Piętnaście lat leczenia neowaskularnego zwyrodnienia plamki żółtej związanego z wiekiem (AMD) za pomocą terapii anty-VEGF pod kierunkiem optycznej koherentnej tomografii (OCT) dostarczyło nowych informacji na temat sekwencji progresji i mikroarchitektury tej powszechnej przyczyny utraty wzroku. Kluczowym odkryciem jest to, że AMD jest trójwymiarową chorobą obejmującą siatkówkę neurosensoryczną, nabłonek barwnikowy siatkówki (RPE) i naczyniówkę. W wyniku obrazowania OCT pacjentów biorących udział w badaniu i innych oczu leczonych pacjentów klinicznych, cechy patologii wykraczające poza te widoczne na kolorowej fotografii dna oka, która jest standardem klinicznym od dziesięcioleci, są obecnie rozpoznawane. Należą do nich neowaskularyzacja śródsiatkówkowa (neowaskularyzacja plamki żółtej typu 31, dawniej proliferacja naczynioruchowa), podsiatkówkowe złogi druzenoidowe (SDD, zwane również siatkowatymi pseudodruzami)2, wiele ścieżek losu RPE3,4, oraz intensywnie glejowe komórki Müllera w atrofii5,6.
Modelowe systemy pozbawione plamek żółtych (komórek i zwierząt) odtwarzają niektóre wycinki tej złożonej choroby7,8,9. Dalsze sukcesy w łagodzeniu obciążenia AMD mogą wynikać z odkrycia i zbadania pierwotnej patologii w ludzkich oczach, zrozumienia unikalnego składu komórkowego plamki żółtej, a następnie translacji do systemów modelowych. Niniejszy raport przedstawia trwającą trzy dekady współpracę między akademickim laboratorium badawczym a bankiem oczu. Cele opisanych w niniejszym dokumencie metod charakterystyki tkanek są dwojakie: 1) informowanie o rozwijającej się technologii diagnostycznej poprzez zademonstrowanie podstaw wyglądu dna oka i źródeł sygnału obrazowania za pomocą mikroskopii oraz 2) klasyfikacja próbek AMD do celowanych (immunohistochemia) i niecelowanych technik odkrywania molekularnego (obrazowanie spektrometrii mas, IMS i transkryptomika przestrzenna), które zachowują dołek tylko stożek oraz bogatą w pręciki para- i peryfoveę. Takie badania mogą przyspieszyć translację na kliniczny OCT, w przypadku którego możliwa jest sekwencja progresji i obserwacja podłużna dzięki śledzeniu wzroku. Ta technologia, która została zaprojektowana do monitorowania efektów leczenia, rejestruje skany z jednej wizyty klinicznej na drugą za pomocą naczyń siatkówki. Powiązanie OCT śledzonego ruchem gałek ocznych z wynikami laboratoryjnymi uzyskanymi za pomocą technik destrukcyjnych może zapewnić nowy poziom wartości prognostycznej dla wyników badań molekularnych.
W 1993 roku laboratorium badawcze wykonało kolorowe zdjęcia pośmiertnego dna oka na kliszy10. Wysiłek ten został zainspirowany znakomitą fotomikroskopią i histologią ludzkiej siatkówki obwodowej przeprowadzoną przez Foosa i współpracowników11,12,13 oraz rozległe korelacje kliniczno-patologiczne AMD przeprowadzone przez Sarks et al.14,15. Począwszy od 2009 r., przyjęto obrazowanie multimodalne ex vivo (MMI) zakotwiczone w domenie spektralnej OCT. To przejście zostało zainspirowane podobnymi wysiłkami innych16,17, a zwłaszcza uświadomieniem sobie, że tak wiele ultrastruktury opisanej przez Sarków było z czasem dostępne w trzech wymiarach w clinic18,19. Celem było pozyskanie oczu z przyczepioną plamką żółtą w rozsądnym czasie w celu przeprowadzenia dobrze zasilanych badań fenotypów na poziomie komórkowym w siatkówce, RPE i naczyniówce. Intencją było wyjście poza statystyki "na oko" do "typu zmiany", standardu, na który wpływ miały koncepcje "wrażliwej płytki nazębnej" z chorób sercowo-naczyniowych20,21.
Protokół w tym raporcie odzwierciedla doświadczenia z prawie 400 parami oczu dawcy pobranych w kilku strumieniach. W latach 2011-2014 powstała strona internetowa projektu MACULA poświęcona histopatologii AMD, która zawiera grubości warstw i adnotacje ze 142 archiwalnych próbek. Oczy te zachowały się w latach 1996-2012 w utrwalaczu aldehydu glutarowego i paraformaldehydu do wysokorozdzielczej histologii żywicy epoksydowej i mikroskopii elektronowej. Wszystkie dno zostało sfotografowane w kolorze po otrzymaniu i zostało ponownie zobrazowane przez OCT tuż przed histologią. Uchwyt na oko pierwotnie zaprojektowany do badań nerwu wzrokowego22 został użyty do umieszczenia stempla tkankowego o pełnej grubości o średnicy 8 mm wyśrodkowanego na dołku środkowym. Skany OCT B przez centrum dołka i miejsce o 2 mm wyższe, odpowiadające histologii na tych samych poziomach, zostały przesłane na stronę internetową, wraz z kolorowym zdjęciem dna oka. Wybór płaszczyzn OCT był podyktowany rozpowszechnieniem patologii AMD w klasie fovea23 oraz widocznością SDD w obszarach bogatych w pręciki, wyższych niż fovea24,25.
Począwszy od 2013 roku, oczy obrazowane za pomocą MMI zakotwiczonego w OCT za życia były dostępne dla bezpośrednich korelacji kliniczno-patologicznych. Większość (7 z 10 dawców) dotyczyła pacjentów w przychodni skierowanej do siatkówki (autor: K.B.F.), która oferowała zaawansowany rejestr dyrektyw dla pacjentów zainteresowanych oddaniem swoich oczu po śmierci do celów badawczych. Oczy zostały odzyskane i zakonserwowane przez lokalny bank oczu, przeniesione do laboratorium i przygotowane w taki sam sposób, jak oczy w ramach Projektu MACULA. Przedśmiertne kliniczne tomy OCT zostały bezproblemowo odczytane w laboratorium, dopasowując w ten sposób cechy patologiczne obserwowane za życia do cech widocznych pod mikroskopem26.
Począwszy od 2014 roku, prospektywne pobieranie oczu rozpoczęło się od badań przesiewowych w kierunku AMD w oczach dawców bez historii klinicznej, ale zachowanych przez określony limit czasu (6 godzin). W tym celu uchwyt na oko został zmodyfikowany tak, aby pomieścić cały globus. Zmniejszyło to szansę na odklejenie się wokół przyciętych krawędzi wcześniej używanego stempla 8 mm. Oczy zakonserwowano w 4% buforowanym paraformaldehydzie do celów immunohistochemicznych i przeniesiono do 1% następnego dnia w celu długotrwałego przechowywania. W latach 2016-2017 (przed pandemią) odzyskano 184 oczy od 90 dawców. Statystyki i obrazy w tym raporcie są generowane na podstawie tej serii. W erze pandemii (lockdowny w 2020 r. i ich następstwa) prospektywne gromadzenie danych na potrzeby transkryptomiki i współpracy IMS było kontynuowane w ograniczonym tempie, zasadniczo przy użyciu metod z 2014 r.
Dostępne są inne metody oceny oka dawcy. System oceniania stanu Minnesota (MGS)27,28 jest oparty na systemie klinicznym AREDS do kolorowej fotografii dna oka29. Do ograniczeń tej metody należy połączenie atroficznego i neowaskularnego AMD w jedno stadium "późnego AMD". Ponadto MGS pociąga za sobą usunięcie siatkówki neurosensorycznej przed fotodokumentacją naczyniówki RPE. Ten krok usuwa SDD w różnym stopniu30,31 i usuwa przestrzenną korespondencję zewnętrznej siatkówki i jej systemu nośnego. W związku z tym wysiłki zmierzające do powiązania zapotrzebowania metabolicznego i sygnalizacji z siatkówki z patologią w naczyniówce RPE mogą być utrudnione. System Utah wdrożył MMI przy użyciu kolorowej fotografii ex vivo i OCT do kategoryzacji oczu przeznaczonych do sekcji na regiony do ekstrakcji RNA i białek32. Chociaż jest to preferowane w przypadku ekstrakcji całej muszli ocznej, obszar o średnicy 3 mm jest najbardziej narażony na progresję AMD33,34 reprezentuje tylko 25% stempla o średnicy 6 mm wyśrodkowanego na dołku. W związku z tym korzystne są techniki, które mogą lokalizować wyniki w odniesieniu do dołka centralnego, takie jak seryjne sekcje immunohistochemiczne.