Translaminair autonoom systeemmodel voor de modulatie van intraoculaire en intracraniale druk in posterieure donorsegmenten van menselijke donoren
24 april 2020
We beschrijven en detailleren het gebruik van het translaminaire autonome systeem. Dit systeem maakt gebruik van het menselijke posterieure segment om onafhankelijk de druk in het segment (intraoculair) en rond de oogzenuw (intracranieel) te reguleren om een translaminaire drukgradiënt te genereren die kenmerken van glaucomateuze optische neuropathie nabootst.
Dit nieuwe autonome translaminaire systeem voor het oog maakt gebruik van het achterste segment van het menselijk oog om intraoculaire en intracraniale druk onafhankelijk te reguleren om een translaminaire drukgradiënt te genereren. Het TAS-model maakt de evaluatie van de menselijke intracraniale druk op een ex vivo, preklinische manier mogelijk, die voorheen niet kon worden bestudeerd. Dit model zou mogelijk kunnen worden gebruikt om ziekten zoals glaucoom, traumatisch hersenletsel, idiopathische intracraniale hypertensie en neuro-oculaire syndroom geassocieerd met ruimtevaart te bestuderen.
Om de instroomspruitjes op te zetten, laadt u een 30-milliliter spuit met 30 milliliter van de perfusie vloeistof van belang en bevestigt u een drieweg stopcock aan de spuit. Bevestig een 0.22-micrometer hydrofiele filter aan de stopcock en bevestig een 15-gauge luer stub adapter aan het 0.22-micrometer hydrofiele filter. Nadat u luchtbellen uit de spuitopstelling hebt verwijderd, bevestigt u de slang aan de luer stub adapter en sluit u de zijpoort van de stopcock met een ontluchtingsvrije universele vergrendelingsdop.
Na het opzetten van een tweede instroomspuit zoals net gedemonstreerd, labelt u één spuitkanaal één ICP en labelt u het andere spuitkanaal twee IOP. Bevestig vervolgens de uitstroomspuitjes zoals net gedemonstreerd, maar zonder de spuiten te laden met het infusiemedium. Om een menselijk hele oogbolmonster voor te bereiden, verwijdert u de oogzenuwschede en verwijdert u het glasvocht uit het achterste segment.
Om een goede pasvorm op de ronde koepel van de IOP kamer te garanderen, knipt u extra sclera van het achterste segment indien nodig en gebruikt u een pincet om ervoor te zorgen dat het netvlies gelijkmatig over het menselijk achterste van het segment is verspreid. Plaats vervolgens het segment in de IOP kamer van de TAS over de ronde koepel met de oogzenuw naar boven en gebruik een epoxyhars O-ring en vier schroeven om het achterste segment te verzegelen. Om de IOP kamer op te zetten, steekt u de slang in de in- en uitpoort van de kamer en steekt u de IOP instroomspuit in de inpoort.
Steekt u de lege IOP uitstroomspuitopstelling in de uitpoort en gebruikt u de push/pull methode om langzaam het perfusiemedium in de instroompoort te infuseren om de achterste oogcup te vullen, terwijl u tegelijkertijd langzaam het perfusiemedium uit de uitstroomspuit trekt om eventuele luchtbellen uit de leidingen te verwijderen. Zodra zowel de in- als uitbuizen geen luchtbellen meer bevatten, stopt u de infusie en vergrendelt u de stopcocks in de uitgeschakelde positie. Verwijder de spuit uit de IOP inpoort filterassemblage en vul de spuit opnieuw met 30 extra milliliters medium, en steek vervolgens de spuitsopstelling opnieuw in de filterassemblage.
Om de ICP kamer op te zetten, plaatst u de kamer over de achterkant van het achterste segment, waarbij u ervoor zorgt dat de oogzenuw zich in de bovenste kamer bevindt, en verzegelt u de bovenste kamer met vier schroeven, steekt u vervolgens de slang in de in- en uitpoorten van de ICP kamer, de ICP invoerspuit in de inpoort en de lege ICP uitstroomspuit in de uitpoort om het systeem met medium te spoelen zoals net gedemonstreerd. Om het dataregistratiesysteem op te zetten, zet u de achtkanaals voedingsbron en de computer aan en start u de dataverzamelsoftware. Selecteer Bestand en Nieuw en selecteer Setup en Kanaalinstellingen.
