Karakterisering van vasculaire morfologie van neovasculaire leeftijdsgebonden maculadegeneratie door indocyaninegroene angiografie
Summary
Momenteel is fluoresceïne-angiografie (FA) de voorkeursmethode voor het identificeren van lekkagepatronen in diermodellen van choroïdale neovascularisatie (CNV). FA geeft echter geen informatie over vasculaire morfologie. Dit protocol schetst het gebruik van indocyaninegroene angiografie (ICGA) om verschillende laesietypes van lasergeïnduceerde CNV in muismodellen te karakteriseren.
Abstract
Leeftijdsgebonden maculadegeneratie (AMD) is een belangrijke oorzaak van blindheid bij oudere personen en de prevalentie ervan neemt snel toe als gevolg van de vergrijzing van de bevolking. Choroïdale neovascularisatie (CNV) of natte LMD, die goed is voor 10%-20% van alle AMD-gevallen, is verantwoordelijk voor een alarmerende 80%-90% van AMD-gerelateerde blindheid. De huidige anti-VEGF-therapieën vertonen suboptimale responsen bij ongeveer 50% van de patiënten. Resistentie tegen anti-VEGF-behandeling bij CNV-patiënten wordt vaak geassocieerd met arteriolaire CNV, terwijl responders de neiging hebben om capillaire CNV te hebben. Hoewel fluoresceïne-angiografie (FA) vaak wordt gebruikt om lekkagepatronen bij natte AMD-patiënten en diermodellen te beoordelen, geeft het geen informatie over CNV-vasculaire morfologie (arteriolaire CNV versus capillaire CNV). Dit protocol introduceert het gebruik van indocyaninegroene angiografie (ICGA) om laesietypes te karakteriseren in lasergeïnduceerde CNV-muismodellen. Deze methode is cruciaal voor het onderzoeken van de mechanismen en behandelingsstrategieën voor anti-VEGF-resistentie bij natte LMD. Het wordt aanbevolen om ICGA naast FA op te nemen voor een uitgebreide beoordeling van zowel lekkage als vasculaire kenmerken van CNV in mechanistische en therapeutische onderzoeken.
Introduction
Leeftijdsgebonden maculadegeneratie (AMD) is een veel voorkomende aandoening die leidt tot ernstig verlies van het gezichtsvermogen bij ouderepersonen1. Alleen al in de Verenigde Staten zal het aantal AMD-patiënten naar verwachting verdubbelen tot bijna 22 miljoen in 2050, vergeleken met de huidige 11 miljoen. Wereldwijd wordt verwacht dat het geschatte aantal AMD-gevallen tegen 2040 maar liefst 288 miljoen zal bedragen2 2.
Choroïdale neovascularisatie (CNV), ook bekend als “natte” of neovasculaire AMD, kan verwoestende effecten hebben op het gezichtsvermogen als gevolg van de vorming van abnormale bloedvaten onder het centrale netvlies. Dit leidt tot bloedingen, retinale exsudatie en aanzienlijk verlies van het gezichtsvermogen. De introductie van antivasculaire endotheliale groeifactor (VEGF)-therapieën, die zich richten op extracellulaire VEGF, heeft een revolutie teweeggebracht in de behandeling van CNV. Ondanks deze vooruitgang vertoont echter tot 50% van de patiënten suboptimale reacties op deze therapieën, met aanhoudende ziekteactiviteit zoals vochtophoping en onopgeloste of nieuwe bloedingen 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14.
Klinische studies hebben aangetoond dat anti-VEGF-resistentie bij CNV-patiënten vaak overeenkomt met de aanwezigheid van arteriolaire CNV, gekenmerkt door vertakkende arteriolen van groot kaliber, vasculaire lussen en anastomoseverbindingen9. Herhaalde anti-VEGF-behandeling kan bijdragen aan vaatabnormalisatie, de ontwikkeling van arteriolaire CNV en uiteindelijk resistentie tegen anti-VEGF-therapieën14,15. In gevallen van arteriolaire CNV is aanhoudende vloeistoflekkage waarschijnlijk te wijten aan verhoogde exsudatie veroorzaakt door onvoldoende gevormde tight junctions bij arterioveneuze anastomoselussen, vooral onder omstandigheden van hogebloedstroom. Omgekeerd hebben personen die goed reageren op anti-VEGF-behandeling de neiging om capillaire CNV te vertonen.
In onze studies met diermodellen hebben we aangetoond dat lasergeïnduceerd CNV bij oudere muizen arteriolaire CNV ontwikkelt en resistentie vertoont tegen anti-VEGF-behandeling16,17. Omgekeerd leidt lasergeïnduceerd CNV bij jongere muizen tot de ontwikkeling van capillair CNV en een hoge responsiviteit op anti-VEGF-behandeling. Het is dus van cruciaal belang om onderscheid te maken tussen CNV-vasculaire typen voor zowel mechanistisch als therapeutisch onderzoek.
