Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

פיתוח של Published: April 6, 2016 doi: 10.3791/53907
Automatic Translation
1, 1, 2, 1, 1, 1
1School of Optometry and Vision Science, University of Waterloo, 2Medella Health

Summary

נוכחי במבחנת מודלים להערכת עדשות מגע (CLS) ויישומים אחרים הקשורים עין מוגבלים קשה. הפלטפורמה העינית הציגה מדמת זרימה מדמיעה פיזיולוגית, נפח מדמיע, חשיפה לאוויר ובלאי מכאני. מערכת זו היא תכליתית מאוד יכולה להיות מיושמת שונה במבחנת מנתח עם CLS.

Introduction

שני תחומים משמעותיים של עניין בתוך עדשות מגע (CL) בזירה כוללים חוסר נוחות ופיתוח יישומי CL רומן. הבהרת המנגנונים אי נוחות CL היא סוגיה הזה חמק מידיה בתחום במשך עשרות שנים. 8 התפתחות הרומן, CLS פונקציונלי, כגון מכשירים להולכת תרופות 1,3,9 ו biosensors, 10-12 הוא שטח של העניין הגובר, עם שווקים פוטנציאליים משמעותיים. בשתי הנסיבות, מתוחכם במודל חוץ גופייה יספק מידע רלוונטי על מנת לסייע בבחירת חומרי עדשה מתאימה או מאפייני עיצוב במהלך שלב הפיתוח. למרבה הצער, נוכחי במודלים במבחנה להערכת CLS ויישומים הקשורים עין שניות הם יחסית גולמיים ולא מתוחכמים. באופן מסורתי, במבחנת מחקרי CL הערכה בתצהיר שכבת דמעות או משלוח סמים מבוצעים בקבוקוני נפח סטטי, גדולים המכילים נפח נוזל קבוע, אשר greatly עולה כמויות פיסיולוגיות. יתר על כן, מודל פשוט זה חסר מרכיב זרימת דמעה הטבעי רפלקס המצמוץ, אשר שניהם מגדירים גורמי הסביבה העינית.

הפיתוח של "מודל" העין מתוחכם, רלוונטי מבחינה פיזיולוגית יחייב בגישה רב-תחומית ודורשים משמעותי אימות vivo. מסיבות אלה, במסגרת היסוד עבור דגם העין במבחנה שלנו היא תכליתית מאוד, כך המודל ניתן לשפר ללא הרף באמצעות שדרוגי מודולציות בעתיד. נכון להיום, המודל הוא מסוגל לדמות נפח מדמיע, זרימה מדמיעה, מכנים ללבוש חשיפה לאוויר. המטרה היא ליצור מודל במבחנה שיספק תוצאות משמעותיות, אשר הינה מידע צופה פני ו מחמיא in vivo ותצפיות vivo לשעבר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל הניסויים הושלמו בהתאם ועמיד בכל ההנחיות הרלוונטיות שהתוו ועדת האתיקה במחקר בבעלי החיים של האוניברסיטה ווטרלו. עיני השור שנתרמות בנדיבות מן מטבחיים מקומי.

1. עין דגם

  1. עיצוב והפקה של תבניות 13
    1. עיצוב דגמי העין על פי המידות הפיזיולוגיות הממוצעות של עיניים בוגרות אנושיות. 13
    2. השאר מרווח של 250 מיקרומטר בין גלגל העין ואת חתיכות עפעף של מודל העין. עיצוב תבניות בהתאמה באמצעות תוכנת תכנון בעזרת מחשב (CAD).
    3. צור קובץ .cad חדש או קובץ .sldprt עם AutoCAD או Solidworks. יצירת מודלים 3D של גלגל העין / העפעף האדם. צור תבניות של המודלים ולשמור את התבניות כקבצי .stl.
    4. קבצי .stl היבוא לתוך תוכנת מדפסת 3D (למשל, makeware עבור replicator2). ציין פרמטרים של ההדפס (מיקום, דלילות, בקנה מידה, אוריינטציה, החלקות, וכו ' 13.
    5. שמור את הקובץ בשם הקובץ G-קוד עבור מדפסות 3D לקרוא. חומרים בחרו כגון PLA (חומצת polylactic), ABS (אקריל ניטריל ניטריל), PC (פוליקרבונט), או שילוב של כל אלה, להדפיס את התבניות 13.
    6. התקן נימה הרצויה של החומר מועדף. לייבא את קובץ G-הקוד לתוך מדפסת 3D לקרוא. הדפס את התבנית.
      הערה: לחלופין, לייצר את תבניות העין באמצעות מספרי מבוקר מחשב (CNC) המכונה, אם משטח חלק לדגם העין הוא רצוי. לייצור עובש CNC, חומרים לתבניות לא מוגבלים עוד פלסטיק תרמית, אבל להאריך מתכת, קרמיקה, ופולימרים resistive כימית כגון polytetrafluoroethylene.
    7. פתח את ממשק התוכנה CNC המחובר מקדח חיתוך. לבנות תבניות 3D פי קדמי, למעלה, בצד ונוף המבט של תבניות מודל בעבר בנוי גלגל עין / עפעף בממשק תוכנות שליטה. בחר פרמטרים מתאימים עבורעיבוד (גודל כל ביט זיכרון, חומר המצע, עובי החומר) והמשך לחתוך את התבנית.
  2. סינתזה של עיניות שימוש PDMS
    1. באמצעות מזרק, למדוד 10 מ"ל נפח של PDMS (polydimethylsiloxane) בסיס ולמלא אותו לתוך צינור צנטריפוגות 15-50 מ"ל. הוסף 10% w / v של פתרון אלסטומר ידי משקל כולל של PDMS. באמצעות מוט ערבוב, מערבבים הפתרונות היטב.
    2. יוצקים את הפתרון PDMS לתוך תבניות גלגל העין והעפעף. אפשר PDMS להתיישב ב RT O / N (או לפחות 12 שעות) כדי להפעיל את פילמור ולאפשר בועות לפזר מתוך הפולימר.
      הערה: ודא שאין בועות נותרות PDMS שעשוי לעלות או להרחיב.
    3. בהמשך לכך, לשים את התבניות לתוך 75 ° C (167 ° F) בתנור במשך שעה 1, או 150 ° C (302 ° F) במשך 5 דקות. עבור ג'ל רך, לתת PDMS לשבת ב RT במשך לפחות 48 שעות כדי לפלמר לחלוטין.
    4. שים דגימות במקפיא במשך כמה דקות; זה יכווץ את PDMS ולפשטהסרת הדגימות מן התבניות. חלץ את eyepieces מהתבניות בעזרת מרית דקה.
    5. עבור המשלוח של פתרון אל תוך החלל שבין גלגל העין ואת חתיכות עפעף, להתחבר לצינור 1/16 "x 1/8" polytetrafluoroethylene עם מחבר צינור מצמד "שווה 1/16 רגל וצרף אותו יצירת העפעף על חור הצינורות .
  3. סינתזה של Piece Eyeball שימוש Agarose
    הערה: יצירת גלגל העין יכולה להיות מסונתזת באמצעות פולימרים אחרים כגון agarose. ההליך הבא יכול גם להיות שונה כדי לייצר חתיכות עין ממגוון סוגים אגרו, כגון מחשבי כף יד (אגר דקסטרוז תפוחי אדמה) או SDA (אגר דקסטרוז sabouraud).
    1. כדי לייצר ג'ל 2% (2 גר '/ 100 מ"ל), מידה 2 גרם של agarose ומערבבים עם 100 מ"ל מים ultrapure. תביאו הפתרון לרתיחה (100 ºC) כך agarose מתמוסס לחלוטין. תנו הפתרון להתקרר במשך 5 דקות.
    2. יוצקים את הפתרון לתוך התבנית גלגל העין ולאפשר פתרון להתקרר במשך 30 דקות ב RT. מוציאים את חתיכות גלגל העין עם מרית. אחסן את אגר גלגל העין בתוך -20 במקפיא ° C לשימוש מאוחר יותר. עבור מחקרים מיקרוביולוגיה, לעקר את תבניות גלגל העין על ידי מעוקר ו / או קרינת UV.
  4. התאגדות של שור קרני על PDMS Eyeball
    הערה:. פרוטוקול זה הותאם מ פארח ואח 14
    1. בצעו את לנתיחה ההתאגדות של הקרניות שור בתנאים סטריליים מתחת למכסה המנוע זרימה למינרית. רוכש את העיניים ולנתח אותם באותו היום.
    2. סובב את מכסה המנוע לזרום במשך 10 דקות לפני השימוש ולחטא עם אלכוהול אתנול 70%. ודא שכל החומרים והכלים הם סטריליים על ידי אידוי ב 273 ° F / 133 מעלות צלזיוס במשך 45 דקות, ואת מיקומו לא פחות מ -4 ס"מ מהכניסה ברדס זרימה.
    3. לטבול את העין שור בתוך כוס המכילה פתרון בדילול povidone- יוד למשך 2 דקות. יש לשטוף את העין בתוך כוס המכילה בופר פוספט (PBS) עמ 'H 7.4. בעזרת מלקחיים בעדינים למקם את העין על צלחת פטרי זכוכית, עם פנים כלפי מעלה קרני.
    4. הסר את השריר העודף רקמת שומן על ידי חיתוך בנקודות המצורפות scleral במספריים לנתיחה בקצה קהים. השלך את הרקמה העודפת לתוך מבחנה סטרילית המיועד פסולת בעלי חיים.
    5. באמצעות מיקרו מספריים, להסיר את לחמית מהעין. עוטפים את העין עם גזה סטרילי, שמירה על מרחק של 1 ס"מ לפחות מן לימבוס.
    6. באמצעות אזמל, לחתוך את בלובן העין כ -2 מ"מ מאזור לימבוס ובשטחיות כדי למנוע חדירה של דמית הבסיסית הגוף הזגוגי. בזהירות להאריך את החתך על ידי 360 מעלות באמצעות מספריים או אזמל לנתיחה ללא עיוות הקרנית מ העקמומיות טבעית.
    7. עם מלקחיים בסדר, להסיר את הקרנית מן העין. בעזרת מלקחיים, להסיר את כל רקמת הענביה דבקה בקפידה ולשטוף קרנית עם PBS.
    8. אחסן את הקרנית בבית 31ºC במיכל סטרילי עם תרבותבינוני (כגון בינוני 199) המכיל 3% עובריים שור סרום כדי לשמור על לחות רקמה והזנת תא.
    9. לפני ניסויים, לנוח הקרנית נכרת על גלגל העין PDMS, לצבוט את שני החלקים עם קליפ-על מיוחדים.

2. פלטפורמת Blink

  1. עיצוב והפקה של הפלטפורמה-Blink
    הערה: הפלטפורמה למצמץ מורכב משלושה חלקים פונקציונליים: דגם עין (בסעיף 1), מערכת הילוכים, מערכת אלקטרונית.
    1. עיצוב וייצור הפלטפורמה למצמץ באמצעות CAD והדפסת 3D, דומה לזה שתואר עבור דגם העין (סעיף 1.1). עיצוב הילוך המערכת כך שהיא מתרגמת סיבוב פשוט של מנועים לתוך התנועות לרוחב סיבוב של עיני. 15
    2. שימוש אברה ואת מנגנון הילוך, לתרגם תנועה סיבובית של מנוע צעד לתוך התנועה לרוחב של אברה, אשר מחוברת אל חתיכות העפעף.
    3. משתמש במערכת הילוך המצומד, להגביר תנועה סיבובית אחד מתוך מנוע צעד לשלוש (או יותר) תנועות סיבוביות במשך שלוש חתיכות גלגל עין שונות.
    4. יישר את שתי מערכות הילוך, אחד עבור העפעף ואחד גלגל העין, כך שהמרחק בין שני הם קבועים. הרכיבו את מערכת אלקטרונית עם מיקרו-בקר, מגן מנוע, ושני מנועים.
      הערה: השתמש שני מנועי stepper לספק מנועי סיבוב, אשר תורגמו על ידי מערכת ההילוכים להילוך בתנועה מהבהבת.
    5. תחבר את שני מנועי צעד עם מערכת המורכבת של מגן מנוע מוערמים על מיקרו-בקר. חבר וקבע את תצורת הרכיבים האלקטרוניים לעבוד עם מוצרי תוכנת קוד פתוח.
    6. לתכנת את המערכת לשלוט בפרמטרים המנוע כגון סיבובים לדקה (סל"ד), מספר סיבובים קדימה, מספר סיבובים לאחור, וסגנון מפנה.
      הערה: עיין "קובץ Arduino הקוד" משלים לפרטים.
    7. הורד את תוכנת המערכת מן maאתר 'nufacturers.
    8. התקן את התוכנה ולפתוח אותו. כתוב את הקוד לשלוט stepper מנועים בתצורה הרצויה. חבר את המערכת עם מקור כוח המערכת האלקטרונית כך המנועים לנוע באופן הרצוי כפי שהוגדרו על ידי החוקר.
      הערה: עיין "קובץ Arduino קוד" משלים.
  2. עצרת עם מיקרופלואידיקה (פתרון דמעה מלאכותי)
    1. קח את גלגל העין מסונתז וחתיכות העפעף להחליק אותם על-ons קליפ המתאימים עבור מודל העין. חבר את הצינורות כי הוא הצטרף עם מזרק ואת מיקומו על משאבת microfluidic עם חתיכת העפעף (סעיף 1.2.5). מבחן להפעיל את הפלטפורמה ולבדוק לתנועה עקבית.
    2. ראש בצינור ובדוק שיש זרימה קבועה של פתרון דמעה מלאכותית (ATS). מתכון ATS דווח בעבר. 16
    3. באופן ידני להעביר את החלקים-מודל עין יחד על מישור, כך גלגל העין והעיןמכסה נמצא בקשר. הגדר את קצב הזרימה של המשאבה microfluidic כדי הערכים הרצויים. גדר ספיקות פיסיולוגיות 1-1.5 μl / min. 17
    4. הפעל את המשאבה ואת ומפעיל להתחיל בניסוי. בניסויי משלוח סמים, למקם את עדשות מגע המכיל סמים על פיסת גלגל העין.
    5. לאפשר לנוזל הזרימה דרך לטפטף לתוך צלחת 12-היטב. בשעה המרווחת הזמן להגדיר הרצוי, לכמת את ריכוז אנליטי או סמים משתמשים בשיטות זיהוי נפוצות כגון UV-Vis ספקטרוסקופיה או פלואורסצנטי. 1,4,18
    6. עבור מחקרים להערכת בתצהיר של רכיבים מדמיע על עדשות מגע, למקם את עדשות המגע על פיסת "גלגל העין". אסוף את נוזל הזרימה דרך, אשר יכול להיות מושלכת.
    7. לאחר מרווחי הזמן הרצוי, להסיר את עדשות המגע מן היצירה גלגל העין ולהכין את העדשה לניתוח נוסף כגון מיקרוסקופיה confocal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

תבניות העין המסונתזות מתקבל המכונה בחנות ומן 3-D הדפסה מוצגות באיור 1. תבניות אלה יכולים לשמש עם מגוון רחב של פולימרים, כגון PDMS ו agarose, לייצר eyepieces עם התכונות הרצויות. עצרת הסימן של פלטפורמת מודל עין עם משאבת מזרק microfluidic מוצגת באיור 2. הפלטפורמה מדמה בלאי מכאני באמצעות הסיבוב של יצירת גלגל העין, וחשיפת אוויר דרך לרוחב פנימה והחוצה תנועה של יצירת העפעף. נוזל מדמיע הוא החדיר לתוך העפעף ממשאבת microfluidic בשיעור הזרימה הרצוי, ונוזל זרימת דרך ניתן לאסוף בצלחת 12-היטב.

נוהל דיסקציה של עדשת שור, גובר על גבי עינית PDMS מתואר באיור 3. הרקמות העודפות מופרדות מן העין וזנוחה, ואחריו ההסרהשל הלחמית. הסרת הקרנית מתחיל עם חתך לתוך בלובן העין ליד לימבוס. איור 4 מראה את מגוון eyepieces שיכול לשמש שונים במבחנה ניתוחים. חתיכות גלגל העין רכובות לראות מסונתזי PDMS, אגר, וכן קרנית שור לשעבר vivo רכובה על פיסת גלגל עין PDMS.

איור 5 מתאר במחקר שבדק את שחרורו של אנטיביוטיקה, moxifloxacin, מ CLS. 18 כאשר נמדדו במודל הבקבוקון המסורתי, שחרור תרופה מתרחש בתוך השעה 2 הראשונה ואחריו שלב מפנה. לעומת זאת, מודל עין הרומן מציג שחרור תרופה להיות איטי קיימא עבור עד 24 שעות. 18 במחקר שבדק את בתצהיר של כולסטרול על CLS מוצגים באיור 6. הכולסטרול במחקר תויג fluorescently בצורת NBD -cholesterol (7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-YL-כולסטרול), ו deposition היה צילמו באמצעות מיקרוסקופ confocal סריקת לייזר. תוצאות המחקר מראים כי יש הבדלים משמעותיים כאשר המחקרים בתצהיר מבוצעים בקבוקון לעומת מודל העין.

