitinol, enz.) Die niet met gebruikelijke histologische technieken worden gesneden, evalueren, zoals een diepe hersenen of perifere zenuwen elektroden, canules voor geneesmiddelafgifte, vasculaire stents of orthopedische prothesen.
Auteurs hebben niets te onthullen. Irfan Durmo is een werknemer van Cochlear Ltd.
Nicole Vella (Macquarie University) voor het verstrekken van reagentia; Alexia Saunder (Bionics Institute; BI), Michelle McPhedran (BI), Chris Williams (BI) voor experimentele ondersteuning; het personeel van het Biological Research Centre van het Royal Victorian Eye and Ear Hospital (RVEEH) voor de verzorging van dieren; Sue Pierce (RVEEH) voor veterinair advies; Anthony Burkitt (Bionic Vision Australia; BVA), Tamara Brawn (BVA) en het BVA-personeel voor administratieve ondersteuning.
Dit onderzoek werd ondersteund door de Australian Research Council (ARC) via haar Special Research Initiative (SRI) in Bionic Vision Science and Technology-subsidie aan Bionic Vision Australia (BVA). Het Bionics Institute ontvangt operationele infrastructuurondersteuning van de regering van Victoria en erkent ook de steun van de Bertalli Family Trust en de J T Reid Charitable Trust. De financiers hadden geen rol in het ontwerp van het onderzoek, gegevensverzameling en -analyse, besluit om te publiceren of voorbereiding van het manuscript.
De auteurs van het Bionic Vision Australia Consortia voor dit manuscript zijn (a-z):
Penelope J. Allen, Owen Burns, Kate E. Fox, Kumaravelu Ganesan, David J. Garret, Hamish Meffin, Joel Villalobos en Jonathan Yeoh.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Acetone | Chem-Supply | AA008 | Propanon BHD Medical grade |
| Epo-Tek 301 Epoxy | Epoxy Technology | Part A 1675-54-3 Part B 9046-10-0 | |
| Ethanol 70-75% v/v | Merck PTY LTD | 4.10261 | Alcohol |
| Ethanol | Merck PTY LTD | 90143 | Alcohol |
| Toluidine blauw O | Sigma-Aldrich | T3260 | |
| Ethyleendiaminetetraazijnzuur | Sigma-Aldrich | ||
| TegraPol slijp-/polijstmachine | Struers | TegraPol-25 | |
| AccuStop monsterhouder | Struers | Accustop | |
| Lichtmicroscoop | Leica | MZ16 | |
| Objectieflens | Leica | 2,0x Planapo Objectief | |
| Digitale microscoopcamera | Leica | DFC-420C | |
| Microscoopsoftware | Leica | Application Suite v4.1.0 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission