Summary
Apresentamos um método eficiente de estudar Alojamento lente usando uma maca de lente manual. A imita protocolo fisiológico Alojamento puxando as zónulas ligado ao redor da cápsula da lente, desse modo, estendendo-se a lente.
Abstract
O objetivo do presente protocolo é imitar a biomecânica de acomodação fisiológica de uma maneira custo-eficiente e prática. Alojamento é alcançado através da contração do corpo ciliar e relaxamento das fibras zonule, que resulta em espessamento da lente necessário para visão de perto. Aqui, apresentamos um romance, um método simples, no qual alojamento é replicado por enrijecer as zónulas ligadas da cápsula da lente através de um esticador de lente manual (MLS). Esse método monitora o alongamento radial alcançado por uma lente quando submetido a uma força consistente e permite uma comparação de acomodar lentes, que podem ser esticadas, a não-acomodando lentes, que não podem ser esticadas. Importante, os casais de maca para as zónulas diretamente e não para a esclera do olho, exigindo apenas a lente, zónulas e corpo ciliar ao invés da amostra de todo o globo. Esta diferença pode diminuir significativamente o custo de aquisição de lentes de dador cadáver cerca de 62% em relação a aquisição de todo o globo.
Introduction
A acomodação é o processo pelo qual o olho humano é capaz de ajustar dinamicamente a forma de seu cristalino para ver objetos a distâncias longe ou perto, em foco. Acomodação é um processo intrinsecamente biomecânico. Após estímulo neural, os músculos ciliares produzem uma força sobre o corpo ciliar e das fibras de zonule que atribuem a circunferência da lente da cápsula1,2. Embora existam diferentes teorias atrás a biomecânica de alojamento, a mais amplamente aceita é a hipótese de Helmholtz. De acordo com a hipótese, a lente está em um estado natural e esticado, correspondente à forma mais fina da lente que é ideal para o foco de objetos distantes. Para alterar o foco para objetos mais próximos, contraem os músculos ciliares e as fibras zonular estão relaxadas. Por sua vez, engrossa a lente, aumentando a curvatura da superfície anterior e posterior. Isso corresponde a um aumento no poder dióptrico que é necessário para a visão, portanto, uma menor distância focal1de perto.
A capacidade de acomodar é comprometida ao longo do tempo através de uma condição chamada presbiopia. Afetando todo mundo por 50 anos, presbiopia faz com que o olho não é possível alterar dinamicamente o foco de longe para fechar distâncias3. Para combater a presbiopia, métodos atuais são passivos incluindo lentes bifocais e lentes corretivas. Ao mesmo tempo aumentar a habilidade de focalizar objetos próximos em alguns aviões, tais tratamentos passivos não é possível restaurar a capacidade dinâmica de foco da lente,4,5. A fim de tratar a presbiopia eficientemente, ou possivelmente impedi-lo, há uma necessidade contínua para entender melhor o alojamento.
Para estudar a lente alojamento, um número de dispositivos foram desenvolvido para simular o fenômeno ex vivo4,6,7,8,9. Foram introduzidos, para monitorar o alongamento da lente através de de forças centrífugas8discos girando. Para replicar mais fielmente o fenômeno, lente alongamento dispositivos foram gradualmente introduzidos e inovou. Usando uma lente maca, Manns et al. caracterizada a força necessária para acomodar a lente enquanto correlacionando tal a potência da lente e o diâmetro equatorial9. Entendimento atual é que a lente endurece com a idade, resultando em uma mudança reduzida em forma de lente, em resposta a uma força igual a partir do corpo ciliar3,10,11,12.
Macas de lente atual muitas vezes envolvem uma configuração complexa, implementando eletrônica e taxas de alongamentos programáveis e requer o cadáver inteiro globo ocular6,7,10,13. Esta exigência aumenta o custo por experiência de mais de US $500,00 por olho e disponibilidade de amostra. Aqui nós apresentamos um método para replicar a lente alojamento a baixo custo, como o olho posterior totaliza cerca US $200,00. Pouco menos sofisticado do que muitos dispositivos usados hoje, a técnica é muito mais custo-eficaz e adotáveis sem comprometer os resultados. Este método é centrado em torno de uma maca de lente manual (MLS), representada na Figura 1e usa um sistema exclusivo de fixação sobre as fibras zonular e um método de torção radial para expandir o diâmetro da lente. A precisão fisiológica do protocolo é validada pelas conclusões do Bernal et al., que estudou o caminho pelo qual as fibras zonular anteriores e posteriores estão ligadas para a cápsula de lente14. Usando o design de sapatos personalizados, que exigem apenas a lente, zonule e corpo ciliar, objetivamos estudar biomecânica lente replicando Alojamento fisiológico.
