Summary
Wir präsentieren Ihnen eine effiziente Methode des Studiums Objektiv Unterkunft mithilfe einer manuellen Objektiv trage. Das Protokoll Mimik physiologischen Unterkunft durch Ziehen der Zonules um die Linsenkapsel dabei verbunden erstreckt sich das Objektiv.
Abstract
Das Ziel dieses Protokolls ist es, die Biomechanik des physiologischen Unterkunft auf kostengünstige, praktische Weise nachahmen. Unterkunft wird durch die Kontraktion der Ziliarkörper und Entspannung Zonule Fasern, die Ergebnisse in die Verdickung der Linse notwendig für Nahsehen erreicht. Hier präsentieren wir Ihnen eine neuartige, einfache Methode, die in der Unterkunft repliziert wird, durch die Anspannung der Zonules an der Linsenkapsel über einer manuellen Objektiv trage (MLS) angeschlossen. Diese Methode überwacht die radiale Dehnung erreicht durch ein Objektiv bei einer konsequenten Krafteinwirkung umkippen und ermöglicht einen Vergleich der Aufnahme-Objektive, die gedehnt werden können, um nicht Platz für Objektive, die gedehnt werden kann nicht. Wichtig ist, die Bahre Paare Zonules direkt, und nicht der Sklera des Auges, erfordern somit nur das Objektiv, Zonules, und Ziliarkörper anstatt den gesamten Globus-Probe. Dieser Unterschied kann die Kosten für den Erwerb Spender Kadaver Objektive von etwa 62 % im Vergleich zum Erwerb einer ganzen Welt erheblich verringern.
Introduction
Unterkunft ist der Prozess, durch den das menschliche Auge in der Lage, dynamisch anpassen, die Form der Augenlinse, weit oder nahe Objekte scharf zu sehen ist. Unterkunft ist ein intrinsisch biomechanische Prozess. Auf neuronale Impulse erzeugen die ciliary Muskeln eine Kraft auf den Ziliarkörper und Zonule Fasern, die den Umfang der Linse Kapsel1,2anfügen. Zwar gibt es verschiedene Theorien hinter die Biomechanik der Unterkunft, ist die am weitesten verbreitete die Helmholtz-Hypothese. Nach der Hypothese ist das Objektiv in einem natürlichen gestreckten Zustand entsprechend der dünnsten Form der Linse für optimale im Mittelpunkt von weit entfernten Objekten. Um den Fokus auf nahe Objekte ändern, die ciliary Muskeln kontrahieren und die zonular Fasern sind entspannt. Im Gegenzug verdickt die Linse, erhöht die vorderen und hinteren Oberfläche Krümmungen. Dies entspricht einer Steigerung im dioptrische macht das Nahsehen daher eine kürzere Brennweite1für notwendig ist.
Die Fähigkeit zur Aufnahme ist im Laufe der Zeit über eine Bedingung genannt Presbyopie gefährdet. Auswirkungen auf alle nach dem Alter 50, macht Presbyopie das Auge nicht in der Lage dynamisch ändern Fokus von weit nach Distanzen3schließen. Um die Presbyopie zu bekämpfen, sind aktuelle Methoden passiv einschließlich Korrekturgläsern und Bifocals. Gleichzeitiger Erhöhung der Fähigkeit, sich auf nahe Objekte auf einigen Ebenen konzentrieren, Wiederherstellen nicht solche passiven Behandlungen der dynamischen Fokus Fähigkeit der Linse4,5. Um Presbyopie effizient zu behandeln, oder möglicherweise verhindern, dass es, gibt es ein laufenden Bedarf Unterkunft besser zu verstehen.
Um Objektiv Unterkunft zu untersuchen, wurden eine Anzahl von Geräten simuliert das Phänomen ex Vivo4,6,7,8,9entwickelt. Rotierende Festplatten wurden zuerst eingeführt, um die Dehnung des Objektivs durch Zentrifugalkräfte8zu überwachen. Um das Phänomen mehr treu zu replizieren, wurden Objektiv-stretching-Geräte nach und nach eingeführt und erneuert. Mit Hilfe einer Linse trage, Manns Et al.. die erforderliche Kraft, um Platz für das Objektiv beim korrelieren diese Linse macht und äquatorialen Durchmesser9gekennzeichnet. Gegenwärtiges Verständnis ist, dass die Linse mit zunehmendem Alter versteift, was zu einer geringeren Änderung in Scheibenform in Reaktion auf eine gleiche Kraft vom Ziliarkörper3,10,11,12.
Aktuelle Objektiv Bahren oft beinhalten einen komplizierten Aufbau, Implementierung von Elektronik und programmierbare stretching Preise, und erfordert die ganze Kadaver Augapfel6,7,10,13. Diese Anforderung erhöht die Kosten pro Versuch, mehr als $500,00 pro Auge und Probe Verfügbarkeit sinkt. Hier präsentieren wir eine Methode, um Objektiv Unterkunft zu niedrigen Kosten zu replizieren, da das Auge posterior beläuft sich auf rund $200,00. Weile weniger anspruchsvoll als viele Geräte verwendet, heute ist die Technik viel kostengünstiger und herrenlose ohne Ergebnisse. Diese Methode ist im Mittelpunkt einer manuellen Objektiv trage (MLS) in Abbildung 1dargestellt und verwendet eine einzigartige Klemmsystem auf die zonular Fasern und eine radiale Verdrehung Methode, um den Durchmesser des Objektivs zu erweitern. Die physiologische Richtigkeit des Protokolls wird validiert durch die Feststellungen des Bernal Et Al., der studiert des Weges durch die vorderen und hinteren zonular Fasern mit der Linse-Kapsel-14verbunden sind. Mit dem Design des benutzerdefinierten Schuhe, die nur die Linse, Zonule und Ziliarkörper erfordern, wollten wir Objektiv Biomechanik zu studieren, durch die Replikation physiologischen Unterkunft.
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Protocol
Die folgenden Protokolle sind unter der University of Maryland institutionelle Animal Care und Use Committee sowie der Institutional Review Board akzeptiert. Die Protokolle befolgen Bundes-, Landes- und lokalen Standards, und die Leitlinien von der University of Maryland-Richtlinie über die biologische Sicherheit.
(1) Dissektion Auge Probe
-
Erhalten Sie eine Auge-Probe von örtlichen Schlachthof oder Gewebe-Bank. Wenn eine gesamte Augapfels vorliegt, sofort extrahieren Sie den Objektiv, angehängte Zonules und Glaskörper.
Hinweis: Die unten beschriebenen Einzelheiten beziehen sich auf Schweine und menschlichen Augen.- Mit desinfizierten Chirurgische Scheren und Pinzetten, schneiden Sie und entfernen Sie alle überschüssiges Gewebe rund um die Lederhaut.
- Fest halten Sie das Auge auf seiner Seite und mit einer Rasierklinge, machen Sie einen kleinen Schnitt an der Seite des Auges 3 mm entfernt von der Hornhaut. Machen Sie den Schnitt tief genug, um den Glaskörper im Inneren des Auges erreicht haben.
- Mit Schere, schneiden Sie vorsichtig weiter entlang der Schnitt um den Umfang des Auges. Punktion der Linse zu vermeiden. Ein repräsentatives Bild zeigt Abbildung 2A.
- Entfernen Sie der äußere Umfang des Auges geschnitten worden ist, die hintere Gewebe des Auges mit Pinzette. Isolieren der Linse, Zonules, Ziliarkörper und die beigefügten Glaskörper mit einer Pinzette. Ein repräsentatives Bild ist in Abbildung 2Bdargestellt.
- Mit Schere und Pinzette, entfernen Sie überschüssige Glaskörper, damit das Objektiv auf dem MLS flach liegen kann.
Hinweis: Im Falle einer Hornhaut-Transplantation, die Hornhaut Taster in der Chirurgie und der Rest der Welt für Forschungszwecke zur Verfügung. Jedoch kann diese teilweise Globus noch bei der Vorbereitung der Gewebe von der Objektiv-trage-Setup verwendet werden. Wenn nur die hinteren vorliegt, führen Sie nur Schritt 1.1.4–1.1.5.
- Alle Gebrauchtmaschinen nach Dissektion in 15 % Bleichmittel-Lösung für 30 min zu desinfizieren.
(2) Probemontage der manuellen Objektiv Bahre
- Legen Sie die 10 mm-Schuh-Böden und den entsprechenden Schuh-Spitzen in die Bodenplatte des MLS, so ein Abstand von 5 mm zwischen der hinteren Wand des Schuh-Einzug und der Schuh selbst bleibt.
- Richten Sie die oberen und unteren Platten, fangen die Platten zusammen; das Gerät ist nun in der ungedehnten Position.
- Legen Sie die Platten in der Platte-Fall und die Verschluss-Schraube in das Loch an der Seite der Bodenplatte.
- Setzen Sie die Platte Fall in die Sockel und legen Sie den Schraubenschlüssel in die ausgerichteten Einzüge.
- Drehen Sie den Schlüssel im Uhrzeigersinn, bis sie die Schraube stoppen erreicht, um Vertrag die Schuhe, und drehen Sie wieder gegen den Uhrzeigersinn, die Schuhe in die ungedehnten Ausgangsposition zurückzukehren.
3. Montage des Objektivs
- Fügen Sie die 10 mm-Schuh-Böden in die Bodenplatte in der MLS, sodass eine 5 mm die Lücke zwischen Reste der hinteren Wand des Schuh-Einzug und der Schuh selbst.
- Mit gebogenen Pinzette, legen Sie die extrahierten Objektiv nach oben auf der Mitte der Bodenplatte, so dass die Schuhe die Linse über dem zentralen Loch unterstützen.
- Einrasten der entsprechenden Spitze Schuhe, clipping, nur die Zonules und den Glaskörper. Optisch sorgen dafür, dass das Objektiv bleibt so zentriert wie möglich auf der Bodenplatte.
- Wiederholen Sie die Schritte 2,3 – 2,4.
4. Messung der Linse
- Platzieren Sie ein bildgebendes System direkt über das Gerät, um Videos und Bilder von den Reckvorgang zu erfassen. Achten Sie darauf, ein Lineal in den Rahmen des Bildes präzise Größe und Skalierung Bilder im Post-Processing aufzunehmen.
Hinweis: Alle geeignetes imaging-System ist ausreichend für diesen Schritt; Hier verwenden wir ein 12 Megapixel, Autofokus Smartphone einen Fuß aus der Probe. - Drehen Sie fest und doch glatt, den Schlüssel im Uhrzeigersinn um das Objektiv zu dehnen. Abbildung 3 zeigt repräsentative Bilder auf den ungedehnten und gestreckten Zustand.
- Drehen Sie nach der gestreckten Objektiv fotografieren den Schlüssel in Richtung gegen den Uhrzeigersinn um die Probe in seinem ruhenden Zustand wiederherzustellen.
Hinweis: Es ist zwingend notwendig, dass die Messung der Linse in einer fristgerechten Weise durchgeführt wird, um die Austrocknung der Linse zu minimieren. - Klar, Foto den ruhenden Endzustand des Objektivs.
(5) Datenanalyse
- Laden Sie das Bild auf ImageJ und verwenden Sie die Funktion "Punkt" mindestens 40 Punkte um den Umfang des Objektivs wie in Abbildung 4Aauswählen. Die Option "Analysieren" → "Messen" um die Lage der einzelnen ausgewählten Punkte zu erzielen.
- Passen Sie die Positionspunkte (mit Software wie z.B. MATLAB) um einen Radius und Chi-Quadrat-der Fit wie in Abbildung 4Bzu erzielen. Wandeln Sie die Pixel Radius und Fehler in Kennzahlen mit dem fotografierten Lineal.
- Führen Sie gepaarter zwei tailed t-Test zum Vergleich einer einzelnen Linse vor und nach dem Dehnen von der MLS.
