Method Article
Here, we present the mouse laser-induced choroidal neovascularization (CNV) protocol, an experimental model that re-creates the vascular hallmarks of neovascular age-related macular degeneration (AMD). Once mastered, it can reliably and effectively induce CNV as a model system to test various experimental measures.
The mouse laser-induced choroidal neovascularization (CNV) model has been a crucial mainstay model for neovascular age-related macular degeneration (AMD) research. By administering targeted laser injury to the RPE and Bruch’s membrane, the procedure induces angiogenesis, modeling the hallmark pathology observed in neovascular AMD.
First developed in non-human primates, the laser-induced CNV model has come to be implemented into many other species, the most recent of which being the mouse. Mouse experiments are advantageously more cost-effective, experiments can be executed on a much faster timeline, and they allow the use of various transgenic models. The miniature size of the mouse eye, however, poses a particular challenge when performing the procedure. Manipulation of the eye to visualize the retina requires practice of fine dexterity skills as well as simultaneous hand-eye-foot coordination to operate the laser. However, once mastered, the model can be applied to study many aspects of neovascular AMD such as molecular mechanisms, the effect of genetic manipulations, and drug treatment effects.
The laser-induced CNV model, though useful, is not a perfect model of the disease. The wild-type mouse eye is otherwise healthy, and the chorio-retinal environment does not mimic the pathologic changes in human AMD. Furthermore, injury-induced angiogenesis does not reflect the same pathways as angiogenesis occurring in an age-related and chronic disease state as in AMD.
Despite its shortcomings, the laser-induced CNV model is one of the best methods currently available to study the debilitating pathology of neovascular AMD. Its implementation has led to a deeper understanding of the pathogenesis of AMD, as well as contributing to the development of many of the AMD therapies currently available.
ניוון מקולרי (AMD) הקשורות לגיל הוא אחד הגורמים המובילים לעיוורון באנשים מעל גיל 50 1-3. AMD יכול להיות מסווג לשתי צורות: מכולה ("יבש") AMD וneovascular ("רטוב") AMD. לשעבר מתאפיין בניוון גיאוגרפי של אפיתל הפיגמנט ברשתית (RPE), choriocapillaris, וקולטניים אור, ואילו האחרונים מאופיין בפלישה של כלי חריגים מדמה העין לתוך שכבות רשתית החיצוניות גורמים לדליפה, דימום, וסיסטיק, וסופו של דבר מוביל לעיוורון 1,2. של שתי צורות, AMD neovascular מהווה את רוב הפסד 1 חזון. למרבה המזל, יש טופס זה אפשרויות ניהול רבות יעילות תרופתיות, ואילו עמיתו מכולה שלה כרגע אין מוכח טיפולים רפואיים 3. יתר על כן, בגלל צורת neovascular כבר בקלות מחדש נכנעה במודל חיה, זה כבר יותר נרחב נגיש לבסיסימחקר MD לחקור את המנגנונים פתולוגיים הבסיסיים כדי לפתח טיפולים חדשניים 4.
מודל החיה הראשון של neovascularization choroidal הניסיוני (CNV) פותח על ידי אל ריאן ואח. בפרימטים לא אנושיים 5. קרע זה מודל מושרה של הקרום של ברוך באמצעות photocoagulation לייזר, מה שגרם לתגובה דלקתית מקומית וכתוצאה מכך אנגיוגנזה דומה לזה שראה בAMD neovascular. ההתקדמות ההיסטופתולוגיים של האינדוקציה הודעה לייזר-אנגיוגנזה נמצאה לחקות neovascular AMD, אשר אישר את תקפות המודל 6. פרימטים לא אנושיים להציע את האנטומיה דומה ביותר לבני אדם, אך למרבה הצער, הם יקרים כדי לשמור, לא ניתן בקלות מניפולציות גנטית, ויש לי כמובן זמן איטי של התקדמות המחלה 7. Contrastingly, מודלים של מכרסמים הם הרבה יותר יעיל וחסכוני לשמירה, ניתן להשפיע גנטי בקלות יחסית, ויש לי הרבה יותר מהר couRSE של התקדמות מחלה (יכולים להיות שנערכו ניסויים בסולם של שבועות זמן מול חודשים). ניסויים אלה צריכים להתנהל רק במכרסמים פיגמנט כקשה מאוד לדמיין בבעלי החיים לבקן.
מודל CNV מושרה לייזר עכבר, פותח לראשונה על ידי קבוצת Campochiaro בסוף שנתי ה -90 10, גדל להיות מודל החיה הדומיננטי ברוב המחקרים שנעשה לאחרונה 11-16. בשל פתוגנזה המורכבת ועדיין לא ברורה של CNV, מודל הלייזר יושם בכל ההיבטים של מחקר רטוב AMD החל חקר המנגנונים המולקולריים הנהיגה אנגיוגנזה להערכת שיטות טיפול חדשות לשימוש בבני אדם בעתיד. לדוגמא, סקוראי et al. ואספינוסה-Heidmann et al. השתמש במודל הלייזר כדי לחקור את ההשפעה של מקרופאגים על הפיתוח של CNV באמצעות עכברים מהונדסים וטיפולים תרופתיים דלדול 15, 16. גיאני et al. וHoerster et al. טומוגרפיה אופטית קוהרנטיות משומשת (אוקטובר) לתמונת CNV במאמץ לאפיין את ההתקדמות של CNV ולהשוות את הממצאים היסטופתולוגיות לממצאים ראו בהדמית אוקטובר 12,17 מושרה לייזר. לבסוף, מחקרים שכלל הזרקת זגוגית של תרופות אנטי-angiogenic שימשו כדרישות קדם לניסויים בבני אדם והיו חיוניים בפיתוח הדור הראשון של תרופות אנטי-VEGF המשמשות בניהול neovascular היום 10,18,19 AMD.
מודלים חלופיים לCNV הניסיוני לנצל שיטות ניתוחיות לגרום CNV. הליך זה כרוך הזרקת חומרים פרו-angiogenic (למשל וקטורים ויראליים רקומביננטי ביתר VEGF, הזרקת subretinal של תאי הרשתית ו / או חרוזי פוליסטירן) לחקות את ביטוי VEGF המוגבר ראה בAMD neovascular, במטרה לגרום לאנגיוגנזה 8,20. עם זאת, שיטה זו מניבה שכיחות נמוכה יותר של אופן דרסטי neovascularization; מחקרים אלה הראו כי CNV בעכברי C57 / BL6 מתרחש ב- 31% מזריקות לעומת 70% שיעור ההצלחה ~ ראה בשיטת photocoagulation הלייזר באותו הזן של עכברים 8,14. מסיבות אלה, ובהתחשב ביתרונות של שימוש במכרסמים לעומת פרימטים לא אנושיים, מודל העכבר של CNV מושרה לייזר הפך מודל החיה הסטנדרטי של CNV לניסויי מחקר AMD neovascular ביותר 8.
עין העכבר היא רקמה זעירה, עדינה לעבוד איתו. תמרון של העין כדי להמחיש את הרשתית הוא קשה ודורש הרבה תרגול עד השליטה מושגת. משימה זו היא מסובכת על ידי העובדה שהוא חייב להיות למד עם דומיננטי והיד הלא דומיננטית. יתר על כן, לאחר התנועות העדינות הנדרשות כדי להמחיש את הרשתית כבר למדו, התיאום בין שני הידיים ודוושת רגל הפעלת הלייזר הם חשובים. במאמר זה, אנו מבקשים לזקק את האתגרים של למידה כל המניפולציות הפיזיות מעורבות בproc CNV מושרה הלייזרedure למדריך שיעזור למפעילים להשיג הצלחה מהירה עם המודל הזה.
מטופלים כל בעלי החיים בהתאם למדריך של הטיפול והשימוש בחי מעבדה 2,013 Edition, האגודה למחקר בחזון ורפואת עיניים (ארוו) דוח לשימוש בבעלי חיים ברפואת עיניים ומחקר חזון, וכפי שאושר על ידי בעלי החיים המוסדיים טיפול ושימוש הוועדה לאוניברסיטת נורת'ווסטרן.
הערה: ההליך הבא יכול להיעשות לגמרי עם מפעיל אחד; עם זאת, הוא הרבה נערך בצורה יעילה יותר עם שני מפעילים עם המשימות לפצל בהתאם.
