Method Article
Kontakt lens (ZL) ve diğer göz ile ilgili başvurularının değerlendirilmesi için mevcut in vitro modeller ciddi sınırlıdır. sunulan okular platformu fizyolojik gözyaşı akışı, gözyaşı hacmini, hava pozlama ve mekanik aşınma simüle. Bu sistem, çok yönlü ve CL analizler nitro çeşitli uygulanabilir.
Currently, in vitro evaluations of contact lenses (CLs) for drug delivery are typically performed in large volume vials,1-6 which fail to mimic physiological tear volumes.7 The traditional model also lacks the natural tear flow component and the blinking reflex, both of which are defining factors of the ocular environment. The development of a novel model is described in this study, which consists of a unique 2-piece design, eyeball and eyelid piece, capable of mimicking physiological tear volume. The models are created from 3-D printed molds (Polytetrafluoroethylene or Teflon molds), which can be used to generate eye models from various polymers, such as polydimethylsiloxane (PDMS) and agar. Further modifications to the eye pieces, such as the integration of an explanted human or animal cornea or human corneal construct, will permit for more complex in vitro ocular studies. A commercial microfluidic syringe pump is integrated with the platform to emulate physiological tear secretion. Air exposure and mechanical wear are achieved using two mechanical actuators, of which one moves the eyelid piece laterally, and the other moves the eyeballeyepiece circularly. The model has been used to evaluate CLs for drug delivery and deposition of tear components on CLs.
kontakt lens (KL) arena içinde ilgi iki önemli alanlar rahatsızlık ve yeni CL uygulamalarının geliştirilmesini içermektedir. CL rahatsızlık altında yatan mekanizmaların tanıtılması yıllardır alanını atlatmış olan bir konudur. 8 romanın gelişimi, bu tür ilaç iletim cihazları 1,3,9 ve biyosensörler gibi fonksiyonel ZL, 10-12 büyüyen bir ilgi alanıdır, önemli potansiyel pazarları ile. Her iki durumlarda, in vitro model sofistike bir gelişim aşamasında lens malzemeleri veya tasarım özellikleri uygun seçilmesi ile yardımcı olmak için ilgili bilgileri sağlayacaktır. Ne yazık ki, cls ve diğer göz ile ilgili uygulamalar değerlendirilmesi için in vitro modellerinde geçerli nispeten kaba ve deneyimsiz bulunmaktadır. Geleneksel olarak, gözyaşı filmi birikimi veya ilaç dağıtım değerlendiren in vitro CL çalışmalar sabit bir sıvı hacmi içeren statik, büyük hacimli şişeler içinde yapılır hangi greatly fizyolojik miktarlarda aşmaktadır. Ayrıca, bu basit model, doğal gözyaşı akışı bileşen ve göz çevresinin faktörleri tanımlayarak, her ikisi de yanıp sönen refleks, yoksun.
Sofistike, fizyolojik ilgili göz "model" geliştirilmesi multi-disipliner bir yaklaşım gerektiren ve in vivo doğrulama önemli gerektirecektir. Bu nedenlerden dolayı, bizim in vitro göz modeli için temel çerçeve modeli sürekli gelecek yükseltmeleri ve modülasyon yoluyla geliştirilebilir şekilde, son derece çok yönlüdür. Bugüne kadar, bir model gözyaşı hacmini, yırtılma akışı mekanik aşınma ve hava maruz uyarabilmesi. Amaç vivo ve ex vivo gözlemlerinde için akıllı ve ücretsiz bir anlamlı sonuçlar verecektir in vitro bir model, yaratmaktır.
Tüm deneyler Üniversitesi'nin Waterloo hayvan araştırma etik komitesi tarafından belirtilen tüm ilgili kılavuzlara uygun ve uyumlu tamamlanmıştır. sığır gözler cömertçe yerel mezbahaya bağışlanan.