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Protocol
Os seguintes protocolos são aceitos sob cuidado de Animal institucional da Universidade de Maryland e Comissão de utilização, bem como o Conselho de revisão institucional. Os protocolos seguem normas federais, estaduais e locais, e as diretrizes estabelecem pela política de Universidade de Maryland em biossegurança.
1. dissecação da amostra de olho
-
Obter uma amostra de olho do banco local de matadouro ou tecido. Se um globo de olho inteiro é obtido, extrair-se imediatamente a lente, zónulas anexadas e vítreo.
Nota: Os detalhes específicos descritos a seguir referem-se aos olhos dos suínos e humanos.- Usando a tesoura cirúrgica desinfectada e fórceps, cortar e remover todo o tecido em excesso em torno da esclera.
- Firmemente manter o olho em seu lado e, usando uma lâmina de barbear, faça uma pequena incisão ao longo do lado do olho 3 mm longe da córnea. Fazer a corte profunda o suficiente para ter atingido o vítreo dentro do olho.
- Com uma tesoura, corte com cuidado mais longo a incisão ao redor da circunferência do olho. Evite perfurar a lente. Uma imagem representativa é mostrada na Figura 2.
- Uma vez que a circunferência externa do olho foi cortada, remova o tecido posterior do olho usando fórceps. Isole a lente, zónulas, corpo ciliar e o vítreo anexado com fórceps. Uma imagem representativa é mostrada na Figura 2B.
- Usando a tesoura e pinça, remova o vítreo em excesso para que a lente pode deitado na MLS.
Nota: Em casos de transplante de córnea, o botão corneano é usado na cirurgia e o restante do globo está disponível para fins de investigação. No entanto, este globo parcial ainda pode ser usado na preparação da instalação do esticador de lente tecido. Se apenas a parte posterior é obtida, apenas execute o passo 1.1.4–1.1.5.
- Desinfecte todos pós-dissecção de equipamentos usados em solução de água sanitária de 15% por 30 min.
2. julgamento montagem da lente Manual maca
- Insira as solas de sapato de 10 mm e os topos de sapato correspondente na placa inferior da MLS então ainda há uma lacuna de 5 mm entre a parede traseira do travessão, sapato e o sapato em si.
- Alinhar as placas superior e inferior, encaixe as placas juntos; o dispositivo está agora na posição unstretched.
- Insira as placas no caso a placa e o parafuso de bloqueio no orifício localizado na parte lateral da placa de fundo.
- Insira o caso da placa na base e coloque a chave para os travessões alinhados.
- Gire a chave no sentido horário até atingir o parafuso de parada para os sapatos do contrato e torcer volta anti-horário para devolver os sapatos para a posição original unstretched.
3. montagem da lente
- Insira as solas de sapato de 10 mm na placa inferior na MLS para que um 5mm gap entre restos a parede traseira do travessão o sapato e o sapato em si.
- Usando pinças curvas, coloque o lente extraído virado para cima no meio da placa de fundo para que os sapatos estão apoiando a lente sobre o furo central.
- Encaixe o topo correspondente dos sapatos no lugar, recorte apenas as zónulas e o vítreo. Visualmente, assegurar que a lente se mantém como centrado possível na placa inferior.
- Repita as etapas 2.3 – 2.4.
4. medição da lente
- Coloca um sistema de imagem diretamente acima do aparelho para capturar vídeos e imagens do processo de alongamento. Não se esqueça de incluir uma régua na moldura do quadro com precisão imagens de tamanho e escala no pós-processamento.
Nota: Qualquer sistema de imagem adequado é suficiente para esta etapa; Aqui usamos um 12 megapixel, focagem automática smartphone um pé da amostra. - Com firmeza, mas suavemente, gire a chave no sentido horário para esticar a lente. A Figura 3 mostra imagens representativas no estado unstretched e esticada.
- Depois de fotografar a lente esticada, gire a chave no sentido anti-horário para restaurar a amostra em seu estado de repouso.
Nota: É imperativo que a medida da lente é realizada em tempo hábil para minimizar a desidratação da lente. - Fotografe claramente o estado de repouso final da lente.
5. análise de dados
- Fazer o upload da imagem para ImageJ e, use o recurso de "ponto" para selecionar pelo menos 40 pontos em torno da circunferência da lente conforme mostrado na Figura 4. Use a opção de "Medir" → "Analisar" para produzir a localização de cada ponto selecionado.
- Pontos de ajuste (usando o software , por exemplo, MATLAB) os local a fim de produzir um raio e qui-quadrado do ajuste conforme mostrado na Figura 4B. Converta o pixel radius e erro em métricas usando a régua fotografada.
- Execute duas caudas teste t pareado para comparar uma lente individual antes e depois alongamento da MLS.
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Representative Results
Olhos de suínos, uma amostra comum para estudar a presbiopia através de lente alongamento4,15, obtiveram-se, (n = 10) de um matadouro local e este protocolo foi utilizado para observar a capacidade de alojamento das lentes. Figura 5 A mostra a comparação da lente suínos antes e após alongamento através da MLS. Houve um aumento de 0,07 mm média 0,19 ± raio de lente quando esticada (p < 0,001), equiparar-se a um aumento de 1,62% 4,2 ± do raio original. Residencial está correlacionada com a elasticidade de lente, portanto, distinguir o radial posição esticada e unstretched sugerem a capacidade de acomodar. Encontramos um aumento consistente no raio de lente post-alongamento, que está de acordo com semelhantes estudos16,17. A consistência e o desvio relativamente baixo dentro o estudo mais valida nosso protocolo.
Este protocolo permite a comparação de lentes acomodando e unaccommodating. A maior diferença radial entre seu estado unstretched indica uma maior capacidade de acomodar. Para validar ainda mais o protocolo, observamos as capacidades de alojamento humana em função da idade. Nós testamos um 21 anos de idade e 60 anos olho humano (The National doença pesquisa Interchange, Filadélfia, PA). Os resultados, conforme mostrado na Figura 5B, indicaram uma diminuição na capacidade de acomodar-se com a idade. O raio de 21 anos de lente aumentou 0,22 ± 0,13 mm ou 5,2% em cima do alongamento em comparação com o 0.0059 ± 0,099 mm ou 0,14% aumento da lente 60 anos de idade. Ficou demonstrado que as lentes humanas progressivamente perdem a capacidade de acomodar com idade3. Esses resultados demonstraram uma menor diferença entre raio esticada e unstretched da lente 60 anos em comparação com a lente de 21 anos de idade, indicando uma perda da capacidade de alojamento. A velha lente humana, demonstrando uma diminuição da capacidade de esticar está de acordo com estudos semelhantes sobre Alojamento em função da idade de18,8,20.
Figura 1 : Esquemático de maca lente manual. (A) montado componentes da MLS, incluindo o sapatos, caso de placa, placa superior e parte inferior da placa. (B) diagrama representativo dos sapatos radialmente conectado à amostra. (C) Clamped sapato em que o zónulas (não ilustradas) são anexadas e esticadas. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2 : Imagens representativas do protocolo de dissecação. (A), a amostra de olho foi recolhida e a primeira incisão ao longo do globo será feita aproximadamente 3 mm da córnea. (B) o globo do olho foi corretamente cortado em torno de sua circunferência. (C), o posterior esclera foi inteiramente separada do globo. (D) a lente, vítreo, zónulas e corpo ciliar foram isoladas do globo. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3 : Imagem representativa da lente unstretched e esticada através do MLS. (A) a lente é realizada dentro do dispositivo, antes da deslocação, na sua posição unstretched. (B) o dispositivo radialmente é ligada através da chave, como a lente é esticada em posição alongada. Barra de escala = 10 mm. clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4 : Imagens representativas da análise de dados de amostras de lente. (A) selecionado de 50 pontos foram selecionados na circunferência da amostra lente usando software ImageJ. (B) o raio calculado foi de 37,4955 pixels, e o valor de qui-quadrado do ajuste foi 0,77636 pixels. Estes resultados mudará de lente para lente, e os pixels devem ser convertidos em unidades métricas, usando a régua fotografada. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5 : Raio de lente antes e após alongamento através da maca de lente manual. (A) a unstretched e esticada raios de 10 lentes suínos submetidos a MLS. (B) gráfico representativo dos raios medidos de duas lentes humanas, 21 anos de idade e 60 anos de idade, antes e após alongamento lente manual. As barras de erro em parte (A) e (B) representam o erro reportado no encaixe do perímetro da lente. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Discussion
Nós desenvolvemos um novo método para fornecer uma maneira precisa e eficiente de estudar a capacidade de alojamento da lente, utilizando um mecanismo de fixação de duplo-peça para acoplar a maca para a amostra. Durante o alojamento, a lente relaxa, e o diâmetro diminui em resposta ao relaxamento de fibras zonular1,2,4,19. O método centra-se sobre este fenómeno de aperto e controlando a tensão das fibras zonular. Por esta razão, é deve ter cuidado crítico para fixar as zónulas dentro dos sapatos para simular com precisão Alojamento lente fisiológica. Para garantir uma fixação adequada, a lente deve descansar plana contra o centro dos sapatos inferior com mínimo vítreo anexado. Adicionais deve ter cuidado durante a deslocação para garantir igual alongamento radial é executada em torno da circunferência da lente. Se o alongamento de lente parece ser nonequivalent, ou se o zónulas tornar-se retirado os grampos, a amostra deve ser remontada se possível.
Protocolos de alongamento lente semelhante... estão a ser implementados para estudar Acomodação e presbiopia4,6,7,9,12. No entanto, esses protocolos são geralmente complexos e caros, exigindo intrincadas máquinas e software de programação. Além disso, essas técnicas requerem amostras de olho inteiro em mais de US $500,00 por experiência que diminui ainda mais a adoção generalizada. Nosso protocolo aumenta viabilidade, substituindo a programação de máquina com uma lente manual esticando a disponibilidade do sistema e amostra, exigindo apenas uma fração da amostra. A necessária posterior dos custos de olho significativamente menor em US $250,00 por experiência. No entanto, existem algumas limitações associadas com o nosso protocolo. Como mencionado anteriormente, desalinhamento da lente ou tensão desigual zonule resultará em um alongamento inaplicável. Além disso, a força dolorosa aplicada não é medida e baseia-se, assim, a consistência do usuário para evitar unclamping ou rasgar das zónulas. Se rasgar as zónulas, a amostra deve ser rejeitada como os sapatos MLS não seria capazes de fixar suficientemente. Os futuros esforços incidirá em quantificar a força aplicada para garantir a consistência e relevância fisiológica. Além disso, o protocolo envolve o alongamento para ser aumentado até interrompida pelo parafuso parar. O alongamento não pode, portanto, ser alterado ou variou entre amostras e prefiro exibe um estado totalmente esticado ou unstretched binário.
Impedindo ou inovador tratamento para presbiopia é um ponto focal da ocular, pesquisa, como a condição atualmente é inevitável e intratável. No entanto, a biomecânica de acomodação e presbiopia não é totalmente compreendida. O protocolo apresentado permite uma simulação precisa de lente alongamento durante Alojamento exigindo menos tempo, construção de dispositivos e material de amostra. Aumentando a disponibilidade, o método permite mais laboratórios observar e estudar a biomecânica de alojamento de lente.
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Disclosures
AB tem participação no Bioniko Consulting LLC.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Manual Lens Stretcher | Bioniko | MLS | Different animal species will require different shoe sizes |
| Porcine Eye Samples | George G. Ruppersberger; slaughterhouse | N/A | Whole eyeballs were obtained |
| Human Eye Samples | The National Disease Research Interchange | N/A | Posterior poles without corneas were ordered |
| Dissecting Scissors (5 1/2'' Straight) | Electron Microsopy Sciences | 72960 | |
| Tissue Forceps (4 1/2'') | Electron Microsopy Sciences | 72960 | |
| iPhone 6s | Apple | N/A | Any imaging system with ~0.1 mm resolution will work |
| Sodium Hypochorite | Clorox | Clorox Regular-Bleach | Any disinfectant will work |
References
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