Rogówka
Rogówka jest przezroczystą, beznaczyniową strukturą pokrywającą przednią powierzchnię oka, która załamuje światło, aby umożliwić widzenie i chroni wnętrze oka przed uszkodzeniem. Ponieważ rogówka jest narażona na działanie środowiska, jest podatna na uszkodzenia zarówno z przyczyn mechanicznych (zadrapania), jak i z powodu infekcji. Uraz rogówki u zdrowego pacjenta zwykle goi się w ciągu 1-3 dni. Jednak u pacjentów z chorobami podstawowymi, takimi jak niedobór rąbków komórek macierzystych i cukrzyca typu II, proces gojenia się ran rogówki może być znacznie wydłużony1. Ponieważ rogówka jest silnie unerwiona, te niegojące się owrzodzenia rogówki i nawracające nadżerki rogówki są bardzo bolesne i znacznie obniżają jakość życia pacjentów, którzy ich doświadczają1.
Sygnalizacja komórkowa
Kiedy zdrowa rogówka zostaje uszkodzona, zdarzenia sygnalizacji wapniowej w komórkach sąsiadujących z raną poprzedzają i skłaniają komórki do łożyska rany, gdzie zamykają uraz bez ryzyka bliznowacenia2,3. Te zdarzenia sygnalizacyjne zostały dobrze scharakteryzowane w modelach hodowli komórek nabłonka rogówki przy użyciu obrazowania żywych komórek2. Wstępne eksperymenty wykazały znacznie większą sygnalizację wapnia po urazie w komórkach niecukrzycowych w porównaniu z komórkami cukrzycowymi. Jednak scharakteryzowanie zdarzeń sygnalizacji komórkowej w globach ex vivo okazało się wyzwaniem technicznym.
Obrazowanie żywych komórek
Wcześniejsze badania z powodzeniem zarejestrowały zdarzenia sygnalizacji wapniowej z modeli hodowli komórkowych in vitro gojenia się ran rogówki4,5,6. Opracowanie metodologii tworzenia wysokiej jakości obrazów tych zdarzeń sygnalizacyjnych w tkance ex vivo jest bardzo interesujące, ponieważ umożliwiłoby badanie tych zdarzeń w bardziej złożonym i realistycznym systemie. Poprzednie podejścia obejmowały wypreparowanie rogówki, a następnie unieruchomienie w żelu PEG indukowanym promieniowaniem UV7,8,9. Unieruchomienie jest niezbędnym, ale trudnym krokiem podczas pracy z żywą tkanką, ponieważ musi ona pozostać żywotna i nawodniona przez cały czas trwania eksperymentu. Ponadto unieruchomienie nie może uszkodzić tkanki. Podczas gdy roztwór PEG unieruchomiał tkankę, rozdzielczość i jakość wytwarzanych obrazów nie były spójne. Dlatego opracowano uchwyty drukowane w 3D, aby unieruchomić nienaruszone kule w celu uzyskania obrazów o wyższej jakości przy mniejszym ryzyku uszkodzenia tkanek.
Podejście
Unikalny uchwyt wydrukowany w 3D został opracowany w celu unieruchomienia nienaruszonych kul ex vivo w celu obrazowania żywych komórek. Uchwyt ten zapobiega uszkodzeniom z dwóch głównych źródeł: pozwala na obrazowanie wyłuszczonej kuli bez konieczności preparowania rogówki i eliminuje ekspozycję na światło UV. Bez tych źródeł uszkodzeń uzyskane obrazy dokładniej reprezentowały reakcję na zadrapania wykonane eksperymentalnie. Co więcej, wydrukowany w 3D uchwyt został skalibrowany do dokładnych wymiarów mysiego oka. Zapewniło to znacznie lepsze dopasowanie niż unieruchomienie w roztworze PEG, prowadząc do wyższej jakości obrazu przy obiektywach o mniejszej mocy ze względu na zmniejszony ruch tkanki. Listwa pokrywy przymocowana do górnej części uchwytu zapewnia, że kula pozostaje nieruchoma przez cały czas trwania eksperymentu i że nie dochodzi do przemieszczenia kuli po zastosowaniu pożywki wzrostowej w celu utrzymania nawodnienia i żywotności. Możliwość wydrukowania uchwytu na precyzyjne wymiary pozwala nam również na wygenerowanie optymalnego dopasowania dla mysich oczu o różnych rozmiarach ze względu na wiek lub stan choroby. Technologia ta może być szerzej stosowana do opracowywania uchwytów do oczu różnych gatunków w oparciu o ich wymiary.