1. הכינו תחנת לייזר וטרום-לייזר
2. עכבר הרדמה והכנה טרום-לייזר
3. לייזר נוהל
הערה: ודא p האחרersons בחדר ללבוש משקפי מגן כאשר ממנורת סדק עין-חתיכה-מוגן לייזר
Avertin | Avertin | Avertin | XYL / KET | XYL / KET | |
עכבר משקל (גרם) | מנה (מ"ג / קילוגרם) | מנה הרדמה (מיליליטר) | מנה (מ"ג / קילוגרם) | מנה הרדמה (מיליליטר) | |
15 | 250 | 20 | .1875 | 100 מ"ג / קילוגרם קטמין; 10 מ"ג / קילוגרם xylazine | 0.15 |
16 | 250 | 20 | 0.2 | 100 מ"ג / קילוגרם קטמין; 10 מ"ג / קילוגרם xylazine | 0.16 |
17 | 250 | 20 | .2125 | 100 מ"ג / קילוגרם קטמין; 10 מ"ג / קילוגרם xylazine | 0.17 |
18 | 250 | 20 | 0.225 | 100 מ"ג / קילוגרם קטמין; 10 מ"ג / קילוגרם xylazine | 0.18 |
19 | 250 | 20 | .2375 | 100 מ"ג / קילוגרם קטמין; 10 מ"ג / קילוגרם xylazine | 0.19 |
20 | 250 | 20 | 0.25 | 100 מ"ג / קילוגרם קטמין; 10 מ"ג / קילוגרם xylazine | 0.2 |
21 | 250 | 20 | .2625 | 100 מ"ג / קילוגרם קטמין; 10 מ"ג / קילוגרם xylazine | 0.21 |
22 | 250 | 20 | 0.275 | 100 מ"ג / קילוגרם קטמין; 10 מ"ג / קילוגרם xylazine | 0.22 |
23 | 250 | 20 | .2875 | 100 מ"ג / קילוגרם קטמין; 10 מ"ג / קילוגרם xylazine | 0.23 |
24 | 250 | 20 | 0.3 | 100 מ"ג / קילוגרם קטמין; 10 מ"ג / קילוגרם xylazine | 0.24 |
25 | 250 | 20 | .3125 | 100 מ"ג / קילוגרם קטמין; 10 מ"ג / קילוגרם xylazine | 0.25 |
26 | 250 | 20 | 0.325 | 100 מ"ג / קילוגרם קטמין; 10 מ"ג / קילוגרם xylazine | 0.26 |
27 | 250 | .3375 | 100 מ"ג / קילוגרם קטמין; 10 מ"ג / קילוגרם xylazine | 0.27 | |
28 | 250 | 20 | 0.35 | 100 מ"ג / קילוגרם קטמין; 10 מ"ג / קילוגרם xylazine | 0.28 |
29 | 250 | 20 | .3625 | 100 מ"ג / קילוגרם קטמין; 10 מ"ג / קילוגרם xylazine | 0.29 |
30 | 250 | 20 | 0.375 | 100 מ"ג / קילוגרם קטמין; 10 מ"ג / קילוגרם xylazine | 0.3 |
טבלת 1: תרשים XyIKet מינון.
כימות של נגעי CNV יכולה להתבצע באמצעות ניתוח של choroids רכוב השטוח באמצעות מכתים immunofluorescence לתייג כלי CNV. שתי שיטות הנפוצות ביותר המועסקות של הכנת רקמה הן תיוג FITC-dextran, נעשה באמצעות זלוף מייד לפני הקרבת בעלי חיים, או חיסוני מכתים שלאחר המוות עם סמן תא אנדותל. שתי שיטות אלה תוארו בעבר בפירוט 13,14,21; איורים 1 ו -2 דוגמאות מופע של כל אחד, בהתאמה. לאחר רכישת confocal תמונה מיקרוסקופית, או אזור (2-ממדים) או נפח (3-ממדים) יכולים להיות מחושבים ומדמיינים עם תוכנת ImageJ או Volocity. בנוסף לכימות, ההדמיה אוקטובר ניתן להשתמש כדי להמחיש את נגע CNV in vivo. דוגמא של תמונת חתך רוחב של הרשתית עם CNV התוצאה מוצגת באיור 3.
LT = "איור 1" src = "/ קבצים / ftp_upload / 53502 / 53502fig1.jpg" />
איור 1:. CNV זלוף מכתים ושטח (2D) לדוגמא חישוב (25x) (א) dextran FITC perfused נגע CNV. שיטת כימות אזור ImageJ (ב) באמצעות סף. זן עכבר:. C57BL / 6J אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 2: CNV Immunostaining ונפח (3D) דוגמא חישוב (25x) (א) isolectin נגע CNV GS-IB4 מוכתם.. שחזור (B) 3D של נגע CNV en פנים נוף. מבט מצד שחזור (C) 3D (B ו- C רוחב אריח אחד = 35 מיקרומטר). זן עכבר: C57BL / 6J."Target =" _ g2large.jpg blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3:. יזואליזציה אוקטובר חתך CNV () אוקטובר en פנים נוף של נגע CNV. B-סריקת חתך אוקטובר של רשתית עם CNV (ב ') בעיגול צהוב. זן עכבר:. C57BL / 6J אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
ישנם גורמים רבים שיכולים להשפיע על אספקת לייזר והתפתחות נגע CNV תוצאה לאחר לייזר אינדוקציה מוצלחת. גורמים אלה צריכים להיות מבוקרים ולטופלו על מנת לקבל את התוצאות הכי אמינות. הרלוונטי ביותר של גורמים אלה הם בחירת עכבר (גנוטיפ, גיל, ומין), בחירת חומר הרדמה, והגדרות לייזר.
מודל העכבר הספציפי בשימוש יכול להיות השפעה משמעותית על מהלך התפתחות CNV. גנוטיפ ביותר בשימוש נרחב הוא עכבר C57BL / 6. הספק שממנו בעלי החיים מתקבלים יכול להשפיע על גודל CNV תוצאה. עניי et al. הראה הבדלים משמעותיים בגודל נגע CNV סופי בC57BL עכברים / 6 מג'קסון, צ'ארלס ריברס, ומעבדות Taconic, עם עכברים מTaconic פיתוח CNV הגדול יותר באופן משמעותי משני ספקים האחרים 4. לכן, רכישה מחברה אחת ומשתמש בכל העכברים מאותו הספק תעזור למזער הבדלים חיצונייםבגודל נגע CNV. גיל ומין של העכבר גם הוכח להיות גורם חשוב לשקול בעת תכנון הניסוי. נקבות עכברים לפתח יותר מ CNV עכברי זכרי הבנים אותו הגיל, ועכברים מבוגרים משני המינים לפתח יותר CNV מעכברים צעירים 22,23. בהתאם לפרמטרים של הניסוי, מפעילים צריכים לשמור גורמים אלה בחשבון. לדוגמא, אם מפעילים משתמשים בהליך הלייזר CNV להבהיר מטרות מכניסטית ופיתוח תרופות, יש להשתמש בשני המינים בגילים שונים להגדיר מנגנונים ספציפיים למינים ואלה שאינם.
הרדמה נכונה היא שלב קריטי בהליך זה, במיוחד בתהליך הלמידה. רוב המשטרים אושרו IACUC יכולים לגרום להרדמה לפחות 15-30 דקות, וזה יותר ממספיק זמן כדי לספק לכל עין 4-5 יריות לייזר פעם אחת את ההליך כבר שולט. עם זאת, אם יותר מדי זמן שחולף, הרדמה יכולה להוביל לעננות בעדשה הפיכה, מחדשndering עין אופטית אטום למשך 24 CNV הניסיוני. שני הפרוטוקולים העיקריים המשמשים להרדמה הם לגרום xylazine / קוקטייל קטמין או tribromoethanol (TBE) נמסר intraperitoneally. למרות כמה דיווחים מניחים את היתרונות של TBE לxylazine / קטמין במונחים של היווצרות קטרקט, שני סופו של הדבר לגרום להתפתחות של עדשת מעונן אם המפעיל לא עובד במהירות 14. אחת דרכים להאריך את הזמן לפני פיתוח קטרקט היא לשמור על לחות של העין, כאמור בפרוטוקול מפורט, דרך יישום של דמעות מלאכותיות 25. שיטה זו, ללא קשר לחומר הרדמה משמש, אמורה לעזור לעכב היווצרות קטרקט ולתת למפעיל יותר זמן כדי להשלים את ההליך.
הגדרות לייזר יכולות להיות גורם מרכזי באינדוקציה אמינה של CNV. כיול כוח הלייזר ומשך הוא צעד ראשוני חשוב לפני ביצוע ההליך בחיות ניסוי. יריות לייזרשדימום הסיבה או מחוץ לפוקוס ללא היווצרות בועה צריך להיות מחוץ חישוב, כמו זה משבש את תהליך הפיתוח של CNV. אם כלי מרובים מקרע גורמים דימום מפוזר, צריכה להיות מחוץ לכל עין. באופן אידיאלי, יש להשתמש בכח הנמוך ביותר ומשך קצר של לייזר שאופן עקבי נקרע הקרום של ברוך גורם היווצרות בועה ונגע בתיחום ברור 4. פרוטוקולי ניסויים עם הגדרות כוח שונות הוכיחו כי גדלה כוח ומשך הובלה לנזק לרקמות מופרזות ושיעורים נמוכים יותר של היווצרות לאחר מכן CNV 4, 14,17. יתר על כן, מיקום של פגיעת הלייזר יכול להשפיע גם על פיתוח CNV. השפעות נמסרו כ 1 קוטר דיסק (DD) מהדיסק האופטי הניבו שטח גדול יותר באופן משמעותי מאלה כרכי CNV נמסרו <1 DD או 2 או יותר דוקטורים לתיאולוגיה משם 23. בהתאם לניתוח שלאחר הלייזר, מיקום נגע עשוי או לא עשוי להיות מכריע. לדוגמה,אם תמונת אוקטובר היא שיתקבל מכל הנגעים, מיקום מרכזי בעצב הראייה הוא חיוני. Contrastingly, אם נגעים הם להיות מנותחים באמצעות הר שטוח, מיקום נגע אינו קריטי. לבסוף, להבטיח כי היריות האחרונות לא ממוקמות קרובה מדי זה לזה או אחר שני נגעים עלולים "לגדול" יחד.
