Przedstawiamy protokół użycia światłowodowej konfokalnej laserowej mikroendoskopii (CLM) do nieinwazyjnego badania czasoprzestrzennego rozkładu liposomów w oku po wstrzyknięciu podspojówkowym.
Artykuł metodologiczny
Przedstawiamy protokół użycia światłowodowej konfokalnej laserowej mikroendoskopii (CLM) do nieinwazyjnego badania czasoprzestrzennego rozkładu liposomów w oku po wstrzyknięciu podspojówkowym.
Wstrzyknięcie podspojówkowe jest atrakcyjną drogą podawania leków ocznych ze względu na łatwy dostęp przeztwardówkowy, który omija bariery przednie oka, takie jak rogówka i spojówka. Chociaż efekty terapeutyczne i farmakokinetyka leków po wstrzyknięciu podspojówkowym zostały opisane w niektórych badaniach, bardzo niewiele z nich ocenia dystrybucję leków do oczu lub systemy dostarczania leków (DDS). To ostatnie ma kluczowe znaczenie dla optymalizacji konstrukcji wewnątrzgałkowej DDS i biodostępności leku w celu osiągnięcia pożądanej lokalizacji oka i czasu działania (np. ostry vs. przedłużony). Badanie to ustanawia zastosowanie światłowodowej konfokalnej mikroendoskopii laserowej (CLM) do jakościowego badania rozkładu oczu liposomów fluorescencyjnych w czasie rzeczywistym u żywych myszy po wstrzyknięciu podspojówkowym. Przeznaczony do wizualnej kontroli tkanek in vivo na poziomie mikroskopowym, jest to również pierwszy pełny opis metody obrazowania CLM do badania czasoprzestrzennego rozmieszczenia iniekcji w oku po wstrzyknięciu podspojówkowym.
Oczyszczanie krwi, dystrybucja tkanek i docelowe zaawansowanie leków w żywych systemach są filarami zrozumienia rozmieszczenia leków in vivo. W przedklinicznych modelach zwierzęcych parametry te są zwykle oceniane poprzez częste pobieranie próbek krwi i tkanek w określonych punktach czasowych po podaniu leku. Jednak procedury te są na ogół inwazyjne, często obejmują pomiary niezwiązane z przeżywalnością i wymagają dużych kohort zwierząt do statystycznego zasilania. Może to wiązać się z dodatkowymi kosztami i czasem, a także z obawami etycznymi związanymi z nadmiernym wykorzystywaniem zwierząt. W rezultacie, nieinwazyjne obrazowanie szybko staje się integralnym krokiem w badaniach nad biodystrybucją. Konfokalna mikroendoskopia laserowa (CLM1,2) doskonale nadaje się do zastosowań okulistycznych do nieinwazyjnego obrazowania czasoprzestrzennego rozkładu środków terapeutycznych w oczach żywych zwierząt z wysoką czułością i wysoką rozdzielczością1,3,4.
CLM ma potencjał, aby ułatwić solidne badania przesiewowe systemów dostarczania leków do oczu (DDS), takich jak liposomy, przed kompleksową kwantyfikacją DDS i biodostępnością leków. Liposomy są atrakcyjne ze względu na swoją elastyczność w dostosowywaniu swoich właściwości fizykochemicznych i biofizycznych5,6,7,8,9,10,11 do hermetyzacji szerokiej gamy ładunków terapeutycznych i kontrolowania miejsca uwalniania leku i czasu działania. Liposomy były używane w zastosowaniach okulistycznych do dostarczania dużych cząsteczek, takich jak przeciwciało monoklonalne bewacyzumab12, oraz małych cząsteczek, takich jak cyclosporine13 i ganciclovir14. Liposomy obciążone lekami mają dłuższe biologiczne okresy półtrwania i przedłużone efekty terapeutyczne w porównaniu z nieliposomalnymi preparatami "wolnych leków". Jednak dystrybucja leku w tkance oka jest zwykle ekstrapolowana na podstawie stężeń leku w płynnych składnikach oka (tj. krwi, cieczy wodnistej i ciele szklistym15,16,17). Ponieważ początkowy los in vivo załadowanego ładunku leku jest określany przez właściwości samego nanonośnika, obrazowanie CLM liposomów fluorescencyjnych może służyć jako substytut leku w celu ujawnienia czasu ukierunkowania tkankowego i czasu przebywania w tkankach in situ. Co więcej, wizualne dowody dostarczania z CLM mogą sterować ponownym projektowaniem DDS, oceniać korzyści terapeutyczne leku, a być może nawet przewidywać niepożądane zdarzenia biologiczne (np. toksyczność tkankową spowodowaną niepożądaną lokalizacją DDS przez dłuższy czas).
Tutaj szczegółowo opisano procedurę krok po kroku, jak badać biodystrybucję liposomów w oku u żywych myszy za pomocą dwupasmowego systemu CLM. Ten specyficzny system CLM może wykrywać dwukolorową fluorescencję (za pomocą zielonych i czerwonych laserów wzbudzających o długości fali 488 nm i 660 nm) w czasie rzeczywistym, z częstotliwością 8 klatek/s. Poprzez fizyczne umieszczenie sondy detekcyjnej na oku, protokół demonstruje akwizycję obrazu i analizę liposomów zielonofluorescencyjnych po podaniu podspojówkowym myszom, którym wstępnie wstrzyknięto dożylnie (IV) 2% barwnik Evans Blue (EB). Barwnik EB pomaga uwidocznić unaczynione struktury w kanale czerwonej fluorescencji. Pokazujemy reprezentatywne wyniki badania oceniającego neutralne liposomy 100 nm złożone z fosfolipidu POPC (tj. 1-palmitoilo-2-oleoilo-glicero-3-fosfocholiny) i domieszkowane fosfolipidem Fl-DHPE znakowanym fluoresceiną (tj. N-(fluoresceiną-5-tiokarbamoilo)-1,2-dihexa-dekanoilosn-glicero-3-fosfoetanoloaminą) w stosunku 95% POPC: 5% Fl-DHPE (Rysunek 1B). CLM jest w stanie wychwycić zielone liposomy znakowane fluoresceiną w rozdzielczości osiowej 15 μm i bocznej 3,30 μm poprzez wyznaczenie granic tkanki oka zabarwionej EB.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie opisane tutaj metody zostały zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki nad Zwierzętami i Użytkowania (IACUC) w SingHealth (Singapur). Samice myszy C57BL/6 J (w wieku 6-8 tygodni; 18-20 g) uzyskano z InVivos w Singapurze i umieszczono w wiwarium o kontrolowanej temperaturze i świetle w Duke-NUS Medical School w Singapurze. Zwierzęta były leczone zgodnie z wytycznymi Stowarzyszenia Badań nad Wzrokiem i Okulistyką (ARVO) dotyczącym wykorzystywania zwierząt w badaniach okulistycznych i wzrokowych.
UWAGA: Schemat blokowy przedstawiający główne procedury jest pokazany w Rysunek 2.
