We present a method for inducing elevated intraocular pressure (IOP), by injecting magnetic microspheres into the rat eye, to model glaucoma. This leads to strong pressure rises, and extensive neuronal death. This protocol is easy to perform, does not require repeat injections, and produces stable long-lasting IOP rises.
Progress in understanding the pathophysiology, and providing novel treatments for glaucoma is dependent on good animal models of the disease. We present here a protocol for elevating intraocular pressure (IOP) in the rat, by injecting magnetic microspheres into the anterior chamber of the eye. The use of magnetic particles allows the user to manipulate the beads into the iridocorneal angle, thus providing a very effective blockade of fluid outflow from the trabecular meshwork. This leads to long-lasting IOP rises, and eventually neuronal death in the ganglion cell layer (GCL) as well as optic nerve pathology, as seen in patients with the disease. This method is simple to perform, as it does not require machinery, specialist surgical skills, or many hours of practice to perfect. Furthermore, the pressure elevations are very robust, and reinjection of the magnetic microspheres is not usually required unlike in some other models using plastic beads. Additionally, we believe this method is suitable for adaptation for the mouse eye.
Primær glaukom er en ødeleggende øye sykdom som rammer anslagsvis 60.500.000 mennesker over hele verden en, noe som kan føre til liv-altering synstap og blindhet to. Forskning på sykdomsmekanismer, og utviklingen av nye behandlingsformer for glaukom, er avhengig av gode modeller av sykdommen som rekapitulere noen av kjennetegnene til patologi.
Vi presenterer her en rotte glaukom modell basert på metoden for Samsel et al. 3 Det overordnede målet med denne teknikken er å øke intraokulært trykk (IOP) i øyet ved å injisere magnetiske mikrokuler inn i fremre kammer, og ved hjelp av en magnetisk ring, direkte dem inn i iridocorneal vinkel. Dette hindrer vandig strøm, noe som øker IOP, som fører til nevronal skade og celletap. Protokollen ble utviklet for å forsøke å tilveiebringe et enklere, induserbar modell av glaukom.
Denne protokollen kan ha noen fordeleri forhold til eksisterende teknikker. Genetiske musemodeller som DBA / 2J er tilgjengelig, som ikke krever prosedyrer for å sette i gang; men disse kan ha en uforutsigbar inntreden av sykdomsprogresjon 4. I motsetning til dette, induserbare modeller, hvorav de fleste er avhengige av kirurgisk heve IOP hos gnagere, har den fordel at initiering kan kontrolleres av brukeren. Noen av disse metodene kan ha ulempene med sin egen imidlertid herunder være teknisk utfordrende 5, og kan kreve flere prosedyrer for å opprettholde forhøyet IOP 6.
I motsetning til dette, den induserbare metoden beskrevet i dette manuskriptet er en enkel, effektiv og reproduserbar teknikk som frembringer stabilt, robust økninger i trykk, med minimalt behov for reinjeksjon. I tillegg betyr det ikke involverer dyrt utstyr, og krever bare grunnleggende kirurgiske ferdigheter til å utføre. Denne protokollen kan være hensiktsmessig for lesere som ønsker å sette opp en mindre teknisk krevende induserbarglaukom modell i sitt laboratorium.
Her vil vi vise en metode for å indusere forhøyet IOP hos rotte, ved injisering av magnetiske mikrokuler inn i det fremre kammer av øyet. Denne metoden er enkel å gjennomføre, og krever lite kirurgisk kompetanse, eller timer praksis og raffinement. Videre er fremgangsmåten effektiv; sjelden krever mer enn en enkelt injeksjon av perler å indusere en sterk, robust trykkøkning (ca. 10% reinjeksjon rate). Dette kan gi en fordel i forhold til eksisterende induserbare metoder, slik som den teknisk utfordrende episceral vene sklerose 11 modellen, eller laser fotokoagulering protokoll 6, som kan kreve flere prosedyrer for å opprettholde hevet intraokulært trykk.
For at fremgangsmåten skal være vellykket er det imidlertid noen små kritiske trinn som må tas. For det første er det nyttig å bruke en toroidal formet magnet for å trekke perler inn i iridocorneal vinkel. Dette trinnet er en modifikasjon av den opprinnelige protokoll, der hvore perlene ble injisert inn i det fremre kammer, og deretter beveges på frihånd rundt øyet 3. Ved hjelp av en toroidal magnet betyr at sfærer bør bosette jevnt rundt vinkel, noe som krever minimalt med manuell omfordeling. For det andre, bør frekvensen av injeksjons være rask – for langsom og vulstene vil hovedsakelig akkumulerer på den ene side av vinkelen, som fører til ufullstendig dekning, og potensielt ingen trykkstigning. Generelt er imidlertid den metode grei nok til at brukeren lett kan foreta modifikasjoner i protokollen, slik som å variere størrelsen eller volumet av mikrosfærepartiklene, kanskje for å forsøke å endre graden av IOP høyde.
Men en potensiell ulempe ved fremgangsmåten er at man har liten kontroll over omfanget av hypertensjon, som i omtrent 5 til 10% av tilfellene vi observerte steg over 60 mmHg. Dreven økning i IOP kan være svært ødeleggende for retinal vev, og kan gjøre studere mekanismene og biologi av celledød utfordrende. Imidlertid frembringer fremgangsmåten en konsistent neuronal patologi, både i retina og optisk nerve, som kan manipuleres farmakologisk 12. Dette kan gjøre modellen attraktive for utvikling av nye terapeutiske midler for behandling av glaukom. I tillegg, fordi kulene er rettet inn i det iridocorneal vinkel, forlater den visuelle akse fri for levende avbildning av netthinnen eller optisk plate. Vi forventer at denne modellen vil bli tilpasset og brukes for fremtidige anvendelser i andre arter, inkludert mus.
The authors have nothing to disclose.
We wish to thank Peter Munro PhD for his assistance with optic nerve sectioning. This study was supported by the Medical Research Council (G0901303), and in part by the Dorothy Hodgkin Postgraduate Award/Medical Research Council, the Helen Hamlyn Trust, Fight for Sight, and Moorfields special trustess,.
Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
250-300g female Brown Norway ex-breeder rats | Harlan UK | 203 | |
Tonolab Rebound Tonometer | Tiolat | TV02 | |
Ketaset (Ketamine) | Fort Dodge Animal health | BN1000118 | 37.5 mg/kg |
Domitor (medetomidine hydrochloride) | Orion Pharma | 140-999 | 0.25 mg/kg |
Povidone iodine | Ecolab | BN4369LE10 | 5% in H2O |
Minim's Saline Solution | Bausch and Lomb | PL00033/5017 | |
Toroidal magnet | Supermagnete | R-10-07-03-N | |
Magnetic Microspheres | Bangs Laboratories | UMC4N/9692 | |
HBSS | Invitrogen | 14025 | |
33-guage bevelled needle | Hamilton | 7747-01 | Custom needle |
Luer tip syringe | Hamilton | 80601 | |
Antisedan (atipemezole hydrochloride ) | Orion Pharma | 141-003 | 0.25 mg/kg |
Chloramphenicol ointment | Medicom | 18956-0005 | |
TUNEL staining kit | Promega | G3250 | |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | |
DAPI | Sigma-Aldrich | D9542 | |
Vectashield Mounting Media | Vector Labs | H-1000 |