Translaminair autonoom systeemmodel voor de modulatie van intraoculaire en intracraniale druk in posterieure donorsegmenten van menselijke donoren
24 april 2020
We beschrijven en detailleren het gebruik van het translaminaire autonome systeem. Dit systeem maakt gebruik van het menselijke posterieure segment om onafhankelijk de druk in het segment (intraoculair) en rond de oogzenuw (intracranieel) te reguleren om een translaminaire drukgradiënt te genereren die kenmerken van glaucomateuze optische neuropathie nabootst.
Dit nieuwe autonome translaminaire systeem voor het oog maakt gebruik van het achterste segment van het menselijk oog om intraoculaire en intracraniale druk onafhankelijk te reguleren om een translaminaire drukgradiënt te genereren. Het TAS-model maakt de evaluatie van de menselijke intracraniale druk op een ex vivo, preklinische manier mogelijk, die voorheen niet kon worden bestudeerd. Dit model zou mogelijk kunnen worden gebruikt om ziekten zoals glaucoom, traumatisch hersenletsel, idiopathische intracraniale hypertensie en neuro-oculaire syndroom geassocieerd met ruimtevaart te bestuderen.
Om de instroomspruitjes op te zetten, laadt u een 30-milliliter spuit met 30 milliliter van de perfusie vloeistof van belang en bevestigt u een drieweg stopcock aan de spuit. Bevestig een 0.22-micrometer hydrofiele filter aan de stopcock en bevestig een 15-gauge luer stub adapter aan het 0.22-micrometer hydrofiele filter. Nadat u luchtbellen uit de spuitopstelling hebt verwijderd, bevestigt u de slang aan de luer stub adapter en sluit u de zijpoort van de stopcock met een ontluchtingsvrije universele vergrendelingsdop.
Na het opzetten van een tweede instroomspuit zoals net gedemonstreerd, labelt u één spuitkanaal één ICP en labelt u het andere spuitkanaal twee IOP. Bevestig vervolgens de uitstroomspuitjes zoals net gedemonstreerd, maar zonder de spuiten te laden met het infusiemedium. Om een menselijk hele oogbolmonster voor te bereiden, verwijdert u de oogzenuwschede en verwijdert u het glasvocht uit het achterste segment.
Om een goede pasvorm op de ronde koepel van de IOP kamer te garanderen, knipt u extra sclera van het achterste segment indien nodig en gebruikt u een pincet om ervoor te zorgen dat het netvlies gelijkmatig over het menselijk achterste van het segment is verspreid. Plaats vervolgens het segment in de IOP kamer van de TAS over de ronde koepel met de oogzenuw naar boven en gebruik een epoxyhars O-ring en vier schroeven om het achterste segment te verzegelen. Om de IOP kamer op te zetten, steekt u de slang in de in- en uitpoort van de kamer en steekt u de IOP instroomspuit in de inpoort.
Steekt u de lege IOP uitstroomspuitopstelling in de uitpoort en gebruikt u de push/pull methode om langzaam het perfusiemedium in de instroompoort te infuseren om de achterste oogcup te vullen, terwijl u tegelijkertijd langzaam het perfusiemedium uit de uitstroomspuit trekt om eventuele luchtbellen uit de leidingen te verwijderen. Zodra zowel de in- als uitbuizen geen luchtbellen meer bevatten, stopt u de infusie en vergrendelt u de stopcocks in de uitgeschakelde positie. Verwijder de spuit uit de IOP inpoort filterassemblage en vul de spuit opnieuw met 30 extra milliliters medium, en steek vervolgens de spuitsopstelling opnieuw in de filterassemblage.
Om de ICP kamer op te zetten, plaatst u de kamer over de achterkant van het achterste segment, waarbij u ervoor zorgt dat de oogzenuw zich in de bovenste kamer bevindt, en verzegelt u de bovenste kamer met vier schroeven, steekt u vervolgens de slang in de in- en uitpoorten van de ICP kamer, de ICP invoerspuit in de inpoort en de lege ICP uitstroomspuit in de uitpoort om het systeem met medium te spoelen zoals net gedemonstreerd. Om het dataregistratiesysteem op te zetten, zet u de achtkanaals voedingsbron en de computer aan en start u de dataverzamelsoftware. Selecteer Bestand en Nieuw en selecteer Setup en Kanaalinstellingen.
Selecteer drie kanalen en hernoem de kanalen zoals aangegeven. Selecteer twee millivolt voor de Bereik op alle kanalen en in de Berekening kolom, selecteert u Geen Berekening voor kanalen een en twee. Selecteer Aritmetisch voor kanaal drie In het Formule venster, onder Kanalen, selecteert u Ch 2.
Onder Functie, selecteert u Math en Minus, en onder Kanalen, Selecteert u Ch 1. Om de hydrostatische druktransducers op te zetten en te kalibreren, verbindt u de hydrostatische druktransducers met de transducerleidingen die zijn bevestigd aan de multi-kanaals brugversterker en bevestigt u een lege 30-milliliter spuit aan de zijpoort van de kanaal een ICP druktransducer. Bevestig een sphygmomanometer aan de onderkant van de kanaal een ICP druktransducer en klikt u op de pijl naast de bemonsteringstijd om de bemonsteringssnelheid in te stellen op 100.
Selecteer Brugversterker, Netfilter en Zero, en wacht tot het systeem is uitgeschakeld, waarbij u ervoor zorgt dat u de druktransducer niet verplaatst. Knijp vervolgens in de witte tabbladen van de druktransducer en duwt u lucht door de transducer totdat 40 millimeter kwik worden verkregen op de sphygmomanometer, laat vervolgens de witte tabbladen los en verwijder de spuit en sphygmomanometer. Op de Eenheidconversie pagina, selecteert u min en markeert u het hoogste plateau om 40 millimeter kwik aan te geven.
Klik op de pijl voor 0.1, voer 100 in en markeert u het laagste plateau om nul millimeter kwik aan te geven. Klik op de pijl voor 0.2, voer nul in, selecteert u millimeters kwik voor de eenheden en klikt u op Oké. In het Brugversterker venster, klikt u op Oké en kalibreert u de hydrostatische druktransducers voor kanaal twee IOP zoals net gedemonstreerd, met behulp van 100 millimeter kwik voor het hoogste plateau en nul voor het laagste plateau.
Om de TAS achterste segment eenheid aan het dataregistratiesysteem te koppelen, plaatst u de TAS achterste segment eenheid in een 37 graden Celsius, 5% koolstofdioxide incubator en bevestigt u de ICP slang vanuit de uitpoort van de kanaal een ICP druktransducer. Bevestig de IOP slang vanuit de uitpoort naar de kanaal twee IOP druktransducer. Op de Grafiekweergave pagina, selecteert u Start met bemonsteren en stelt u de bemonsteringssnelheid in op Langzaam en een minuut.
Vervolgens past u de spuiten op de ringstand boven of beneden aan om de ICP en IOP druk volgens het protocolvereisten te reguleren, of plaatst u ze op perfusiepompen voor het reguleren van druk. In deze representatieve analyse werden de onderhoud van de gemiddelde normale drukverschille in beide kamers getest door verschillende parameters van IOP en ICP omstandigheden. Om
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie presenteert een nieuw oculaire translaminair autonoom systeem (TAS) dat is ontworpen om de intraoculaire en intracraniale drukken onafhankelijk te reguleren. Door een translaminair drukgradiënt te creëren, streeft het systeem ernaar om glaucoom-achtige optische neuropathie na te bootsen voor onderzoek naar oculaire ziekten en aandoeningen die de intracraniale druk beïnvloeden.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Oogheelkunde
- Neurobiologie
Achtergrond
- Onderzoek naar drukgradiënten in verband met de gezondheid van de oogzenuw.
- Belang van het onderzoek naar intracraniale druk bij oculaire ziekten.
- Onderzoek naar aandoeningen zoals glaucoom en traumatisch hersenletsel.
Doel van het onderzoek
- Om een systeem te ontwikkelen voor het bestuderen van drukverschilleningen in het oog en de hersenen.
- Om een model te bieden voor het onderzoeken van ziekten die verband houden met drukveranderingen.
- Om het begrip van mogelijke interacties tussen oculaire en intracraniale druk te verbeteren.
Gebruikte methoden
- Gebruik van een translaminair autonoom systeem (TAS) voor drukregeling.
- Voorbereiding van menselijke oogmonsters om een gecontroleerde experimentele opstelling te creëren.
- Bewaking en kalibratie van drukgevoelige sensoren om gegevens over IOP en ICP te verzamelen.
- Instroom en uitstroom spuiten werden gebruikt voor mediumuitwisseling en drukbehartiging.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle vaststelling van gemiddelde normale drukverschilleningen in het TAS-model.
- Minimale drukverstoringen tijdens vloeistofuitwisseling, waarbij de weefselviabiliteit wordt gehandhaafd.
- Observaties omvatten gedrag in evenwichtstoestand van de morfologie van het optische zenuwhoofd gedurende experimentele tijdlijnen.
Conclusies
- De studie toont de haalbaarheid van het gebruik van het TAS-model voor oculaire drukonderzoek.
- Het benadrukt mogelijke toepassingen voor het begrijpen van glaucoom en gerelateerde aandoeningen.
- Implicaties voor toekomstig onderzoek naar drukinteracties en hun effecten op de gezondheid van de oogzenuw zijn significant.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
The translaminar autonomous system (TAS) addresses a critical unmet need in ophthalmic and neuro-ophthalmic research by enabling independent regulation of intraocular and intracranial pressures in human donor posterior segments. This ex vivo model supports mechanistic de-risking of therapeutic hypotheses related to glaucoma, traumatic brain injury, idiopathic intracranial hypertension, and spaceflight-associated neuro-ocular syndrome by preserving optic nerve head tissue structure and complexity. It enhances predictive confidence in preclinical target validation by providing a disease-relevant system that reduces reliance on animal models and improves translational continuity from discovery to preclinical validation.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by modulating translaminar pressure gradients to study pathogenic paradigms in human tissue.
- Operational Value: Supports functional target validation by maintaining optic nerve head integrity and structural complexity under controlled pressure conditions.
- Predictive Value: Improves target confidence through disease-relevant system modeling that reflects human pathophysiology of pressure-related ocular neurodegeneration.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated human posterior segments for downstream compound evaluation by establishing stable, reproducible pressure-controlled environments.
- Operational Value: Ensures assay standardization and reproducibility via independent IOP and ICP regulation using calibrated hydrostatic pressure transducers and perfusion fluid exchange protocols.
- Scalability Value: Facilitates platform reuse through medium exchange every 48 hours without compromising tissue viability or morphology, supporting longitudinal studies.
Translational & Preclinical Research
- Translational Value: Maintains continuity from discovery through preclinical validation by preserving optic nerve head tissue structure and enabling longitudinal observation of cupping, thickening, and extracellular matrix remodeling under elevated translaminar pressure gradients.
- Risk-Adjusted Advancement: Supports go/no-go decisions by quantifying structural and molecular changes (e.g., collagen IV expression) linked to pressure-induced pathogenesis over defined timepoints (e.g., seven days).
- Mechanistic De-risking: Allows study of biomechanical disease paradigms and molecular pathogenesis targeting translaminar pressure in a human-relevant ex vivo system.
Pipeline & Workflow Integration
The TAS model integrates into the discovery continuum from early target validation through preclinical research by providing a human-relevant, pressure-modulatable system that supports hypothesis testing, assay readiness, and translational biomarker alignment.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification by enabling independent manipulation of IOP and ICP to generate translaminar pressure gradients linked to optic nerve head pathology.
- Screening: Delivers assay readiness through reproducible pressure control, tissue viability maintenance, and quantitative outputs from pressure transducers and immunohistochemical analysis.
- Analytics: Provides quantitative dependent variable measurements (IOP, ICP, translaminar gradient) and qualitative readouts (collagen IV expression, phase imaging, tissue morphology) that enable comparison across experimental conditions.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity through disease-relevant observations of cupping, retinal ganglion cell loss, and extracellular matrix remodeling under sustained pressure stress.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable capability via standardized setup, medium exchange every 48 hours, and long-term culture viability up to 30 days, supporting repeated experimental cycles.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation, reduction of mechanistic ambiguity in pressure-related ocular neurodegeneration, and human-relevant pathophysiological modeling.
- Operational Value: Standardization, reproducibility, and scalability of pressure regulation and tissue maintenance protocols.
- Strategic Value: Better go/no-go decisions, capital efficiency through reduced animal use, and decreased late-stage biological risk in ophthalmic drug development.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization of targets based on translaminar pressure response profiles and advancement decisions grounded in human tissue morphology and biomarker data.
Implementation Considerations
- Requires expertise in ocular tissue handling, pressure transducer calibration, and aseptic technique for medium exchange and system setup.
- Dependent on instrumentation including hydrostatic pressure transducers, multi-channel bridge amplifier, perfusion syringes, stop cocks, filters, and a 37°C, 5% CO₂ incubator.
- Necessitates cross-team standardization of pressure protocols, tissue preparation (optic nerve sheath and vitreous removal), and sealing procedures using epoxy resin O-rings and screws.
- Involves adaptation considerations across donor variability in posterior segment integrity, scleral thickness, and retinal flatness, requiring trimming and forceps-based retina spreading for optimal chamber fit.
- Includes practical limitations such as the need for precise pressure calibration, avoidance of air bubbles in fluid lines, and monitoring for minimal pressure increases during medium exchange to preserve tissue viability.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:44
Translaminar Autonomous System (TAS) Setup
1:42
Human Whole Eye Globe Preparation
2:24
IOP (Bottom) Chamber Setup
3:20
ICP (Top) Chamber Setup
3:52
Data Recording System Setup
6:56
Results: Representative Translaminar Autonomous System Model Analyses
8:26
Conclusion
