تطوير

Bioengineering

Your institution must subscribe to JoVE's Bioengineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.

If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.

 

Summary

النماذج الحالية في المختبر لتقييم العدسات اللاصقة (CLS) وغيرها من التطبيقات ذات الصلة العين هي محدودة للغاية. منصة العين عرض تحاكي تدفق الفسيولوجية المسيل للدموع، وحجم المسيل للدموع، والتعرض للهواء وارتداء الميكانيكية. هذا النظام هو تنوعا للغاية ويمكن تطبيقها على مختلف في المختبر يحلل مع CLS.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Introduction

وتشمل منطقتين كبيرة من الاهتمام داخل الساحة العدسات اللاصقة (CL) الانزعاج وتطوير تطبيقات CL الجديدة. توضيح الآليات الكامنة وراء CL عدم الراحة هي مسألة استعصت على الميدان لعقود. 8 تطور الرواية، CLS الوظيفية، مثل أجهزة توصيل الدواء 1،3،9 وأجهزة الاستشعار، 10-12 هو مساحة من الاهتمام المتزايد، مع الأسواق المحتملة كبيرة. في كلتا الحالتين، فإن تطورا في نموذج المختبر تقديم المعلومات ذات الصلة للمساعدة في اختيار المواد العدسة أو خصائص التصميم المناسب خلال مرحلة التطوير. للأسف، تيار نماذج في المختبر لتقييم CLS وغيرها من التطبيقات المتعلقة العين والخام نسبيا وغير معقدة. تقليديا، يتم تنفيذ الدراسات في المختبر CL تقييم ترسب الفيلم المسيل للدموع أو تسليم المخدرات في ثابتة، قارورة كبيرة الحجم تحتوي على حجم السائل الثابتة، التي العظمى!يتجاوز TLY كميات الفسيولوجية. وعلاوة على ذلك، وهذا نموذج بسيط يفتقر إلى عنصر تدفق المسيل للدموع الطبيعي والتصرفات وامض، وكلاهما تحديد عوامل البيئة العين.

تطوير "نموذج" متطورة العين ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية سوف تتطلب نهجا متعدد التخصصات وتتطلب كبيرا في التحقق من صحة الجسم الحي. لهذه الأسباب، والإطار الأساسي لدينا في المختبر نموذج العين هي متعددة للغاية، مثل أن النموذج يمكن تحسينها باستمرار من خلال تحديث والتحويرات في المستقبل. حتى الآن، وهذا النموذج هو قادر على محاكاة حجم المسيل للدموع، وتدفق المسيل للدموع، وارتداء الميكانيكية والتعرض للهواء. والهدف من ذلك هو خلق نموذج في المختبر من شأنها أن توفر نتائج ذات مغزى، وهو التنبؤية ومكملة لفي الجسم الحي وخارج الحي الملاحظات.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

تم الانتهاء من جميع التجارب وفقا والامتثال لجميع المبادئ التوجيهية ذات الصلة التي حددتها جامعة واترلو في لجنة أخلاقيات البحوث الحيوانية. يتم التبرع بها للعيون البقر بسخاء من المسالخ المحلية.

1. نموذج العين

  1. تصميم وإنتاج قوالب 13
    1. تصميم نماذج العين وفقا لمتوسط ​​الأبعاد الفسيولوجية للعيون الكبار الإنسان. 13
    2. ترك فجوة من 250 ميكرون بين مقلة العين والجفن قطع من طراز العين. تصميم قوالب منها باستخدام تصميم (CAD) البرمجيات بمساعدة الكمبيوتر.
    3. خلق فرص عمل جديدة ملف .cad أو ملف .sldprt مع أوتوكاد أو سوليدووركس. خلق 3D نماذج من مقلة العين البشرية / جفن. إنشاء قوالب النماذج وحفظ قوالب على شكل ملفات تنسيق stl.
    4. استيراد ملفات تنسيق stl في برنامج الطابعة 3D (على سبيل المثال، makeware لreplicator2). تعيين معلمات من الطباعة (الموقع، تناثر، والحجم، والتوجه، ونعومة، الخ 13.
    5. حفظ الملف كملف G رمز للطابعات 3D لقراءة. حدد المواد مثل جيش التحرير الشعبى الصينى (عديد حمض اللبنيك)، ABS (الأكريلونيتريل الستايرين)، وأجهزة الكمبيوتر (البولي)، أو مزيج منها، لطباعة قوالب 13.
    6. تثبيت خيوط المطلوب من المواد في الاختيار. استيراد ملف G رمز في الطابعة 3D لقراءة. طباعة القالب.
      ملاحظة: بدلا من ذلك، وإنتاج قوالب العين باستخدام العددية الكمبيوتر التي تسيطر عليها (CNC) الجهاز، إذا كان المطلوب أكثر سلاسة السطح على نموذج العين. لCNC الإنتاج العفن والمواد لقوالب لم تعد تقتصر على المواد البلاستيكية الحرارية، ولكن تمتد إلى المعادن والسيراميك، والبوليمرات مقاوم كيميائيا مثل تترافلوروإيثيلين.
    7. فتح واجهة البرنامج باستخدام الحاسب الآلي المتصل الحفر القطع. بناء قوالب 3D وفقا لالجبهة، أعلى، الجانب، وجهات النظر منظور قوالب نموذج مقلة العين / جفن شيدت سابقا في واجهة برنامج حاسوبي لمراقبة. تحديد المعايير المناسبة لبالقطع (حجم الشيء، والمواد الركيزة، سمك المواد)، والشروع في قطع قالب.
  2. توليف العدسات باستخدام PDMS
    1. باستخدام حقنة، قياس 10 مل حجم PDMS (ثنائي ميثيل بولي سيلوكسان) قاعدة وملئه في أنبوب الطرد المركزي 15-50 مل. إضافة 10٪ ث / ت من الحل المطاط الصناعي من حيث الوزن الكلي للPDMS. باستخدام قضيب التحريك، مزيج من الحلول أيضا.
    2. من أجل حل PDMS في قوالب مقلة العين والجفن. السماح للPDMS ليستقر على مستوى RT O / N (أو على الأقل 12 ساعة) لبدء البلمرة والسماح فقاعات إلى حل للخروج من البوليمر.
      ملاحظة: تأكد من عدم وجود فقاعات اليسار في PDMS التي قد ترتفع أو التوسع.
    3. وفي وقت لاحق، ووضع القوالب في الفرن 75 درجة مئوية (167 درجة فهرنهايت) لمدة 1 ساعة، أو 150 درجة مئوية (302 درجة فهرنهايت) لمدة 5 دقائق. لهلام ليونة، والسماح للPDMS الجلوس على RT لمدة لا تقل عن 48 ساعة لبلمرة تماما.
    4. وضع العينات في الفريزر لدقائق قليلة. هذا سوف يتقلص PDMS وتبسيطإزالة عينات من القوالب. استخراج العدسات من القوالب باستخدام ملعقة رقيقة.
    5. لتقديم حل في الفضاء بين مقلة العين وقطع الجفن، توصيل "س 1/8" أنبوب تترافلوروإيثيلين 1/16 مع "المساواة الساق أنبوب موصل مقرنة 1/16 وإرفاقه قطعة جفن في ثقب الأنابيب .
  3. توليف قطعة مقلة العين عن طريق الاغاروز
    ملاحظة: قطعة مقلة العين يمكن تصنيعه باستخدام البوليمرات الأخرى مثل الاغاروز. ويمكن أيضا أن الإجراء التالي يمكن تعديلها لإنتاج قطع العين من مجموعة متنوعة من أنواع أجار، مثل المساعد الشخصي الرقمي (البطاطس سكر العنب أجار) أو حزب العمل الديمقراطي (سابورو سكر العنب أجار).
    1. لإنتاج 2٪ (2 غرام / 100 مل) هلام، قياس 2 غرام من الاغاروز وتخلط مع 100 مل من الماء عالى النقاء. تقديم حل ليغلي (100 درجة مئوية) بحيث الاغاروز يذوب تماما. اسمحوا الحل يبرد لمدة 5 دقائق.
    2. من أجل حل في القالب مقلة العين، والسماح للحل لتبرد لمدة 30 دقيقة في RT. إزالة القطع مقلة العين مع ملعقة. تخزين أجار مقلة العين في -20 ° C الفريزر لاستخدامها لاحقا. لدراسات علم الأحياء المجهرية، تعقيم قوالب مقلة العين بواسطة التعقيم و / أو الأشعة فوق البنفسجية التشعيع.
  4. إدماج الأبقار القرنية على PDMS مقلة العين
    ملاحظة: وقد تم تكييف هذا البروتوكول من باريخ وآخرون 14
    1. إجراء تشريح وإدماج القرنيات الأبقار في ظروف معقمة تحت غطاء تدفق الصفحي. الحصول على العينين وتشريح لهم في نفس اليوم.
    2. تحويل غطاء تدفق لمدة 10 دقيقة قبل الاستخدام وتعقيم مع الايثانول 70٪ كحول. التأكد من أن جميع المواد والأدوات معقمة قبل التعقيم في 273 ° F / 133 درجة مئوية لمدة 45 دقيقة، وضعه لا يقل عن 4 بوصات من مدخل تدفق غطاء محرك السيارة.
    3. تزج العين البقري في كوب يحتوي على محلول البوفيدون اليود المخفف لمدة 2 دقيقة. شطف العين في دورق يحتوي على الفوسفات المالحة (PBS) صH 7.4. باستخدام ملقط وضع بلطف العين على طبق بتري الزجاج، والقرنية مكشوفة.
    4. إزالة العضلات الزائدة والأنسجة الدهنية عن طريق قطع عند نقطة التعلق الصلبة مع حادة مقص نهاية تشريح. التخلص من الأنسجة الزائدة في دورق عقيمة المخصصة لمخلفات الحيوانات.
    5. باستخدام المقص الصغير، وإزالة الملتحمة من العين. التفاف العين بشاش معقم، والحفاظ على مسافة 1 سم على الأقل من حوف.
    6. باستخدام مشرط، شق الصلبة حوالي 2 ملم من منطقة حوف وبشكل سطحي وذلك لتجنب انتشار المشيمية الكامنة والجسم الزجاجي. تمديد بعناية شق 360 درجة باستخدام مشرط أو تشريح مقص دون تشويه القرنية من انحناء الطبيعي.
    7. مع ملقط غرامة، وإزالة القرنية من العين. باستخدام ملقط، إزالة بعناية أي نوع من الأنسجة عنبوية الالتزام وشطف القرنية مع برنامج تلفزيوني.
    8. تخزين القرنية في 31ºC في حاوية معقمة مع الثقافةالمتوسطة (مثل متوسط ​​199) تحتوي على 3٪ مصل بقري جنيني للحفاظ على رطوبة الأنسجة وتغذية الخلايا.
    9. قبل التجريب، وبقية القرنية رفعه على مقلة العين PDMS، والمشبك قطعتين معا مع كليب على متخصص.