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Representative Results
Porcines Augen, eine gemeinsame Probe für das Studium Presbyopie über Objektiv Dehnung4,15, stammen, (n = 10) von einem lokalen Schlachthof und dieses Protokoll wurde verwendet, um die Unterkunft Fähigkeit der Linsen zu beobachten. Abbildung 5 A zeigt den Vergleich der porcinen Linse vor und nach dem Dehnen über die MLS. Gab es eine durchschnittlich 0,19 ± 0,07 mm Erhöhung Linsenradius wenn gedehnt (p < 0,001), zu einem Anstieg von 4,2 ± 1,62 % vom ursprünglichen Radius Gleichsetzung. Unterkunft ist korreliert mit Objektiv Elastizität, die radiale Unterschied zwischen ungedehnten und gestreckten Position empfehlen daher, die Fähigkeit zur Aufnahme. Wir fanden eine konsequente Erhöhung in Linsenradius Post-Dehnung, die im Einvernehmen mit ähnlichen Studien16,17ist. Die Konsistenz und die relativ geringe Abweichung im Rahmen der Studie weiter überprüft unser Protokoll.
Dieses Protokoll ermöglicht den Vergleich von zuvorkommend und unverbindliches Linsen. Der größere radiale Unterschied zwischen den ungedehnten Zustand zeigt eine größere Fähigkeit, unterzubringen. Um das Protokoll weiter zu validieren, beobachteten wir menschliche Unterkunft Fähigkeiten als eine Funktion des Alters. Wir testeten eine 21-jährige und eine 60 Jahre alte menschliche Auge (The National Disease Research Interchange, Philadelphia, PA). Die Ergebnisse zeigten wie in Abbildung 5B, eine Abnahme der Fähigkeit, mit zunehmendem Alter unterzubringen. Der 21 Jahre alte Linsenradius stieg um 0,22 ± 0,13 mm oder 5,2 % auf Dehnung im Vergleich zu den 0.0059 ± 0,099 mm oder 0,14 % Erhöhung der 60 Jahre alte Linse. Es hat sich gezeigt, dass menschliche Objektive schrittweise die Fähigkeit verlieren, mit Alter3unterbringen. Diese Ergebnisse zeigen eine kleinere Differenz zwischen gestreckt und ungedehnten Radius der 60 Jahre alte Linse im Vergleich zu der 21 Jahre alte Objektiv, zeigt einen Verlust der Unterkunft Fähigkeit. Die ältere Menschen Objektiv zeigen eine verminderte Fähigkeit zu dehnen ist in Übereinstimmung mit ähnlichen Studien über die Unterkunft in Abhängigkeit von Alter8,18,20.
Abbildung 1 : Schaltplan der manuellen Objektiv Bahre. (A) die montierten Komponenten der MLS, einschließlich Schuhe, Platte Fall, obere Platte und Bodenplatte. (B) repräsentative Abbildung der Schuhe verbunden radial auf die Probe. (C) geklemmt Schuh, in dem die Zonules (nicht abgebildet) befestigt und gespannt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2 : Repräsentative Bilder der Dissektion Protokoll. (A) das Auge Beispiel gesammelt worden und der erste Schnitt entlang der ganzen Welt wird ca. 3 mm von der Hornhaut gemacht werden. (B) wurde die Augapfels korrekt auf ihrem Umfang gekürzt. (C) der hintere Sklera wurde vollständig von den Globus. getrennt (D) der Linse, Glaskörper, Zonules und Ziliarkörper wurden isoliert aus der ganzen Welt. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 3 : Repräsentatives Bild der ungedehnten und gestreckten Linse über die MLS. (A) die Linse ist im Inneren des Gerätes vor dem abreißen, in seiner ungedehnten Position gehalten. (B) das Gerät ist radial über den Schraubenschlüssel gedreht, da das Objektiv in seiner länglichen Position gestreckt wird. Maßstabsleiste = 10 mm. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 4 : Repräsentative Bilder aus der Datenanalyse der Linse Proben. (A) 50 ausgewählten Punkte wurden ausgewählt, auf dem Umfang der Linse Probe mit ImageJ-Software. (B) der berechnete Radius war 37,4955 Pixel, und der Chi-Quadrat Wert der Passung war 0,77636 Pixel. Diese Ergebnisse ändert sich von Objektiv zu Objektiv, und die Pixel müssen in metrischen Einheiten mit dem fotografierten Lineal konvertiert werden. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 5 : Vor und nach dem Dehnen über die manuellen Objektiv Bahre Linsenradius. (A) die ungedehnten und gestreckten Radien von 10 Schweinen Linsen der MLS unterzogen. (B) repräsentative grafische Darstellung der gemessenen Radien der beiden menschlichen Linsen, 21 Jahre alt und 60 Jahre alt, vor und nach dem manuellen Objektiv zu dehnen. Die Fehlerbalken in beiden Teil (A) und (B) vertreten den gemeldeten Fehler bei der Montage des Umfangs des Objektivs. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
