Summary
Vi demonstrera effekten av skleral tvärbindning med riboflavin och UVA på en axiell förlängning kaninöga. Axiella förlängningen framkallades i 13 dagar gamla Nya Zeeland kaniner (manliga och kvinnliga) genom att sy sina höger öga ögonlock (tarsorrhaphy).
Abstract
Närsynta personer, särskilt de med svår närsynthet, löper större än normal risk för grå starr, glaukom, näthinneavlossning och korioretinala avvikelser. Dessutom är patologisk närsynthet en gemensam irreversibel orsak till synnedsättning och blindhet 1-3. Vår studie visar effekten av skleral tvärbindning med hjälp av riboflavin och ultraviolett-A-strålning på utvecklingen av axiell myopi i en kaninmodell. Den axiella längden av ögongloben mättes genom A-scan ultraljud i vita New Zealand-kaniner i åldern 13 dagar (hane och hona). Ögat gick därefter 360 ° konjunktival peritomy med skleral tvärbindning, följt av tarsorrhaphy. Axiella förlängningen framkallades i 13 dagar gamla Nya Zeeland kaniner genom att sy sina höger öga ögonlock (tarsorrhaphy). Ögonen delades in i kvadranter, och varje kvadrant hade två sklerala bestrålningszoner, var och en med en yta på 0,2 cm och en radie av 4 mm. Tvärbindning utfördes genom att droppa 0,1%dextran-fritt riboflavin-5-fosfat på bestrålningszoner 20 sek före ultraviolett-A-strålning och varje 20 sekund under 200 sek bestrålningstid. UVA-strålning (370 nm) anbringades vinkelrätt mot sklera vid 57 mW / cm ^ (total UVA ljusdosen, 57 J / cm ^). Tarsorrhaphies avlägsnades på dag 55, följt av upprepade mätningar axiella längden. Denna studie visar att skleral tvärbindning med riboflavin och ultraviolett-A-strålning förhindrar effektivt ocklusion-inducerad axiell förlängning i en kaninmodell.
Introduction
Myopi är den vanligaste av de refraktiva störningar. Förekomsten av närsynthet i USA och Europa rapporteras vara runt 30%, och i asiatiska länder drabbar upp till 60% av den allmänna befolkningen 1,2. Närsynt progression förekommer i upp till 50% av närsynta, vanligen med en hastighet på cirka -0,5 dioptrier under en tvåårsintervall 3. Hälso kostnader till följd av närsynthet är betydande, inklusive kostnader för glasögon, kontaktlinser och refraktiv kirurgi och kostnader relaterade till den ökade risken för glaukom, katarakt, näthinneavlossning och synnedsättning 4-6 hälsa.
I djurstudier av närsynthet, är synen minskning induceras av ögonlockssuturering 7-10, placering av en tillslutning på ett kort avstånd från ögat och hornhinnan tatuering 11. Men för artificiell närsynthet förekommer i dessa studier har ocklusion process som ska utföras på mycket unga djur, eftersom inga syn brist experiment Carrerat på vuxna exemplar har visat sig vara framgångsrik.
En av de viktiga funktionerna i svår närsynthet är en patologisk förändring av sklera med progressiv förtunning av sklera, förmodligen på grund av en störd återkopplingsmekanism av emmetropization efter visuell deprivation 12 eller på grund av någon metabolisk störning av sklera, såsom i Ehlers- Danlos syndrom 13. I slutändan båda mekanismerna leder till sträckning och gallring av sklera, näthinnan och åderhinnan på grund av strukturella avvikelser i närsynta sklera såsom minskad kollagenfiberdiameter 14,15 och störningar i fibrillogenes 16.
Flera studier har visat att nedsatt kollagentvärbindning är en viktig faktor i försvagningen processen enligt närsynta sklera 17-18. Al. Wollensak et 19-21 inducerad kollagentvärbindning genom att tillämpa fotosensibiliseraren riboflavin och ultraviolett-A (UVA) strålning (370 nm)och noterade en betydande, 157% ökning av styvheten svin och mänsklig sklera in vitro 19 och en ökning 465% i kanin skleral styvhet in vivo (Youngs modul) 20. Tvärbindning hade också en långsiktig effekt på kanin sklera in vivo: styvhet ökade med 320,4% efter 3 dagar, 277,6% efter 4 månader, och 502% efter 8 månader (Youngs modul) 22.
Terapeutiska försök att gripa närsynt progression har publicerats 23-26 men framgången för dessa metoder är kontroversiell. Inga effektiva medel för att förhindra progressiv myopi har hittat hittills.