2. الطرفة منصة

  1. تصميم وإنتاج وميض منصة
    ملاحظة: يتكون طرفة منصة من ثلاثة أجزاء وظيفية: نموذج العين (كما هو موضح في القسم 1)، ونظام والعتاد، والنظام الإلكتروني.
    1. تصميم وتصنيع منصة طرفة باستخدام CAD والطباعة 3D، مماثلة لتلك التي وصفها لنموذج العين (القسم 1.1). تصميم نظام العتاد بحيث يترجم دوران بسيط من المحركات إلى الحركات الجانبية ودوران العدسات. 15
    2. استخدام ترس وآلية والعتاد، وترجمة الحركة الدورانية للمحرك السائر في الحركة الجانبية للجناح الطائر، وهذا مرتبط إلى القطع جفن.
    3. باستخدامنظام العتاد المتقارن، تضخيم الحركة الدورانية واحدة من السيارات السائر إلى ثلاثة (أو أكثر) حركات دورانية لمدة ثلاث قطع مقلة العين المختلفة.
    4. محاذاة نظامي والعتاد، واحدة للجفن واحد لمقلة العين، بحيث تكون المسافة بينهما ثابتة. تجميع نظام إلكتروني مع متحكم، درع المحرك، واثنين من المحركات.
      ملاحظة: استخدام اثنين من المحركات السائر لتوفير المحركات الدورانية، والتي تترجم من قبل النظام والعتاد إلى الحركة وامض.
    5. ربط اثنين من المحركات السائر مع نظام يتكون من درع السيارات مكدسة على متحكم. ربط وتكوين المكونات الإلكترونية للعمل مع منتجات البرمجيات مفتوحة المصدر.
    6. برمجة نظام للسيطرة على المعلمات الحركية مثل طلقة في الدقيقة الواحدة (دورة في الدقيقة)، وعدد من الجولات إلى الأمام، وعدد من جولات الى الوراء، وتحول النمط.
      ملاحظة: يرجى الرجوع إلى "ملف التعليمات البرمجية اردوينو" تكميلي للحصول على التفاصيل.
    7. تحميل برامج النظام من أماهموقع nufacturers ".
    8. تثبيت البرنامج وفتحه. كتابة التعليمات البرمجية للسيطرة على المحركات السائر في تكوين المطلوب. ربط النظام مع مصدر لتشغيل النظام الإلكتروني بحيث تتحرك المحركات بالطريقة المطلوبة كما هو محدد من قبل الباحث.
      ملاحظة: يرجى الرجوع إلى "ملف التعليمات البرمجية اردوينو" التكميلي.
  2. الجمعية مع على microfluidics (المسيل للدموع الاصطناعي الحل)
    1. خذ مقلة العين المركبة وقطع الجفن، وتنزلق لهم على من المقابلة كليب الإضافات للعين طراز. ربط الأنابيب الذي انضم مع حقنة وضعه على مضخة ميكروفلويديك مع قطعة جفن (القسم 1.2.5). اختبار تشغيل منصة وتحقق للحركة متسقة.
    2. رئيس الأنبوب والتحقق من وجود تدفق مستمر من حل المسيل للدموع اصطناعية (ATS). وقد ذكرت سابقا وصفة لATS 16
    3. يدويا نقل أجزاء العين نموذج معا على متن طائرة مستوى، بحيث مقلة العين والعينغطاء على اتصال. ضبط معدل تدفق المضخة ميكروفلويديك إلى القيم المطلوبة. تعيين معدلات تدفق الفسيولوجية ل1-1.5 ميكرولتر / دقيقة. 17
    4. بدء تشغيل المضخة والمحركات لبدء التجربة. للتجارب تسليم المخدرات، ووضع العدسات اللاصقة التي تحتوي على المخدرات على قطعة مقلة العين.
    5. تسمح للسائل التدفق من خلال أن يتقطر في لوحة 12-جيدا. في فترات الزمنية المحددة المطلوبة، قياس تركيز تحليلها أو المخدرات باستخدام طرق الكشف الشائعة مثل التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية فيس أو مضان. 1،4،18
    6. لدراسات تقييم ترسب مكونات المسيل للدموع على العدسات اللاصقة، ووضع العدسات اللاصقة على "مقلة العين" قطعة. جمع السائل التدفق من خلال، والتي يمكن التخلص منها.
    7. بعد فترات زمنية محددة، وإزالة العدسات اللاصقة من قطعة مقلة العين وإعداد عدسة لمزيد من التحليل مثل المجهر متحد البؤر.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

وتظهر قوالب العين توليفها تم الحصول عليها من متجر للآلات ومن الطباعة 3-D في الشكل 1. هذه القوالب يمكن استخدامها مع مجموعة متنوعة من البوليمرات، مثل PDMS والاغاروز، لإنتاج العدسات مع الخصائص المطلوبة. يظهر التجمع أومأ من منصة نموذج العين مع ضخ حقنة ميكروفلويديك في الشكل 2، ومنصة تحاكي ارتداء الميكانيكية عن طريق دوران قطعة مقلة العين، والتعرض للهواء من خلال الوحشي داخل وخارج حركة قطعة جفن. هي التي غرست السائل المسيل للدموع على الجفن من مضخة ميكروفلويديك في معدل التدفق المطلوب، والسائل للتدفق من خلال يمكن جمعها في 12 لوحة جيدا.

وصفت إجراءات تشريح عدسة البقري، وتصاعد على العدسة PDMS في الشكل (3). يتم فصل الأنسجة الزائدة من العين والتخلص منها، تليها إزالةفي الملتحمة. إزالة القرنية تبدأ شق في الصلبة بالقرب من حوف. ويبين الشكل (4) ومجموعة متنوعة من العدسات التي يمكن استخدامها لمختلف في المختبر التحليلات. وقد تم تجميع القطع مقلة العين شنت هو مبين من PDMS، أجار، والسابقين فيفو البقري القرنية التي شنت على PDMS مقلة العين قطعة.

يصور الشكل 5 دراسة تقييم الإفراج عن مضاد حيوي، موكسيفلوكساسين، من CLS 18 عندما تقاس في نموذج قنينة التقليدي، يحدث إطلاق المخدرات داخل ساعة 2 الأولى، تليها مرحلة الهضبة. في المقابل، يظهر نموذج العين رواية الإفراج المخدرات إلى أن تكون بطيئة ومستدام ليظهر ما يصل إلى 24 ساعة. 18 دراسة تقييم ترسب الكولسترول على CLS في الشكل (6). الكوليسترول في الدراسة تم وضع علامة fluorescently في شكل دبي الوطني -cholesterol (7 nitrobenz-2-oxa-1،3-diazol-4-YL-الكوليسترول)، وdeposتم تصوير ition باستخدام ليزر المسح المجهري متحد البؤر. وتشير النتائج إلى أن هناك خلافات كبيرة عندما يتم تنفيذ دراسات ترسب في قارورة بالمقارنة مع نموذج العين.

الشكل 1
الشكل 1. قوالب العدسة. (A) مقلة العين قطعة قالب من متجر للآلات. (ب) عين غطاء قالب من الطباعة 3-D. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2. في المختبر منصة العين. (A) الحركة الدائرية يحاكي ارتداء الميكانيكية. (ب) وتنتج الحركة الجانبية الهواء المتقطعالتعرض. (C) المسيل للدموع ضخ السوائل في الجفن. (د) جمع لوحة جيدا. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. تشريح وإدماج القرنية البقري. (A) إزالة الأنسجة الزائدة. (ب) إزالة الملتحمة. (C) شق في منطقة حوف. (D) والقرنية استئصاله يمكن تخزينها أو التي شنت على PDMS كرة العين قطعة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الشكل 4. العدسات عينة. عينة من PDMS قطعة العين مع العدسات اللاصقة، مقال العين أجار، وخارج الحي البقري القرنية العين شنت قطعة. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 5
الرقم 5. تسليم المخدرات باستخدام المختبر في منصة العين. الإفراج عن موكسيفلوكساسين من العدسات اللاصقة المتاح اليومية من (A) حجم قارورة كبيرة ثابتة و (ب) نموذج العين (إعادة طباعة بإذن من جمعية بحوث في الرؤية و طب العيون). 18 وأبلغت جميع البيانات كما يعني ± الانحراف المعياري. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الطبقة = "jove_content" FO: المحافظة على together.within الصفحات = "1"> الشكل (6)
الشكل 6. ترسب الكولسترول استخدام في المختبر منصة العين. الصور متحد البؤر يظهر المقطع العرضي للإيتافيلكون A، nelfilcon A، nesofilcon A، B أوكوفيلكون، delefilcon A، somofilcon A، narafilcon وبعد 4 ساعات الحضانة مع بنك دبي الوطني الكولسترول في القارورة ونموذج العين. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

هناك ثلاث خطوات حاسمة في إطار البروتوكول التي تتطلب اهتماما خاصا: تصميم وإنتاج قوالب (القسم 1.1)، والتجمع منصة (قسم 2.2.1-2.2.3)، ورصد المدى التجريبية (قسم 2.2.4-2.2.7 ). من حيث التصميم وإنتاج قوالب (القسم 1.1)، وينبغي تصميم قطعة مقلة العين وفقا لأبعاد القرنية البشرية. ومع ذلك، قد تتطلب نماذج متعددة من القالب قبل قطعة مقلة العين يمكن أن تنشأ الذي يناسب تماما العدسات اللاصقة التجارية (CL). وبالإضافة إلى ذلك، فإن 250 ميكرون يحتاج إلى الإبقاء عندما مقلة العين والجفن قطعة على اتصال للتأكد من تدفق السائل المسيل للدموع بشكل سلس في جميع أنحاء نموذج العين بأكمله عندما CL موجودا. يمكن تغيير هذه المسافة في التكرار في المستقبل، ولكن لا ينبغي أن يكون أقل من 150 ميكرون للسماح للتباعد ما يكفي لتناسب CL. يتطلب تجميع منصة (قسم 2.2.1-2.2.3) عناية فائقة بحيث مقلة العين والجفن قطعة تأتي إلى حساب المشتركط م أثناء الحركة طرفة. إذا كانت العدسات ليست على اتصال مثالية، تفشل ثم محاكاة لجفن مغلقة وفرك الميكانيكية. المشغل يجب مراقبة منصة في الحركة لبضع دورات للتأكد من أن كل من مقلة العين والجفن على اتصال، ويحدث أن فرك كما كان مخططا. تم تصميم النظام الأساسي الحالي لتشغيل بشكل مستمر خلال شهر واحد، ولكن عامل يجب الاختيار دائما على استقرار النظام كل 24 ساعة عند تشغيل تجربة (قسم 2.2.4-2.2.7). هذا أمر مهم لأن لا يمتلك النظام الأساسي الحالي التحكم في درجة الحرارة أو الرطوبة، والتقلبات في هذه المعايير يمكن تجفيف CLS. إذا حدث هذا، وضع نموذج العين ضمن الرطوبة ودرجة الحرارة غرفة التحكم. وبالإضافة إلى ذلك، لإجراء التجارب تسليم المخدرات، وينبغي تحليل السائل التدفق من خلال جمعها أو تخزينها على الأقل كل ساعة 2 لتجنب التبخر كبير من العينة.

يوجد حاليا اثنين من القيود المفروضة على قدمنموذج العين. الحد الأول هو في ما يخص التعرض لبيئة المحيطة. في الوقت الراهن، لأنه لم يتم المغلقة القطع العين في غرفة التحكم، والتغيرات مثل درجة الحرارة والرطوبة في منطقة العمل سيؤثر جوانب مختلفة من هذه التجارب. على سبيل المثال، إذا كانت البيئة جافة جدا، ثم CLS تجف بشكل أسرع، ويمكن أن منفصلة عن قطعة مقلة العين، أو السائل للتدفق من خلال يمكن أن تتبخر. لمعالجة هذه المشكلة، والتكرار في المستقبل إيواء نموذج العين في درجة الحرارة والرطوبة غرفة التحكم. الحد الثاني يتعلق قطعة تعقيد مقلة العين. حاليا، العدسات هي بسيطة، تتكون إما PDMS أو الاغاروز، أي من الذي يمثل حقا خصائص سطح القرنية. والعمل في المستقبل تهدف إلى إنتاج نماذج العين التي يقلد أوثق الهياكل سطح القرنية.

في المختبر ينظر البحوث العين بصفة عامة السابقة مرحلة الاختبار لبحث في الجسم الحي. ومع ذلك،من المهم أن نأخذ في الاعتبار أنه في المختبر البحوث يمكن أيضا أن تكون مكملة للبيانات في الجسم الحي، وتقديم رؤى الحاسمة التي على خلاف ذلك لا يمكن أن يتحقق من الدراسات المجراة وحدها. للأسف، في المختبر النماذج الحالية لCLS الاختبار هي بدائية وتفتقر إلى العديد من المكونات الرئيسية لتقليد كاف البيئة في الجسم الحي. على سبيل المثال، يتم تنفيذ الدراسات في المختبر CL في قارورة تحتوي على 2-5 مل من الفوسفات مخزنة المالحة و1-6 وهو ما يتجاوز كثيرا مجلدات المسيل للدموع فسيولوجية في 7.0 ± 2 ميكرولتر. 7 وعلاوة على ذلك، وهما من العوامل الهامة للبيئة العين، وتدفق المسيل للدموع الطبيعي ومنعكس الرمش، غائبة عن نموذج قارورة ثابت بسيط. وقد تم التعرف على أوجه القصور في نموذج قنينة التقليدية من قبل الباحثين، وبذلت محاولات لخلق فريدة من نوعها في نماذج العين في المختبر محاكاة البيئة العين، من قبل بما في ذلك المسيل للدموع ميكروفلويديك تجديد مكون 20-24 و / أو التعرض للهواء على فترات متقطعة. 25،26 ليس من المستغرب أن النتائج التي تم إنشاؤها من هذه التجارب هي مختلفة تماما عن تلك التي حصلت مع نموذج قنينة التقليدية، وربما أكثر شبها في البيانات الجسم الحي. 20-25 وهكذا، وضع سوف معقدة في نموذج العين في المختبر لفحص CLS تقديم رؤى جديدة على تفاعل المواد مع عدسة سطح العين، وتساعد على تسهيل تطوير مواد جديدة وتطبيقات جديدة للCLS في العقود المقبلة.