1. Przygotowanie środków kontrastowych: Evans Blue (EB) i liposomów
2. Podawanie EB i liposomów żywym myszom
3. Konfiguracja CLM
4. Obrazowanie na żywo oczu myszy za pomocą CLM i akwizycji
5. Analiza obrazu
6. Ocena histologiczna
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół demonstruje użyteczność CLM do oceny czasoprzestrzennego rozkładu ocznego liposomów zielonej fluorescencji podawanych przez wstrzyknięcie podspojówkowe. Aby wykorzystać zdolność dwukolorową (długości fal wzbudzenia 488 nm i 660 nm) systemu CLM, neutralne liposomy POPC o długości 100 nm do wstrzyknięcia domieszkowano 5% Fl-DHPE (dane dotyczące składu i charakterystyki są pokazane w Rysunek 1B), a EB wstrzyknięto IV w celu identyfikacji punktów orientacyjnych w oku. Obecność cienkiej warstwy na...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Jak pokazują wyniki, CLM zapewnia prostą i wykonalną metodę obrazowania rozmieszczenia liposomów w oku w oku. Wcześniej zademonstrowaliśmy zastosowanie CLM do scharakteryzowania lokalizacji różnych preparatów liposomalnych w oku myszy w czasie1. W przypadku zastosowań nieinwazyjnych CLM umożliwia obrazowanie w czasie rzeczywistym przedniej powierzchni oka w celu uzyskania wglądu w to, jak liposomy są rozmieszczone w oku tego samego zwierzęcia. To sprawia, że CLM nadaje się do wstępnego badania prz...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
To badanie zostało sfinansowane przez grant NTU-Northwestern Institute for Nanomedicine (NNIN) przyznany (SV) oraz częściowo przez Singapore National Research Foundation Grant AG/CIV/GC70-C/NRF/2013/2 oraz Singapore's Health and Biomedical Sciences (HBMS) Industry Alignment Fund Pre-Positioning (IAF-PP) grant H18/01/a0/018 administrowany przez Agencję ds. Nauki, Technologii i Badań (A*STAR) (dla AMC). Podziękowania dla członków z Duke-NUS Laboratory for Translational and Molecular Imaging (LTMI) za ułatwienie logistyki i realizacji badań oraz szkoleń na sprzęcie. Specjalne podziękowania dla Pani Wisny Novera za pomoc redakcyjną.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 0,08 &mikro; m filtr poliwęglanowy | Whatman, USA | 110604 | |
| 0,22 & mikro; m filtr strzykawkowy | Fisherbrand, Irlandia | 09-720-3 | |
| 0,5% Sterylny roztwór okulistyczny chlorowodorku proksymetakainy | Alcon, Singapur | ||
| 10 &; L Szklana strzykawka | Hamilton, USA | 65460-06 | |
| 1-palmitoilo-2-oleoilo-sn-glicero-3-fosfocholina (POPC) | Avanti, USA | 850457 | |
| Igła 32 G (Hamilton, 0,5" PT4) | Hamilton, USA | 7803-04 | |
| Regulator temperatury zwierząt z płytą grzewczą (15 cm x 20 cm) | WPI, USA | ATC 2000 & 61800 | |
| Cellvizio Dual Band, sonda S1500 i Quantikit (zestaw kalibracyjny w kroku 3.5) | Mauna Kea Technologies, Francja | Średnica końcówki: 1,5 mm, pole widzenia: 600 µ m x 500 &mikro; m, rozdzielczość osiowa: 15 &mikro; m, rozdzielczość boczna: 3,3 i mikro; m | |
| Chloroform | Sigma Aldrich, Stany Zjednoczone | 472476 | |
| Dumont Pęseta #5, Dumostar | WPI, USA | 500233 | 11 cm, prosta, 0,1 mm x 0,06 mm Końcówki |
| Evans Blue | Sigma Aldrich, USA | E2129 | |
| Kwas fusydowy krople do oczu | LEO Pharma, Dania | ||
| ImageJ | Narodowe Instytuty Zdrowia, USA | https://imagej.nih.gov/ij/ | |
| Isoflurane | Piramal, Stany Zjednoczone | ||
| Malvern Zetasizer Nano ZS | Malvern Panalytical, Wielka Brytania | ||
| Metanol | Sigma Aldrich, Stany Zjednoczone | 179337 | |
| Mini ekstruder | Avanti, USA | 610020 | |
| N-(fluoresceina-5-tiokarbamoilo)-1,2-dihexadecanoylsn-glycero-3-fosfoetanoloamina (sól trietyloamonowa) (FL-DHPE) | Invitrogen, USA | F362 | |
| Sól fizjologiczna buforowana fosforanem | Gibco, USA | 10010023 | |
| System stereomikroskopowy z uchwytem stołowym | Olympus, Tokio, Japonia | SZ51 i SZ2-STU3 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie