Vestiging en anatomische validatie van het subconjunctivale injectiemodel
Om technische variabiliteit geassocieerd met optisch goggling of het hechten van de oogleden aan te pakken, werd de subconjunctivale ruimte tussen de palpebrale en bulbaire conjunctiva gevalideerd als een gericht gelokaliseerd drugdepot (Figuur 1A). Anatomische toegang via de superieure fornix zorgde voor een consistente blootstelling van de doellocatie terwijl de integriteit van hetst oogoppervlak behouden bleef (Figuur 1B). Een succesvolle vestiging van het model werd bevestigd aan de hand van specifieke operationele en biometrische criteria, waaronder de onmiddellijke transilluminatieverificatie van een gelokaliseerde, vloeistofgevulde submucosale bleb (chemosis) over de doelruimte van de palpebrale subconjunctiva zonder sclera-perforatie, weefselhemorragie of letsel aan de meibomklieren (Figuur 1C), evenals longitudinale biometrische verificatie van gelijktijdige axiale elongatie (Δ AL > 0.15 mm bij muizen; >0.40 mm bij ratten) vergezeld gaand van een myope refractieverschuiving (Δ Refractie < −1.0 D) op dag 21 ten opzichte van vehicle-behandelde controles. Omgekeerd werden onsuccesvolle of suboptimale uitkomsten geïdentificeerd aan de hand van specifieke technische en fysiologische faalmodi. Technisch falen — zoals premature vloeistofreflux bij het terugtrekken van de naald of onbedoelde diepe penetratie van het ooglid- of orbitale weefsel — resulteerde in minimale of afwezige bleb-vorming, wat leidde tot onvoldoende farmacologische retentie en het uitblijven van myope verschuivingen; dieren met aanhoudende lekkage werden gedocumenteerd en uitgesloten volgens Protocolstap 3.8.1. Daarnaast veroorzaakten complicaties aan het oogoppervlak door foutieve diepe plaatsing van de naald of overmatige mechanische tractie gelokaliseerde subconjunctivale hemorragie of corneaal trauma, wat storende inflammatoire responsen introduceerde. Suboptimale fenotypische uitkomsten werden ook waargenomen tijdens dosis-responsevaluaties, waarbij toediening van supradrempelconcentraties (bijv. 500 pg/oog bij muizen) een gedempte U-vormige respons opleverde met verminderde axiale elongatie, wat de fysiologische noodzaak voor strikte dosisoptimalisatie onderstreept. Geverifieerde gelokaliseerde drugretentie onder deze gestandaardiseerde criteria waarborgde een hoog-getrouwe weefseltargeting voor downstream biometrische en moleculaire analyses.

Figuur 1: Anatomische ijkpunten en schematische illustratie van de procedure voor subconjunctivale injectie bij knaagdieren. (A) Sagittale dwarsdoorsnede van het oog van een knaagdier met weergave van de belangrijkste anatomische ijkpunten, waaronder het ooglid, het hoornvlies, de conjunctivale zak en de beoogde subconjunctivale ruimte. (B) Chirurgische demonstratie van weefselstabilisatie en blootstelling van de palpebrale conjunctiva met behulp van micro-pincetten; de blauwe stip geeft de beoogde insteekplaats van de naald aan voor micro-injectie met een 33-gauge spuit. (C) Schematische weergave bij hoge vergroting die de oriëntatie van de naald en het traject van de insertie illustreert ten opzichte van het oppervlak van de palpebrale conjunctiva, de conjunctivale fornix en de onderliggende oculaire structuren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Screening van TGF-β-isovormen bij ratten en dosis-respons titratie van TGF-β2 bij muizen voor axiale elongatie
Experimenten werden uitgevoerd in opeenvolgende, onafhankelijke experimentele cohorten, bestaande uit de dosis-screeningcohorten (Figuur 2) en primaire validatiecohorten (Figuur 3). Bilaterale parameters werden over de cohorten heen gemeten, waarbij individuele dieren (N) als de primaire biologische replica werden aangemerkt. Inter-oculaire afhankelijkheden (OD versus OS binnen hetzelfde dier) werden waar passend meegenomen met behulp van twee-weg repeated-measures ANOVA of mixed-effects modellen. Continue gegevens worden gepresenteerd als gemiddelde ± SD. Verschillen tussen controle- en behandelingsgroepen werden geëvalueerd met behulp van tweezijdige Student's t-testen, één-weg ANOVA of twee-weg repeated-measures ANOVA, waar passend. Een p-waarde < 0,05 werd beschouwd als statistisch significant.
Om de meest potente isovorm van de transformerende groeifactor-β (TGF-β) te bepalen en een optimaal doseringsschema vast te stellen voor het induceren van axiale verlenging, werden de effecten van herhaalde subconjunctivale injecties in cohorten ratten en muizen geëvalueerd vanaf de nulmeting (dag 0) tot dag 21 (Figuur 2). Biometrische metingen werden uitgevoerd met een verdeeld schema over twee dagen om artefacten door anesthesie te voorkomen.
Drie recombinante humane TGF-β-isovormen (TGF-β1, TGF-β2 en TGF-β3) werden eerst gescreend in de ratcohort bij een gestandaardiseerde concentratie van 500 pg/oog (Figuur 2A). Eenweg-ANOVA, gevolgd door post hoc meervoudige vergelijkingen, onthulde dat alle drie de isovormen de posterieure ooggroei significant stimuleerden in vergelijking met de vehikel-behandelde controlegroep over de periode van 21 dagen. Hoewel zowel TGF-β1 (0,444 ± 0,042 mm) als TGF-β3 (0,454 ± 0,049 mm) significante axiale verlenging bevorderden (p < 0,05 en p < 0,01 ten opzichte van de controle van 0,328 ± 0,071 mm, respectievelijk), induceerde TGF-β2 de grootste toename van de axiale lengte (0,486 ± 0,074 mm) en vertoonde deze de hoogste statistische significantie (p < 0,001), waardoor het werd vastgesteld als de meest effectieve induceerder van het myope fenotype.
Op basis van de screeningresultaten bij ratten werd een dosis-respons titratie van TGF-β2 uitgevoerd in de muizencohort, waarbij drie concentraties werden getest: 250, 375 en 500 pg/oog (Figuur 2B). Subconjunctivale toediening van TGF-β2 resulteerde in een omgekeerd U-vormig dosis-respons profiel. De laagste dosis (250 pg/oog) leidde tot de meest significante versnelling van de axiale elongatie vergeleken met de vehicle-controles (0,177 ± 0,038 mm tegenover 0,044 ± 0,011 mm; p < 0,0001). Bij hogere doses (375 en 500 pg/oog) nam de omvang van de verandering in axiale lengte progressief af, hoewel deze significant hoger bleef dan bij de controles ( respectievelijk 0,123 ± 0,029 mm; p < 0,001 en 0,095 ± 0,024 mm; p < 0,01).
Samen stellen deze gegevens een wekelijks subconjunctivaal regime van 500 pg/oog voor ratten en 250 pg/oog voor muizen vast als de optimale parameters voor opeenvolgende structurele en moleculaire onderzoeken.

Figuur 2: Dosisselectie-screening van transforming growth factor-β (TGF-β) isoformen en concentraties op de axiale lengte in ratten- en muizenogen. (A) Verandering in de axiale lengte bij ratten (initiële screeningscohort), berekend als het verschil tussen de baseline (Dag 0, vóór de eerste injectie) en het uiteindelijke eindpunt (Dag 21), na drie opeenvolgende subconjunctivale injecties van TGF-β1, TGF-β2 of TGF-β3 (500 pg/oog toegediend op Dag 0, 7 en 14), vergeleken met vehicle-behandelde controles. (B) Verandering in de axiale lengte bij muizen (dosisscreeningscohort), berekend als het verschil tussen de baseline (Dag 0) en Dag 21, na drie opeenvolgende subconjunctivale injecties van TGF-β2 in drie verschillende concentraties (250, 375 of 500 pg/oog toegediend op Dag 0, 7 en 14), vergeleken met vehicle-behandelde controles. Gegevens worden weergegeven als gemiddelde ± SD (N = 5 dieren/groep, wat overeenkomt met 10 ogen per groep). Statistische significantie werd geëvalueerd via eenweg-ANOVA gevolgd door post hoc meervoudige vergelijkingen; *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001 ten opzichte van de vehicle-controlegroep. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Herhaalde subconjunctivale TGF-β2-injecties induceren okulair axiale verlenging en myope verschuivingen bij ratten en muizen
Om de biometrische impact van repetitieve subconjunctivale toediening van TGF-β2 (3 wekelijkse injecties) te evalueren, werden longitudinale veranderingen in de okulair axiale lengte en de refractiefout vanaf de baseline tot week 3 in zowel rat- als muismodellen (Figuur 3) gemonitord. Het twee-daagse gesplitste protocol (refractiestatus vastgelegd op dag 20, gevolgd door B-scan ultrasonografie op dag 21) minimaliseerde potentiële anesthesie-artefacten en okulair stress. Beide soorten vertoonden fenotypische verschuivingen die consistent waren met de ontwikkeling van experimentele myopie na dit multi-dose regime.
In de rattencohort vertoonden dieren die herhaalde subconjunctivale injecties van 500 pg/oog TGF-β2 kregen, een significant grotere toename in axiale lengte over de periode van 21 dagen vergeleken met de voertuigcontroles (0,466 ± 0,045 mm tegenover 0,388 ± 0,032 mm; p < 0,01; Figuur 3A). Deze verlenging ging gepaard met een significante myope verschuiving in de refractiefout (p < 0,05; Figuur 3B). Terwijl de voertuigcontrole-ogen een verwachte lichte hyperope drift vertoonden (+0,31 ± 0,93 D), gingen de met TGF-β2 behandelde ogen over in een myope refractietoestand (−1,38 ± 0,91 D).
In overeenstemming met de gegevens van de ratten vertoonden muizen die waren behandeld met 250 pg/oog TGF-β2 ook duidelijke structurele en refractieve veranderingen. De axiale verlenging was significant toegenomen bij de met TGF-β2 behandelde muizen in vergelijking met de voertuigcontroles (0,197 ± 0,012 mm tegenover 0,110 ± 0,014 mm; p < 0,0001; Figuur 3C). Bovendien leidde deze structurele verlenging tot een significante myope verschuiving (p < 0,05; Figuur 3D), waarbij de natuurlijke hyperope refractie waargenomen bij controlemuizen (+2,25 ± 1,77 D) effectief werd omgezet in een myoop profiel (−1,58 ± 0,63 D).
Om de symmetrie van de inter-oculaire respons te verifiëren en te bevestigen dat het samenvoegen van bilaterale oculaire metingen geen statistische bias introduceert, werden de dynamieken van de axiale elongatie afzonderlijk geëvalueerd voor het linker- (OS, n = 5) en rechteroog (OD, n = 5) binnen elke groep (Supplementary Figure 1). Zowel bij ratten (Supplementary Figure 1A) als bij muizen (Supplementary Figure 1B) werd geen statistisch significant verschil waargenomen tussen OS- en OD-ogen binnen de vehicle-controlegroep of de TGF-β2-behandelde cohorten, wat symmetrische responsdynamieken tussen de ogen bevestigt. Bovendien vertoonden zowel OS- als OD-ogen bij TGF-β2-behandelde dieren een consistente en robuuste axiale elongatie ten opzichte van hun overeenkomstige vehicle-controles (p < 0,05 voor ratten; p < 0,0001 voor muizen), wat de validiteit ondersteunt van het meerekenen van bilaterale metingen in de primaire biometrische analyse.
Gezamenlijk tonen deze bevindingen aan dat herhaalde subconjunctivale toediening van TGF-β2 effectief achterste ooggroei en een overeenkomstige myope refractieverschuiving induceert in beide knaagdiermodellen (Figuur 3 en Aanvullende Figuur 1).

Figuur 3: Primaire validatie van de effecten van TGF-β2 op axiale elongatie en refractiefout in onafhankelijke ratten- en muizencohorten. (A) Verandering in axiale lengte bij ratten, berekend als het verschil tussen de baseline en het eindpunt in week 3 in ogen die subconjunctivaal TGF-β2 (500 pg/oog sequentieel toegedient op dag 0, 7 en 14) of een vehicle-controle ontvingen. (B) Verandering in refractiefout in dezelfde rattenogen, waarbij een significante myope shift wordt getoond in de TGF-β2-behandelde groep vergeleken met de vehicle-controlegroep. (C) Verandering in axiale lengte bij muizen (onafhankelijk primair validatiecohort), berekend als het verschil tussen de baseline en het eindpunt in week 3 in ogen die subconjunctivaal TGF-β2 (250 pg/oog toegedient op dag 0, 7 en 14) of een vehicle-controle ontvingen. (D) Verandering in refractiefout in dezelfde muizenogen, waarbij een overeenkomstige negatieve dioptrische shift zichtbaar is bij optimale TGF-β2-inductie. Gegevens zijn weergegeven als gemiddelde ± SD (N = 5 dieren/groep, wat overeenkomt met 10 ogen per groep). Statistische significantie is strikt geëvalueerd met ongepaarde tweezijdige t-toetsen; *p < 0.05, **p < 0.01, ****p < 0.0001 ten opzichte van de overeenkomstige vehicle-controlegroep. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subconjunctivale toediening van TGF-β2 reguleert de expressie van scleraal MMP2 opwaarts tijdens de progressie van experimentele myopie
Om de stroomafwaartse weefselremodellering langs de retino-sclerale as te beoordelen, werd de expressie van matrixmetalloproteïnase 2 (MMP2) in sclerale dwarsdoorsneden na subconjunctivale toediening van TGF-β2 (Figuur 4) geëvalueerd. Kwantitatieve immunofluorescentieanalyse van posterieure oogsecties in het ratmodel toonde een significante upregulatie van MMP2-proteineniveaus aan binnen het sclerale stroma van TGF-β2-behandelde ogen (500 pg/oog) op dag 21 vergeleken met vehicle-controles (p < 0,0001; Figuur 4A, B).
Een prominent MMP2-fluorescentiesignaal was gelokaliseerd in de gehele sclera-matrix onder het retinaal pigmentepitheel (RPE) en de choroïdale lagen, wat wijst op gelokaliseerde MMP2-geassocieerde remodellering van de extracellulaire matrix (ECM) in het buitenste oogvlies tijdens de ontwikkeling van experimentele myopie. Deze structurele veranderingen in de sclera stimuleerden verder onderzoek naar stroomopwaartse moleculaire veranderingen in het aangrenzende netvlies.

Figuur 4: Subconjunctivale toediening van TGF-β2 reguleert de expressie van MMP2 in de sclera van de rat opwaarts. (A) Representatieve immunofluorescentiebeelden van posterieure oogdoorsneden die de scleraal MMP2-expressie (rood) tonen in vehicle-controle en TGF-β2-behandelde (500 pg/oog) ratten op dag 21. Celkernen werden tegengekleurd met DAPI (blauw). Brightfield-overlay (Merge+BF) bakent de anatomische grenzen van het RPE, het choroidea en de sclera af. Schaalbalk = 50 µm. (B) Kwantitatieve analyse van de fluorescentiekleuringsintensiteit die een significante toename van de scleraal MMP2-expressie bevestigt in TGF-β2-behandelde rattenogen. Gegevens worden weergegeven als gemiddelde ± SD (N = 3 onafhankelijke biologische herhalingen per groep, 1 oog per dier). Statistische significantie werd geëvalueerd met een ongepaarde tweezijdige t-toets; ****p < 0.0001 ten opzichte van de vehicle-controlegroep. Afkortingen: RPE, retinaal pigmentepitheel; BF, brightfield. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
TGF-β2-inductie reguleert MMP2 en inflammasoom-gerelateerde eiwitten in de retina van zowel ratten als muizen opwaarts
Om de downstream moleculaire veranderingen te onderzoeken die worden veroorzaakt door repetitieve subconjunctivale injecties, werd immunofluorescentiekleuring uitgevoerd op posterieure oogsecties van zowel Brown Norway-ratten als C57BL/6-muizen op dag 21 (Figuur 5A–D). Alle evaluaties werden uitgevoerd op sagittale retinasecties die strikt waren uitgelijnd op de optische zenuwkop om een consistente ruimtelijke oriëntatie te waarborgen. Kwantitatieve analyse toonde aan dat wekelijkse toediening van TGF-β2 de expressieprofielen van specifieke eiwitten over de retinalaminae in beide soorten significant veranderde in vergelijking met de vehikelcontroles (Figuur 5E,F).
In het ratmodel leidde de toediening van 500 pg/oog TGF-β2 tot een significante toename van de TGF-β2-spiegels in het netvlies (p < 0,0001; Figuur 5A,E). Deze upregulatie ging gepaard met een verhoogde expressie van matrix metalloproteïnase 2 (MMP2) (p < 0,0001; Figuur 5B,E), wat duidt op actieve remodellering van de extracellulaire matrix. Bovendien activeerde de TGF-β2-behandeling de inflammatoire cascade in het netvlies, wat werd aangetoond door de upregulatie van de inflammasoomsensor NLRP3 (p < 0,0001; Figuur 5C,E) en het pro-inflammatoire cytokine IL-1β (p < 0,0001; Figuur 5D,E).
Op dezelfde wijze vertoonden muizen die behandeld waren met 250 pg/oog TGF-β2 consistente stijgende trends in deze biomarkers (Figuur 5F). De expressies van retinale TGF-β2 (p < 0,01; Figuur 5A,F) en MMP2 (p < 0,001; Figuur 5B,F) waren significant verhoogd. De inflammasoom-route was even tevoren geactiveerd in de retina van de muis, met significante toenames in de expressie van NLRP3 (p < 0,01; Figuur 5C,F) en een uitgesproken opregulatie van IL-1β (p < 0,0001; Figuur 5D,F) vergeleken met bijna ondetecteerbare baseliniveaus in de controlegroep.
Samen tonen deze bevindingen aan dat subconjunctivale toediening van TGF-β2 de MMP2-gemedieerde matrix-remodellering in het netvlies bevordert en de NLRP3/IL-1β-inflammasoomroute activeert in het posterieure netvlies van beide knaagdiersoorten.

Figuur 5: Herhaalde subconjunctivale toediening van TGF-β2 reguleert de expressie van MMP2 en inflammasoom-gerelateerde eiwitten op in de posterieure retina van ratten en muizen. (A–D) Representatieve immunofluorescentiebeelden van sagittale secties van de retina van controlegroepen en TGF-β2-behandelde groepen bij ratten (bovenste panelen) en muizen (onderste panelen), gekleurd voor (A) TGF-β2, (B) MMP2, (C) NLRP3 en (D) IL-1β (rood), met celkernen tegengekleurd met DAPI (blauw). Schaalbalk = 50 µm. De representatieve velden tonen selectief de veranderingen binnen de buitenste retinalagen, waarbij een prominente eiwitexpressie wordt benadrukt die zich uitstrekt van de buitenste plexiforme laag (OPL) tot aan het basale retinaal pigmentepitheel (RPE)-complex. (E) Kwantificering van de fluorescentie-kleuringsintensiteit voor TGF-β2, MMP2, NLRP3 en IL-1β in rattenretina's van de controlegroep en de TGF-β2-behandelde groep (500 pg). (F) Kwantificering van de fluorescentie-kleuringsintensiteit voor TGF-β2, MMP2, NLRP3 en IL-1β in muizenretina's van de controlegroep en de TGF-β2-behandelde groep (250 pg). Gegevens worden weergegeven als gemiddelde ± SD (N = 3 onafhankelijke biologische replica's per groep, 1 oog per dier). Statistische significantie werd strikt geëvalueerd met ongepaarde twee-zijdig t-toetsen; **p < 0,01, ***p < 0,001, ****p < 0,0001 ten opzichte van de respectievelijke vehicle-controlegroep. Afkortingen: OPL, outer plexiform layer; ONL, outer nuclear layer; PIS, photoreceptor inner segments; POS, photoreceptor outer segments; RPE, retinaal pigmentepitheel. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Aanvullende figuur 1: Interoculaire symmetrie en evaluatie van bilaterale datapooling na subconjunctivale TGF-β2-toediening. (A) Vergelijkende analyse van veranderingen in de axiale lengte tussen linkerogen (OS, n = 5) en rechterogen (OD, n = 5) bij ratten die een vehicle-controle of bilaterale subconjunctivale TGF-β2 (500 pg/oog) ontvingen. (B) Overeenkomstige interoculaire vergelijking tussen OS (n = 5) en OD (n = 5) ogen bij muizen onder vehicle-controle of bilaterale TGF-β2-behandeling (250 pg/oog). Statistische toetsing bevestigde dat er geen significant verschil was tussen OS- en OD-ogen binnen dezelfde behandelcohort, wat valideert dat bilaterale datapooling geen interoculaire bias introduceert. Tegelijkertijd vertoonden zowel OS- als OD-ogen in TGF-β2-behandelde dieren een significante axiale verlenging ten opzichte van hun respectievelijke vehicle-controles. Gegevens worden weergegeven als gemiddelde ± SD (N = 5 dieren per groep, wat overeenkomt met 5 OS- en 5 OD-ogen per groep). Statistische significantie werd geëvalueerd met behulp van een two-way repeated-measures ANOVA, gevolgd door de post hoc test van Sidak; *p < 0,05, ****p < 0,0001 ten opzichte van de overeenkomstige vehicle-controle. Afkortingen: OS, oculus sinister (linkeroog); OD, oculus dexter (rechteroog). Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullende figuur 2: Veiligheidsevaluatie van de structurele integriteit van het netvlies en de elektrofysiologische functie na subconjunctivale TGF-β2 toediening. (A) Representatieve hematoxylline en eosine (H&E)&(E)-gekleurde sagittale retinaal doorsneden van controle- en TGF-β-βmet 2 behandelde muizen (250 pg/oog) en ratten (500 pg/oog) op dag 21, waaruit blijkt dat de architectuur van de retinale lagen over de soorten heen behouden is gebleven (N = 3 onafhankelijke biologische replicaten per groep). Schaalbalken = 20 µm. (BRepresentatieve scotopische elektroretinografie (ERG)-golfvormen geregistreerd bij muizen op dag 21, waarbij vehicle-controle-ogen (grijze lijn) en TGF-βbehandelde ogen (rode lijn). Vergelijkbare dynamiek van de a-golf en b-golf respons bevestigt behoud van de lichtgevoeligheid van het netvlies en elektrofysiologische veiligheid (N = 3 muizen per groep, wat overeenkomt met 6 ogen per groep). Afkortingen: GCL, ganglioncellaag; INL, binnenste kernlaag; ONL, buitenste kernlaag. Klik hier om dit bestand te downloaden.