يمكن القول، واحدة من الجوانب إثارة للجدل من في المختبر نموذج العين هو ما إذا كانت العين تشبه بالوعة لا حصر له، وهو أمر مهم لا سيما عندما يتعلق الأمر تسليم المخدرات من CLS. في ظل ظروف بالوعة لانهائية، وحجم المحلول المحيط هو أعلى بكثير من حجم التشبع المخدرات، مثل أن الإفراج المخدرات لا يتأثر الذوبان الدواء. 27 المدافعون عن القارورة باعتبارها الملحقات ونموذج العين ptable يقولون ان القرنية والملتحمة، والأنسجة المحيطة بها العين معا وظيفة بالوعة بلا حدود. بينما من الناحية النظرية قد يكون هذا صحيحا، يجب على المخدرات تذوب لأول مرة في السائل المسيل للدموع. هذه الخطوة الحد من معدل هي على الأرجح ليس شرطا بالوعة، وسوف تكون تعتمد على كل من حجم المسيل للدموع وتتدفق كما تمت محاكاتها بواسطة نموذجنا.

هوية فريدة من النموذج المقدم تكمن في قدرتها على محاكاة الفيلم المسيل للدموع. من خلال اعتماد تصميم اثنين من قطعة، و"الصلبة القرنية /" قسم مقلة العين و"جفن"، فمن الممكن لخلق طبقة رقيقة موزعة بالتساوي من فيلم المسيل للدموع عبر قطعة مقلة العين عندما تأتي كل من القطع في الاتصال. لمزيد من محاكاة سطح العين، وأدرج ارتداء الميكانيكية والتعرض للهواء في النموذج من خلال اثنين من المحركات الميكانيكية. كما قطعة جفن يتحرك أفقيا، فإنه يحاكي إغلاق العين والتعرض للهواء على فترات متقطعة. دوران مقلة العين يحاكي ارتداء الميكانيكية تنتج الزيتوز وامض. ويقترن هذا النظام مع مضخة ميكروفلويديك، الذي ينفخ في نموذج العين مع السائل المسيل للدموع على معدل تدفق الفسيولوجية أو أي معدل تدفق مرغوب. يتم تشكيل فيلم المسيل للدموع في كل مرة قطعتين تتلامس، ويحدث المسيل للدموع تفكك عندما فصل قطعتين.

والهدف من ذلك هو خلق منصة اختبار عالمية لتقييم CLS لمختلف في المختبر التحليلات. من أجل أن تكون مرنة، وقطع مقلة العين يمكن توليفها من البوليمرات المختلفة، مثل ثنائي ميثيل بولي سيلوكسان (PDMS) أو أجار. للدراسات العين بسيطة، وهذه البوليمرات، والتي تمثل الأسطح مسعور وماء على التوالي، تكفي. لكن، وكما يطلب المزيد من التحليلات المعقدة، على سبيل المثال العين اختراق المخدرات أو سمية الدراسات، سوف تحتاج إلى مزيد من التعديل القطع العين. هذه التعديلات الإضافية للنموذج، مثل إدراج القرنية المجراة سابقا كما هو موضح، هي عمليا نسبيا. ومع ذلك، إجراء المزيد من الدراسات التحقق من صحةمطلوبة، وسوف العمل في المستقبل تهدف إلى تحسين صحة هذا النموذج من خلال مقارنتها مع نماذج في الجسم الحي.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لديهم ما يكشف.

Acknowledgments

فإن الكتاب أن نعترف لدينا مصدر التمويل NSERC 20/20 الشبكة لتطوير المواد المتقدمة العيون.

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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics