Summary
Aktuelle In - vitro - Modelle zur Bewertung von Kontaktlinsen (CLS) und andere Augenbezogene Anwendungen sind stark eingeschränkt. Die dargestellte Augen Plattform simuliert physiologische Tränenfluss, Tränenvolumen, Lufteinflüssen und mechanischer Verschleiß. Dieses System ist sehr vielseitig und kann auf verschiedene in vitro mit CLs Analysen angewendet werden.
Introduction
Zwei wesentliche Bereiche von Interesse innerhalb der Kontaktlinse (CL) Arena sind Unbehagen und die Entwicklung neuer CL-Anwendungen. Die zugrunde liegenden Mechanismen CL Beschwerden Aufklären ist ein Thema, das Feld für Jahrzehnte. 8 Die Entwicklung neuer, funktionaler CLs, wie Drug-Delivery - Geräte 1,3,9 und Biosensoren ausgewichen hat, 10-12 ein Bereich von wachsendem Interesse ist, mit erheblichen potenziellen Märkten. In beiden Fällen würde ein hoch entwickeltes In - vitro - Modell relevanten Informationen zur Verfügung mit der Auswahl geeigneter Linsenmaterialien oder Konstruktionsmerkmale , während der Entwicklungsphase zu unterstützen. Leider sind aktuelle In - vitro - Modelle für CLs und andere Augenbezogenen Anwendungen Auswertung relativ grob und ungekünstelt. Traditionell Studien CL in vitro Auswertung Tränenfilmabscheidung oder Arzneimittelabgabe werden in statischen, große Volumen Fläschchen durchgeführt ein festes Flüssigkeitsvolumen enthält, die greatly übersteigt physiologischen Mengen. Außerdem fehlt diesem einfachen Modell der natürlichen Tränenströmungskomponente und den Blinkreflex, welche beide Faktoren der Augenumgebung definieren.
Die Entwicklung eines anspruchsvollen, physiologisch relevanten Auge "Modell" wird einen multidisziplinären Ansatz erfordern und erfordern erhebliche In - vivo - Validierung. Aus diesen Gründen ist der grundlegende Rahmen für unsere in - vitro - Augenmodell sehr vielseitig, so dass das Modell kontinuierlich durch zukünftige Upgrades und Modulationen verbessert werden. Bis heute ist das Modell der Simulation Tränenvolumen der Lage, Tränenfluss, mechanischer Verschleiß und Luft ausgesetzt. Das Ziel ist es, ein in - vitro - Modell zu erstellen, um aussagekräftige Ergebnisse liefern wird, die in vivo prädiktive und kostenlose und Ex - vivo - Beobachtungen.
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Protocol
Alle Experimente wurden in Übereinstimmung und Einhaltung aller einschlägigen Richtlinien skizziert von der University of Waterloo Tierforschungsethikkommission abgeschlossen. Die Rinderaugen sind großzügig von einem örtlichen Schlachthof gespendet.
1. Augen Modell
- Konstruktion und Herstellung von Formen 13
- Entwerfen Sie die Augenmodelle entsprechend den durchschnittlichen physiologischen Dimensionen des menschlichen erwachsenen Augen. 13
- Lassen Sie einen Abstand von 250 & mgr; m zwischen dem Augapfel und dem Augenlid Stücke des Augenmodells. Entwerfen Sie die jeweiligen Formen unter Verwendung von Computer-Aided Design (CAD) Software.
- Erstellen Sie neue .cad Datei oder .sldprt Datei mit AutoCAD oder Solidworks. Erstellen von 3D-Modellen des menschlichen Augapfel / Augenlid. Erstellen Formen der Modelle und die Formen als .stl-Dateien speichern.
- Import STL - Dateien in 3D - Druckersoftware (zB makeware für replicator2). Geben Sie Parameter des Druck (Standort, Kargheit, Maßstab, Orientierung, Glätte usw. 13.
- Speichern Sie die Datei als G-Code-Datei für 3D-Drucker zu lesen. Wählen Materialien wie PLA (Polymilchsäure), ABS (Acrylnitril - Butadien - Styrol), PC (Polycarbonat), oder einer Kombination davon, zu drucken , um die Formen 13.
- Installieren gewünschten Filaments von dem Material der Wahl. Importieren Sie die G-Code-Datei in den 3D-Drucker zu lesen. Drucken Sie die Form.
HINWEIS: Alternativ erzeugen die Augenformen einen Computer numerisch (CNC) Maschine, wenn eine glattere Oberfläche auf dem Augenmodell gewünscht wird gesteuert. Für CNC Formenbau, Materialien für die Formen werden nicht mehr nur auf thermische Kunststoffe, aber auf Metall, Keramik und chemisch resistive Polymere wie Polytetrafluorethylen erstrecken. - Öffnen Sie die CNC-Software-Schnittstelle, die mit einem Schneidbohrer verbunden ist. Konstruieren Sie 3D-Formen nach vorne, oben, Seiten- und perspektivische Ansichten der zuvor konstruierten Augapfel / Augenlid Modell Formen in Steuerungs-Software-Schnittstelle. Wählen Sie den entsprechenden Parameter für dieBearbeitung (Bitgröße, Substratmaterial, Materialstärke) und fahren Sie mit der Form zu schneiden.
- Synthese von Okulare PDMS
- Unter Verwendung einer Spritze, messen 10 ml Volumen von PDMS (Polydimethylsiloxan) Basis und füllen Sie ihn in eine 15-50 ml Zentrifugenröhrchen. Werden 10% w / v der Elastomerlösung des Gesamtgewichts des PDMS. Mit einem Rührstab, mischen Sie die gut-Lösungen.
- Gießen Sie die PDMS-Lösung in den Augapfel und Augenlid Formen. Lassen Sie die PDMS bei RT O / N (oder mindestens 12 hr) zu regeln, die Polymerisation zu starten und zu ermöglichen, Blasen aus dem Polymer zu lösen.
HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass es keine Blasen in der PDMS-links, die möglicherweise steigen oder zu erweitern. - Anschließend stellen die Formen in eine 75 ° C (167 ° F) heißen Ofen für 1 Stunde oder 150 ° C (302 ° F) für 5 min. Für ein weicheres Gel, lassen Sie die PDMS bei RT sitzen für mindestens 48 Stunden, um vollständig zu polymerisieren.
- Lege die Proben in einer Gefriertruhe für einige min; dies wird die PDMS schrumpfen und zu vereinfachen,die Entnahme der Proben aus den Formen. Extrahieren Sie die Okulare aus den Formen einer dünnen Spachtel.
- Für die Lieferung der Lösung in den Raum zwischen dem Augapfel und Augenlid Stücke, schließen Sie einen 1/16 "x 1/8" Polytetrafluorethylen Rohr mit einem 1/16 "gleich Bein Koppler Rohrverbinder und befestigen Sie es auf das Augenlid Stück am Rohrloch .
- Synthese von Eyeball Stückes Agarose
HINWEIS: Der Augapfel Stück synthetisiert werden können andere Polymere verwendet, wie Agarose. Das folgende Verfahren kann auch Augenstücke aus einer Vielzahl von Agar-Typen, wie PDA (Kartoffel-Dextrose-Agar) oder SDA (Sabouraud-Dextrose-Agar) zu erzeugen, modifizieren.- Um eine 2% (2 g / 100 ml) Gel, messen 2 g Agarose produzieren und mit 100 ml Reinstwasser mischen. Bringen Sie die Lösung zum Kochen bringen (100 ° C), so dass die Agarose vollständig auflöst. Lassen Sie die Lösung abkühlen 5 min nach unten.
- Füllen Sie die Lösung in den Augapfel Form und lassen Sie die Lösung für 3 zu kühlen0 min bei RT. Entfernen Sie die Augapfel Stücke mit einem Spatel. Lagern Sie den Augapfel Agar in einem -20 ° C Gefrierschrank für die spätere Verwendung. Für die Mikrobiologie Studien, Sterilisieren der Augapfel Formen im Autoklaven und / oder UV-Bestrahlung.
- Der Einbau von Bovine Cornea auf PDMS Eyeball
HINWEIS:. Dieses Protokoll von Parekh angepasst wurde , et al 14- Führen Sie die Präparation und Einbau der Rinder-Cornea unter sterilen Bedingungen unter einer Laminar-Flow-Haube. Erwerben die Augen und sezieren sie am selben Tag.
- Drehen Sie den Flow-Haube auf 10 Minuten vor der Verwendung und sanieren mit 70% Ethanol Alkohol. Sicherzustellen, dass alle Materialien und Instrumente steril sind durch Autoklavieren bei 273 ° F / 133 ° C für 45 min, und positioniert ist nicht weniger als 4 Zoll von der Strömungshaube Eingang.
- Tauchen Sie die Rinderauges in einen Becher mit einem verdünnten PVP-Jod-Lösung für 2 min enthält. Spülen Sie das Auge in ein Becherglas mit phosphatgepufferter Salzlösung (PBS) pH 7.4. Mit einer Pinzette vorsichtig aufstreichen Auge auf eine Petrischale aus Glas, Hornhautseite nach oben.
- Entfernen Sie die überschüssige Muskel und Fettgewebe durch an den scleral Befestigungspunkte mit stumpfen Ende Dissektion Schere schneiden. Entsorgen Sie das überschüssige Gewebe in einen sterilen Becher für tierische Abfälle bezeichnet.
- Mit Mikro-Schere, entfernen Sie die Bindehaut aus dem Auge. Wickeln Sie das Auge mit steriler Gaze, einen Abstand von mindestens 1 cm vom Limbus zu halten.
- Mit einem Skalpell einzuschneiden die Sklera etwa 2 mm vom Limbus Region und oberflächlich, um Durchdringung des darunterliegenden Choroidea und Glaskörper zu vermeiden. verlängern Sie vorsichtig den Schnitt um 360 ° mit einem Skalpell oder Dissektion Schere ohne die Hornhaut aus ihrer natürlichen Krümmung zu verformen.
- Mit einer feinen Pinzette, entfernen Sie die Hornhaut aus dem Auge. Mit einer Pinzette vorsichtig entfernen Sie anhaftenden Uvea Gewebe und spülen Hornhaut mit PBS.
- Lagern Sie die Hornhaut bei 31ºC in einem sterilen Behälter mit KulturMedium (wie beispielsweise Medium 199) 3% Fetal Bovine Serum enthaltendem Gewebe Feuchtigkeit und Zell Nahrung aufrechtzuerhalten.
- Vor dem Experimentieren, ruhen die ausgeschnittenen Hornhaut auf dem PDMS Augapfel, und klemmen Sie die beiden Stücke zusammen mit einem spezialisierten Clip-on.
2. Blink-Plattform
- Design und Produktion der Blink-Plattform
HINWEIS: Die Blink-Plattform besteht aus drei Funktionsteilen: Augenmodell (beschrieben in Abschnitt 1), Getriebe und Elektronik.- Gestaltung und Herstellung der blink-Plattform CAD und 3D-Druck, ähnlich wie für das Auge Modell beschrieben (Abschnitt 1.1). Gestalten Sie das Getriebe , so dass es eine einfache Drehung der Motoren in die seitlichen und Drehbewegungen der Okulare übersetzt. 15
- Verwendung des Ritzels und Getriebemechanismus, zu übersetzen Drehbewegung eines Schrittmotors in die seitliche Bewegung eines Ritzels, die mit den Augenlid Stücken verbunden ist.
- Verwendung derKonjugat Getriebesystem, von einem Schrittmotor in drei (oder mehr) Drehbewegungen für drei verschiedene Augapfel Stücke eine Drehbewegung zu verstärken.
- Ausrichten der zwei Getriebesysteme, eine für das Augenlid und einen für Augapfels, so dass der Abstand zwischen den beiden konstant sind. Bauen Sie die Elektronik mit einem Mikrocontroller, Motorschild und zwei Motoren.
HINWEIS: zwei Schrittmotoren Rotationsmotoren zu schaffen, die durch das Getriebesystem in eine blinkende Bewegung übersetzt wird. - Verbinden die beiden Schrittmotoren mit einem System, bestehend aus einem Motorschild auf dem Mikrocontroller gestapelt. Schließen Sie und konfigurieren Sie die elektronischen Komponenten mit Open-Source-Software-Produkten zu arbeiten.
- Programmieren Sie das System auf Motorparameter steuern, wie Umdrehungen pro Minute (RPM), die Anzahl der Runden nach vorne, die Anzahl der Runden zurück und drehen Stil.
HINWEIS: Siehe die zusätzliche "Arduino-Code-Datei" für weitere Einzelheiten. - Laden Sie die Systemsoftware von der masteller 'Website.
- Installieren Sie die Software und öffnen. Schreiben Sie den Code zu Schrittmotoren in der gewünschten Konfiguration zu steuern. Verbinden des Systems mit einer Quelle des elektronischen Systems mit Energie zu versorgen, so dass die Motoren in der gewünschten Weise bewegen, wie durch den Forscher definiert.
HINWEIS: Siehe die zusätzliche "Arduino-Code-Datei".
- Montage mit Mikrofluidik (künstliche Tränenlösung)
- Nehmen Sie die synthetisierten Augapfel und Augenlid Stücke und rutschen sie auf den entsprechenden Clip-ons für das Auge-Modell. Den Schlauch, der mit einer Spritze und positioniert auf der mikrofluidischen Pumpe mit dem Augenlid Stück (Abschnitt 1.2.5) verbunden ist. Testen Sie die Plattform laufen und für eine konsistente Bewegung überprüfen.
- Prime der Schlauch und überprüfen für einen steten Fluss von künstlichen Tränenlösung (ATS). Das Rezept für ATS wurde bereits berichtet. 16
- Manuell bewegen zusammen, um die Augenmodellteile auf einer ebenen Fläche, so dass der Augapfel und das AugeDeckel in Kontakt sind. Stellen Sie die Strömungsgeschwindigkeit des mikrofluidischen Pumpe auf gewünschte Werte. Stellen physiologischen Flussraten von 1 bis 1,5 & mgr; l / min. 17
- Die Pumpe und die Aktoren Experiment zu beginnen. Für die Lieferung Experimente Medikament, legen Sie die arzneimittelhaltige Kontaktlinse auf dem Augapfel Stück.
- Ermöglichen die Durchflussflüssigkeit in eine 12-Well-Platte zu tropfen. Bei den festgelegten Zeitintervallen gewünscht, zu quantifizieren , den Analyten oder Arzneimittelkonzentration unter Verwendung üblicher Nachweisverfahren wie UV-Vis - Spektroskopie oder Fluoreszenz. 1,4,18
- Für Studien Ablagerung von Tränenkomponenten auf Kontaktlinsen Auswertung, legen Sie die Kontaktlinse auf dem "Augapfel" Stück. Sammeln Sie die Durchströmungsflüssigkeit, die verworfen werden kann.
- Nach der gewünschten Zeitintervallen, entfernen Sie die Kontaktlinse aus dem Augapfel Stück und bereiten die Linse für eine weitere Analyse, wie die konfokale Mikroskopie.
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Representative Results
Die synthetisierten Augenformen aus der Werkstatt erhalten und von 3-D - Druck sind in Abbildung 1 dargestellt. Diese Formen können mit einer Vielfalt von Polymeren, wie PDMS und Agarose, verwendet werden Okulare mit den gewünschten Eigenschaften herzustellen. Das bedeutete Montage des Augenmodells Plattform mit einer Mikrofluidik - Spritzenpumpe ist in Abbildung 2 dargestellt. Die Plattform simuliert mechanischen Verschleiß über die Drehung des Augapfels Stück und Lufteinwirkung durch die seitliche Bewegung in die und aus der Augenlidstück. Tränenflüssigkeit bei der gewünschten Strömungsrate aus einer mikrofluidischen Pumpe in das Augenlid infundiert, und die Durchströmungsflüssigkeit in einem 12-Well-Platte gesammelt werden.
Das Verfahren für die Präparation eines Rinderlinse und Montage auf einem PDMS - Okular ist in Abbildung 3 dargestellt. Die überschüssigen Gewebe vom Auge abgetrennt und verworfen, gefolgt von der Entfernungder Bindehaut. Die Entfernung der Hornhaut beginnt mit einem Einschnitt in die Sklera am Limbus, Fig . 4 die Vielzahl von Okularen zeigt , die für verschiedene in vitro - Analysen verwendet werden können. Die montierten Augapfel Stücke gezeigt werden aus PDMS synthetisiert, Agar, und ein Ex-vivo Rinderhornhaut auf einem PDMS Augapfel Stück montiert.
Abbildung 5 zeigt eine Studie zur Bewertung der Freisetzung eines Antibiotikums Moxifloxacin, von CLs. 18 Wenn im herkömmlichen Fläschchen - Modell gemessen, Wirkstofffreisetzung erfolgt innerhalb der ersten 2 Stunden durch eine Plateauphase folgte. Im Gegensatz dazu zeigt das neuartige Augenmodell Wirkstofffreisetzung langsam und nachhaltig sein für bis zu 24 Std. 18 Eine Studie , die Ablagerung von Cholesterin auf CLs bewerten , wie in Abbildung 6 gezeigt. Das Cholesterin in der Studie fluoreszenz in Form von NBD markiert wurde -Cholesterin (7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazolon-4-yl-Cholesterin) und Deposition wurde mit Laser-Scanning-konfokalen Mikroskopie abgebildet. Die Ergebnisse zeigen, dass es erhebliche Unterschiede, wenn die Ablagerungsstudien in einer Phiole mit dem Augenmodell im Vergleich durchgeführt werden.
Abbildung 1. Okulare Formen. (A) Eyeball Stück Form von Maschinenwerkstatt. (B) Augendeckel Form von 3-D - Druck. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 2. In - vitro - Augen-Plattform. (A) Kreisbewegung simuliert mechanischen Verschleiß. (B) Seitliche Bewegung erzeugt intermittierenden LuftBelichtung. (C) Tränenflüssigkeit Infusion in Augenlid. (D) Sammeln Well - Platte. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 3. Dissection und Einbau von Rinderhornhaut. (A) Entfernung von überschüssigem Gewebe. (B) Entfernung von der Bindehaut. (C) Incision in den Limbus Region. (D) Die ausgeschnittene Hornhaut kann auf einem PDMS Augapfels Stück gelagert oder montiert werden. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 4. Beispiel Okulare. Beispiel PDMS Okulars mit einer Kontaktlinse, einem Agar - Okulars und ex vivo Rinderhornhaut montiert Okulars. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 5. Drug Delivery mit der in - vitro - Augen-Plattform. Freisetzung von Moxifloxacin aus dem täglichen Einweg - Kontaktlinsen aus (A) ein großes Volumen statische Fläschchen und (B) das Augenmodell (Re-Print mit freundlicher Genehmigung von der Association for Research in Vision and Ophthalmologie). 18 Alle angegebenen Daten sind als Mittelwert ± Standardabweichung. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 6. Cholesterin Ablagerung unter Verwendung der in - vitro - Augen-Plattform. Konfokalbilder einen Querschnitt von Etafilcon A zeigt, Nelfilcon A, nesofilcon A, Ocufilcon B, delefilcon A, somofilcon A, narafilcon A nach 4 h Inkubation mit NBD-Cholesterin in der Fläschchen und Augenmodell. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
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Discussion
Es gibt drei wichtige Schritte innerhalb des Protokolls, die besondere Aufmerksamkeit erfordern: Design und Herstellung von Formen (Abschnitt 1.1), Plattformeinheit (Abschnitt 2.2.1-2.2.3) und die Überwachung der Versuchslauf (Abschnitt 2.2.4-2.2.7 ). In Bezug auf die Konstruktion und Herstellung von Formen (Abschnitt 1.1), sollte der Augapfel Stück nach den Abmessungen einer menschlichen Hornhaut ausgebildet sein. Allerdings kann es mehrere Prototypen der Form vor einem Augapfel Stück benötigen, können erstellt werden, der perfekt passt Kommerzielle Kontaktlinse (CL). Zusätzlich zu den 250 & mgr; m Bedürfnisse aufrechterhalten werden, wenn der Augapfel und Augenlid Stück in Kontakt sind, die Tränenflüssigkeit während des gesamten Augenmodells fließt reibungslos zu gewährleisten, wenn ein CL vorliegt. Dieser Abstand könnte in zukünftigen Iterationen verändert werden, aber sollte nicht weniger als 150 um genügend Abstand zu ermöglichen, eine CL zu passen. Die Plattformeinheit (Abschnitt 2.2.1-2.2.3) erfordert eine sorgfältige Aufmerksamkeit, so dass der Augapfel und Augenlid Stück kommen in contact während der Blink Bewegung. Wenn die Okulare nicht in einwandfreiem Kontakt sind, dann Simulation eines geschlossenen Augenlid und mechanisches Reiben versagt. Der Betreiber sollte die Plattform in Bewegung für ein paar Zyklen beobachten, um zu gewährleisten, dass sowohl der Augapfel und Augenlid in Kontakt sind, und dass Reiben auftritt wie programmiert. Die aktuelle Plattform ist so konzipiert, kontinuierlich über einen Monat zu laufen, aber ein Bediener sollte alle 24 Stunden auf die Stabilität des Systems immer überprüfen, wenn ein Experiment (Abschnitt 2.2.4-2.2.7) ausgeführt wird. Dies ist wichtig, da die aktuelle Plattform keine Temperatur- oder Feuchtigkeitskontrolle besitzen, und Schwankungen dieser Parameter könnten die CLs austrocknen. Wenn dies der Fall ist, legen Sie das Augenmodell innerhalb einer kontrollierten Feuchtigkeits- und Temperaturkammer. Zusätzlich zur Arzneimittelabgabe Experimenten wurde die gesammelte Durchfluss Flüssigkeit sollte zur Vermeidung von erheblichen Verdampfung der Probe, die analysiert oder mindestens alle 2 h gelagert werden.
Derzeit gibt es zwei Einschränkungen der dargebotenenAugenmodell. Die erste Beschränkung ist in Bezug auf die Exposition gegenüber der Umgebung ab. Derzeit, da die Augenstücke nicht in einer kontrollierten Kammer eingeschlossen sind, ändert, wie Temperatur und Feuchtigkeit in dem Arbeitsbereich werden verschiedene Aspekte der Experimente beeinflussen. Zum Beispiel, wenn die Umgebung zu trocken ist, dann trocknen die CLs schneller nach oben und aus dem Augapfel Stück trennen konnte, oder die Durchfluss Flüssigkeit verdampfen kann. Um dieses Problem zu lösen, werden zukünftige Iterationen Haus des Augenmodells in einer kontrollierten Temperatur und Luftfeuchtigkeit Kammer. Die zweite Einschränkung bezieht sich auf die Komplexität Augapfel Stück. Derzeit sind die Okulare sind einfach, die entweder aus PDMS oder Agarose, von denen keiner wirklich repräsentiert Hornhautoberflächeneigenschaften. Zukünftige Arbeiten zielen Augenmodelle, die näher ahmt die Hornhautoberflächenstrukturen zu erzeugen.
In vitro wird Augen Forschung im Allgemeinen als die vorhergehenden Testphase in vivo Forschung angesehen. Aber,ist es wichtig , im Auge zu behalten , dass in - vitro - Forschung auch komplementär zu in - vivo - Daten, die Bereitstellung kritischer Einsichten sein können , die sonst nicht allein von in - vivo - Studien erreicht werden. Bedauerlicherweise der Strom in vitro - Modelle für das Testen CLs sind rudimentär und es fehlt ihnen mehrere Schlüsselkomponenten angemessen zu den in vivo - Umgebung nachahmen. Beispielsweise werden in vitro Studien CL in Phiolen durchgeführt 2-5 ml Phosphat - gepufferter Salzlösung , enthaltend, 1-6 , die bei 7,0 ± 2 & mgr; l überschreitet stark physiologischen Tränenvolumina. 7 Darüber hinaus sind zwei wichtige Faktoren der Augenumgebung, natürliche Tränenfluß und die Blinzelreflexes, fehlen von der einfachen statischen Fläschchen-Modell. Die Einschränkungen des herkömmlichen Phiole Modells wurden von Forschern erkannt, und es wurden Versuche unternommen in vitro Augenmodelle Simulieren der okularen Umgebung durch Einschließen eines mikrofluidischen tear Nachfüllung Komponente 2 einzigartig zu erstellen0-24 und / oder intermittierenden Luftexposition. 25,26 Nicht überraschend, die aus diesen Experimenten erzeugten Ergebnisse sind sehr anders als die mit dem herkömmlichen Fläschchen - Modell erhalten, und in - vivo - Daten mehr ähneln eng kann. 20-25 So eine Entwicklung verwickelten in Modell - vitro - Auge cls untersuchen werden neue Erkenntnisse über die Interaktion von Linsenmaterialien mit der Augenoberfläche, und helfen , die Entwicklung neuer Materialien und neuer Anwendungen für CLs in den kommenden Jahrzehnten zu erleichtern.
Argumentieren, eines der am meisten diskutierten Aspekte der in - vitro - Augenmodell ist , ob das Auge eine unendliche Waschbecken ähnelt, was besonders wichtig ist , wenn es um die Medikamentenabgabe von CLs kommt. Unter Bedingungen einer unendlichen Senke ist das Volumen der umgebenden Lösung deutlich höher als die Arzneimittelsättigungsvolumen, so dass Medikamentenfreisetzung nicht durch die Löslichkeit des Medikaments beeinflusst wird. 27 spricht sich für das Fläschchen als ZubepTable Augenmodell argumentieren, dass die Hornhaut, Bindehaut und Augengewebe zusammen Funktion als eine unendliche Senke umgibt. Während in der Theorie das wahr sein kann, muß das Medikament zuerst in der Tränenflüssigkeit auflösen. Diese Rate limitierende Schritt ist wahrscheinlich kein Waschbecken Zustand und wird auf beiden tear volumenabhängig sein und von unseren Modell simuliert fließen.
Die einzigartige Identität des vorgestellte Modell liegt in seiner Fähigkeit, den Tränenfilm zu emulieren. Durch die Annahme einer zweiteiligen Design, ein "Hornhaut / scleral" Augapfel Schnitt und eine "Augenlid", ist es möglich, eine gleichmäßig dünne Schicht des Tränenfilms über den Augapfel Stück zu schaffen, wenn beide Stücke in Berührung kommen. Um die Augenoberfläche zu simulieren, mechanischen Verschleiß und Luft ausgesetzt wird, in das Modell durch zwei mechanische Aktuatoren eingebaut. Da das Augenlid Stück seitlich bewegt, simuliert er das Schließen des Auges und intermittierende Luftexposition. Die Drehung des Augapfels simuliert die mechanischen Verschleiß erzeugt during blinkt. Das System ist verbunden mit einem mikrofluidischen Pumpe, die bei einem physiologischen Strömungsgeschwindigkeit oder eine andere gewünschte Strömungsrate des Augenmodells mit Tränenflüssigkeit infundiert. Der Tränenfilm wird jedesmal gebildet, die beiden Stücke in Kontakt kommen, und tear Aufbrechens tritt auf, wenn die beiden Teile zu trennen.
Das Ziel ist es, eine universelle Testplattform zu schaffen CLs für verschiedene In - vitro - Analysen zu bewerten. Um vielseitig zu sein, können die Augapfel Stücke aus verschiedenen Polymeren hergestellt werden, wie beispielsweise Polydimethylsiloxan (PDMS) oder Agar. Für einfache Augenuntersuchungen, diese Polymere, die jeweils hydrophobe und hydrophile Oberflächen darstellen, genügt. Wie jedoch komplexere Analysen benötigt werden, beispielsweise Augenarzneimittelpenetration oder Toxizitätsstudien, müssen die Augenstücke weiter modifiziert werden. Diese zusätzlichen Änderungen an dem Modell, wie beispielsweise die Aufnahme eines ex vivo Kornea wie gezeigt, sind relativ machbar. Allerdings sind weitere Validierungsstudienerforderlich sind, und die zukünftige Arbeit zielt darauf ab, die Gültigkeit dieses Modells zu verbessern , indem sie sie mit in - vivo - Modellen zu vergleichen.
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Disclosures
Die Autoren haben nichts zu offenbaren.
Acknowledgments
Die Autoren möchten sich unsere Finanzierungsquelle NSERC 20/20 Netzwerk für die Entwicklung von Advanced Ophthalmic Materials zu bestätigen.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Arduino Uno R3 (Atmega328 - assembled) | Adafruit | 50 | Board |
| Stepper motor | Adafruit | 324 | Motor and Motor shield |
| Equal Leg Coupler 1.6mm 1/16" | VWR | CA11009-280 | 50 pcs of tube connector |
| Tubing PT/SIL 1/16"x1/8" | VWR | 16211-316 | Case of 50feet |
| PDMS | Dow Corning | Sylgard 184 Solar Cell Encapsulation | |
| Agarose, Type 1-A, low EEO | Sigma-Aldrich | A0169-25G | |
| PHD UltraTM | Harvard Apparatus | 703006 | MicroFluidic Pump |
| Bovine cornea | Cargill, Guelph/ON | ||
| Soldidworks | Dassault Systemes | Software | |
| 3-D printing | University of Waterloo - 3D Print Centre | ||
| Dissection tools | Fine Science Tools | General dissection tools | |
| Medium 199 | Sigma-Aldrich | Culture medium storage for cornea | |
| Fetal bovine serum | Thermo Fisher | Add to culture medium, 3% total volume |
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