Assay CNV הוא שיטה חזקה ללמוד AMD neovascular בניסוי. אנגיוגנזה נובעת מאינדוקצית לייזר דומה במיקום ובמראה כללי לאנגיוגנזה נצפתה בחולי AMD אנושיים. עם זאת, זה רחוק מלהיות מודל מושלם. בניגוד לעין האנושית, אין לי עכברים המקולה מוגדרת, ואנגיוגנזה הקשורות לפגיעה החריפה ראתה במודל CNV מושרה הלייזר שונה במהותו מהפתולוגיה השפיעה גנטי, הכרונית של AMD 7,8,14. סביבת רשתית העכבר היא בריאה ואנגיוגנזה התוצאה מתרחשת כתגובה לטראומה שנגרמה על ידי השפעת הלייזר, ולא גנטי / הגורמי nvironmental וגיל, כמו בAMD האנושי. Contrastingly, סביבת רשתית האנושית בAMD היא במצב של דלקת כרונית, שבמהלכו חריגות בביטוי VEGF וציטוקינים אחרים סיבת CNV 3. ברור, פיתוח neovascular בשתי הסביבות הללו הוא שונה במידה ניכרת.
לסיכום, פרוטוקול CNV מושרה הלייזר הוא אחד שהוא קשה בהתחלה לבצע אבל סופו של דבר מתגמל לאדון. המיומנות העדינה הדרושה כדי להחזיק את העכבר וcoverslip, כמו גם לתפעל את ראש coverslip ועכבר כדי להמחיש את עצב הראייה הן תרגילים שדורשים סבלנות ותרגול, במיוחד משום שהם צריכים להתבצע גם באמצעות שני ידיים של המפעיל. עם זאת, ברגע שהטכניקה למדה שזה יכול להיות דרך יעילה ליישום CNV הניסיוני ויכול להיות מיושם על רוב ההיבטים של מחקר AMD neovascular.
The authors declare they have no competing financial interests.
The authors would like to acknowledge Jonathan Chou, MD for his assistance on preparation and editing of the final manuscript and Wenzhong Liu for the OCT data. We would also like to acknowledge support from the Macula Society Research Grant (AAF), support from an unrestricted grant to Northwestern University from Research to Prevent Blindness, Inc., New York, NY, USA, and support from NIH-EY019951.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
532 nm (green) argon ophthalmic laser | IRIDEX | GLx | any ophthalmic 532 nm (green) argon laser can be used |
slit lamp | Carl Zeiss | 30SL-M | any slit lamp can be used as long as it is compatible with the laser |
tribromoethanol | Sigma | T48402-25G | used to make anesthetic |
tert-amyl alcohol | Sigma | 152463-1L | used to make anesthetic |
amber glass vials + septa | Wheaton | WH-223696 | tribromoethanol storage |
tissue wipes | VWR | 82003-820 | miscellaneous |
1% Tropicamide | Falcon Pharmaceuticals | RXD2974251 | pupillary dilation |
0.5% Tetracaine hydrochloride | Alcon | 0065-0741-12 | topical anesthesia |
artificial tears | Alcon | 58768-788-25 | hydration |
heat therapy pump (for animal warming) | Kent Scientific | HTP-1500 | used to maintain animal body temp |
warming pad | Kent Scientific | TPZ-0510EA | maintains animal body temperature |
30 G insulin needles | BD | 328418 | IP anesthesia injection |
scale | American Weigh Scale | AWS-1KG-BLK | mouse weighing |
cover slip (25 mm x 25 mm) | VWR | 48366089 | flatten cornea to visualize mouse retina |
xylazine | obtained from institution | obtained from institution | anesthesia |
ketamine | obtained from institution | obtained from institution | anesthesia |
Volocity | PerkinElmer | used for volumetric re-construction | |
ImageJ | National Institutes of Health | used for image analysis |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved