Структурные оценки in vivo глазных заболеваний у моделей грызунов с использованием оптической когерентной томографии
24 июля 2020 г.
Здесь мы описываем использование спектрально-доменной оптической когерентной томографии (SD-OCT) для визуализации структур сетчатки и глаз in vivo в моделях дегенерации сетчатки, глаукомы, диабетической ретинопатии и близорукости.
Спектральная оптическая когерентная томография является ценным инструментом для визуализации глазных структур in vivo, а также для отслеживания изменений глазных размеров с течением времени в различных моделях глазных заболеваний. Мы используем SDOCT для измерения толщины сетчатки в моделях дегенерации сетчатки при диабетической ретинопатии, толщины сетчатки и купирования в модели глаукомы и осевой длины в модели близорукости. Метод SDOCT прост, но практика имеет решающее значение для получения хороших изображений.
Кроме того, экспериментирование с различными протоколами важно для определения того, какой протокол лучше всего подходит для каждой исследовательской потребности. Демонстрировать процедуру будет Эндрю Феола, главный исследователь из Центра визуальной и нейрокогнитивной реабилитации. Начните с открытия программного обеспечения оптической когерентной томографии в спектральной области и ввода информации об исследовании, исследовании и лечении.
На вкладке «Обследование пациента» нажмите «Экзаменатор теста» и выберите имя экзаменатора. Нажмите кнопку Название исследования, чтобы определить исследование, и откройте вкладку Исследование, чтобы добавить новое исследование или изменить методы лечения в существующем исследовании. Нажмите справа от пункта Выбрать группу лечения, чтобы выбрать группу лечения.
Чтобы добавить новую временную точку для всей группы, нажмите кнопку Добавить пациента. В окне введите номер удостоверения личности, имя и фамилию. Выберите пол пациента и дату рождения.
Чтобы добавить отдельных крыс, нажмите кнопку Добавить экзамен. Чтобы идентифицировать крыс, нажмите на экзамен и нажмите «Редактировать экзамен». Введите идентификационный номер в поле «Ввод заметок» и нажмите «Сохранить изменения».
Далее прикрепите к устройству подходящий объектив. Выберите соответствующую конфигурацию в программном обеспечении и наберите соответствующее положение опорного рычага. На вкладке «Обследование пациента» дважды щелкните выделенное обследование, чтобы перейти на вкладку «Визуализация» и начать визуализацию.
Чтобы загрузить предустановленный протокол сканирования, нажмите кнопку Выбрать протокол из списка. Для моделей глаукомы и диабетической ретинопатии на крысах выберите предустановку, состоящую из двух OD и двух OS, для сканирования правого и левого глаза соответственно. После помещения крысы под наркозом в систему выравнивания грызунов, нанесите смазку на глаза животного.
Непосредственно перед визуализацией используйте деликатную салфетку, чтобы удалить излишки физиологического раствора, и используйте два вращательных движения системы выравнивания грызунов, чтобы расположить крысу так, чтобы взгляд был горизонтальным, и смотрите вниз на ось линзы оптической когерентной томографии. Используйте режим Free Run для ориентации сетчатки для сбора данных. Затем используйте режим прицеливания для непрерывного отображения горизонтальных и вертикальных B-сканов в режиме реального времени.
Переместите головку сканирования ближе к глазу, пока не станет видна сетчатка, и используйте систему выравнивания грызунов, чтобы отрегулировать положение животного до тех пор, пока в центре не будет виден головка зрительного нерва. Сделайте горизонтальное сканирование горизонтальным, а вертикальное — вертикальным. Отрегулируйте рабочее расстояние таким образом, чтобы изображение на сетчатке было плоским и не искривленным, и отрегулируйте положение опорного рычага, чтобы изображение находилось в верхней части окна дисплея.
Для визуализации сетчатки при глаукоме, дегенерации сетчатки и диабетической ретинопатии определите объемное сканирование размером три на три миллиметра, которое состоит из 1000 А-100-100 В-сканов и 1-го повторного В-сканирования для усреднения. Центрируйте зрительный нерв по горизонтальной и вертикальной оси так, чтобы объемное сканирование находилось в центре прямо по носовой, височной и верхней, нижней осям. Нажмите Снимок, чтобы сделать снимок, и нажмите Сохранить, чтобы сохранить изображение.
Получите радиальное сканирование с центром в головке зрительного нерва, которое составляет 1000 А, сканирование 4 В, 20 повторных В-сканирований. И используйте повторные B-сканы для повышения четкости изображения глаза или сетчатки, чтобы облегчить интерпретацию областей глаза или слоев сетчатки во время анализа данных. Затем сохраните изображение и повторите сканирование для контралатерального глаза.
Для постобработки изображений откройте соответствующую программу математического моделирования. Для обработки сетчатки выберите сканирование оптической когерентной томографии для загрузки и щелкните, чтобы определить центр диска зрительного нерва. Программа будет генерировать вертикальные линии, определяющие расстояния по обе стороны от диска зрительного нерва.
В сетчатке крысы эти линии находятся на расстоянии 0,5 и 1,2 миллиметра от центра диска зрительного нерва, в общей сложности четыре вертикальные линии, представляющие носовую, височную и нижнюю, верхнюю оси глаза, в зависимости от анализируемого в настоящее время радиального сканирования B. Вдоль каждой линии очертите слой нервных волокон сетчатки, внутренний плексиформный слой, внутренний ядерный слой, наружный плексиформный слой, наружный ядерный слой, внешнюю пограничную мембрану, внутренний и наружный сегменты, пигментный эпителий сетчатки и общую толщину сетчатки. Когда все слои будут разграничены, экспортируйте измерения в электронную таблицу для анализа данных.
Репрезентативные изображения оптической когерентной томографии в спектральной области показывают более тонкий внешний ядерный слой, который содержит фоторецепторные клеточные тела в сетчатке у мышей BALB/c, вызванных световой дегенерацией сетчатки, по сравнению с неповрежденными контрольными мышами. После количественного определения толщины слоя сетчатки наблюдается значительная разница между неповрежденными мышами и мышами с дегенерацией сетчатки, вызванной светом, по общей толщине сетчатки, толщине внешнего ядерного слоя и толщине внутреннего и внешнего сегментов. В модели глазной гипертензии наблюдается отчетливое ремоделирование на диске зрительного нерва, включая бангирование зрительного нерва через восемь недель.
Количественная оценка толщины слоя нервных волокон сетчатки после восьми недель глазной гипертензии показывает значительное истончение по сравнению с исходными измерениями. Визуализация сетчатки на модели крыс с диабетом и контрольных животных Wistar показала, что в возрасте шести недель слой нервных волокон сетчатки и общая толщина сетчатки уменьшаются у крыс с диабетом по сравнению с крысами Wistar в периферической сетчатке, причем наибольшие различия наблюдаются в нижнем и височных квадрантах сетчатки. Осевая длина глаза у мышиной модели близорукости заметно больше, чем у глаз дикого типа в возрасте 84 дней.
Эти данные миопического глаза получены от мыши, у которой отсутствует ген часов, что позволяет предположить, что гены часов способствуют развитию близорукости. Измерение глазных структур с помощью SDOCT может быть использовано в сочетании с другими анализами, такими как электроретинограмма и оптомоторная реакция, для обнаружения незначительных изменений с течением времени во многих моделях глазных заболеваний.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данной статье рассматривается применение оптической когерентной томографии в спектральной области (SD-OCT) для визуализации структур сетчатки и глаза in vivo. Особое внимание уделяется эффективности этого метода при исследовании различных моделей заболеваний глаз, включая дегенерацию сетчатки и глаукому.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Офтальмология
- Нейронауки
- Методы визуализации
Теоретические сведения
- SD-OCT представляет собой неинвазивный метод визуализации.
- Он позволяет осуществлять визуализацию структур глаза в режиме реального времени.
- Данный метод имеет решающее значение для мониторинга заболеваний глаз.
- Для различных исследовательских целей могут потребоваться разные протоколы.
Цель исследования
- Продемонстрировать применение SD-OCT в моделях заболеваний глаз.
- Измерить толщину сетчатки при диабетической ретинопатии.
- Оценить изменения в моделях глаукомы и миопии.
Используемые методы
- Использование оптической когерентной томографии в спектральной области.
- Измерение толщины сетчатки и глубины экскавации диска зрительного нерва.
- Отслеживание осевой длины глаза в моделях миопии.
- Реализация различных протоколов визуализации.
Основные результаты
- Успешная визуализация структур сетчатки in vivo.
- Эффективное отслеживание изменений в глазах с течением времени.
- Обоснование важности оптимизации протокола.
- Получение новых данных о прогрессировании заболеваний глаз.
Выводы
- SD-OCT является ценным инструментом для офтальмологических исследований.
- Он расширяет понимание заболеваний сетчатки.