In klinische omgevingen wordt CNV gewoonlijk geclassificeerd op basis van fluoresceïne-angiografie (FA)-lekkagepatronen (bijv. Type 1, Type 2), die fluoresceïnekleurstof gebruiken om exsudatie te volgen en gebieden met pathologische lekkage te identificeren. In AMD-onderzoek wordt CNV voornamelijk bestudeerd met behulp van FA in diermodellen. FA slaagt er echter niet in om de vasculaire morfologie van CNV te onthullen. Bovendien legt FA alleen beelden vast in het zichtbare lichtspectrum en kan het de choroïdale vasculatuur onder het retinale pigmentepitheel (RPE) niet visualiseren. Indocyaninegroen (ICG) daarentegen, dat een sterke affiniteit vertoont voor plasma-eiwitten, vergemakkelijkt de overheersende intravasculaire retentie en maakt visualisatie van de vasculaire structuur en debloedstroom mogelijk. Door gebruik te maken van de nabij-infrarode fluorescentie-eigenschap van ICG, wordt het mogelijk om het retinale en choroïdale pigment in beeld te brengen met behulp van ICG-angiografie (ICGA). In deze context wordt een protocol gepresenteerd dat FA en ICGA combineert om de lekkage en vasculaire morfologie van lasergeïnduceerde choroïdale neovascularisatie (CNV) bij jonge en oude muizen te onderzoeken, waarbij capillaire en arteriolaire CNV worden waargenomen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze studie demonstreerde het gebruik van indocyaninegroene angiografie (ICGA) om de vasculaire morfologie van arteriolaire en capillaire choroïdale neovascularisatie (CNV) te identificeren in muismodellen met lasergeïnduceerde CNV. De hemoglobinegebonden en infrarode lichteigenschappen van indocyaninegroene (ICG) kleurstof maakten de detectie van CNV-morfologie mogelijk, wat een uitdaging is om te bereiken met behulp van fluoresceïne-angiografie (FA), de huidige methode die door de onderzoeksgemeenschap wordt gebruik…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door subsidies van BrightFocus Foundation, Retina Research Foundation, Mullen Foundation en de Sarah Campbell Blaffer Endowment in Ophthalmology aan YF, NIH-kernsubsidie 2P30EY002520 aan Baylor College of Medicine, en een onbeperkte subsidie aan de afdeling Oogheelkunde van Baylor College of Medicine van Research to Prevent Blindness.
Materials
| 32-G Insulin Syringe | MHC Medical Products | NDC 08496-3015-01 | |
| Alexa Fluor 488 goat anti-rabbit secondary antibody | Invitrogen | A11008 | |
| Anti-α smooth muscle Actin antibody | Abcam | ab5694 | |
| Bovine Serum Albumin | Santa Cruz Biotechnology, Inc. | sc-2323 | |
| C57BL/6J mice (7-9 weeks) | The Jackson Laboratory | Strain #:000664 | |
| Fluorescein Sodium Salt | Sigma-Aldrich | MFCD00167039 | |
| Gaymar T Pump Heat Therapy System | Gaymar | TP-500 | Water circulation heat pump for mouse recovery after imaging |
| GenTeal Gel | Genteal | NDC 58768-791-15 | Clear lubricant eye gel |
| GS-IB4 Alexa-Flour 568 conjugate | Invitrogen | I21412 | |
| Heidelberg Eye Explorerer | Heidelberg Engineering, Germany | HEYEX2 | |
| Indocyanine Green | Pfaultz & Bauer | I01250 | |
| Ketamine | Vedco Inc. | NDC 50989-996-06 | |
| Paraformaldehyde | Acros Organics | 416785000 | |
| Proparacaine Hydrochloride Ophthalmic Solution (0.5%) | Sandoz | NDC 61314-016-01 | |
| Spectralis Multi-Modality Imaging System Heidelberg Engineering, Germany SPECTRALIS HRA+OCT Tropicamide ophthalmic solution (1%) Bausch & Lomb NDC 24208-585-64 for dilation of pupils GenTeal Gel Genteal NDC 58768-791-15 clear lubricant eye gel Ketamine Vedco Inc NDC 50989-996-06 Xylazine Lloyd Laboratories NADA 139-236 Acepromazine Vedco Inc NDC 50989-160-11 32-G Needle Steriject PRE-32013 1-ml syringe BD 309659 Indocyanine Green Pfaltz & Bauer I01250 | Heidelberg Engineering, Germany | SPECTRALIS HRA+OCT | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | X100-1L | |
| Tropicamide ophthalmic solution (1%) | Bausch & Lomb | NDC 24208-585-64 | For dilation of pupils |
| Xylazine | Lloyd Laboratories | NADA 139-236 |
References
- Fleckenstein, M., et al. Age-related macular degeneration. Nature Reviews Disease Primers. 7 (1), 1-25 (2021).
- Wong, W. L., et al. Global prevalence of age-related macular degeneration and disease burden projection for 2020 and 2040: a systematic review and meta-analysis. The Lancet Global Health. 2 (2), e106-e116 (2014).
