1. Technika chirurgiczna
- Doświadczenia należy przeprowadzać z zachowaniem zasad aseptyki oraz zgodnie z protokołami dotyczącymi wykorzystania zwierząt obowiązującymi w danej instytucji. Instrumenty i materiały (roztwory, substancje testowe, znaczniki, igły itp.) mające kontakt z żywą tkanką muszą być sterylne, aby zapobiec infekcjom, negatywnemu wpływowi na dobrostan zwierząt oraz potencjalnym zakłóceniom przebiegu badania.
2. Znieczulenie
- Szczury zostaną znieczulone przy użyciu weterynaryjnego systemu waporyzacji izofluranu. Do waporyzacji gazowego izofluranu należy użyć tlenu medycznego z przepływem 0.8 L/min. Umieścić zwierzę w dołączonej komorze anestezjologicznej i ustawić stężenie izofluranu na 4%, aż do spowolnienia oddechu i uspokojenia zwierzęcia.
- Następnie przełączyć przepływ gazu na maskę dopasowaną do aparatu stereotaktycznego i umieścić zwierzę w urządzeniu stereotaktycznym. Obniżyć stężenie izofluranu do 2% i monitorować znieczulenie. Większe zwierzęta (>300g) mogą wymagać wyższego stężenia izofluranu. Znieczulenie powinno być monitorowane podczas operacji, a dawka izofluranu odpowiednio dostosowywana. Należy stale oceniać głębokość i częstotliwość oddechów oraz co 5 min przeprowadzać test ucisku palca u stopy w celu sprawdzenia braku reakcji na głęboki ból.
- Po zakończeniu operacji wyłączyć dopływ izofluranu i pozwolić zwierzęciu oddychać tlenem przez kilka minut przed wyjęciem z urządzenia stereotaktycznego. Temperaturę ciała należy utrzymywać, przykrywając zwierzę kocem chirurgicznym i/lub stosując regulowaną matę grzewczą podczas zabiegu.
3. Metoda chirurgiczna
- Zwilż futro na szczycie głowy 70% etanolem, aby ułatwić jego wycięcie. Usuń futro z obszaru między oczami za pomocą trymera lub ostrych nożyczek. Oczyść miejsce nacięcia trzykrotnie, stosując naprzemiennie roztwór detergentu jodowego (Proviodine, Betadine itp.), a następnie 70% etanol. Przez cały czas trwania operacji utrzymuj rogówkę w stanie wilgotnym, nakładając na nią maść okulistyczną (Tears Naturale P.M.). Rozprowadź maść po powierzchni rogówki, ręcznie otwierając i zamykając powieki.
- Za pomocą ostrza nr 11 wykonaj nacięcie wzdłuż linii środkowej głowy, od około 0.5 cm przed oczami do 1 cm za oczami. Odchyl płat skóry nad okiem za pomocą pęsety i delikatnie oddziel leżącą poniżej tkankę łączną grzbietem skalpela. Następnie odsuń płat skóry bocznie i w dół, a następnie utrwal go za pomocą retraktora chirurgicznego, który można przymocować taśmą do podstawy instrumentu stereotaktycznego.
- Wykonaj nacięcie wzdłuż górnej krawędzi kości oczodołowej, odciągając nadleżącą powięź ostrymi pęsetami. Pozwoli to na odsunięcie powięzi pokrywającej oczodół oka. Krawędź kości oczodołowej można wyraźnie wyznaczyć, naciskając pęsetą na powięź nad oczodołem. Używając kauteryzatora lub skalpela, kontynuuj nacięcie w kierunku tylnej granicy oczodołu oka. Jako prowadnicę nacięcia wykorzystaj kość górnej części oczodołu. Następnie kontynuuj nacięcie w kierunku przedniej granicy oczodołu. Nacięcie górnej części oczodołu najlepiej wykonać za pomocą małego kauteryzatora, aby zapobiec krwawieniu z leżących poniżej naczyń komunikujących się z zatokami żylnymi.
- W przypadku wystąpienia krwawienia można podjąć kilka kroków. Po pierwsze, wywrzyj ucisk za pomocą sterylnych gazików chirurgicznych lub patyczków bawełnianych. Jeśli krwawienie nie ustąpi, nanieś na ten obszar za pomocą zakraplacza zimny, sterylny roztwór soli fosforanowej (PBS) i utrzymuj ucisk. Niewielkie krwawienie ustąpi po kilku sekundach zastosowania tej procedury. Jeśli krwawienie będzie trwało, odciągnij tkankę gazikiem chirurgicznym lub patyczkiem bawełnianym, aby zidentyfikować źródło krwawienia i szybko zkoagulować uszkodzone naczynie. Po opanowaniu krwawienia oczyść pole operacyjne z krwi, używając zimnego sterylnego PBS. Pole operacyjne należy okresowo oczyszczać w ten sposób, aby lepiej zwizualizować struktury w oczodole oka.
- Po oczyszczeniu nacięcia użyj pęsety i grzbietu skalpela, aby oczyścić tkankę łączną z tyłu oka, która pokrywa zawartość oczodołu. Grzbiet skalpela nr 11 sprawdza się dobrze ze względu na cienką końcówkę. Pozwoli to na otwarcie głębszych części jamy oczodołowej, zapewniając większe okno operacyjne do pracy. Podczas pracy w obrębie oka stosuj ostre, zakrzywione i ząbkowane pęsety Dumont #7b, ponieważ ich krzywizna i cienkie końcówki są idealne do manipulowania strukturami w oczodole. Ponadto ząbkowanie ułatwia chwytanie struktur.
- Następnie usuń tkankę łączną otaczającą gałąź oczną nerwu trójdzielnego, która znajduje się w pobliżu linii środkowej, i usuń nerw za pomocą pęsety. Krok ten nie jest konieczny, jednak usunięcie nerwu zapewni w późniejszym etapie większe okno dostępu do nerwu wzrokowego.
- Po usunięciu nerwu odsuń pęsetą naczynie krwionośne znajdujące się poniżej i całkowicie je zkoaguluj. Ten krok również nie jest konieczny, jednak kauteryzacja naczynia pozwala na jego przesunięcie do przodu, tworząc tym samym większe okno po dotarciu do nerwu wzrokowego.
- Używając ostrych pęset lub pęset z końcówkami zagiętymi do wewnątrz, ostrożnie chwyć i usuń cienką warstwę tkanki łącznej nad mięśniami pozagałkowymi i gruczołem łzowym. Odsuń mięśnie pozagałkowe od przodu do tyłu oczodołu. Chwyć proksymalną część mięśnia pęsetą i użyj drugiej pary zakrzywionych ząbkowanych pęset okulistycznych, aby przyłożyć trakcję zewnętrzną do mięśnia. Upewnij się, że pęsety okulistyczne są skierowane w tym samym kierunku co mięsień podczas ciągnięcia, aby zapobiec jego rozerwaniu. W ten sposób usuń najbardziej przedni mięsień oczodołu (mięsień skośny górny). Mięsień zostanie uwolniony z głębi oczodołu, a pozostałą jego część można odsunąć, aby obrócić oko na zewnątrz.
- Powtórz krok 3.8 z następnym mięśniem (mięsień prosty przyśrodkowy), który znajduje się między płatami gruczołu łzowego a gruczołem Hardera w pobliżu linii środkowej grzbietowej powierzchni oka. Przymocuj retraktor taśmą, aby utrzymać trakcję mięśni.
- Delikatnie usuń wszelką pozostałą tkankę łączną z powierzchni gruczołu łzowego i unieś gruczoł do góry za pomocą pęsety. Nie ściskaj ani nie miażdż gruczołu. Aby odsunąć gruczoł, należy zkoagulować tylko jedno naczynie na biegunie tylnym. Unieś tylny koniec gruczołu do góry, a następnie zkoaguluj naczynie.
- Następnie odchyl gruczoł łzowy do przodu, aby otworzyć tylną część oczodołu i umożliwić swobodny dostęp do mięśni leżących nad nerwem wzrokowym. Utrzymuj obszar w stałej wilgoci, używając sterylnego PBS i osuszając go gazikami chirurgicznymi lub patyczkami bawełnianymi.
- Używając ponownie ostrych pęset, usuń cienką tkankę łączną otaczającą mięśnie tylnej części oczodołu (mięsień dźwigacz powieki górnej i mięsień prosty górny) i rozdziel leżące poniżej pęczki mięśniowe. Odsuń mięśnie niezależnie lub razem, używając zakrzywionych ząbkowanych pęset okulistycznych, ponownie ciągnąc wzdłuż włókien mięśniowych. Przymocuj pozostałe odcinki mięśni do retraktora wraz z mięśniami odsuniętymi w krokach 3.8 i 3.9 i przymocuj retraktor taśmą, aby zastosować trakcję. Łącznie do retraktora przymocowanych zostanie 4 mięśnie. Spowoduje to obrócenie oka do przodu i na zewnątrz w celu odsłonięcia zawierającej tłuszcz osłonki otaczającej nerw wzrokowy.
4. Dostęp do nerwu wzrokowego
- Użyj ostrych pęset (Fine tip Dumont), aby pociągnąć do góry tkankę łączną otaczającą osłonkę tłuszczową nerwu wzrokowego. Wykonaj cięcie wzdłużne za pomocą małych sprężynowych nożyczek Vannasa. W razie potrzeby poszerz cięcie. Tłuszcz zawarty w osłonce zacznie wypływać po wykonaniu nacięcia. Następnie usuń płaty tkanki łącznej, ostrożnie pociągając krawędź do góry i odcinając półksiężycowate płaty tkanki.
- Usuń tłuszcz pokrywający nerw wzrokowy, pociągając go pęsetą i jednocześnie odcinając nożyczkami sprężynowymi Vannas. Utrzymuj obszar w czystości, używając sterylnego PBS i gazików chirurgicznych do usuwania niewielkich ilości krwi pojawiających się podczas usuwania tkanki.
- Nerw wzrokowy jest teraz widoczny. Aby uzyskać dostęp do nerwu, należy usunąć otaczającą go osłonkę oponową, nie uszkadzając tętnicy ocznej, która odżywia wewnętrzną warstwę siatkówki. Zbadaj układ naczyniowy osłonki oponowej, delikatnie obracając ją pęsetą. Poszukaj obszaru pozbawionego naczyń krwionośnych, który pozwoli na wykonanie cięcia wzdłużnego w osłonce oponowej.
- Używając pęsety Fine tip Dumont, uciśnij oponę twardą i pociągnij ją do góry. W pobliżu podstawy powstałego trójkątnego klina opony twardej, użyj sprężynowych nożyczek Vannasa, aby wykonać małe nacięcie w osłonce. Wsuń dolne ostrze nożyczek w nacięcie i przetnij osłonkę równolegle do kierunku przebiegu nerwu wzrokowego, uważając, aby nie uszkodzić naczyń krwionośnych cięciami bocznymi. Użyj pęsety i nożyczek, aby odsunąć oponę twardą na obie strony nerwu wzrokowego.
- Jedyną pozostałą osłoną nerwu jest błona pajęczynowa. Jest ona bardzo cienka i przezroczysta. Aby sprawdzić, czy błona jest nadal obecna, użyj ostrych pęset, aby ucisnąć powierzchnię nerwu. Jeśli błona pajęczynowa jest obecna, uciśnij ją i pociągnij do góry, tworząc trójkątny klin tkanki. Wykonaj małe nacięcie końcówką nożyczek, analogicznie do kroku 4.4. Następnie wsuń dolne ostrze nożyczek i wykonaj cięcie wzdłużne w błonie pajęczynowej. Następnie użyj nożyczek i pęsety, aby odsunąć błonę pajęczynową na obie strony nerwu wzrokowego.
- Używając mikrochirurgicznego haczyka, unieś nerw wzrokowy z osłonki oponowej. Przesuń końcówkę haczyka wokół zewnętrznej krawędzi nerwu i upewnij się, że haczyk pozostaje w kontakcie z nerwem, aby nie pochwycić opon mózgowych i nie przeciąć ich przypadkowo. Delikatnie unieś nerw wzrokowy z osłonki oponowej i całkowicie przetnij nerw za punktem podtrzymywanym przez haczyk. Przecięty kikut nerwu wzrokowego będzie teraz miał wolny koniec, co umożliwi usunięcie haczyka.
- Jeśli komórki zwojowe siatkówki (RGCs) mają zostać znakowane retrogradnie w celu ilościowej oceny przeżywalności, umieść mały fragment gąbki żelatynowej nasączonej 3% Fluorogold (lub innym markerem retrogradnym) na przeciętym kikutie nerwu wzrokowego (patrz protokół JoVE 2261).
5. Zamknięcie i rekonwalescencja
- Zwolnij trakcję mięśni pozagałkowych i przywróć oko do pozycji neutralnej. Podczas tej czynności upewnij się, że gelfoam został dociśnięty do oczodołu, aby podczas obracania oka z powrotem na miejsce gelfoam pozostał wokół kikutu nerwu wzrokowego. Przywróć gruczoł łzowy i mięśnie pozagałkowe do ich naturalnych pozycji.
- Przywróć płat skóry do linii środkowej i zaszyj ranę. Nałóż maść oftalmiczną do obu oczu. Następnie wyłącz źródło izofluranu i pozwól zwierzęciu oddychać tlenem przez kilka minut. Umieść zwierzę w ogrzewanej klatce lub w klatce pod lampą grzewczą w celu rekonwalescencji. Nie umieszczaj żadnej ściółki w klatce regeneracyjnej, aby wyeliminować ryzyko aspiracji ściółki podczas wybudzania.
- Po operacji zwierzęta powinny być utrzymywane indywidualnie. Leki przeciwbólowe pooperacyjne należy podawać zgodnie z wytycznymi organów ds. opieki nad zwierzętami, a zwierzęta powinny być uważnie monitorowane po zabiegu.
6. Reprezentatywne wyniki:
Przecięcie nerwu wzrokowego prowadzi do utraty 90% uszkodzonych RGC w ciągu 14 dni po aksonotomii 9-11. Głównym mechanizmem śmierci RGC jest apoptoza 9, 12. Normalna gęstość RGC wynosi około 2500 komórek/mm2. Do wizualizacji wstecznie znakowanych RGC po aksonotomii można wykorzystać obrazowanie epifluorescencyjne lub konfokalne. Apoptoza RGC jest opóźniona o około 4 dni po aksonotomii, co stwarza okno czasowe dla manipulacji eksperymentalnych. W 1. dniu po aksonotomii i wstecznym znakowaniu Fluorogoldem, ciała komórek RGC w warstwie komórek zwojowych siatkówki oraz pęczki aksonów w warstwie włókien nerwowych siatkówki są wyraźnie widoczne podczas obrazowania preparatu w montażu płaskim (Ryc. 1a). Do 14. dnia po aksonotomii większość RGC obumiera, a nieliczne pozostałe komórki RGC są rozproszone pomiędzy mikroglejem siatkówki (Ryc. 1b). Gdy RGC ulegają apoptozie, mikroglej fagocytuje martwe komórki, w wyniku czego zostaje oznakowany transkomórkowo fluorescencyjnym znacznikiem, który służył do znakowania RGC 13, 14. Wygląd znacznika w fagosomach mikrogleju różni się od jego wyglądu w przeżywających RGC. Mikroglej zawiera znacznik w silnie skoncentrowanych i niezwykle jasnych fagosomach, które są stosunkowo duże i rozproszone w całej cytoplazmie (Ryc. 1c). RGC wykazują bardziej rozproszony wzór barwienia (Ryc. 1c) z małymi, punktowatymi pęcherzykami, które zostały przetransportowane wstecznie wzdłuż aksonów i wypełniają cytoplazmę komórki. Pęcherzyki te są znacznie mniejsze i wykazują mniej intensywną fluorescencję, co pozwala odróżnić przeżywające RGC od mikrogleju. Ponadto mikroglej ma znacznie mniejsze ciała komórkowe i wykazuje tendencję do morfologii gwiaździstej lub ameboidalnej, w przeciwieństwie do RGC, które mają stosunkowo duże i zaokrąglone ciała komórkowe. Drzewa dendrytyczne RGC mogą również pomóc w ich odróżnieniu od krótkich, jasnych wypustek mikrogleju podczas kwantyfikacji przeżywalności komórek. Przeżywalność komórek można określić ilościowo w różnych obszarach siatkówki, a gęstość (komórek/mm2) można ekstrapolować z powierzchni odpowiadających mikrofotografii, ponieważ RGC występują w pojedynczej warstwie w obrębie warstwy komórek zwojowych.

Rysunek 1. Mikrofotografie epifluorescencyjne komórek RGC znakowanych Fluorogold po aksonotomii i aplikacji znacznika do kikutu nerwu wzrokowego. (A) 1 dzień po aksonotomii – komórki RGC i ich pęczki aksonalne są znakowane znacznikiem w postaci drobnych punktów. (B) Do 14. dnia po aksonotomii obumarło 90% komórek RGC; widoczna jest również jasna fluorescencja mikrogleju, który fagocytował martwe komórki. (C) Większe powiększenie ilustrujące różnicę między komórkami RGC a mikroglejem (czerwone groty strzałek) w 14. dniu po aksonotomii. Pasek skali na A i B wynosi 50 μm. Pasek skali na C wynosi 25 μm.