Methoden voor het bestuderen van retinale vaten bij gezondheid en ziekten

Mohamed Al-Shabrawey

doi:10.3791/65008

Methodenartikel

Methoden voor het bestuderen van retinale vaten bij gezondheid en ziekten

2.2K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/65008

⸱

17 februari 2023

Mohamed Al-Shabrawey¹

¹Eye Research Center and Foundational Medical Studies Oakland University William Beaumont School of Medicine (OUWB), Eye Research Institute, Oakland University

In dit artikel

Samenvatting

BESPREKTE ARTIKELEN:

Damsgaard, C., Lauridsen, H. Diepe vasculaire beeldvorming in het oog met flow-verbeterde echografie. Journal of Visualized Experiments. (176), e62986 (2021).

Macouzet-Romero, F. J., Ochoa-Máynez, G. A., Pérez-García, O., Pérez-Aragón, B. J., Lima-Gómez, V. Evaluatie van capillaire en andere vaatbijdrage aan de maculaire perfusiedichtheid gemeten met optische coherentie tomografie angiografie. Journal of Visualized Experiments. (180), e63033 (2022).

Subirada, P. V. et al. Kwantificering van vasculaire parameters in hele bergretina's van muizen met niet-proliferatieve en proliferatieve retinopathieën. Journal of Visualized Experiments. (181), e63126 (2022).

Vaglienti, M. V., Subirada, P. V., Barcelona, P. F., Bonacci, G., Sanchez, M. C. Kwantificering van reactieve zuurstofsoorten met behulp van 2',7'-dichloorfluroresceïne diacetaat sonde en flow-cytometrie in Müller gliacellen. Journal of Visualized Experiments. (183), e63337 (2022).

Tomaszewsk, R., Rajpurohit, P., Cheng, M., Tawfik, A. Isolatie van primaire muis retinale pigment epitheelcellen. Journal of Visualized Experiments. (189), e63543 (2022).

Elmasry, K., Moustafa, M., Al-Shabrawey, M. Retinale explant van de volwassen muisretina als een ex vivo model voor het bestuderen van retinale neurovasculaire ziekten. Journal of Visualized Experiments. (190), e63966 (2022).

Redactioneel

Het oog bevat transparante media die geen bloedvaten bevatten, inclusief de hoornvlies, het ooglens en het glasvocht. Licht moet door deze media passeren voordat het de fotoreceptoren aan de achterkant van het netvlies bereikt. Specifiek ontbreken bloedvaten in de hoornvlies, het ooglens en het glasvocht om de absorptie van het licht en de vervorming van de beelden te voorkomen¹. De retinale bloedvaten zijn georganiseerd in drie lagen: de oppervlakkige laag, die zich uitstrekt van de optische schijf tot de periferie binnen de zenuwvezellaag; de middelste laag, die zich bevindt binnen de inner plexiforme laag; en de diepe laag, die wordt verdeeld door de outer plexiforme laag. Dit vasculaire netwerk levert bloed aan de innere retina, terwijl de fotoreceptoren worden voorzien door diffusie van de choroïdale bloedvaten. De voeding van de innere en outere retina wordt strikt gecontroleerd door de innere en outere bloed-retina barrières (BRBs). Retinale endotheelcellen, pericyten en gliacellen vormen de innere BRB. Aan de andere kant vormen retinale pigment-epitheel (RPE) cellen, choroïdale endotheelcellen en het membraan van Bruch’s de outere BRB. Pathologische veranderingen in de retinale bloedvaten zijn de kenmerken van verschillende retinale ziekten, zoals diabetische retinopathie, ouderdomsgebonden maculaire degeneratie en retinopathy van prematuriteit. Deze pathologische veranderingen omvatten maar zijn niet beperkt tot vasculaire ontsteking, de afbraak van de BRB, capillaire degeneratie, veranderingen in retinale bloedstroom en pathologische retinale neovascularisatie (RNV)²^,³^,⁴. Daarom is het belangrijk om effectieve methoden te ontwikkelen om deze veranderingen zowel in vivo te bestuderen met behulp van experimentele dieren als in vitro door verschillende retinale cellen te kweken onder omstandigheden die vergelijkbaar zijn met de biologische en biochemische omgeving in menselijke ziekten. Onderzoekers kunnen verschillende experimentele benaderingen gebruiken om de onderliggende moleculaire en cellulaire mechanismen van retinale vasculaire ziekten te ontleden. Het doel van deze methodencollectie is om de expertise van vision wetenschappers en oogartsen op het gebied van methoden voor het bestuderen van normale vasculaire ontwikkeling en vasculaire afwijkingen in verschillende retinale ziekten te delen met andere onderzoekers.

Het artikel van Damsgaard et al. presenteert een flow-verbeterde echografie-methode die onderzoekers toelaat om de oogvaten in drie dimensies te beeldvormen zonder het gebruik van contrastmiddelen⁵. Deze methode overwint de beperkingen van andere methoden vanwege zijn stabiliteit bij het beeldvormen van het oog achter het gepigmenteerde netvlies. Hoewel de methode is gedemonstreerd bij goudvissen, kan deze worden toegepast op alle andere experimentele soorten met genucleeerde rode bloedcellen. Deze methode is waardevol voor het visualiseren van de oculaire bloedvaten onder normale en pathologische omstandigheden en zou nuttig kunnen zijn bij het bestuderen van de oculaire bloedstroom. Deze methode is echter beperkt door het ontbreken van genucleeerde rode bloedcellen bij zoogdieren. Daarom produceert de flow-verbeterde echografie alleen bloedstroomcontrast bij zoogdieren in vergelijking met soorten met genucleeerde rode bloedcellen. Bovendien is deze methode gevoelig voor bewegingsruis, zoals door ademhalingsbewegingen, die wazig beeld en artefacten kunnen veroorzaken. Deze bewegingsruis kan worden aangepast door prospectieve of retrospectieve gating. Voor zowel 2D- als 3D-acquisities is het cruciaal om bewegingsartefacten te beperken die worden veroorzaakt door het dier dat zich beweegt vanwege onvoldoende anesthesie of door een onstabiele transduceropstelling. De ontwikkeling van deze techniek baant de weg voor de niet-invasieve in vivo onderzoek van de diepe vasculaire netwerken in het oog in de overgrote meerderheid van gewervelde dieren die genucleeerde erytrocyten bezitten.

De methode gepresenteerd door Macouzet-Romero et al. evalueert de relatieve bijdrage van de retinale vaten aan de maculaire perfusiedichtheid met behulp van optische coherentietomografie (OCT)-angiografie⁶. Deze methode karakteriseert de verhouding van een gebied met circulatie van verwijde vaten. Opmerkelijk is dat vasculaire verwijding een reactie kan zijn op pathologische omstandigheden. Deze benadering kan indirect vasodilatatie schetsen en indirect lage oxygenatie identificeren in retinale vaatziekten, zoals diabetische retinopathie (DR), centrale veneuze occlusie of ouderdomsgebonden maculaire degeneratie (AMD). Met behulp van deze methode waren de belangrijkste bevindingen van Macouzet-Romero et al.⁶ dat de bijdrage van vaten groter dan de retinale capillairen aan de retinale circulatie 18,2% was bij gezonde proefpersonen. Dus dit percentage zou kunnen worden gebruikt als een referentie om vroege veranderingen in perfusiedichtheid te identificeren als gevolg van retinale vaatziekten. Bijvoorbeeld, de percentagebijdrage was 2,6% bij patiënten met arteriële hypertensie en 16,4% bij patiënten met diabetes, wat suggereert dat deze methode potentieel zou kunnen worden gebruikt om de progressie van retinale ziekten geassocieerd met vasculaire afwijkingen te evalueren.

De methode gepresenteerd door Subirada et al. evalueert verschillende parameters van vasculaire veranderingen (de mate van capillaire degeneratie [avasculaire gebieden], pathologische retinale neovascularisatie [neovasculaire gebieden], dilatatie en kronkeling van de retinale arteriolen) in experimentele modellen van ischemische retinopathieën, zoals zuurstofgeïnduceerde retinopathie (OIR) en experimentele diabetes⁷. Opmerkelijk is dat OIR retinopathie van prematuriteit reproduceert en sommige aspecten van proliferatieve diabetische retinopathie. De mogelijkheid om de mate van retinale neovascularisatie (RNV) of capillaire degeneratie in experimentele modellen te kwantificeren, is cruciaal voor het bestuderen van de onderliggende moleculaire en cellulaire mechanismen, evenals voor het testen van de mogelijke therapeutische effecten van farmacologische of moleculaire interventies. Kortom, dit artikel presenteert klassieke, goed gevestigde en reproduceerbare technie

Referenties

Campochiaro, P. A. Ocular neovascularization. Journal of Molecular Medicine. 91 (3), 311-321 (2013).
Diaz-Coranguez, M., Ramos, C., Antonetti, D. A. The inner blood-retinal barrier: Cellular basis and development. Vision Research. 139, 123-137 (2017).
Runkle, E. A., Antonetti, D. A. The blood-retinal barrier: Structure and functional significance. Methods in Molecular Biology. 686, 133-148 (2011).
Kaur, C., Foulds, W. S., Ling, E. A. Blood-retinal barrier in hypoxic ischaemic conditions: Basic concepts, clinical features and management. Progress in Retinal and Eye Research. 27 (6), 622-647 (2008).
Damsgaard, C., Lauridsen, H. Deep vascular imaging in the eye with flow-enhanced ultrasound. Journal of Visualized Experiments. (176), e62986(2021).
Macouzet-Romero, F. J., Ochoa-Máynez, G. A., Pérez-García, O., Pérez-Aragón, B. J., Lima-Gómez, V. Evaluation of capillary and other vessel contribution to macular perfusion density measured with optical coherence tomography angiography. Journal of Visualized Experiments. (180), e63033(2022).
Subirada, P. V., et al. Quantification of vascular parameters in whole mount retinas of mice with non-proliferative and proliferative retinopathies. Journal of Visualized Experiments. (181), e63126(2022).
Vaglienti, M. V., Subirada, P. V., Barcelona, P. F., Bonacci, G., Sanchez, M. C. Quantification of reactive oxygen species using 2',7'-dichlorofluorescein diacetate probe and flow-cytometry in Müller glial cells. Journal of Visualized Experiments. (183), e63337(2022).
Al-Shabrawey, M., et al. Inhibition of NAD(P)H oxidase activity blocks vascular endothelial growth factor overexpression and neovascularization during ischemic retinopathy. American Journal of Pathology. 167 (2), 599-607 (2005).
Al-Shabrawey, M., et al. Role of NADPH oxidase in retinal vascular inflammation. Investigative Ophthalmology and Visual Science. 49 (7), 3239-3244 (2008).
Fukai, T., Ushio-Fukai, M. Cross-talk between NADPH oxidase and mitochondria: Role in ROS signaling and angiogenesis. Cells. 9 (8), 1849(2020).
Ruan, Y., et al. Oxidative stress and vascular dysfunction in the retina: Therapeutic strategies. Antioxidants. 9 (8), 761(2020).
Tomaszewsk, R., Rajpurohit, P., Cheng, M., Tawfik, A. Isolation of primary mouse retinal pigmented epithelium cells. Journal of Visualized Experiments. (189), e63543(2022).
Samra, Y. A., et al. Implication of N-methyl-d-aspartate receptor in homocysteine-induced age-related macular degeneration. International Journal of Molecular Sciences. 22 (17), 9356(2021).
Elmasry, K., Moustafa, M., Al-Shabrawey, M. Retinal explant of the adult mouse retina as an ex vivo model for studying retinal neurovascular diseases. Journal of Visualized Experiments. (190), e63966(2022).
Lecleire-Collet, A., et al. Advanced glycation end products can induce glial reaction and neuronal degeneration in retinal explants. British Journal of Ophthalmology. 89 (12), 1631-1633 (2005).
Wang, Y., et al. E2f1 mediates high glucose-induced neuronal death in cultured mouse retinal explants. Cell Cycle. 16 (19), 1824-1834 (2017).

Herprints en machtigingen

Meer artikelen verkennen

Deep Vascular Imaging Flow-enhanced Ultrasound Macular Perfusion Density Optical Coherence Tomography Angiography Vascular Parameters Retinopathies Reactive Oxygen Species Müller Glial Cells Retinal Pigmented Epithelium Cells Ex Vivo Model Neurovascular Diseases