- Maguire, M. G., et al. Five-Year outcomes with anti-vascular endothelial growth factor treatment of neovascular age-related macular degeneration: the comparison of age-related macular degeneration treatments trials. Ophthalmology. 123 (8), 1751-1761 (2016).
- Yang, S., Zhao, J., Sun, X. Resistance to anti-VEGF therapy in neovascular age-related macular degeneration: a comprehensive review. Drug Design, Development and Therapy. 10, 1857-1867 (2016).
- Ehlken, C., Jungmann, S., Böhringer, D., Agostini, H. T., Junker, B., Pielen, A. Switch of anti-VEGF agents is an option for nonresponders in the treatment of AMD. Eye. 28 (5), 538-545 (2014).
- Heier, J. S., et al. Intravitreal aflibercept (VEGF trap-eye) in wet age-related macular degeneration. Ophthalmology. 119 (12), 2537-2548 (2012).
- Rofagha, S., Bhisitkul, R. B., Boyer, D. S., Sadda, S. R., Zhang, K. SEVEN-UP Study Group Seven-year outcomes in ranibizumab-treated patients in ANCHOR, MARINA, and HORIZON: a multicenter cohort study (SEVEN-UP). Ophthalmology. 120 (11), 2292-2299 (2013).
- Krebs, I., Glittenberg, C., Ansari-Shahrezaei, S., Hagen, S., Steiner, I., Binder, S. Non-responders to treatment with antagonists of vascular endothelial growth factor in age-related macular degeneration. British Journal of Ophthalmology. 97 (11), 1443-1446 (2013).
- Mettu, P. S., Allingham, M. J., Cousins, S. W. Incomplete response to Anti-VEGF therapy in neovascular AMD: Exploring disease mechanisms and therapeutic opportunities. Progress in Retinal and Eye Research. 82, 100906 (2021).
- Otsuji, T., et al. Initial non-responders to ranibizumab in the treatment of age-related macular degeneration (AMD). Clinical Ophthalmology (Auckland, N.Z). 7, 1487-1490 (2013).
- Cobos, E., et al. Association between CFH, CFB, ARMS2, SERPINF1, VEGFR1 and VEGF polymorphisms and anatomical and functional response to ranibizumab treatment in neovascular age-related macular degeneration. Acta Ophthalmologica. 96 (2), e201-e212 (2018).
- Kitchens, J. W., et al. A pharmacogenetics study to predict outcome in patients receiving anti-VEGF therapy in age related macular degeneration. Clinical Ophthalmology (Auckland, N.Z.). 7, 1987-1993 (2013).
- Rosenfeld, P. J., Shapiro, H., Tuomi, L., Webster, M., Elledge, J., Blodi, B. Characteristics of patients losing vision after 2 Years of monthly dosing in the phase III Ranibizumab clinical trials. Ophthalmology. 118 (3), 523-530 (2011).
- Spaide, R. F. Optical coherence tomography angiography signs of vascular abnormalization with antiangiogenic therapy for choroidal neovascularization. American Journal of Ophthalmology. 160 (1), 6-16 (2015).
- Lumbroso, B., Rispoli, M., Savastano, M. C., Jia, Y., Tan, O., Huang, D. Optical coherence tomography angiography study of choroidal neovascularization early response after treatment. Developments in Ophthalmology. 56, 77-85 (2016).
- Zhu, L., et al. Combination of apolipoprotein-A-I/apolipoprotein-A-I binding protein and anti-VEGF treatment overcomes anti-VEGF resistance in choroidal neovascularization in mice. Communications Biology. 3 (1), 386 (2020).
- Zhang, Z., Shen, M. M., Fu, Y. Combination of AIBP, apoA-I, and Aflibercept overcomes anti-VEGF resistance in neovascular AMD by inhibiting arteriolar choroidal neovascularization. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 63 (12), 2 (2022).
- Koehn, D., Meyer, K. J., Syed, N. A., Anderson, M. G. Ketamine/Xylazine-induced corneal damage in mice. PloS One. 10 (7), e0132804 (2015).
- Li, X. -. T., Qin, Y., Zhao, J. -. Y., Zhang, J. -. S. Acute lens opacity induced by different kinds of anesthetic drugs in mice. International Journal of Ophthalmology. 12 (6), 904-908 (2019).
- Zhou, T. E., et al. Preventing corneal calcification associated with xylazine for longitudinal optical coherence tomography in young rodents. Investigative Ophthalmology & Visual Science. 58 (1), 461-469 (2017).
- Ikeda, W., Nakatani, T., Uemura, A. Cataract-preventing contact lens for in vivo imaging of mouse retina. BioTechniques. 65 (2), 101-104 (2018).
- Kumar, S., Berriochoa, Z., Jones, A. D., Fu, Y. Detecting abnormalities in choroidal vasculature in a mouse model of age-related macular degeneration by time-course indocyanine green angiography. Journal of Visualized Experiments. 84, e51061 (2014).