Selecteer drie kanalen en hernoem de kanalen zoals aangegeven. Selecteer twee millivolt voor de Bereik op alle kanalen en in de Berekening kolom, selecteert u Geen Berekening voor kanalen een en twee. Selecteer Aritmetisch voor kanaal drie In het Formule venster, onder Kanalen, selecteert u Ch 2.
Onder Functie, selecteert u Math en Minus, en onder Kanalen, Selecteert u Ch 1. Om de hydrostatische druktransducers op te zetten en te kalibreren, verbindt u de hydrostatische druktransducers met de transducerleidingen die zijn bevestigd aan de multi-kanaals brugversterker en bevestigt u een lege 30-milliliter spuit aan de zijpoort van de kanaal een ICP druktransducer. Bevestig een sphygmomanometer aan de onderkant van de kanaal een ICP druktransducer en klikt u op de pijl naast de bemonsteringstijd om de bemonsteringssnelheid in te stellen op 100.
Selecteer Brugversterker, Netfilter en Zero, en wacht tot het systeem is uitgeschakeld, waarbij u ervoor zorgt dat u de druktransducer niet verplaatst. Knijp vervolgens in de witte tabbladen van de druktransducer en duwt u lucht door de transducer totdat 40 millimeter kwik worden verkregen op de sphygmomanometer, laat vervolgens de witte tabbladen los en verwijder de spuit en sphygmomanometer. Op de Eenheidconversie pagina, selecteert u min en markeert u het hoogste plateau om 40 millimeter kwik aan te geven.
Klik op de pijl voor 0.1, voer 100 in en markeert u het laagste plateau om nul millimeter kwik aan te geven. Klik op de pijl voor 0.2, voer nul in, selecteert u millimeters kwik voor de eenheden en klikt u op Oké. In het Brugversterker venster, klikt u op Oké en kalibreert u de hydrostatische druktransducers voor kanaal twee IOP zoals net gedemonstreerd, met behulp van 100 millimeter kwik voor het hoogste plateau en nul voor het laagste plateau.
Om de TAS achterste segment eenheid aan het dataregistratiesysteem te koppelen, plaatst u de TAS achterste segment eenheid in een 37 graden Celsius, 5% koolstofdioxide incubator en bevestigt u de ICP slang vanuit de uitpoort van de kanaal een ICP druktransducer. Bevestig de IOP slang vanuit de uitpoort naar de kanaal twee IOP druktransducer. Op de Grafiekweergave pagina, selecteert u Start met bemonsteren en stelt u de bemonsteringssnelheid in op Langzaam en een minuut.
Vervolgens past u de spuiten op de ringstand boven of beneden aan om de ICP en IOP druk volgens het protocolvereisten te reguleren, of plaatst u ze op perfusiepompen voor het reguleren van druk. In deze representatieve analyse werden de onderhoud van de gemiddelde normale drukverschille in beide kamers getest door verschillende parameters van IOP en ICP omstandigheden. Om
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie presenteert een nieuw oculair translaminair autonoom systeem (TAS), ontworpen om de intraoculaire en intracraniële druk onafhankelijk van elkaar te reguleren. Door een translaminaire drukgradiënt te creëren, is het systeem erop gericht om glaucomateuze optische neuropathie na te bootsen voor onderzoek naar oculaire aandoeningen en condities die de intracraniële druk beïnvloeden.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Oogheelkunde
- Neurobiologie
Achtergrond
- Onderzoek naar drukgradiënten in relatie tot de gezondheid van de oogzenuw.
- Het belang van het bestuderen van de intracraniale druk bij oogziekten.
- Verkenning van aandoeningen zoals glaucoom en traumatisch hersenletsel.
Doel van de studie
- Om een systeem te ontwikkelen voor het bestuderen van drukverschillen in het oog en de hersenen.
- Om een model te bieden voor het onderzoeken van ziekten die verband houden met drukveranderingen.
- Om het begrip van potentiële interacties tussen de intraoculaire en intracraniale druk te verbeteren.
Gebruikte methoden
- Gebruik van een translaminair autonoom systeem (TAS) voor drukregulatie.
- Preparatie van menselijke oogmonsters om een gecontroleerde experimentele opstelling te creëren.
- Monitoring en kalibratie van druksensoren om gegevens over de IOP en ICP te verzamelen.
- Inflow- en outflow-spuiten werden gebruikt voor mediumuitwisseling en drukbeheer.
Belangrijkste Resultaten
- Succesvolle vestiging van gemiddelde normale drukverschillen in het TAS-model.
- Minimale drukverstoringen tijdens vloeistofuitwisseling, waarbij de weefsellevensvatbaarheid behouden bleef.
- Waarnemingen omvatten het steady-state gedrag van de morfologie van de oogzenuwkop over de experimentele tijdlijnen.
Conclusies
- De studie demonstreert de haalbaarheid van het gebruik van het TAS-model voor onderzoek naar de oogdruk.
- Het benadrukt potentiële toepassingen voor het begrijpen van glaucoom en aanverwante aandoeningen.
- De implicaties voor toekomstige studies naar drukinteracties en hun effecten op de gezondheid van de oogzenuw zijn significant.
Veelgestelde vragen
Industriële relevantie voor directieleden
Het translaminaire autonome systeem (TAS) vervult een kritieke onvervulde behoefte in het oogheelkundig en neuro-oogheelkundig onderzoek door onafhankelijke regulatie van de intraoculaire en intracraniële druk in posterior segmenten van menselijke donoren mogelijk te maken. Dit ex vivo model ondersteunt het mechanistische wegnemen van risico's bij therapeutische hypothesen met betrekking tot glaucoom, traumatisch hersenletsel, idiopathische intracraniële hypertensie en het spaceflight-associated neuro-ocular syndrome door de weefselstructuur en complexiteit van de oogzenuwkop te behouden. Het vergroot het voorspellende vertrouwen bij preklinische targetvalidatie door een ziekterelevant systeem te bieden dat de afhankelijkheid van diermodellen vermindert en de translationele continuïteit van ontdekking naar preklinische validatie verbetert.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk door translaminaire drukgradiënten te moduleren om pathogene paradigma's in menselijk weefsel te bestuderen.
- Operationele waarde: Ondersteunt functionele targetvalidatie door de integriteit en structurele complexiteit van de oogzenuwkop te behouden onder gecontroleerde drukcondities.
- Voorspellende waarde: Verhoogt de betrouwbaarheid van targets via ziekterelevante systeemmodellering die de menselijke pathofysiologie van drukgerelateerde oculaire neurodegeneratie weerspiegelt.
Screening & assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Bereidt gevalideerde menselijke posterieure segmenten voor op downstream evaluatie van verbindingen door het creëren van stabiele, reproduceerbare drukgecontroleerde omgevingen.
- Operationele waarde: Garandeert standaardisatie en reproduceerbaarheid van de assay via onafhankelijke regulatie van de IOP en ICP met behulp van gekalibreerde hydrostatische druktransducers en protocollen voor de uitwisseling van perfusievloeistof.
- Schaalbaarheidswaarde: Faciliteert hergebruik van het platform door mediumuitwisseling elke 48 uur zonder de weefsellevensvatbaarheid of morfologie in gevaar te brengen, wat longitudinale studies ondersteunt.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Translationele waarde: Handhaaft continuïteit van ontdekking tot preklinische validatie door de weefselstructuur van de oogzenuwkop te behouden en longitudinale observatie van cupping, verdikking en remodellering van de extracellulaire matrix onder verhoogde translaminaire drukgradiënten mogelijk te maken.
- Risico-gecorrigeerde vooruitgang: Ondersteunt go/no-go-beslissingen door structurele en moleculaire veranderingen (bijv. collageen IV-expressie) te kwantificeren die gekoppeld zijn aan druk-geïnduceerde pathogenese over gedefinieerde tijdstippen (bijv. zeven dagen).
- Mechanistische risicoreductie: Maakt studie van biomechanische ziekteparadigma's en moleculaire pathogenese mogelijk, gericht op translaminaire druk in een menselijk-relevant ex vivo-systeem.
Integratie van Pipeline & Workflow
Het TAS-model integreert in het ontdekkingscontinuüm, van vroege targetvalidatie tot preklinisch onderzoek, door een mens-relevant, drukmoduleerbaar systeem te bieden dat hypothesetoetsing, assay-gereedheid en translationele biomarker-afstemming ondersteunt.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetoetsing en padverduidelijking door onafhankelijke manipulatie van IOP en ICP mogelijk te maken om translaminaire drukgradiënten te genereren die verband houden met pathologie van de oogzenuwkop.
- Screening: Zorgt voor assay-gereedheid door reproduceerbare drukcontrole, behoud van weefselvitaliteit en kwantitatieve output van druktransducers en immunohistochemische analyse.
- Analytics: Biedt kwantitatieve metingen van afhankelijke variabelen (IOP, ICP, translaminaire gradiënt) en kwalitatieve read-outs (expressie van collageen IV, fase-imaging, weefselmorfologie) die vergelijking tussen experimentele condities mogelijk maken.
- Translationeel Onderzoek: Verbindt met preklinische continuïteit via ziekterelateerde observaties van cupping, verlies van retinale ganglioncellen en remodellering van de extracellulaire matrix onder aanhoudende drukstress.
- Enterprise Reuse: Fungeert als een herbruikbare capaciteit via een gestandaardiseerde opstelling, mediumverversing elke 48 uur en langetermijn-cultuurvitaliteit tot 30 dagen, ter ondersteuning van herhaalde experimentele cycli.
Operationele en bedrijfsmatige impact
- Wetenschappelijke waarde: Voorspellend vertrouwen bij doelwitvalidatie, vermindering van mechanistische ambiguïteit bij drukgerelateerde okulaire neurodegeneratie en mensgerelateerde pathofysiologische modellering.
- Operationele waarde: Standaardisatie, reproduceerbaarheid en schaalbaarheid van protocollen voor drukregulatie en weefselonderhoud.
- Strategische waarde: Betere go/no-go-beslissingen, kapitaalefficiëntie door verminderd gebruik van dieren en verlaagd biologisch risico in een laat stadium bij de ontwikkeling van oftalmologische geneesmiddelen.
- Impact op de portfolio: Risico-gecorrigeerde prioritering van doelwitten op basis van translaminaire drukresponsprofielen en voortschrijdingsbeslissingen gebaseerd op menselijke weefselmorfologie en biomarkergegevens.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in de behandeling van oculair weefsel, kalibratie van druktransducers en aseptische technieken voor mediumuitwisseling en systeemopstelling.
- Afhankelijk van instrumentatie, waaronder hydrostatische druktransducers, een multi-channel bridge-versterker, perfusiespuiten, stopkranen, filters en een incubator van 37°C en 5% CO₂.
- Noodzaak tot standaardisatie tussen teams van drukprotocollen, weefselpreparatie (verwijdering van de oogzenuwschede en het glasachtig lichaam) en afdichtingsprocedures met behulp van epoxyhars O-ringen en schroeven.
- Omvat aanpassingen vanwege variabiliteit tussen donoren in de integriteit van het posterieure segment, sclera-dikte en retinaal vlak, waarbij trimmen en het spreiden van het netvlies met pincetten vereist is voor een optimale passing in de kamer.
- Bevat praktische beperkingen, zoals de noodzaak voor nauwkeurige drukkalibratie, het vermijden van luchtbellen in vloeistoflijnen en het bewaken van minimale drukstijgingen tijdens de mediumuitwisseling om de levensvatbaarheid van het weefsel te behouden.
Veelgestelde vragen over biofarmaceutica
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:44
Translaminar Autonomous System (TAS) Setup
1:42
Human Whole Eye Globe Preparation
2:24
IOP (Bottom) Chamber Setup
3:20
ICP (Top) Chamber Setup
3:52
Data Recording System Setup
6:56
Results: Representative Translaminar Autonomous System Model Analyses
8:26
Conclusion
