In vivo structurele beoordelingen van oogziekten in knaagdiermodellen met behulp van optische coherentietomografie
24 juli 2020
Hier beschrijven we het gebruik van spectrale optische coherentietomografie (SD-OCT) om retinale en oculaire structuren in vivo te visualiseren in modellen van retinale degeneratie, glaucoom, diabetische retinopathie en bijziendheid.
Spectral domain optical coherence tomography is een waardevol hulpmiddel voor het beeldvormen van oculaire structuren in vivo, en voor het volgen van veranderingen in oculaire afmetingen in de loop van de tijd in verschillende oogziektemodellen. We gebruiken SDOCT om de retinale dikte te meten in modellen van retinale degeneratie bij diabetische retinopathie, retinale dikte en cupping in een glaucoommodel, en axiale lengte in een myopiemodel. De SDOCT-techniek is eenvoudig, maar oefening is cruciaal om goede beelden te verkrijgen.
En experimenteren met verschillende protocollen is belangrijk om te bepalen welk protocol het beste past bij elke onderzoeksbehoefte. Het demonstreren van de procedure zal Andrew Feola zijn, een hoofdonderzoeker van het Center for Visual and Neurocognitive Rehabilitation. Begin door de spectral domain optical coherence tomography-software te openen en de informatie over de acquisitiestudie en behandelingsarm in te voeren.
Onder het tabblad Patient Exam, klik op test examiner en selecteer de naam van de onderzoeker. Klik op Study Name om de studie te definiëren en open het tabblad Study om een nieuwe studie toe te voegen of de behandelingen in een bestaande studie te wijzigen. Klik rechts van Select Treatment Arm om een behandelingsarm te selecteren.
Om een nieuw tijdstip toe te voegen voor een hele groep, klik op Patient Toevoegen. In het venster voert u het ID-nummer, voor- en achternaam in. Selecteer het geslacht van de patiënt en de geboortedatum.
Om de individuele ratten toe te voegen, klikt u op Exam Toevoegen. Om de ratten te identificeren, klikt u op een examen en klikt u op Exam bewerken. Voer het ID-nummer in in het vakje Notities invoeren en klik op Wijzigingen opslaan.
Bevestig vervolgens de juiste lens aan het apparaat. Selecteer de overeenkomstige configuratie in de software en draai de bijbehorende referentiearmpositie. Onder het tabblad Patient Exam dubbelklikt u op het gemarkeerde examen om door te gaan naar het tabblad Imaging en te beginnen met beeldvorming.
Om een voorinstelling van het scanprotocol te laden, klikt u op Selecteer een protocol uit de lijst. Voor ratmodellen van glaucoom en diabetische retinopathie, selecteert u een voorinstelling die bestaat uit twee OD en twee OS, respectievelijk voor de rechter- en linkeroogscans. Nadat u de verdovingsrat in een knaagdieruitlijnsysteem heeft geplaatst, brengt u smering aan op de ogen van het dier.
Net voor het beeldvormen, gebruikt u een delicaat klusdoekje om eventueel overtollig zoutoplossing weg te vegen en gebruikt u twee rotatiebewegingen van het knaagdieruitlijnsysteem om de rat zo te positioneren dat de blik horizontaal is en naar de as van de optische coherentietomografielens kijkt. Gebruik de Free Run-modus om de retina te oriënteren voor gegevensverzameling. Gebruik vervolgens de Aim-modus voor een continue weergave van zowel de horizontale als verticale B-scans in real time.
Beweeg de scankop dichter naar het oog tot de retina zichtbaar is en gebruik het knaagdieruitlijnsysteem om de positie van het dier aan te passen totdat de oogzenuwkop in het midden zichtbaar is. Maak de horizontale scan horizontaal en de verticale scan verticaal. Pas de werkafstand aan zodat het retinale beeld vlak en niet gebogen is en pas de referentiearmpositie aan om het beeld nabij de bovenkant van het weergavevenster te houden.
Voor retinale beeldvorming van glaucoom, retinale degeneratie en diabetische retinopathie modellen, definieer een volumescan van drie bij drie millimeter die bestaat uit 1.000 A-scans door 100 B-scans door 1 herhaalde B-scan voor gemiddelde berekening. Centreer de oogzenuw in de horizontale en de verticale as zodat de volumescan zich in het midden bevindt, recht langs de nasale, temporale en superieure, inferieure assen. Klik op Snapshot om een foto te maken en klik op Opslaan om de afbeelding op te slaan.
Verkrijg een radiaal scan gecentreerd op de oogzenuwkop die bestaat uit 1.000 A-scans door 4 B-scans door 20 herhaalde B-scans. En gebruik de herhaalde B-scans om de beeldhelderheid van het oog of de retina te verbeteren om de interpretatie van de ooggebieden of retinale lagen tijdens de gegevensanalyse te vergemakkelijken. Sla vervolgens de afbeelding op en herhaal de scan voor het contralaterale oog.
Voor post-processing van de afbeeldingen, opent u het juiste wiskundige modelleringssoftwareprogramma. Voor het verwerken van de retina, selecteert u de optische coherentietomografiescans om te laden en klikt u om het centrum van de oogzenuwkop te definiëren. Het programma genereert verticale lijnen die de afstanden aan weerszijden van de oogzenuwkop definiëren.
In de rattenretina bevinden deze lijnen zich op 0,5 en 1,2 millimeter van het centrum van de oogzenuwkop, met een totaal van vier verticale lijnen die de nasale, temporale en inferieure, superieure assen van het oog vertegenwoordigen, afhankelijk van de radiaal B-scan die momenteel wordt geanalyseerd. Langs elke lijn delineeert u de retinale zenuwvezellaag, de innerlijke plexiforme laag, de innerlijke nucleaire laag, de uiterlijke plexiforme laag, de uiterlijke nucleaire laag de externe begrenzingsmembraan, de innerlijke en uiterlijke segmenten, het retinale pigmentepitheel en de totale retinale dikte. Wanneer alle lagen zijn gedelineeerd, exporteert u de metingen naar een spreadsheet voor gegevensanalyse.
Representatieve spectral domain optische coherentietomografie-afbeeldingen onthullen een dunnere uiterlijke nucleaire laag, die de fotoreceptorcellichamen bevat in retinas van licht-geïnduceerde retinale degeneratie BALB/c muizen vergeleken met onbeschadigde controle muizen. Na kwantificering van de retinale laagdikte, wordt een significant verschil waargenomen tussen onbeschadigde en licht-geïnduceerde retinale degeneratie muizen voor de totale retinale dikte, de dikte van de uiterlijke nucleaire laag en de innerlijke en uiterlijke segmentdikte. In het oculaire hypertensiemodel wordt een duidelijke hermodellering bij de oogzenuwkop waargenomen, inclusief oogzenuw cupping na acht weken.
Kwantificering van de dikte van de retinale zenuwvezellaag na acht weken van oculaire hypertensie toont een significante verdunning in vergelijking met baselinemetingen. Beeldvorming van retinas van een diabetisch ratmodel en Wistar controledieren toont aan
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel bespreekt de toepassing van spectrale-domein optische coherentietomografie (SD-OCT) voor in vivo beeldvorming van retina- en oogstructuren. Er wordt ingegaan op het nut van deze techniek in diverse modellen voor oogziekten, waaronder retinale degeneratie en glaucoom.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Oftalmologie
- Neurowetenschappen
- Beeldvormingstechnieken
Achtergrond
- SD-OCT is een niet-invasieve beeldvormingsmethode.
- Het maakt real-time visualisatie van oculaire structuren mogelijk.
- De techniek is cruciaal voor het monitoren van oogziekten.
- Voor verschillende onderzoekstoepassingen kunnen verschillende protocollen nodig zijn.
Doel van de studie
- Om het gebruik van SD-OCT in modellen voor oogziekten aan te tonen.
- Om de retinadikte bij diabetische retinopathie te meten.
- Om veranderingen in glaucoom- en myopiemodellen te beoordelen.
Gebruikte methoden
- Gebruik van spectral-domain optische coherentietomografie.
- Meting van de retinadikte en cupping.
- Monitoring van de axiale lengte in myopiemodellen.
- Implementatie van diverse beeldvormingsprotocollen.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle in vivo beeldvorming van retinale structuren.
- Effectieve monitoring van oculaire veranderingen in de loop van de tijd.
- Het belang van protocoloptimalisatie is aangetoond.
- Inzichten verschaft in de progressie van oogziekten.
Conclusies
- SD-OCT is een waardevol instrument voor oogonderzoek.
- Het vergroot het begrip van netvliesziekten.
- Verdere studies kunnen de beeldvormingstechnieken verfijnen.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor leidinggevenden
In vivo structurele beoordeling van oogziekten met behulp van spectral-domain optische coherentietomografie (SD-OCT) maakt kwantitatieve monitoring van veranderingen in het netvlies en de oogzenuw over tijd in knaagdiermodellen mogelijk. Deze niet-invasieve beeldgevingsmethode ondersteunt mechanisch de-risking door longitudinale, laagspecifieke diktemetingen te leveren die correleren met de progressie van de ziekte. De methode vergroot het voorspellend vertrouwen bij targetvalidatie en de selectie van preklinische modellen voor oftalmologische therapieën.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk door de verdunning van de retinale lagen in degeneratiemodellen te kwantificeren.
- Operationele waarde: Levert reproduceerbare, longitudinale gegevens voor de functionele validatie van targets in modellen voor glaucoom en diabetische retinopathie.
- Voorspellende waarde: Ondersteunt portfolio-triage door objectieve meting van structurele eindpunten, zoals verdunning van de buitenste kernlaag en cupping van de oogzenuw.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Levert gestandaardiseerde beelden met een hoge resolutie van de retinale lagen voor de gebruiksklaarheid van assays in ziektemodellen.
- Operationele waarde: Faciliteert protocoloptimalisatie en vergelijking tussen ogen via radiale en volumetrische scans gecentreerd op de papil.
- Schaalbaarheid: Maakt snelle screening van contralaterale ogen en herhaalde tijdspunten mogelijk met consistente acquisitieparameters.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Translationele Continuïteit: Slaat een brug tussen ontdekking en preklinische validatie door ziekterelevante structurele veranderingen in diabetische knaagdiermodellen en myopie-modellen te monitoren.
- Mechanistische Risicoreductie: Kwantificeert de afname van de dikte van de retinaalzenuwvezellaag en de totale retinadikte om risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling te ondersteunen.
- Predictieve Betrouwbaarheid: Stemt structurele uitkomsten af op functionele assays, zoals het elektroretinogram, voor multiparametrische ziektemodellering.
Integratie van Pijplijn & Workflow
SD-OCT integreert in het ontdekkingscontinuüm, van vroege targetvalidatie via lead-identificatie tot preklinisch onderzoek naar werkzaamheid, door kwantificeerbare en reproduceerbare oculaire fenotypering te bieden.
- Ontdekkingsbiologie: Ondersteunt hypothesetoetsing en het verduidelijken van signaalpaden via laagspecifieke diktemetingen in ziektemodellen.
- Screening: Maakt standaardisatie en reproduceerbaarheid van assays mogelijk door gedefinieerde scanprotocollen en geautomatiseerde diktemetingen.
- Analytiek: Genereert kwantitatieve readouts (bijv. dikte van de retinaalzenuwvezellaag, buitenste kernlaag) voor statistische vergelijking tussen groepen.
- Translationeel onderzoek: Verbindt structurele veranderingen met functionele uitkomsten, wat de afstemming van biomarkers in preklinische studies ondersteunt.
- Bedrijfsbrede herbruikbaarheid: Fungeert als een herbruikbaar beeldvormingsplatform voor meerdere modellen van oogziekten met minimale aanpassing van het protocol.
Operationele & bedrijfsmatige impact
- Wetenschappelijke waarde: Voorspellende betrouwbaarheid, validatie van targets, vermindering van mechanistische ambiguïteit in modellen voor oogziekten.
- Operationele waarde: Standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van in vivo beeldvorming van het oog over verschillende laboratoria heen.
- Strategische waarde: Betere go/no-go beslissingen, kapitaalefficiëntie en verminderd biologisch risico in een laat stadium binnenst ophthalmologische programma's.
- Impact op de portfolio: Risico-gecorrigeerde prioritering en beslissingen over verdere ontwikkeling op basis van longitudinale structurele eindpunten.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereiste expertise in oculaire anatomie, imagingsoftware en het hanteren van knaagdieren voor een consistente beeldverwerving.
- De instrumentatie omvat een spectral-domain OCT-systeem, een uitlijningsapparaat voor knaagdieren en geschikte oculaire lenzen.
- Standaardisatie tussen teams vereist protocolharmonisatie voor scanparameters, beeldbewerking en laagdelineatie.
- Overwegingen voor adaptatie omvatten modelspecifieke aanpassingen voor de axiale lengte bij myopie versus de retinadikte in degeneratiemodellen.
- Praktische beperkingen omvatten de noodzaak van anesthesie, potentiële bewegingsartefacten en een leercurve voor een optimale beeldkwaliteit.