1. Göz Modeli
2. Blink platform
Makine dükkandan ve 3-D baskı elde edilen sentez göz kalıplar, Şekil 1 'de gösterilmiştir. Bu kalıplar, istenen özelliklere sahip oküler üretilmesi için, örneğin agaroz PDMS ve benzeri gibi polimerler, çok çeşitli kullanılabilir. Mikroakışkan şırınga pompası göz modeli platformun işaret düzeneği, Şekil 2 'de gösterilmiştir. Platformu ve kapak parçasının hareketi üzerinden yan boyunca gözün parçasının döndürme ve havaya maruz vasıtasıyla mekanik aşınma taklit eder. Gözyaşı sıvısı istenilen akış hızında mikroakışkan pompadan göz kapağı infüze edilir ve akış boyunca sıvı 12 oyuklu bir plaka içerisinde toplanabilir.
Bir büyükbaş hayvan lens diseksiyon ve PDMS mercek üzerine monte edilmesi için işlem, Şekil 3'te gösterilmiştir. Aşırı doku göz ayrılır ve atılır uzaklaştırılarak elde edilmişkonjonktiva. Kornea çıkarma limbus yakınındaki sklera içine bir kesi ile başlar. 4 analizler nitro çeşitli için kullanılabilir okülerlerin çeşitli göstermektedir. Gösterilen monte gözün adet PDMS, ağar sentezlenir ve bir ex-vivo sığır kornea PDMS gözün parçası üzerine monte edilmiş.
Şekil 5 CL bir antibiyotik, moksifloksasin salınımını değerlendiren bir çalışma, göstermektedir. 18 geleneksel şişe modelinde ölçüldüğünde, ilaç salım bir plato fazının ardından ilk 2 saat içinde ortaya çıkar. Buna karşılık, yeni bir göz modeli kadar 24 saat. 18 CLS kolesterol birikmesini değerlendiren bir çalışma, Şekil 6'da gösterilmiştir ilaç salım yavaş ve sürdürülebilir gösterir. Çalışmada lipid floresan NBD şeklinde etiketlendi kolesterol (7-nitrobenz-2-oksa-1,3-diazol-4-il-kolesterol) ve DEPOSition lazer taramalı konfokal mikroskopi kullanılarak görüntülendi. Sonuçlar yerleştirme çalışmaları şişede gerçekleştirildiğinde gözü modelinde kıyasla önemli farklılıklar olduğunu göstermektedir.
Şekil 1. Vizör kalıpları. (A) makine atölyesi İstihbarat parça kalıp. 3-D baskı (B) Göz kapağı kalıp. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 2. Bir in vitro göz platformu. (A) Dairesel hareket mekanik aşınma taklit eder. (B) Lateral hareket aralıklı hava üretenmaruz kalma. (C) göz kapağı içine Gözyaşı sıvısı infüzyon. (D) kuyu plaka toplanıyor. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 3. Diseksiyon ve sığır kornea dahil edilmesi. Aşırı doku (A) Kaldırma. Konjonktiva (B) kaldırılması. Limbus bölgeye (C) İnsizyon. (D) eksize kornea saklanabilir veya bir PDMS göz top parçasına monte edilebilir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Şekil 4. Örnek eyepieces. Bir kontakt lens, bir agar göz parça ve PDMS göz parçasının örnek ex vivo sığır kornea monte göz parçası. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
In vitro göz platformunu kullanarak Şekil 5. İlaçların teslim. Günlük kullan-at kontakt lenslerden moksifloksasin Release (A) büyük hacimli statik flakon ve (B) göz modeli Vision Araştırma Derneği izni ile (Re-print ve Oftalmoloji). Tüm veriler ortalama ± standart sapma olarak rapor edilmiştir 18. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Orada özel dikkat gerektiren protokolü içinde üç kritik adımlar şunlardır: tasarım ve kalıp üretimi (bölüm 1.1), platformu montajı (bölüm 2.2.1-2.2.3) ve deneysel koşmak izleme (bölüm 2.2.4-2.2.7 ). tasarımı ve kalıplar (Bölüm 1.1) üretimi açısından, gözün parçası, bir insan kornea boyutlarına göre tasarlanmış olmalıdır. Ancak, mükemmel bir ticari kontakt lens (CL) uyuyor oluşturulabilir bir göz küresi parçasının önce kalıbın birden prototipler gerektirebilir. göz küresi ve göz kapağı parçası CL mevcut olduğunda gözyaşı sıvısı tüm göz modeli boyunca düzgün akar sağlamak için temas Buna ek olarak, 250 mikron ihtiyacı muhafaza edilmesi. Bu mesafe, gelecekteki tekrarlamalar değiştirilebilir olabilir, ama az 150 mikron bir CL sığacak kadar boşluk sağlamak için olmamalıdır. Platform montaj (bölüm 2.2.1-2.2.3) göz küresi ve göz kapağı parça conta girer şekilde dikkat gerektirirgöz kırpma hareketi sırasında ct. göz mercekleri mükemmel temas değilseniz, o zaman kapalı bir göz kapağı simülasyonu ve mekanik sürtünme başarısız olur. Operatör küresi ve göz kapağı hem temas ve programlı olarak bu sürtünme meydana sağlamak için birkaç döngüleri için hareket platformu dikkat etmelisiniz. Geçerli bir platform üzerinde bir ay sürekli çalışacak şekilde tasarlanmıştır, ancak bir deney (bölüm 2.2.4-2.2.7) çalıştırırken bir operatör her zaman sistemin istikrarı üzerinde her 24 saat kontrol etmelisiniz. Geçerli bir platform sıcaklık ve nem kontrolü sahip değildir ve bu parametrelerin dalgalanmalar CLS kadar kuru olabilir gibi bu önemlidir. Bu durum ortaya çıkarsa, kontrollü bir nem ve sıcaklık odasının içinde göz modeli yerleştirin. Buna ek olarak, ilaç salınım deneyleri için, toplanan akış boyunca sıvı analiz ya da numune önemli buharlaşmasını önlemek için en az 2 saat muhafaza edilmelidir.
sunulan iki sınırlama bulunmamaktadırGöz modeli. İlk sınırlama çevreye maruz kalma açısından olduğunu. Göz parçaları kontrollü odasının içine değil çünkü şu anda, böyle bir çalışma alanında sıcaklık ve nem gibi değişiklikler deneyler çeşitli yönlerini etkileyecektir. Çevre çok kuru ise Örneğin, sonra ZL hızlı kurur ve göz küresi parçasından ayrı olabilir, ya da akış akışkan buharlaşır olabilir. Bu sorunu çözmek için, gelecek tekrarlamalar kontrollü sıcaklık ve nem odasında göz modeli ev sahipliği yapacak. İkinci sınırlama karmaşıklığı göz küresi parçası ile ilgilidir. Şu anda, göz mercekleri, basit agaroz ya PDMS veya oluşan ikisi de gerçekten kornea yüzey özelliklerini temsil eder. Gelecekteki çalışmalar hangi yakın taklit kornea yüzey yapıları göz modelleri üretmek hedefleyecektir.
In vitro göz araştırmalar genellikle in vivo araştırma önceki test aşamasında olarak görülüyor. Bununla birlikte,aksi yalnız in vivo çalışmalardan elde edilemez kritik anlayışlar sağlayarak, in vitro araştırmalar da in vivo veri tamamlayıcı olabilir akılda tutmak önemlidir. Ne yazık ki, test CL için in vitro modeller mevcut gelişmemiş ve yeterince in vivo ortamda taklit için birkaç anahtar bileşenleri yoksundur. Örneğin, in vitro çalışmalar, CL, fosfat tamponlu tuzlu su 2-5 ml, büyük ölçüde 7.0 ± 2 ul fizyolojik gözyaşı hacimleri aşan 1-6 ihtiva eden viyaller içinde gerçekleştirilir. 7. Ayrıca, oküler ortam iki önemli faktör, doğal gözyaşı akışını ve yanıp sönen refleksi, basit bir statik flakon modelden yoktur. Bir mikroakışkan gözyaşı ikmal bileşeni 2 olmak üzere geleneksel flakon modeli sınırlamaları araştırmacılar tarafından kabul edilmiştir ve girişimleri göz çevreyi taklit in vitro göz modellerinde benzersiz yaratmak için yapılmıştır0-24 ve / veya aralıklı hava temasından. 25,26 Şaşırtıcı bir şekilde, bu deneylerde elde edilen sonuçlar, geleneksel flakon modeli ile elde edilen çok farklı olan ve daha yakından in vivo veriler benzeyebilir. 20-25 Bu durumda, bir gelişmeyen incelemek için in vitro göz modelinde karmaşık CLs göz yüzeyi ile lens malzemeleri etkileşimi yeni bir anlayış sağlamak ve yeni malzemeler ve gelecek yıllarda CL için yeni uygulamaların geliştirilmesi kolaylaştırmaya yardımcı olacaktır.
Tartışmasız, in vitro göz modelinin en çok tartışılan yönlerinden biri gözü bu CL ilaç dağıtım geldiğinde özellikle önemlidir sonsuz lavabo, benzer olup olmadığıdır. Sonsuz, çökelme koşulları altında, çevre çözeltisinin hacmi, ilaç salım ilacın çözünürlüğü etkilenmemektedir şekilde ilaç doygunluk hacmi önemli ölçüde daha yüksektir. Bir ACCE olarak şişenin 27 savunucularıptable göz modeli kornea, konjonktiva ve sonsuz lavabo olarak işlev göz dokuları bir arada çevredeki savunuyorlar. Teorik olarak bu doğru da, ilacın ilk gözyaşı sıvısının içine girmek gerekir. Bu oran sınırlayıcı adım olasılıkla bir lavabo durum değildir ve her ikisi de gözyaşı hacmine bağlı olduğu ve bizim model tarafından simüle olarak akacaktır.
sunulan modelin benzersiz kimlik gözyaşı filmi taklit yeteneği yatıyor. iki parçalı tasarım, "kornea / skleral" göz küresi bölümü ve bir "gözünü" benimseyerek, her iki parça temas ettiğinde göz küresi parça boyunca gözyaşı filminin bir yayılır ince bir tabaka oluşturmak mümkündür. ayrıca göz yüzeyi simüle etmek için, mekanik aşınma ve hava maruz kalma iki mekanik aktüatörler aracılığıyla modele dahil edilmiştir. gözkapağı parça yanal hareket ettikçe, gözün ve aralıklı hava maruziyetin kapanmasını taklit eder. gözün rotasyon durin üretilen mekanik aşınma simüleg yanıp sönen. Sistem fizyolojik akış oranında yırtılma sıvı veya arzu edilen herhangi bir akış oranı ile, göz modeli aşılar mikroakışkan pompa ile birleştirilir. gözyaşı filmi iki parça temas her zaman oluşturulur ve iki adet ayrı zaman gözyaşı kırılma meydana gelir.
Amaç analizleri in vitro çeşitli için CLS değerlendirmek için bir üniversal test platformu yaratmaktır. yönlü olması için, gözün parçaları çeşitli polimetilsiloksan gibi polimerler, (PDMS) ya da agar sentezlenebilir. Basit bir oküler çalışmalar için, sırası ile, hidrofobik ve hidrofilik yüzeylerini temsil Bu polimerler yeterli olacaktır. Daha karmaşık analizler gerekmektedir Ancak, örneğin, oküler ilaç penetrasyon veya toksisite çalışmaları için, göz parçaları daha fazla değiştirilmesi gerekir. Örneğin gösterildiği gibi bir ex vivo kornea dahil olarak modeli Bu ek modifikasyonlar nispeten mümkün bulunmaktadır. Ancak, daha fazla doğrulama çalışmalarıgereklidir ve gelecekteki çalışma in vivo modeller ile karşılaştırarak bu modelin geçerliliğini artırmak hedefleyecektir.
Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.
Yazarlar Gelişmiş Oftalmik Malzemelerin Geliştirilmesi için fon kaynağı NSERC 20/20 Ağ kabul etmek istiyorum.
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 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır