Summary
Presentamos un método eficiente de estudiar lente alojamiento utilizando una camilla manual de la lente. Los imitadores de protocolo fisiológico alojamiento tirando los zonules conectado alrededor de la cápsula de la lente, de tal modo, que estira la lente.
Abstract
El objetivo de este protocolo es imitar la biomecánica fisiológica alojamiento de una manera costo-eficiente y práctica. Alojamiento se consigue mediante la contracción del cuerpo ciliar y la relajación de las fibras de la zónula, que da como resultado el engrosamiento de la lente necesaria para la visión cercana. Aquí, presentamos una novela, un método simple en el cual se replica alojamiento por tensar los zonules conectados a la cápsula de la lente a través de una camilla de lente manual (MLS). Este método controla el estiramiento radial mediante una lente cuando se somete a una fuerza constante y permite una comparación de acomodar los lentes, que se pueden estirar, no acomodar los lentes, que no puede ser estirada. Lo importante, las parejas de camilla a los zonules directamente y no a la esclera del ojo, así requiriendo solamente la lente, zonules y del cuerpo ciliar en lugar de la muestra del mundo entero. Esta diferencia puede disminuir significativamente el costo de adquirir lentes de donantes cadáver por aproximadamente 62% en comparación a adquirir un mundo entero.
Introduction
El alojamiento es el proceso por el cual el ojo humano es capaz de ajustar dinámicamente la forma de su cristalino para ver objetos a distancias lejanas o cercanas en foco agudo. Es un proceso intrínsecamente biomecánico. Al estímulo de nervios, los músculos ciliares producen una fuerza sobre el cuerpo ciliar y las fibras de la zónula que se adhieren a la circunferencia de la lente cápsula1,2. Si bien existen diversas teorías detrás de la biomecánica del alojamiento, la más ampliamente aceptada es la hipótesis de Helmholtz. Según la hipótesis, la lente es en estado natural se extendía, correspondiente a la forma más fina de la lente que es óptima para el enfoque de objetos lejanos. Para cambiar el enfoque para objetos más cercanos, los músculos ciliares se contraen y se relajan las fibras zonulares. A su vez, la lente se espese, aumentando las curvaturas de la superficie anteriores y posteriores. Esto corresponde a un aumento de potencia dióptrica necesaria para cerca de visión, por lo tanto, un más corto longitud focal1.
La capacidad de acomodar se compromete con el tiempo a través de una condición llamada presbicia. Que afectan a todo el mundo por los 50 años, presbicia hace que el ojo no puede dinámicamente cambiar el enfoque de lejos a cerrar distancias3. Para combatir la presbicia, los métodos actuales son pasivos incluyendo bifocales y lentes correctivos. Aumentando la capacidad de enfocar objetos cercanos en pocos planos, tales tratamientos pasivos no pueden restaurar la capacidad de enfoque dinámico de la lente4,5. Para tratar la presbicia eficientemente, o posiblemente evitar que, hay una constante necesidad de entender mejor alojamiento.
Para estudiar el establecimiento de objetivo, ha desarrollado una serie de dispositivos para simular el fenómeno ex vivo4,6,7,8,9. Hace girar los discos primero fueron introducidos para controlar el estiramiento de la lente a través de fuerzas centrífugas8. Para reproducir más fielmente el fenómeno, dispositivos de estiramiento objetivo poco a poco se introdujo e innovados. Usando una lente camilla, Manns et al. caracteriza la fuerza requerida para acomodar la lente mientras la correlación de tal energía objetivo y diámetro ecuatorial9. Comprensión actual es que la lente endurece con la edad, lo que resulta en un cambio menor en forma de lente en respuesta a una fuerza igual de cuerpo ciliar3,10,11,12.
Camillas de lente actual a menudo implican una configuración compleja, aplicación electrónica y programables tipos de estiramientos y requiere el cadáver entero globo ocular6,7,10,13. Este requisito aumenta el coste del experimento a más de $500,00 por ojo y disminuye la disponibilidad de la muestra. Aquí presentamos un método para replicar lente alojamiento a bajo costo como el ojo posterior total alrededor de $200,00. Mientras menos sofisticado que muchos de los dispositivos utilizados en la actualidad, la técnica es mucho más rentable y adoptables sin comprometer resultados. Este método se centra en una camilla de lente manual (MLS) representada en la figura 1y utiliza un sistema único de sujeción en las fibras zonulares y un método de torsión radial para ampliar el diámetro de la lente. La precisión fisiológica del protocolo es validada por los resultados de Bernal et al., que estudió la vía por la que las fibras zonulares anteriores y posteriores están conectadas a la cápsula de lente14. Usando el diseño de los zapatos personalizados que sólo requieren el lente, la zónula y cuerpo ciliar, se intentó estudiar biomecánica lente replicando alojamiento fisiológica.
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Protocol
Se aceptan los siguientes protocolos bajo cuidado de Animal institucional de la Universidad de Maryland y Comisión de uso así como la Junta de revisión institucional. Los protocolos siguen las normas federales, estatales y locales, y las directrices establecidas por la política de la Universidad de Maryland sobre bioseguridad.
1. disección de ojo muestra
-
Obtener una muestra ojo banco tejido o matadero local. Si se obtiene un globo de todo ojo, extraiga inmediatamente la lente zonules adjuntos y vítreo.
Nota: Los detalles específicos que se describen a continuación pertenecen a ojos porcinos y humanos.- Utilizando pinzas y tijeras quirúrgicas desinfectadas, corte y retire todo exceso de tejido que rodea la esclera.
- Con firmeza mantener el ojo en su lado y, usando una hoja de afeitar, hacer una pequeña incisión en el lado del ojo 3 mm de la córnea. Hacer el corte profundo suficiente haber alcanzado el vítreo dentro del ojo.
- Con unas tijeras, corte con cuidado más a lo largo de la incisión alrededor de la circunferencia del ojo. Evite perforar el objetivo. En la figura 2Ase muestra una imagen representativa.
- Una vez que se ha cortado la circunferencia exterior del ojo, eliminar el tejido posterior del ojo con unas pinzas. Aislar la lente, zonules, cuerpo ciliar y el vítreo atado con pinzas. Una imagen representativa se muestra en la figura 2B.
- Usando las tijeras y pinzas, quite exceso vítreo por lo que la lente puede poner plana en la MLS.
Nota: En casos de trasplante de córnea, el botón corneal se utiliza en cirugía y el resto del mundo está disponible para fines de investigación. Sin embargo, este mundo parcial puedan utilizarse en la preparación del tejido de la configuración de la camilla de la lente. Si sólo se obtiene la parte posterior, sólo realizar paso 1.1.4–1.1.5.
- Desinfectar toda post-disección equipo usado en solución de lejía de 15% durante 30 minutos.
2. montaje de prueba de la camilla de lente Manual
- Inserte los fondos del zapato de 10 mm y las correspondientes tapas de zapato la placa inferior de la MLS por lo que queda un espacio de 5 mm entre la pared posterior del guión de zapato y la zapatilla en sí mismo.
- Alinee las placas superior e inferior, ajuste de las placas el dispositivo está ahora en la posición sin estiramiento.
- Inserte las placas en el caso de la placa y el tornillo de tope en el orificio situado en el lado de la placa inferior.
- Inserte la caja de la placa en la base y colocar la llave en los guiones alineados.
- Gire la llave en sentido horario hasta que llegue el tornillo de parada para contratar los zapatos y gire nuevamente hacia la izquierda para devolver los zapatos a la posición original sin estirar.
3. montaje de la lente
- Inserte el fondo del zapato de 10 mm en la placa inferior en la MLS para que una de 5 mm espacio entre restos la pared posterior de la sangría de zapato y zapato sí mismo.
- Con unas pinzas curvas, ponga la cara de la lente extraída hasta en el centro de la placa inferior para que los zapatos están apoyando la lente sobre el agujero central.
- Encajen el correspondiente superior de los zapatos, recortar sólo los zonules y el vítreo. Asegurarse visualmente que la lente permanece centrado posible en la placa inferior.
- Repita los pasos 2.3-2.4.
4. medición de la lente
- Coloque un sistema de proyección de imagen directamente encima del aparato para capturar vídeos y fotos del proceso de estiramiento. Asegúrese de incluir una regla en el marco de la imagen con precisión imágenes de tamaño y escala en post-proceso.
Nota: Cualquier sistema de proyección de imagen adecuado es suficiente para este paso; Aquí utilizamos un 12 megapíxeles, enfoque automático smartphone un pie de la muestra. - Con firmeza pero suavemente, gire la llave en sentido horario para estirar la lente. La figura 3 muestra imágenes representativas en el estado estirado y sin estirar.
- Después de fotografiar la lente se extendía, gire la llave en la dirección hacia la izquierda para restaurar la muestra en su estado de reposo.
Nota: Es imprescindible que la medida de la lente se realiza de manera oportuna para reducir al mínimo la deshidratación de la lente. - Claramente el estado final de reposo de la lente de la fotografía.
5. Análisis de datos
- Cargar la imagen en ImageJ y utilice la función de "punto" para seleccionar al menos 40 puntos alrededor de la circunferencia de la lente como se muestra en la figura 4A. Usa el "Analizar" → "Medida" para dar la ubicación de cada punto seleccionado.
- Ajuste (usando software por ejemplo, MATLAB) los puntos de ubicación con el fin de producir un radio y un Chi-cuadrado de ajuste como se muestra en la figura 4B. Convertir el radio de píxeles y el error en mediciones con la regla fotografiado.
- Realizar pares dos colas prueba t para comparar un lente individual antes y después de que se extiende desde la MLS.
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Representative Results
Ojos de cerdo, una muestra común para estudiar la presbicia mediante lentes que se extiende de4,15, se obtuvieron (n = 10) de un matadero local y el presente Protocolo fue utilizado para observar la capacidad de alojamiento de las lentes. Figura 5 A muestra la comparación de la lente porcina antes y después de que se extiende a través de la MLS. Hubo un promedio 0.19 ± 0,07 mm aumento en radio de la lente al estirarse (p < 0,001), igualando a un aumento de 1.62% 4.2 ± desde el radio original. Alojamiento se correlaciona con la elasticidad de la lente, por lo tanto, la diferencia radial en posición estirada y sin estirar sugieren la capacidad de acomodar. Encontramos un consistente aumento en radio de la lente posterior que se extiende, que está de acuerdo con estudios similares16,17. La coherencia y la relativamente baja desviación en el estudio valida nuestro protocolo.
Este protocolo permite la comparación de lentes serviciales y adverso. La mayor diferencia radial entre su estado sin estiramiento indica una mayor capacidad para acomodar. Para validar aún más el protocolo, observamos capacidades de alojamiento humano en función de la edad. Hemos probado de 21 años de edad y 60 años de edad ojo humano (investigación de enfermedad nacional el intercambio, Philadelphia, PA). Los resultados, como se muestra en la figura 5B, indicaron una disminución en la capacidad para adaptarse con la edad. El radio de 21 años de edad objetivo aumentaron 0,22 ± 0,13 mm o 5.2% al que se extiende frente a 0.0059 ± 0,099 mm o 0.14% aumento de la lente de años 60. Se ha demostrado que lentes humanas perdiendo progresivamente la capacidad para adaptarse con la edad3. Estos resultados demostraron una menor diferencia entre radio estirado y sin estirar del lente 60 años en comparación con la lente de 21 años de edad, lo que indica una pérdida de la capacidad de alojamiento. El mayor objetivo humano demostrando una disminución de la capacidad para estirar está de acuerdo con estudios similares sobre alojamiento en función de la edad8,18,20.
Figura 1 : Esquema de la camilla de lente manual. (A) el ensamblado de componentes de la MLS, incluyendo zapatos, caso de la placa, placa superior y placa inferior. (B) diagrama representativo de los zapatos conectados radialmente a la muestra. (C) zapato encerrado en el cual los zonules (no fotografiados) son conectados y estirar. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2 : Imágenes representativas de protocolo de disección. (A) la muestra del ojo ha sido reunido y la primera incisión a lo largo del mundo se hará aproximadamente 3 mm de la córnea. (B) el globo del ojo se ha cortado correctamente alrededor de su circunferencia. (C) la parte posterior de la esclera se ha separado totalmente del mundo. (D) el lente vítreo, zonules y del cuerpo ciliar se han aislado del mundo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3 : Imagen representativa de la lente sin estirar y se extendía a través de la MLS. (A) el objetivo se lleva a cabo en el dispositivo, antes de la extracción, en su posición sin estiramiento. (B) el dispositivo se gira radialmente a través de la llave, como se estira la lente en su posición alargada. Barra de escala = 10 mm. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4 : Imágenes representativas a partir del análisis de datos de muestras objetivo. (A) 50 seleccionados se seleccionaron puntos de la circunferencia de la muestra lente utilizando el software ImageJ. (B) el radio calculado fue 37,4955 píxeles, y el valor de Chi-cuadrado del ajuste fue 0,77636 píxeles. Estos resultados cambia de lente a lente, y los píxeles se deben convertir a unidades métricas utilizando la regla de fotografiado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5 : Radio de la lente antes y después de que se extiende a través de la camilla de lente manual. (A) sin estirar y se extendía de radios de 10 lentes porcinas sometidas a la MLS. (B) gráfico representativo de los radios medidos de dos lentes humanas, 21 años de edad y 60 años de edad, antes y después de la lente manual de estiramiento. Las barras de error en parte (A) y (B) representa el error reportado en ajuste del perímetro de la lente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Discussion
Hemos ideado un novedoso método para proporcionar una forma precisa y eficiente de estudiar la capacidad de alojamiento de la lente mediante la utilización de un mecanismo de sujeción de dos piezas para acoplar la camilla a la muestra. Alojamiento, la lente se relaja y disminuye el diámetro en respuesta a la relajación de las fibras zonulares1,2,4,19. El método se centra en este fenómeno de fijación y control de la tensión de las fibras zonulares. Por esta razón, se tomarán cuidados críticos para sujetar los zonules dentro de los zapatos para simular con precisión alojamiento lente fisiológica. Para garantizar la sujeción adecuada, la lente debe descansar contra el centro de los zapatos de la parte inferior con mínima vítreo unida. Debe tenerse cuidado adicional mientras que desgarrador para estiramiento radial igual se realiza alrededor de la circunferencia de la lente. Si la lente de estiramiento parece ser no equivalentes, o si los zonules desprenderse de las pinzas, la muestra debe montarse si es posible.
Similares protocolos de estiramiento de lente actualmente se están implementando para estudiar alojamiento y presbicia4,6,7,9,12. Sin embargo, estos protocolos son generalmente complejas y costosas, que requieren maquinaria intrincada y programación de software. Además, estas técnicas requieren muestras todo ojo en más de $500,00 por experimento que disminuye aún más la adopción generalizada. Nuestro protocolo aumenta la factibilidad mediante la sustitución de la programación de la máquina con un lente manual que se extiende la disponibilidad del sistema y muestra al requerir solo una fracción de la muestra. La posterior necesaria de los costos de ojo significativamente menor en $250,00 por experimento. Sin embargo, existen algunas limitaciones asociadas con nuestro protocolo. Como se mencionó anteriormente, desalineamiento de la lente o zónula desigual tensión dará lugar a un estiramiento inaplicable. Además, la desgarradora fuerza aplicada no se mide y por lo tanto se basa en la consistencia del usuario para evitar aflojar o desgarro de los zonules. Si los zonules fueron a romper, la muestra debe ser desechada como los zapatos de la MLS no sería capaces de sujetar lo suficientemente. Esfuerzos futuros se centrarán en cuantificar la fuerza aplicada para asegurar consistencia y relevancia fisiológica. Además, el protocolo consiste en el estiramiento para aumentar hasta que se detuvo por el tornillo de parada. El estiramiento por lo tanto, no puede ser alterado o varió entre las muestras y más bien muestra un estado binario completamente estirado o sin estirar.
Prevención o innovador tratamiento para la presbicia es un punto focal de la investigación ocular, como la condición es inevitable e intratable. Sin embargo, la biomecánica de acomodación y presbicia no se entiende completamente. El protocolo presentado permite una precisa simulación de lente que se extiende durante alojamiento mientras que requieren menos material de la muestra, construcción de dispositivos y tiempo. Al aumentar la disponibilidad, el método permite más laboratorios para observar y estudiar la biomecánica del alojamiento de la lente.
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Disclosures
AB tiene interés de propiedad en 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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