Summary
Мы представляем эффективный метод изучения объектив проживания с помощью ручного объектив носилках. Имитирует протокол физиологических проживание, потянув микрозонах связаны вокруг капсулы хрусталика, тем самым, растяжения объектива.
Abstract
Цель настоящего Протокола заключается в том, чтобы имитировать биомеханика физиологической проживание в экономически эффективных, практических образом. Проживание обеспечивается сокращение ресничного тела и релаксации цинновых волокон, что приводит утолщение необходимые для вблизи видения объектива. Здесь мы представляем, Роман, простой метод, в котором проживание реплицируется, напрягая микрозонах, подключенных к капсуле хрусталика через объектив ручное носилках (MLS). Этот метод следит за радиальные растяжения, достигнутые объектив, когда подвергается постоянной силы и позволяет для сравнения размещения линзы, которые может быть растянут, чтобы не размещения линзы, которые не могут растягиваться. Главное носилки пары микрозонах напрямую, а не склеры глаз, таким образом только требующие объектив, микрозонах и цилиарного тела, а не всю планету образца. Эта разница может значительно снизить стоимость приобретения доноров труп линзы около 62% по сравнению с приобретением весь земной шар.
Introduction
Проживание — это процесс, который человеческий глаз способен динамически скорректировать форму ее хрусталика, чтобы просмотреть объекты на Дальнем или близких расстояниях в фокусе. Проживание — неразрывно биомеханических процесс. После нейронных стимул ресничный мышцы производят силы на Цилиарное тело и волокнами цинновых, которые крепятся к окружности объектива капсула1,2. Хотя существуют различные теории позади биомеханики проживание, наиболее широко признанным является гипотеза Гельмгольца. Согласно гипотезе объектив находится в естественном состоянии натянутой, соответствующая тонкая форма объектива, которое является оптимальным для фокус удаленных объектов. Чтобы изменить фокус ближе объектов, контракт цилиарной мышцы и zonular волокна находятся в расслабленном состоянии. В свою очередь объектив утолщается, увеличивая передней и задней поверхности кривизны. Это соответствует увеличению диоптрического мощность, которая необходима для близком расстоянии, поэтому, короче Фокусное1.
Возможность разместить снижается со временем через условие с именем пресбиопии. Затрагивающих каждый по 50 лет, пресбиопия делает глаз не удается динамически изменить фокус от далеко, чтобы закрыть расстояние3. Для борьбы с пресбиопией, текущие методы являются пассивными, включая корректирующие линзы и бифокальные очки. Повышая способность сосредоточиться на близкие предметы в нескольких плоскостях, такая пассивная лечения нельзя восстановить способность динамический фокус объектива4,5. Для того, чтобы эффективно лечить пресбиопия, или, возможно, предотвратить его, является постоянной необходимо лучше понять проживание.
Для изучения объектив проживания, количество устройств были разработаны для имитации явление ex vivo4,6,,78,9. Прядильных дисков впервые были введены для мониторинга растяжения линзы через центробежные силы8. Более точно повторяют явление, объектив растяжения устройства были постепенно введены и инновационные. Используя объектив носилки, Manns и др. характеризуется силы, необходимой для размещения объектива при корреляции такие линзы мощность и экваториальный диаметр9. Нынешнее понимание является, что объектив застывает с возрастом, что приводит к сокращению изменению объектив форму в ответ на равную силу от цилиарного тела3,10,,1112.
Текущий объектив носилки часто связаны сложные установки, электроники и программируемые натяжные цены и требует всего трупа глазного яблока6,7,10,13. Это требование увеличивает стоимость одного эксперимента на более чем $500.00 в глаз и уменьшает доступность образца. Здесь мы представляем способ репликации объектив проживания при низких затратах, как глаза задняя составляет около $200.00. Хотя менее сложные, чем многих устройств, используемых сегодня, техника является гораздо более экономически эффективным и усыновляемым без ущерба для результатов. Этот метод центрируется вокруг ручной объектив растяжителя (MLS), изображен на рисунке 1и использует уникальная система крепления на zonular волокна и радиальный метод скручивания для расширения диаметра объектива. Физиологические точность протокола подтверждается выводами Берналь и др., кто изучал пути, по которому передний и задний zonular волокна подключены к капсуле объектива14. С помощью дизайна пользовательских обувь, которые требуют только объектива, поясок и цилиарного тела, мы стремились изучить объектив биомеханики Реплицируя физиологических проживание.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Следующие протоколы принимаются под университета штата Мэриленд институциональный уход животных и использование Комитета, а также институциональных Наблюдательный Совет. Протоколы следовать федеральные, государственные и местные стандарты и руководящие принципы изложены в политике университета штата Мэриленд по биобезопасности.
1. препарирование глаз образца
-
Получение выборки глаз из местного банка бойни или ткани. Если получен весь глаз глобус, немедленно извлечь объектива, прилагаемый микрозонах и стекловидного тела.
Примечание: Конкретные детали, описанные ниже, касаются свинину и человеческого глаза.- С помощью вылеченных Ножницы хирургические и щипцы, вырезать и удалить все излишки ткани, окружающие склеры.
- Твердо держать глаза на его стороне и с помощью лезвия бритвы, сделать небольшой надрез вдоль стороны 3 мм от роговицы глаза. Чтобы вырезать достаточно глубоко достигли стекловидного тела внутри глаза.
- С помощью ножниц, тщательно вырезать далее вдоль разреза по окружности глаз. Избегайте проколов объектива. Представитель изображение будет показано в рисунке 2A.
- После того, как была сокращена наружной окружности глаз, удалите задней ткани глаза, используя пинцет. Изолируйте объектива, микрозонах, цилиарного тела и прилагаемый стекловидного тела с щипцами. Представитель изображение будет показано в рисунке 2B.
- С помощью ножниц и щипцы, удалите избыток стекловидного тела, так что объектив может заложить плашмя на MLS.
Примечание: В случае пересадки роговицы, роговицы кнопка используется в хирургии и остальная часть мира доступен для исследовательских целей. Однако этот частичный шара по-прежнему может использоваться в подготовке ткани установки носилок объектив. Если только получается кзади, только выполняйте Шаг 1.1.4–1.1.5.
- Лечить все используемое оборудование после рассечения в раствор отбеливателя 15% для 30 мин.
2. Судебная Ассамблеи ручной объектив носилки
- Вставьте в днище MLS Чистка днища 10 мм и соответствующие вершины обуви так сохраняется 5 мм разрыв между задней стенки Чистка отступов и обуви, сам.
- Выравнивание сверху и снизу пластины, щелкая пластины вместе; устройство теперь находится в положении прибить.
- Вставьте пластины в случае пластины и стопорный винт в отверстие, расположенное на стороне нижней плиты.
- Вставьте в случае пластины в основание и ключ в соответствие отступы.
- Поверните ключ по часовой стрелке, пока достигнет остановки винт контракт обувь и поверните обратно против часовой стрелки, чтобы вернуться в исходное положение нерастянутого обувь.
3. Установка объектива
- Вставьте Чистка днища 10 мм в нижней плиты в MLS, так что 5 мм разрыв между остается на задней стенке Чистка отступов и обуви, сам.
- Использование Изогнутый пинцет, место извлеченные объектив лицом вверх в середине нижней плиты, так что обувь поддерживают объектив через центральное отверстие.
- Защелкните соответствующий верхней части обуви, отсечения только микрозонах и стекловидного тела. Визуально убедитесь, что объектив остается как по центру как можно на нижней пластине.
- Повторите шаги 2,3-2,4.
4. Измерение объектива
- Место съемочной системы непосредственно над аппарат для захвата видео и фотографии процесса растяжения. Не забудьте включить линейку в рамке рисунка, чтобы точно размер и масштаб изображения в пост-обработки.
Примечание: Любой подходящей тепловизионные системы является достаточным для этого шага; Здесь мы используем 12 мегапикселей, автофокусировка смартфон одной ногой от образца. - Твердо, но плавно Поверните ключ по часовой стрелке чтобы растянуть объектива. Рисунок 3 показывает представитель изображения на состояние прибить и растягивается.
- После фотографирования натянутой объектива, поверните ключ в направлении против часовой стрелки для восстановления образец в состояние покоя.
Примечание: Важно, что измерение объектива производится своевременно для того, чтобы свести к минимуму обезвоживания объектива. - Явно фотография конечное состояние покоя объектива.
5. анализ данных
- Загрузить изображение ImageJ и используйте функцию «точка», чтобы выбрать по крайней мере 40 точек вокруг окружности объектива, как показано на рисунке 4A. Используйте параметр «Измерить» → «Анализировать» приносить местоположение каждой выбранной точки.
- Fit (с помощью программного обеспечения например MATLAB) расположение точек для того чтобы принести радиус и хи-квадрат подходят как показано на рисунке 4B. Преобразуйте пиксель радиусом и ошибка в метрики, используя сфотографированный правителя.
- Выполните парных две хвостатые t тест для сравнения отдельных объектива до и после растяжения из MLS.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Свинину глаза, общий образец для изучения Пресбиопия через объектив, растяжение4,15, были получены, (n = 10) от местных скотобоен и этот протокол был использован для наблюдения за размещение способность линзы. Рисунок 5 A показывает сравнение свинину объектива до и после растяжения через MLS. Там было в среднем 0.19 ± 0,07 мм увеличение радиуса объектив при натяжении (p < 0,001), приравнивать к увеличению 4,2 ± 1,62% от оригинального радиус. Размещение соотносится с объектива эластичность, поэтому радиальные разницу между прибить и растянутая позиция предполагают возможность разместить. Мы нашли последовательное увеличение радиуса объектив после растяжения, которая согласна с аналогичные исследования16,17. Последовательность и относительно низкой отклонение в рамках дальнейшего исследования проверяет наш протокол.
Этот протокол позволяет для сравнения гостеприимны и unaccommodating линз. Большая радиальная разница между его прибить состояние указывает более широкие возможности для размещения. Для дополнительной проверки протокола, мы наблюдали способностей человеческого жилья как в зависимости от возраста. Мы проверили, 21-летний и 60-летний человеческого глаза (Национальный болезни исследования обмена, Филадельфия, PA). Результаты, как показано на рис. 5B, свидетельствуют об уменьшении в возможность размещения с возрастом. 21-летний объектив Радиус увеличен на 0,22 ± 0,13 мм или 5,2% после растяжения по сравнению с 0.0059 ± 0,099 мм или 0,14% увеличение объектива 60-летний. Было показано, что человека линзы постепенно теряют способность размещения с возраста3. Эти результаты показали меньше разница между вытянутыми и прибить радиусом 60-летний линзы по сравнению с 21-летний объектива, указывающее потеря способности проживание. Старшего возраста человека объектив демонстрирует снижение способности протянуть согласуется с аналогичных исследований на жилье как функция возраст8,18,20.
Рисунок 1 : Схема ручной объектив носилки. (A) собрал компоненты MLS, включая обувь, плиты случай, верхней и нижнюю крышку. (B) представитель схема обувь, радиально подключен к образцу. (C) Clamped обуви, в которой придает и протянул микрозонах (не показан). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2 : Представитель изображения протокола вскрытия. (A) глаз образец был собран и первый разрез вдоль земного шара будет производиться примерно в 3 мм от роговицы. (B) глобус глаз правильно отрезать вокруг его окружности. (C) задней склера был полностью отделен от мира. (D) объектив, стекловидное тело, микрозонах и цилиарного тела были изолированы от мира. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3 : Представитель изображение прибить и вытянутыми линзы через MLS. (A) объектив проводится внутри устройства, перед мучительным, в его прибить позиции. (B) устройство радиально включается через ключ, как объектив растягивается в удлиненные положение. Шкалы бар = 10 mm. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4 : Представитель изображения от анализа данных образцов объектив. (A) 50 выбранных точек были отобраны по окружности объектива образца с помощью ImageJ программного обеспечения. (B) вычисляемые радиус 37.4955 пикселей, а Хи значение fit 0.77636 пикселей. Эти результаты будет меняться от линзы линзы, и пикселы должны быть преобразованы в метрические единицы, используя сфотографированный правителя. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 5 : Объектив радиус до и после растяжения через подножку ручной объектив. Радиусы (.A) прибить и потянулся 10 свинину линз, подвергается в MLS. (B) представитель график измеренных радиусы два человека линзы, 21 лет и 60 лет, до и после ручной объектив растяжения. Планки погрешностей в части (A) и (B) представляют собой обнаруженной ошибки в установку по периметру объектива. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Мы разработали новый метод для обеспечения точного и эффективного способа изучения проживание способность объектива, используя зажимной механизм двойной кусок пара носилки для образца. В ходе размещения объектив расслабляет, и диаметр уменьшается в ответ на ослабление zonular волокна1,2,4,19. Этот метод фокусируется на это явление зажима и контролируя напряжение zonular волокон. По этой причине необходимо критические осторожность для зажима микрозонах в обувь точно имитировать физиологических объектив проживания. Для обеспечения надлежащего зажима, объектив должен упираться плоский центр нижней обувь с минимальными стекловидного тела прилагается. Дополнительные следует проявлять осторожность при мучительным для обеспечения равных радиальные растяжения производится по окружности объектива. Если объектив растяжения, как представляется, неэквивалентных, или если микрозонах отделяться от зажимов, образца должны повторно, если это возможно.
В настоящее время осуществляются аналогичные объектив растяжения протоколы учиться проживание и Пресбиопия4,6,7,9,12. Однако эти протоколы, как правило, сложной и дорогостоящей, требующие сложной техники и программирования. Кроме того эти методы требуют образцы весь глаз на более чем $500,00 за эксперимент, который далее уменьшается широкое распространение. Наш протокол увеличивает возможности, заменив машина программирование с объективом ручной растяжения доступность системы и образец требуя лишь малую часть образца. Необходимые кзади глаз расходы значительно меньше, на $250,00 в эксперимент. Однако существуют некоторые ограничения, связанные с нашей протоколом. Как упоминалось ранее, смещения объектива или неравные цинновых напряженности приведет к неприменимым растяжению. Кроме того душераздирающие усилие не измеряется и таким образом опирается на соответствие пользователя для предотвращения разжимной или срывать микрозонах. Если микрозонах слезу, образец следует отказаться как MLS обувь не сможет достаточно зажим. Будущие усилия будут сосредоточены на количественное определение усилие для обеспечения последовательности и физиологической значимости. Кроме того протокол включает в себя растяжения быть увеличено вплоть до остановки винт. Растяжения не может следовательно, изменяться или колебались от образцов и довольно отображает двоичные полностью растягивается или прибить состояние.
Предотвращение или инновационные лечения пресбиопии является координационным центром глазной исследований, как условие в настоящее время является неизбежным и неизлечимыми. Однако биомеханики проживание и Пресбиопия полностью не поняты. Представленные протокол позволяет точно моделировать объектива, растяжения во время размещения требуя меньше образец материала, конструкции устройства и время. Путем повышения доступности, метод позволяет более лабораторий для наблюдения и изучения биомеханики объектив проживания.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
AB имеет долю в уставном капитале ООО «Bioniko-консалтинг».
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
- Von Helmholtz, H. Uber die akkommodation des auges. Arch Ophthal. 1, 1-74 (1855).
- Schachar, R. A., Black, T. D., Kash, R. L., Cudmore, D. P., Schanzlin, D. J. The mechanism of accommodation and presbyopia in the primate. Ann Ophthalmol. 27, 58-67 (1995).
- Glasser, A., Campbell, C. W. Presbyopia and the optical changes in the human crystalline lens with age. Vision Res. 38 (2), 209-229 (1998).
- Reilly, M. A., Hamilton, P. D., Perry, G., Ravi, N. Comparison of the behavior and natural and refilled porcine lenses in a robotic lens stretcher. Exp Eye Res. 88, 483-494 (2009).
- Langenbucher, A., Huber, S., Nguyen, N. X., Seitz, B., Gusek-Schneider, G. C., Küchle, M. Measurement of accommodation after implantation of an accommodating posterior chamber intraocular lens. J Cataract Refract Surg. 29 (4), 677-685 (2003).
- Ehrmann, K., Ho, A., Parel, J. Biomechanical analysis of the accommodative apparatus in primates. Clin Exp Optom. 91 (4), 411 (2008).
- Pinilla Cortés, L., et al. Experimental Protocols for Ex Vivo Lens Stretching Tests to Investigate the Biomechanics of the Human Accommodation Apparatus. Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (5), 2926 (2015).
- Fisher, R. F. The elastic constants of the human lens. J Physiol. 212 (1), 147-180 (1971).
- Eppig, T., et al. Biomechanical eye model and measurement setup for investigating accommodating intraocular lenses. Z Med Ohys. 23 (2), 144-152 (2013).
- Manns, F., Parel,, et al. Response of Human and Monkey Lenses in a Lens Stretcher. Invest Ophthalmol Vis Sci. 48 (7), 3260 (2007).
- Scarcelli, G., Kim, P., Yun, S. H. In vivo measurement of age-related stiffening in the crystalline lens by Brillouin optical microscopy. Biophys J. 101 (6), 1539-1545 (2011).
- Besner, S., Scarcelli, G., Pineda, R., Yun, S. -H. In Vivo Brillouin Analysis of the Aging Crystalline Lens. Invest Ophthalmol Vis Sci. 57 (13), 5093 (2016).
- Cortes, L., et al. Experimental Protocols for Ex Vivo Lens Stretching Tests to Investigate the Biomechanics of the Human Accommodation Apparatus. Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (5), 2926-2932 (2015).
- Bernal, A., Parel, J. -M., Manns, F. Evidence for Posterior Zonular Fiber Attachment on the Anterior Hyaloid Membrane. Invest Ophthalmol Vis Sci. 47 (11), 4708 (2006).
- Kammel, R., Ackermann, R., Mai, T., Damm, C., Nolte, S. Pig Lenses in a Lens Stretcher. Optom Vis Sci. 89 (6), 908-915 (2012).
- Hahn, J., et al. Measurement of Ex Vivo Porcine Lens Shape During Simulated Accommodation, Before and After fs-Laser Treatment. Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (9), 5332-5343 (2015).
- D'Antin, J. C., Cortes, L. P., Montenegro, G. A., Barraquer, R. I., Michael, R. Evaluation of a portable manual stretching device to simulate accommodation. Acta Ophthalmol. 93 (255), (2015).
- Pierscionek, B. Age-related response of human lenses to stretching forces. Exp Eye Res. 60 (3), 325-332 (1995).
- Marussich, L., et al. Measurement of Crystalline Lens Volume During Accommodation in a Lens Stretcher. Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (8), 4239 (2015).
- Martinez-Enriquez, E., Pérez-Merino, P., Velasco-Ocana, M., Marcos, S. OCT-based full crystalline lens shape change during accommodation in vivo. Biomed Opt Exp. 8 (2), 918-933 (2017).