Orsaken till närsynthet är fortfarande kontroversiell, och dess behandling innebär en utmaning. På grundval av dessa resultat, är det en hypotes att skleral tvärbindning kan tjäna som ett medel för sklera baserad behandling av närsynt progression. Syftet med denna studie är att undersöka den sklerala kollagen crosslinking effekt på utvecklingen av axiella närsynthet inducerad genom visuell axel ocklusion.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Djuren behandlades i enlighet med ARVO resolution om användning av djur i forskning. Studieprotokollet godkändes av den institutionella kommittén för försöksdjurs Research (godkännande nr 022-4598-2,. 021.211).
1. Förberedelse för kirurgi # 1
- Väg och söva en 13 dagar gammal Nya Zeeland vit kanin med en intramuskulär injektion av ketamin hydroklorid 100 mg / ml (100 mg / kg) och Xylazinhydroklorid 25 mg / ml (12,5 mg / kg). Dessa doser används på grund av att längden av den kirurgiska proceduren. Garantera lämplig nivå av anestesi av bristen av en smärta reflex.
- Med en steril bomullspinne, applicera en liten mängd oftalmisk salva till den icke-opererade ögat för att förhindra att hornhinnan från att torka ut. Applicera 0,9% normal koksaltlösning droppar på det opererade ögat hornhinnan under operationen för att förhindra att hornhinnor från att torka ut.
- Utföra tre mätningar axiell längd i varje öga efter topisk anestesi (oxybuprocaine-hydroklorid 0,4%) med hjälp av en ultraljuds A-scanner och sedan genomsnitt mätningarna. Applicera sonden vinkelrätt mot den centrala hornhinnan.
2. Kirurgi # 1 - Pre tvärbindnings Steg
- Användning av kirurgiska ögon pincett och sax under en ögonoperationsmikroskop, göra en 360 ° konjunktival peritomy med kirurgiska ögon pincett och sax.
- Använda en vinklad pincett eller en muskel krok identifierar de fyra extraocular rectus muskler och isolera dem med en 2-0 flätad siden icke-nålade suturer.
OBS: siden suturer kommer att bidra med att flytta hela världen i önskad riktning. Ögongloben är uppdelad i kvadranter mellan de fyra rectus musklerna (fyra kvadranter).- Mark med en hud markör två zoner i varje kvadrant, en vid ekvatorial sklera och en vid den bakre sklera. Dessa är de bestrålningszoner.
- Förbered en 3 ml till 5 ml spruta innehållande 0,1% dextran-fritt riboflavin-5-Phosphate. Anslut sprutan till en 26 G lacrimal kanyl eller 25 G avsmalnande hydrodelineator.
- Förbered strålningsanordning som innefattar en UV A (370 nm) ljuskälla är ansluten till en fasad ner skräddarsydd fiberoptik. Efter mätning av energi makt och kalibrering (se OBS! Nedan), ställa in enheten på 57 mW / cm.
OBS: Kalibrering utfördes kommersiellt av tillverkaren. Denna metod ger en total UVA-ljus dos av 57 J / cm. (57 mW / cm 2 på 0,2 cm 2 är 11,4 mW / 0,2 cm 2 med 11,4 mW / 0,2 cm 2 för 200 sek en kumulativ belastning på 2,2 J per 0,2 cm 2 spot)
3. Kirurgi # 1 - tvärbindning
- Flytta ögongloben genom att dra de silkessuturer i den motsatta riktningen av den valda kvadranten, som skall behandlas (t.ex., Dra upp och nasal vid behandling den nedre temporala kvadranten). Utför ögonglobrörelse med hjälp av en 2-0 flätad siden icke-nålade sutur som jagsolates varje rektusmuskeln.
- Applicera fotosensibilisator lösning innehållande 0,1% dextran-fritt riboflavin-5-fosfat på bestrålningszonen 20 sek före bestrålning börjar.
- Bestråla bestrålning zon med en fasad ner skräddarsydd fiberoptik för en bestrålning period av 200 sek. Mät ytan för varje zon som 0,2 cm ^ med en radie av 4 mm.
- Applicera fotosensibilisator lösning innehållande 0,1% dextran-fritt riboflavin-5-fosfat på bestrålningszonen varje 20 sekund under 200 sek bestrålning perioden.
OBS: Utför bestrålning och avskaffandet av riboflavin samtidigt av två kirurger. - Upprepa steg 3,1-3,4 för vart och ett av de fyra ögongloben kvadranter.
4. Kirurgi # 1 - Post tvärbindnings Steg
- Raka pälsen runt ögat. Trimma locket marginaler med hjälp av kirurgiska ögon sax och sedan försiktigt sutur övre och nedre ögonlocken med hjälp av 4-0 flätad siden elfenben färg - 3/8 cirkel revers Skär-13 mm längd C-3 nål (tarsorrhaphy). Applicera en liten mängd av oftalmologiska salva på locket marginal i slutet av förfarandet (kloramfenikol 5%).
5. Kirurgi # 1 - Postoperativ vård
- Håll djur under en värmelampa under återhämtning. Lämna inte ett djur utan tillsyn tills den har återfått tillräcklig medvetenhet för att upprätthålla sternala VILA.
- Placera djuret i en ren bur med nya sängkläder tills den är helt återställd. Efter återhämtning, kommer djuret att återföras till djuret rummet. Tillbaka djuret till sin mor endast i vaket tillstånd.
- Under den första 48 h, undersöka djuren om allmäntillstånd och tecken på sjukdom eller infektion. Administrera smärtlindring enligt avsnitt 1. Administrera smärtlindring som behövs om en förändring i kanin beteende observeras. (Metamizol droppar 50 mg / kg var 6 h).
6. Kirurgi # 2
- Femtio-fem dagar efter surgery # 1, väga och söva kaninen med en intramuskulär injektion av ketamin hydroklorid 100 mg / ml (100 mg / kg) och xylazin hydroklorid 25 mg / ml (12,5 mg / kg).
- Användning av kirurgiska ögon sax under en ögonoperationsmikroskop, ta bort tarsorrhaphy. Utföra tre mätningar axiella längden på varje öga efter topisk anestesi (oxibuprokainhydroklorid 0,4%) med användning av en ultraljuds A-scanner och sedan genomsnittliga mätningarna. Applicera sonden vinkelrätt mot den centrala hornhinnan.
- Avliva kaniner med intraperitoneal fenobarbital natrium (200 mg / 1,5 kg kroppsvikt).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Figurerna 1 och 2 grafiskt visar den axiella längden mätningar av två grupper. Grupp 1 kaniner genomgick skleral tvärbindning och tarsorrhaphy på höger öga medan det vänstra ögat inte opererades (Figur 1). Grupp 2 kaniner genomgick endast peritomy och tarsorrhaphy på höger öga medan det vänstra ögat inte opererades (Figur 2).
I grupp 1, som genomgick skleral tvärbindning och tarsorrhaphy, medel axiella längd i det högra ögat mätt 10,68 ± 0,74 mm före ögonlocks sutur och 14.29 ± 0,3 mm 55 dagar senare, för en genomsnittlig skillnad på 3,61 ± 0,76 mm. Motsvarande värden i oanvänd / unsutured vänster öga var 10,70 ± 0,79 mm och 15,14 ± 0,32 mm, för en genomsnittlig skillnad på 4,44 ± 0,81 mm (Figur 1). Jämförelse av de axiella längderna av sutureoch unsutured ögon i slutet av ocklusion fasen visade en mindre nettoökning i suture ögonen.
I grupp 2, som genomgick endast peritomy och tarsorrhaphies, menar axiella längd i det högra ögat mätt 10,50 ± 0,67 mm före ögonlocks sutur och 15,69 ± 0,39 mm 55 dagar senare, för en genomsnittlig skillnad på 5,19 ± 0,85 mm. Motsvarande värden i oanvänd / unsutured vänster öga var 10,54 ± 0,71 mm och 14,74 ± 0,38 mm, för en genomsnittlig skillnad på 4,20 ± 0,67 mm (Figur 2). Jämförelse av de axiella längderna hos de suturerade och unsutured ögon vid slutet av ocklusionen fasen avslöjade en större nettoökning av de suturerade ögonen.
Jämförelse av den genomsnittliga förändringen i axiell längd av de högra ögonen mellan grupp 2 (5,19 ± 0,85 mm) och grupp 1 (3,61 ± 0,76 mm) gav en signifikant lägre värde vid slutet av ocklusion phase (55 dagar) i ögonen som genomgick tvärbindningsförfarandet (p <0,001, icke parametrisk Mann-Whitney-test). Den mellan grupperna skillnad i genomsnittlig axiell längd i de vänstra ögonen (4,20 ± 0,67 mm vs. 4,44 ± 0,81 mm) var inte statistiskt signifikant (p = 0,39, Mann-Whitney icke-parametriskt test).
Figur 1. Höger öga axiella mätningar före och efter skleral tvärbindning och tarsorrhaphy vs vänster öga axiella mätningar. Den genomsnittliga axiella längden av det högra ögat innan skleral tvärbindning och tarsorrhaphy (RE start) och efter avlägsnande av tarsorrhaphy 55 dagar senare (RE slutet). Medelvärdet axiella längden av det vänstra ögat vid baslinjen (LE start) och 55 dagar senare (LE slutet). Det vänstra ögat var inte opereras och lämnades öppen. Felstaplarna indikerar standardfel av medelvärdet. (Re-tryckt med permission från referens 27). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2. Höger öga axiella mätningar före och efter tarsorrhaphy vs vänster öga axiella mätningar. Den genomsnittliga axiella längden av det högra ögat innan tarsorrhaphy (RE start) och efter avlägsnande av tarsorrhaphy 55 dagar senare (RE slutet). Medelvärdet för den axiella längden på det vänstra ögat vid baslinjen (LE start) och 55 dagar senare (LE änden) .Den vänstra ögat var inte drivs på och lämnades öppen. Felstaplarna indikerar standardfel av medelvärdet. (Re-tryckt med tillstånd från referens 27). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Vi presenterar den första in vivo-studie av förebyggande av axiella närsynthet i en kaninmodell med hjälp av tvärbindningsteknik med riboflavin och UVA-strålning. Även olika försöksdjur kan användas i denna typ av studie, valde vi kaniner främst på grund av storleken på ögonen och behovet av att utföra tvärbindning på den sklerala ytan.
Vi fann att utsätta kaninen sklera och suturering övre och undre ögonlocket för att vara utmanande förfaranden. Vi rekommenderar att trimma lock marginaler och använda suturer som nämns i våra protokoll för att säkerställa att ögonlocken är ordentligt stängd för den angivna tidsperioden utan behov av korrigeringar.
En viktig sak att tänka på är att det är nödvändigt att kalibrera strålningsanordningen och den fiberoptiska för effektbehovet energi.
H & E histologiska diabilder visade inga toxiska förändringar i näthinnan på ögon som genomgick tvärbindningsförfarande. bör utföras ytterligare undersökningar för att ta itu med den potentiella toxiciteten av riboflavin och UVA-strålning på näthinnan, åderhinnan och sklera, med fokus på läge, mängden energi och exponeringstiden.
Flera begränsningar av denna studie motiverar övervägande. Endast pre- och postoperativa axiella längder mättes. Den axiella längden av ögongloben mättes genom A-scan ultraljud. Vi inte utvärdera biometriska egenskaper, brytnings analys eller biomekaniska egenskaperna hos sklera.
Sammantaget tror vi att effekten av skleral tvärbindning med riboflavin och UVA på den axiella förlängningen av kaninögon kommer att ha en positiv inverkan på närsynthet forskning.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna förklarar att de inte har några konkurrerande ekonomiska intressen.
Acknowledgments
Författarna är tacksamma Ms Dalia Sela och Mr. Emi Sharon för deras professionella och utmärkta tekniska arbetet i laboratoriet.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2-0 braided silk non-needled sutures | ETHICON | W193 | |
| 4-0 braided silk ivory color | ETHICON | W816 | |
| 0.1% dextran-free riboflavin-5-phosphate 1 mg:1 ml | Concept for Pharmacy Ltd | D2-5025 | |
| UV A (370 nm) light source | O/E LAND Inc | NCSU033B | |
| Beveled down custom made fiber optic | Prizmatix Ltd | ||
| 26 G lacrimal cannula | Beaver-visitec International Ltd. | REF581276 | |
| 25 G tapered hydrodelineator [Blumenthal] | Beaver-visitec International Ltd. | REF585107 | |
| 13 days old rabbits | Harlan | 1NZWR40 | |
| Ultrasonic biometer | Allergan-Humphrey | 820-519 | |
| Skin marker | Devon | 4237101664X |
References
- McBrien, N. A., Gentle, A. Role of the sclera in the development and pathological complications of myopia. Prog. Retin. Eye Res. 22, 307-338 (2003).
- Saw, S. M., Gazzard, G., Au Eong, K. -G., Tan, D. T. H. Myopia: attempts to arrest progression. Br. J. Ophthalmol. 86, 1306-1311 (2002).
- Bullimore, M. A., Jones, L. A., Moeschberger, M. L., Zadnik, K., Payor, R. E. A retrospective study of myopia progression in adult contact lens wearers. Invest Ophthalmol Vis Sci. 43, 2110-2113 (2002).
- Rose, K., Smith, W. E., Morgan, I., Mitchell, P. The increasing prevalence of myopia: implications for Australia. Clin. Exp. Ophthalmol. 29, 116-120 (2001).
- Saw, S. M., Gazzard, G., Shih-Yen, E. C., Chua, W. H. Myopia and associated pathological complications. Ophthal. Physiol. Opt. 25, 381-391 (2005).
- Tano, Y. Pathologic myopia - where are we now. Am. J. Ophthalmol. 134, 645-660 (2002).
- Greene, P. R., Guyton, D. L. Time course of rhesus lid-suture myopia. Exp. Eye Res. 42, 529-534 (1986).
- McBrien, N. A., Norton, T. T. The development of experimental myopia and ocular component dimensions in monocularly lid-sutured tree shrews (Tupaia belangeri). Vision Res. 32, 843-852 (1992).
- McKanna, J. A., Casagrande, V. A. Reduced lens development in lid-suture myopia. Exp. Eye Res. 26, 715-723 (1978).
- Shapiro, A. Experimental visual deprivation and myopia. Doc. Ophthalmol. Proc. Ser. 28, 193-195 (1981).
- Wiesel, T. N., Raviola, E. Increase in axial length of the macaque monkey eye after corneal opacification. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 18, 1232-1236 (1979).
- Weiss, A. H. Unilateral high myopia: optical components, associated factors and visual outcomes. Br J Ophthalmol. 87, 1025-1031 (2003).
- Mechanic, G. Crosslinking of collagen in a heritable disorder of connective tissue: Ehlers-Danlos syndrome. Biochem. Biophys. Res. Com. 47, 267-272 (1972).
- Curtin, B. J., Iwamoto, T., Renaldo, D. P. Normal and staphylomatous sclera of high myopia. An electron microscopic study. Arch. Ophthalmol. 97, 912-915 (1979).
- Liu, K. R., Chen, M. S., Ko, L. S. Electron microscopic studies of the scleral collagen fibre in excessively high myopia. J. Formosan Med. Assoc. 85, 1032-1038 (1986).
- Funata, M., Tokoro, T. Scleral change in experimentally myopic monkeys. Graefes Arch. Clin. Exp. Ophthalmol. 228, 174-179 (1990).
- McBrien, N. A., Norton, T. T. Prevention of collagen cross-linking increases form deprivation myopia in tree shrew. Exp. Eye Res. 59, 475-486 (1994).
- Iomdina, E. N., Daragan, V. A., Ilyina, E. E. Certain biomechanical properties and cross linking of the scleral shell of the eye in progressive myopia. Proceedings of XIVth Congress on Biomechanics. Paris: International Society of Biomechanics. , 616-617 (1993).
- Wollensak, G., Spörl, E., Seiler, T. Riboflavin / ultraviolet-A-induced collagen crosslinking for the treatment of keratoconus. Am. J. Ophthalmol. 135, 620-627 (2003).
- Wollensak, G., Spörl, E. Collagencrosslinking of human and porcine sclera. J. Cataract Refract. Surg. 30, 689-695 (2004).
- Wollensak, G., Iomdina, E., Dittert, D. -D., Salamatina, O., Stoltenburg, G. Cross-linking of scleral collagen in the rabbit using riboflavin and UVA. Acta Ophthalmol. Scand. 83, 477-482 (2005).
- Wollensak, G., Iomdina, E. Long-term biomechanical properties of rabbit sclera after collagen crosslinking using riboflavin and ultraviolet (UVA). Acta Ophthalmol. 87, 193-198 (2009).
- Wildsoet, C. F., Norton, T. T.
- Avetisov, E. S., Tarutta, E. P., Iomdina, E. N., Vinetskaya, M. I., Andreyeva, M. I. Nonsurgical and surgical methods of sclera reinforcement in progressive myopia. Acta Ophthalmol. Scand. 75, 618-623 (1997).
- Thompson, F. B. A simplified sclera reinforcement technique. Am. J. Ophthalmol. 86, 782-790 (1978).
- Whitmore, W. G., Curtin, B. J. Scleral reinforcement: two case reports. Ophthalmic Surg. 18, 503-505 (1987).
- Dotan, A., Kremer, I., Livnat, T., Zigler, A., Weinberger, D., Bourla, D. Scleral cross-linking using riboflavin and ultraviolet-A radiation for prevention of progressive myopia in a rabbit model. Exp Eye Res. 127, 190-195 (2014).