- Дальнейшие исследования могут позволить усовершенствовать методы визуализации.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Структурная оценка глазных заболеваний in vivo с помощью оптической когерентной томографии в спектральной области (SD-OCT) позволяет количественно отслеживать изменения сетчатки и зрительного нерва с течением времени на моделях грызунов. Этот неинвазивный метод визуализации способствует снижению механистических рисков, обеспечивая продольные измерения толщины отдельных слоев, которые коррелируют с прогрессированием заболевания. Данный метод повышает прогностическую достоверность при валидации мишеней и выборе доклинических моделей для разработки офтальмологических терапевтических средств.
Стратегическое применение в исследованиях и разработках биофармацевтики
Первичное обнаружение и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет проверять терапевтические гипотезы путем количественного определения истончения слоев сетчатки в моделях дегенерации.
- Операционная ценность: обеспечивает воспроизводимые лонгитюдные данные для валидации функциональных мишеней в моделях глаукомы и диабетической ретинопатии.
- Прогностическая ценность: способствует приоритизации портфеля препаратов за счет объективного измерения структурных конечных точек, таких как истончение наружного ядерного слоя и экскавация диска зрительного нерва.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: Обеспечивает стандартизированную визуализацию слоев сетчатки с высоким разрешением для подготовки анализа в моделях заболеваний.
- Практическая ценность: Облегчает оптимизацию протокола и сравнительный анализ между глазами с помощью радиального и объемного сканирования с центрированием по диску зрительного нерва.
- Масштабируемость: Позволяет проводить быстрый скрининг контралатеральных глаз и повторные измерения в разные моменты времени с использованием согласованных параметров сбора данных.
Трансляционные и доклинические исследования
- Трансляционная преемственность: обеспечивает переход от этапа открытия к доклинической валидации путем мониторинга структурных изменений, значимых для заболевания, на моделях диабета и миопии у грызунов.
- Механистическое снижение рисков: количественно определяет уменьшение толщины слоя нервных волокон сетчатки и общей толщины сетчатки для принятия обоснованных решений о продвижении проекта с учетом рисков.
- Прогностическая достоверность: сопоставляет структурные результаты с функциональными тестами, такими как электроретинография, для многопараметрического моделирования заболевания.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
SD-OCT интегрируется в непрерывный процесс разработки — от ранней валидации мишени и идентификации ведущего соединения до доклинического тестирования эффективности, обеспечивая количественное и воспроизводимое фенотипирование органов зрения.
- Открывающая биология: обеспечивает проверку гипотез и уточнение путей развития патологий посредством измерения толщины отдельных слоев в моделях заболеваний.
- Скрининг: обеспечивает стандартизацию и воспроизводимость анализа за счет определенных протоколов сканирования и автоматизированного измерения толщины.
- Аналитика: позволяет получать количественные данные (например, толщину слоя нервных волокон сетчатки, толщину наружного ядерного слоя) для статистического сравнения между группами.
- Трансляционные исследования: связывают структурные изменения с функциональными результатами, что способствует согласованию биомаркеров в доклинических исследованиях.
- Корпоративное повторное использование: функционирует как универсальная платформа визуализации для различных моделей глазных заболеваний с минимальной адаптацией протокола.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: прогностическая достоверность, валидация мишеней, снижение механистической неопределенности в моделях глазных заболеваний.
- Операционная ценность: стандартизация, воспроизводимость и масштабируемость визуализации глаз in vivo между различными лабораториями.
- Стратегическая ценность: более обоснованные решения о продолжении или прекращении разработки (go/no-go), эффективность использования капитала и снижение биологических рисков на поздних стадиях офтальмологических программ.
- Влияние на портфель: приоритизация и решения о продвижении проектов с учетом рисков на основе лонгитюдных структурных конечных точек.
Особенности реализации
- Для обеспечения согласованного получения изображений требуются экспертные знания в области анатомии глаза, работы с программным обеспечением для визуализации и обращения с грызунами.
- Инструментарий включает систему ОКТ в спектральной области, аппарат для позиционирования грызунов и соответствующие окулярные линзы.
- Стандартизация между исследовательскими группами требует согласования протоколов параметров сканирования, обработки изображений и разграничения слоев.
- При адаптации метода необходимо учитывать особенности конкретных моделей, например, корректировать осевую длину при миопии или толщину сетчатки в моделях дегенерации.
- Практические ограничения включают необходимость применения анестезии, вероятность возникновения артефактов движения и период обучения для достижения оптимального качества изображений.