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Discussion
Wir haben eine neue Methode um eine präzise und effiziente Weise die Unterkunft Fähigkeit der Linse durch den Einsatz eines Dual-Stück-Klemmen-Mechanismus zu studieren, die Bahre zur Probe zu koppeln bieten entwickelt. Während Unterkunft die Linse entspannt, und der Durchmesser verringert sich in Reaktion auf Entspannung der zonular Fasern1,2,4,19. Die Methode konzentriert sich auf dieses Phänomen von Spann- und die Spannung der zonular Fasern zu kontrollieren. Aus diesem Grund muss kritisch darauf geachtet werden, Klemmen Sie die Zonules in den Schuhen, physiologische Objektiv Unterkunft genau zu simulieren. Um korrekte Klemmung zu gewährleisten, sollte die Linse flach gegen die Mitte der unteren Schuhe bei minimalen Glaskörper befestigt liegen. Zusätzliche Vorsicht werden während des Schraubens um sicherzustellen, dass gleiche radiale Dehnung durchgeführt wird, um den Umfang des Objektivs. Die Linse Dehnung scheint nonequivalent zu sein, ob die Zonules von den Klemmen löst, muss die Probe möglichst erneut bereitgestellt werden.
Ähnliche Objektiv stretching Protokolle werden derzeit umgesetzt, um Unterkunft und Presbyopie4,6,7,9,12zu studieren. Diese Protokolle sind jedoch in der Regel komplex und teuer und erfordern komplizierte Maschinen und Software-Programmierung. Diese Techniken erfordern darüber hinaus ganze Auge Proben bei über $500,00 pro Experiment die weit verbreitete Annahme weiter abnimmt. Unser Protokoll erhöht Machbarkeit durch das Ersetzen der Maschinenprogrammierung mit einem manuellen Objektiv stretching Verfügbarkeit von System und Probe von erfordern nur einen Bruchteil der Probe. Die benötigten Posterior der Auge Kosten deutlich weniger an $250,00 pro Versuch. Allerdings gibt es einige Einschränkungen, die unser Protokoll zugeordnet. Wie bereits erwähnt, Verlagerung der Linse oder ungleiche Zonule Spannung führt zu einer unzutreffenden dehnen. Darüber hinaus der schmerzhaften Krafteinwirkung wird nicht gemessen und somit stützt sich auf die Konsistenz des Benutzers zu lösen oder reißen die Zonules zu verhindern. Würden die Zonules reißen, muss die Probe entsorgt werden, da die MLS-Schuhe nicht in der Lage, ausreichend spannen wäre. Zukünftige Anstrengungen konzentriert sich auf die Quantifizierung der Krafteinwirkung, Kohärenz und physiologische Relevanz sicherzustellen. Darüber hinaus beinhaltet das Protokoll der Dehnung um erhöht werden, bis durch die Stopp-Schraube zum Stillstand. Die Dehnung nicht, daher geändert werden oder schwankte zwischen Proben und zeigt eher einen binären voll gestreckten oder ungedehnten Zustand.
Verhindern oder innovative Behandlung der Presbyopie ist ein zentraler Punkt der okulären Forschung, wie der Zustand derzeit unvermeidlich und nicht behandelbar. Die Biomechanik von Unterkünften und Presbyopie sind jedoch nicht vollständig geklärt. Die vorgestellte Protokoll ermöglicht eine präzise Simulation der Linse Dehnung während der Unterkunft erfordert weniger Probenmaterial, Geräteaufbau und Zeit. Durch die zunehmende Verfügbarkeit, kann die Methode für mehr Labore zu beobachten und studieren die Biomechanik des Objektivs Unterkunft.
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Disclosures
AB hat Beteiligung an 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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