איור 1
איור 1. תבניות עיניות. (א) פיסת Eyeball עובש מחנות מכונה. (ב) עובש מכסה עין מן הדפוס 3-D. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2
איור 2. פלטפורמה עינית במבחנה. (א) תנועה מעגלית המדמה בלאי מכני. (ב) תנועה לרוחב מייצרת אוויר לסירוגיןחשיפה. (C) עירוי נוזלים מדמיע לתוך העפעף. (ד) איסוף הצלחת היטב. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3
איור 3. Dissection ושילוב של הקרנית שור. (א) הסרת רקמה עודפת. (ב) הסרה לחמית. (C) חתך לאזור לימבוס. (ד) הקרנית הניכרת ניתן לאחסן או רכובה על פיסת כדור עין PDMS. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4
איור 4. eyepieces לדוגמא. מדגם עֵינִית PDMS עם עדשות מגע, חתיכת עין אגרה, לשעבר vivo קרני שור עין רכובה חתיכה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 5
איור 5. משלוח תרופות באמצעות פלטפורמת עינית חוץ גופית. שחרור moxifloxacin מ עדשות מגע חד-יומיות מ- (A) בקבוקון סטטי נפח גדול (B) המודל העין (Re-הדפסה באישור האגודה לחקר חזון אופתלמולוגיה). 18 כל הנתונים הם דיווחו כממוצע ± סטיית תקן. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

class = "jove_content" FO: keep-together.within-page = "1"> איור 6
איור 6. בתצהיר כולסטרול באמצעות פלטפורמת עינית במבחנה. תמונות Confocal מראה חתך א etafilcon, A nelfilcon, A nesofilcon, ocufilcon B, delefilcon א ', א somofilcon, A narafilcon לאחר דגירה hr 4 עם כולסטרול NBD ב בקבוקון דגם עין. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

ישנם שלושה שלבים קריטיים בתוך הפרוטוקול מחייבות התייחסות מיוחדת: עיצוב וייצור של תבניות (סעיף 1.1), הרכבת פלטפורמה (סעיף 2.2.1-2.2.3), וניטור בטווח הניסוי (סעיף 2.2.4-2.2.7 ). במונחים של העיצוב והייצור של תבניות (סעיף 1.1), יצירת גלגל העין צריכה להיות מתוכננת על פי המידות של קרנית אדם. עם זאת, הוא עשוי לדרוש טיפוס מרובה של העובש לפני חתיכת גלגל עין ניתן ליצור את זה בצורה יוצאת המתאימה עדשות מגע מסחריות (CL). בנוסף, 250 מיקרומטר צריך להישמר כאשר גלגל העין חתיכת העפעף נמצאים בקשר כדי להבטיח את נוזל הדמעות זורם בצורה חלקה לאורך כל מודל העין כולה כאשר CL הוא ההווה. מרחק זה יכול להיות שונה חזרות בעתיד, אבל לא צריך להיות פחות מ -150 מיקרומטר, כדי לאפשר מספיק מרווח כדי להתאים CL. עצרת הפלטפורמה (הסעיף 2.2.1-2.2.3) צריכה להיעשות בזהירות רבה כך גלגל עין חתיכת עפעף נכנסים contact במהלך התנועה למצמץ. אם eyepieces אינם באים במגע מושלם, אז סימולציה של העפעף סגור ושפשוף מכני נכשל. המפעיל צריך להתבונן הפלטפורמה בתנועה במשך כמה מחזורים כדי להבטיח ששני גלגל העין ואת העפעף נמצאת בקשר, וכי שפשוף מתרחש מתוכנת. הפלטפורמה הנוכחית מתוכננת לפעול באופן רציף ולאורך חודש, אבל מפעיל תמיד צריך לבדוק על יציבות המערכת כל 24 שעות בעת הפעלת ניסוי (סעיף 2.2.4-2.2.7). זה חשוב כמו הפלטפורמה הנוכחית לא מחזיקה בקרת טמפרטורה או לחות, התנודתיות של פרמטרים אלה יכול לייבש את CLS. במקרה זה, הנח את דגם העין בתוך תא לחות וטמפרטורה מבוקרת. בנוסף, עבור ניסויי משלוח סמים, נוזל הזרימה דרך שנאסף יש לנתח או מאוחסן לפחות כל שעה 2 כדי למנוע אידוי משמעותי של המדגם.

כרגע יש שתי מגבלות של מוצגיםדגם עין. המגבלה הראשונה היא לגבי חשיפת הסביבה. נכון לעכשיו, כי חלקי העין אינם סגורים בתא מבוקר, שינויים כגון טמפרטורה ולחות באזור העבודה יהיה להשפיע על היבטים שונים של הניסויים. לדוגמא, אם הסביבה היא יבשה מדי, אז CLS מתייבש מהר ויכול להפריד מן יצירת גלגל העין, או נוזל זרימת דרך יכול להתאדות. כדי לטפל בבעיה זו, שיפורים עתידיים יהיה בבית המודל העין בתא טמפרטורה ולחות מבוקרים. המגבלה השנייה נוגעת יצירת גלגל העין המורכבת. נכון לעכשיו, העיניים הם פשוט, מורכב משני PDMS או agarose, אף לא אחד מהם באמת מייצג תכונות פני קרנית. עבודה עתידית תשאף לייצר מודלי עין אשר מחקה קרוב מבנים פני הקרנית.

במבחנה מחקר עינית נתפסת בדרך כלל בתור שלב הבדיקות שקדמו למחקר in vivo. למרות זאת,חשוב לזכור כי מחקר במבחנה יכול גם להיות משלים נתוני in vivo, מתן תובנות קריטיים כי אחרת לא ניתן להשיג ממחקרי vivo ב לבד. לצערי, הזרם מודלים חוץ גופית עבור CLS הבדיקה הם מתוצרת מקומית חסרים מספר מרכיבים מרכזיים כראוי לחקות את הסביבה vivo. למשל, במבחנת המחקרים CL מבוצעים בקבוקונים המכילים 2-5 מיליליטר של בופר פוספט, 1-6 מהן עולה כרכים מדמיעים פיסיולוגיים מאוד ב 7.0 ± 2 μl. 7 יתר על כן, שני גורמים חשובים של הסביבה העינית, קרע טבעי זרימה ואת רפלקס המצמוץ, נעדר ממודל בקבוקון סטטי פשוט. המגבלות של מודל הבקבוקון הקונבנציונלי הוכרו על ידי חוקרים, נעשו ניסיונות ליצור ייחודי מודלי עין במבחנה המדמים את סביבת העינית, על ידי הכללת רכיב חידוש מדמיע microfluidic 20-24 ו / או חשיפה לאוויר לסירוגין. 25,26 באופן לא מפתיע, התוצאות שנוצרו מניסויים אלה שונים מאוד מאלה שהושגו עם מודל הבקבוקון הקונבנציונלי, ועשויות יותר דומה בנתוני vivo. 20-25 לכן, פיתוח CLS מסובך במודל עין במבחנה לבחון יספק תובנה חדשות על האינטראקציה של חומרי עדשה עם משטח העין, ולעזור להקל על הפיתוח של חומרים חדשים ויישומים חדשים עבור CLS בעשורים הקרובים.

ניתן לטעון, אחד ההיבטים במחלוקת ביותר של מודל העין חוץ גופייה הוא האם העין דומה כיור אינסופי, אשר חשוב במיוחד כאשר מדובר משלוח סמים מ CLS. בתנאי כיור אינסופיים, היקף הפתרון המקיף גבוה משמעותי מהיקף רווית תרופה, כך שחרור תרופה אינו מושפע של מסיסות התרופה. 27 עורכי דין עבור הבקבוקון כקובץ acceדגם עין ptable טוען כי הקרנית, לחמית, והרקמה שמסביבו עינית יחד לתפקד כיור אינסופי. בעוד בתאוריה זה אולי נכון, התרופה חייבת לפזר ראשונה לנוזל המדמיע. צעד הגבלת שיעור זה עשוי לא מצב כיור, ויהיה תלוי בשני הנפח מדמיע לזרום כמו מדומה על ידי המודל שלנו.

הזהות הייחודית של המודל שהוצג טמונה ביכולתה לחקות את הדמעות. על ידי אימוץ עיצוב שני חלקים, קטע גלגל עין "scleral / קרנית" ו "עפעף", אפשר ליצור שכבה דקה להתפשט באופן שווה של שכבת דמעות על פיסת גלגל העין כאשר הוא החתיכות באות במגע. כדי להמשיך לדמות את פני השטח של העין, בלאי מכני וחשיפה האוויר שולבו במודל באמצעות שני כוננים מכניים. כפי שנכתב במאמר העפעף נע רוחבי, זה מדמה סגירת העין וחשיפת אוויר לסירוגין. הסיבוב של גלגל העין המדמה את הבלאי המכאני יוצר דוריןg מהבהב. המערכת בשילוב עם משאבת microfluidic, אשר ממלאת את מודל העין עם נוזל מדמיע בקצב זרימה פיסיולוגי או כל שער זרימה רצוי אחר. שכבת הדמעות נוצרת בכל פעם שתי החתיכות באות במגע, ו התפרקות מדמיעה מתרחשת כאשר שני החלקים נפרדים.

המטרה היא ליצור פלטפורמת בדיקה אוניברסלית להעריך CLS עבור שונים במבחנת ניתוחים. על מנת להיות תכליתי, חלקי גלגל העין יכולים להיות מסונתזים פולימרים שונים, כגון polydimethylsiloxane (PDMS) או אגרתי. עבור מחקרים עיניים פשוטים, פולימרים, מייצגות משטחים הידרופובי הידרופילי בהתאמה, יספיקו. עם זאת, כמו ניתוחים מורכבים יותר נדרשים, ללימודי חדירת סמים למשל עינית או רעיל, חתיכות העין תהיינה צורך שונה יותר. שינויים נוספים אלה למודל, כגון הכללת קרנית vivo לשעבר כמוצג, הם יחסית ריאליים. עם זאת, מחקרים לתיקוף נוספיםעבודה נדרשים, ובעתיד ישאף לשפר את תקפות המודל הזה על ידי השוואתה עם מודלים in vivo.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

החוקרים אין לי מה לחשוף.

Acknowledgments

המחברים מבקשים להודות מקור מימון שלנו NSERC 20/20 הרשת לפיתוח חומרים עיניים מתקדמים.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Phan, C. M., Subbaraman, L. N., Jones, L. In vitro drug release of natamycin from beta-cyclodextrin and 2-hydroxypropyl-beta-cyclodextrin-functionalized contact lens materials. J Biomater Sci Polym Ed. 25, 1907-1919 (2014).
  2. Peng, C. C., Kim, J., Chauhan, A. Extended delivery of hydrophilic drugs from silicone-hydrogel contact lenses containing vitamin E diffusion barriers. Biomaterials. 31, 4032-4047 (2010).
  3. Hui, A., Willcox, M., Jones, L. In vitro and in vivo evaluation of novel ciprofloxacin-releasing silicone hydrogel contact lenses. Invest Ophthalmol Vis Sci. 55, 4896-4904 (2014).
  4. Boone, A., Hui, A., Jones, L. Uptake and release of dexamethasone phosphate from silicone hydrogel and group I, II, and IV hydrogel contact lenses. Eye Contact Lens. 35, 260-267 (2009).
  5. Lorentz, H., Heynen, M., Trieu, D., Hagedorn, S. J., Jones, L. The impact of tear film components on in vitro lipid uptake. Optom Vis Sci. 89, 856-867 (2012).
  6. Hall, B., Phan, C. M., Subbaraman, L., Jones, L. W., Forrest, J. Extraction versus in situ techniques for measuring surface-adsorbed lysozyme. Optom Vis Sci. 91, 1062-1070 (2014).
  7. Mishima, S., Gasset, A., Klyce, S. D., Baum, J. L. Determination of tear volume and tear flow. Invest Ophthalmol Vis Sci. 5, 264-276 (1966).
  8. Nichols, J. J., et al. The TFOS international workshop on contact lens discomfort: executive summary. Invest Ophthalmol Vis Sci. 54, 7-13 (2013).
  9. Peng, C. C., Burke, M. T., Carbia, B. E., Plummer, C., Chauhan, A. Extended drug delivery by contact lenses for glaucoma therapy. J Control Release. 162, 152-158 (2012).
  10. Faschinger, C., Mossbock, G. Continuous 24 h monitoring of changes in intraocular pressure with the wireless contact lens sensor Triggerfish. First results in patients. Der Ophthalmologe : Zeitschrift der Deutschen Ophthalmologischen Gesellschaft. 107, 918-922 (2010).
  11. Shaw, A. J., Davis, B. A., Collins, M. J., Carney, L. G. A technique to measure eyelid pressure using piezoresistive sensors. IEEE transactions on bio-medical engineering. 56, 2512-2517 (2009).
  12. Liao, Y. T., Yao, H. F., Lingley, A., Parviz, B., Otis, B. P. A 3-mu W CMOS glucose sensor for wireless contact-lens tear glucose monitoring. Ieee J Solid-St Circ. 47, 335-344 (2012).
  13. Coster, D. J. Cornea. , John Wiley & Sons. Wiley-Blackwell (Imprint) John Wiley & Sons (2002).
  14. Parekh, M., et al. A simplified technique for in situ excision of cornea and evisceration of retinal tissue from human ocular globe. Journal of visualized experiments : JoVE. , e3765 (2012).
  15. Gear and pinion. US patent. Way, S. , US2279216A (1942).
  16. Lorentz, H., et al. Contact lens physical properties and lipid deposition in a novel characterized artificial tear solution. Molecular vision. 17, 3392-3405 (2011).
  17. Furukawa, R. E., Polse, K. A. Changes in tear flow accompanying aging. American journal of optometry and physiological optics. 55, 69-74 (1978).
  18. Bajgrowicz, M., Phan, C. M., Subbaraman, L., Jones, L. Release of ciprofloxacin and moxifloxacin from daily disposable contact lenses from an in vitro eye model. Invest Ophthalmol Vis Sci. , (2015).
  19. Luensmann, D., Zhang, F., Subbaraman, L., Sheardown, H., Jones, L. Localization of lysozyme sorption to conventional and silicone hydrogel contact lenses using confocal microscopy. Current eye research. 34, 683-697 (2009).
  20. Tieppo, A., Pate, K. M., Byrne, M. E. In vitro controlled release of an anti-inflammatory from daily disposable therapeutic contact lenses under physiological ocular tear flow. Eur J Pharm Biopharm. 81, 170-177 (2012).
  21. Ali, M., et al. Zero-order therapeutic release from imprinted hydrogel contact lenses within in vitro physiological ocular tear flow. J Control Release. 124, 154-162 (2007).
  22. White, C. J., McBride, M. K., Pate, K. M., Tieppo, A., Byrne, M. E. Extended release of high molecular weight hydroxypropyl methylcellulose from molecularly imprinted, extended wear silicone hydrogel contact lenses. Biomaterials. 32, 5698-5705 (2011).
  23. Kaczmarek, J. C., Tieppo, A., White, C. J., Byrne, M. E. Adjusting biomaterial composition to achieve controlled multiple-day release of dexamethasone from an extended-wear silicone hydrogel contact lens. J Biomater Sci Polym Ed. 25, 88-100 (2014).
  24. Mohammadi, S., Postnikoff, C., Wright, A. M., Gorbet, M. Design and development of an in vitro tear replenishment system. Ann Biomed Eng. 42, 1923-1931 (2014).
  25. Lorentz, H., Heynen, M., Khan, W., Trieu, D., Jones, L. The impact of intermittent air exposure on lipid deposition. Optom Vis Sci. 89, 1574-1581 (2012).
  26. Peng, C. C., Fajardo, N. P., Razunguzwa, T., Radke, C. J. In vitro spoilation of silicone-hydrogel soft contact lenses in a model-blink cell. Optom Vis Sci. 92, 768-780 (2015).
  27. Liu, P., et al. Dissolution studies of poorly soluble drug nanosuspensions in non-sink conditions. AAPS PharmSciTech. 14, 748-756 (2013).

Tags

Bioengineering גיליון 110 דגם עין עינית במבחנה עדשות מגע בתצהיר מדמיע אספקת סמים מודל אגר חומרים עין,
פיתוח של<em&gt; במבחנה</em&gt; פלטפורמת Ocular כדי לבדוק עדשות מגע
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Phan, C. M., Walther, H., Gao, H.,… More

Phan, C. M., Walther, H., Gao, H., Rossy, J., Subbaraman, L. N., Jones, L. Development of an In Vitro Ocular Platform to Test Contact Lenses. J. Vis. Exp. (110), e53907, doi:10.3791/53907 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter