Name: development of an in vitro ocular platform to test contact lenses
Uploaded: 2016-04-06T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 28 s
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저자는 고급 안과 재료의 개발에 대한 우리의 결제 수단 NSERC 20/20 네트워크를 인정하고 싶습니다.

모든 실험은 대학의 워털루의 동물 연구 윤리위원회에 의해 설명 된 모든 관련 지침에 따라 준수에 완료되었다. 소 눈이 넉넉한 지역 도살장에서 기증된다. 1. 아이 모델 <ol><li> 설계 및 금형 (13)의 제조 <ol><li> 인간의 성인 눈의 평균 생리 학적 차원에 따라 눈 모델을 디자인합니다. (13) </li><li> 안구와 눈 모델의 눈꺼풀 조각 사이에 250 ㎛의 간격을 둡니다. 컴퓨터 지원 설계 (CAD) 소프트웨어를 사용하여 각 금형을 설계한다. </li><li> 의 AutoCAD 또는 솔리드 웍스의 새로운 .cad 파일 또는 .sldprt 파일을 만듭니다. 인간의 안구 / 눈꺼풀의 3D 모델을 생성합니다. 모델의 금형을 만들고 .STL 파일로 금형을 저장합니다. </li><li> 3D 프린터 소프트웨어로 가져 오기 .STL 파일 (replicator2에 대한 예를 들어, makeware). 인쇄의 매개 변수 (위치, 희소성, 크기, 방향, 부드러움 등을 지정 </EM&gt;) 13. </li><li> 3D 프린터는 읽기위한 G 코드 파일로 파일을 저장합니다. 이러한 PLA (폴리 락트산), ABS (아크릴로 니트릴 부타디엔 스티렌), PC (폴리 카보네이트), 또는 이들의 조합으로서 선택 물질은 몰드 (13)를 인쇄한다. </li><li> 선택의 재료의 원하는 필라멘트를 설치합니다. 읽을 수있는 3D 프린터에 G 코드 파일을 가져옵니다. 금형을 인쇄합니다. 주 : 눈 모델에 매끄러운 표면이 요구되는 경우 또는, (CNC) 머신을 제어하는​​ 컴퓨터의 수치를 이용하여 눈 금형을 생산한다. CNC 몰드 생산 용 금형 재료가 더 이상 열적 플라스틱에 한정되지 않지만, 금속, 세라믹, 폴리 테트라 플루오로 에틸렌과 같은 화학적 저항성 중합체로 연장된다. </li><li> 절단 드릴에 연결되어있는 CNC 소프트웨어 인터페이스를 엽니 다. 전면, 상단, 측면 및 제어 소프트웨어 인터페이스에서 이전에 건설 안구 / 눈꺼풀 모델 금형의 사시도에 따라 3D 금형을 구축합니다. 에 적합한 매개 변수를 선택가공 (비트 크기, 기판 소재, 재료 두께) 금형을 잘라 진행합니다. </li></ol></li><li> PDMS를 사용하여 접안 렌즈의 합성 <ol><li> 주사기를 사용하여, PDMS (폴리 디메틸 실록산) 염기 10 ml의 부피를 측정하고, 15 내지 50 mL의 원심 분리 튜브로 채운다. PDMS의 총 중량 엘라스토머 솔루션의 V / w는 10 %를 추가합니다. 교반 막대를 사용하여 용액 잘 섞는다. </li><li> 안구 및 눈꺼풀 금형에 PDMS 솔루션을 따르십시오. PDMS의 RT는 O / N에 정착 할 수 있도록 (또는 적어도 12 시간)하여 중합을 시작하고, 기포가 중합체로부터 분해 할 수 있도록. 참고 : 상승 또는 확장 할 수있는 PDMS에 남아있는 기포가 없는지 확인합니다. </li><li> 그 후, 1 시간, 5 분 동안 150 ° C (302 ° F)의 75 ° C (167 ° F) 오븐에 금형을 넣어. 부드러운 젤의 경우, PDMS이 완전히 중합 적어도 48 시간 동안 실온에서 앉아 보자. </li><li> 몇 분 동안 냉동실에 샘플을 넣어; 이는 PDMS를 축소하고 단순화몰드로부터 표본을 제거. 얇은 주걱을 사용하여 금형의 접안 렌즈의 압축을 풉니 다. </li><li> 안구 및 눈꺼풀 편 사이의 공간에 용액을 전달하기 위해, 1/16 &quot;동일 다리 결합기 튜브 커넥터 1/16&quot;X 1/8 &quot;폴리 테트라 플루오로 에틸렌 튜브를 연결하고 튜브 구멍의 눈꺼풀 피스에 부착 . </li></ol></li><li> 아가로 오스를 사용하여 안구 조각의 합성 주 : 안구 조각을 아가 로스 등의 다른 중합체를 사용하여 합성 할 수있다. 다음 절차는 또한 PDA (포테이​​토 덱 스트로스 배지) 또는 SDA (사부로 포도당 한천)로서 한천 유형의 다양한 눈 조각을 생산하도록 변형시킬 수있다. <ol><li> 2 % (2 ㎍ / 100 ㎖) 겔 측정 아가 2 g의 생성 및 초순수 100 ㎖와 혼합한다. 아가로 오스가 완전히 용해되도록 종기 (100 ° C)에 대한 해결책을 가져옵니다. 용액을 5 분 동안 식히십시오. </li><li> 안구 금형에 솔루션을 붓고 솔루션은 3 냉각 할 수 있도록RT에서 0 분. 주걱으로 안구 조각을 제거합니다. A의 안구 한천 보관 -20 나중에 사용하기 위해 ° C 냉장고. 미생물학 연구의 경우, 고압 증기 멸균 및 / 또는 자외선 조사에 의한 안구 금형을 소독. </li></ol></li><li> PDMS 안구에 소 각막의 설립 참고 :.이 프로토콜은 Parekh 씨 등에서 적응하고있다 (14) <ol><li> 층류 후드 무균 조건에서 소 각막 절개 및 혼합을 수행한다. 눈을 취득하고 당일을 해부. </li><li> 사용하기 전에 10 분 동안의 흐름 후드를 켜고 70 % 에탄올 알코올로 소독. 모든 자료 및 악기는 273 ° F / 45 분 동안 133 ° C에서 고압 증기 멸균에 의해 멸균하고, 흐름 후드 입구에서 더 이상 4 인치 위치에 있는지 확인합니다. </li><li> 2 분 동안 희석 된 포비돈 요오드 용액을 넣은 비커에 소 눈 담근다. 인산염 완충 식염수를 넣은 비커에 눈 린스 (PBS) pH 7.4. 사용 포셉 부드럽게 유리 페트리 접시, 각막면이 위를 향에 눈을 넣습니다. </li><li> 무딘 끝 해부 가위로 공막 부착 지점에서 절단하여 과도한 근육과 지방 조직을 제거합니다. 동물 폐기물 지정된 멸균 비이커에 초과 조직을 폐기하십시오. </li><li> 마이크로 가위를 사용하여 눈의 결막을 제거합니다. 윤부로부터 최소 1 cm의 거리를 유지, 멸균 거즈로 눈을 감 쌉니다. </li><li> 기본 맥락막 및 유리체의 침투를 방지하며 표면으로되도록 메스를 사용하여 약 2mm 윤부 영역으로부터 공막 절개. 조심스럽게 자연 곡률에서 각막을 변형없이 메스 또는 해부 가위를 사용하여 360 °로 절개를 확장합니다. </li><li> 미세 집게로, 눈의 각막을 제거합니다. 집게를 사용하여 조심스럽게 부착 포도막 조직을 제거하고 PBS로 각막을 씻어. </li><li> 문화 멸균 용기에 31ºC에서 각막을 저장매체 (매체 (199)와 같은) 조직의 수분과 영양 세포를 유지하기 위해 3 % 소 태아 혈청을 함유. </li><li> 실험에 앞서, PDMS의 안구에 절제 각막 휴식, 그리고 전문 클립 - 온과 함께 두 조각을 고정. </li></ol></li></ol> 2. 깜박임 플랫폼 <ol><li> 깜박임 플랫폼의 설계 및 생산 주 : 깜박 플랫폼이 세 가지 기능 부분으로 구성되어있다 : 눈 모델 (섹션 1에서 설명), 기어 시스템, 전자 시스템. <ol><li> 디자인은 눈 모델 (섹션 1.1)에 기술 된 것과 유사한 CAD 및 3D 인쇄를 사용하여 점멸 플랫폼 제조. 는 접안 렌즈의 횡 방향 및 회전 동작에 모터의 회전 간단한 변환되도록 기어 시스템을 설계한다. 15 </li><li> 피니언과 기어기구를 이용하여 눈꺼풀 편에 연결된 피니언의 횡 방향 운동에 스테핑 모터의 회전 운동을 변환. </li><li> 사용공액 기어에있어서, 세 개의 다른 안구 피스 세 개 (또는 그 이상)의 회전 운동에 스테퍼 모터의 하나의 회전 운동을 증폭한다. </li><li> 둘 사이의 거리가 일정하게되도록, 두 기어 시스템 눈꺼풀 용 및 안구에 대한 하나의 정렬. 마이크로 모터 차폐, 2 개의 모터를 전자 시스템을 조립한다. 참고 : 깜박이는 운동으로 기어 시스템에 의해 번역됩니다 회전 모터를 제공하는 두 개의 스테퍼 모터를 사용합니다. </li><li> 마이크로 컨트롤러에 적층 모터 방패로 구성된 시스템에 두 개의 스테퍼 모터를 연결합니다. 연결 및 오픈 소스 소프트웨어 제품과 함께 작동하는 전자 부품을 구성합니다. </li><li> 분당 발사 속도 (RPM), 전방 발사 수, 후방 발사 수 및 회전 스타일 같은 모터 파라미터를 제어하도록 시스템을 프로그램. 참고 : 자세한 내용은 보충 &quot;아두 이노 코드 파일&quot;을 참조하십시오. </li><li> 석사에서 시스템 소프트웨어를 다운로드제조 업체들이 적시 한 &#39;웹 사이트. </li><li> 소프트웨어를 설치하고 엽니 다. 원하는 구성에 스텝 모터를 제어하는​​ 코드를 작성한다. 연구자에 의해 정의 된 모터가 원하는 방식으로 이동할 수 있도록 전자 시스템에 전원을 공급하는 공급원과 시스템을 연결한다. 참고 : 추가 &quot;아두 이노 코드 파일&quot;을 참조하십시오. </li></ol></li><li> 미세 유체와 어셈블리 (인공 눈물 솔루션) <ol><li> 합성 안구와 눈꺼풀 조각을 타고 눈 모델에 대한 해당 클립 기능에 그들을 미끄러. 눈꺼풀 조각 (섹션 1.2.5)과 미세 유체 펌프에 주사기와 결합하고 위치 튜브를 연결합니다. 테스트 플랫폼을 실행하고 일관된 움직임을 확인합니다. </li><li> 프라임 튜브와 인공 눈물 액 (ATS)의 꾸준한 흐름을 확인합니다. ATS에 대한 레시피는 이전에보고 된 바있다. (16) </li><li> 수동으로 평평한 평면 함께 눈 모델 부품을 이동하도록 상기 안구와 시선뚜껑 접촉하고있다. 원하는 값으로 미세 유체 펌프의 유량을 설정한다. 1.5 μL / 분에 생리 흐름 속도를 설정합니다. (17) </li><li> 실험을 시작하기 위해 펌프와 액추에이터를 시작합니다. 약물 전달 실험을 위해, 안구 부분에 약물 함유 콘택트 렌즈를 배치했다. </li><li> 플로우를 통해 유체가 12 웰 플레이트에 똑 수 있습니다. 원하는 설정된 시간 간격, 예컨대 UV-비스 분광법이나 형광 검출 등의 일반적인 방법을 사용하여 분석 물 또는 약물 농도를 정량화. 1,4,18을 </li><li> 콘택트 렌즈에 눈물 성분의 침착을 평가하는 연구를 들면, &quot;안구&quot;조각에 콘택트 렌즈를 배치합니다. 버려 질 수있는 관류 액을 모은다. </li><li> 원하는 시간 간격 후에 안구 부분에서 콘택트 렌즈를 제거하고 같은 초점 현미경으로 추가 분석을 위해 렌즈를 준비한다. </li></ol></li></ol>

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거기에 특별한주의를 필요로하는 프로토콜 내에서 세 가지 중요한 단계는 다음과 같습니다 설계 및 금형 생산 (섹션 1.1), 플랫폼 어셈블리 (제 2.2.1-2.2.3)을하고, 실험 실행을 감시 (제 2.2.4-2.2.7 ). 설계 및 금형 (1.1 절)의 제조의 측면에서, 안구 부분은 인간 각막의 크기에 따라 설계되어야한다. 그러나, 완벽한 시판 콘택트 렌즈 (CL)에 맞는 생성 될 수있는 안구 편 전에 몰드의 복수의 원형을 요구할 수있다. 안구 및 눈꺼풀 부분이 CL이 존재하는 경우 누액 전체 눈 모델에 걸쳐 원활하게 유입되도록 접촉하는 경우 또한, 250 ㎛의 요구가 유지되어야한다. 이 거리는 미래의 반복에서 변경 될 수 있지만 미만 150 μm의는 CL에 맞게 충분한 공간을 허용해서는 안됩니다. 플랫폼 어셈블리 (제 2.2.1-2.2.3)는 안구와 눈꺼풀 조각 접점에 와서 않도록 세심한주의가 필요합니다점멸 동작시 중부 표준시. 접안 렌즈는 완벽한 접촉하지 않는 경우, 닫힌 눈꺼풀의 시뮬레이션 및 기계적 마찰이 실패합니다. 오퍼레이터는 안구와 눈꺼풀 모두에 접촉하고, 해당 프로그램과 같이 마찰이 발생하도록 몇 사이클 동안의 플랫폼 움직임을 관찰한다. 현재 플랫폼은 1 개월간 계속 실행하도록 설계되어 있지만 실험 (제 2.2.4-2.2.7)을 실행할 때 작업자는 항상 시스템의 안정성에 매 24 시간을 확인해야합니다. 현재 플랫폼은 온도 나 습도 제어를 소유하지 않으며, 이러한 매개 변수의 변동이 CL에서를 건조 수 있기 때문에 중요하다. 이 경우, 조절 된 습도 및 온도 챔버 내의 눈 모델을 배치했다. 또한, 약물 전달 실험에서 수집 된 관류 액을 분석하거나 샘플의 현저한 증발을 방지하기 위해 적어도 매 2 시간을 저장한다. 제시된 두 가지 제한 사항이 현재있다눈 모델입니다. 첫 번째 제한은 주위 환경​​에 대한 노출에 관해서이다. 눈 조각이 제어 된 실내에 묶여 있기 때문에 현재, 이러한 작업 영역의 온도 및 습도 등의 변화는 실험의 다양한 양태에 영향을 미칠 것이다. 환경이 너무 건조 경우 예를 들어, CL에서 빨리 건조 및 안구 조각에서 분리 할 수​​ 또는 흐름을 통해 유체가 증발 할 수있다. 이 문제를 해결하기 위해 미래의 반복을 제어 된 온도 및 습도 챔버 내의 눈 모델을 수용한다. 두 번째 제한은 복잡성 안구 부분에 관한 것이다. 현재 접안 렌즈는, 간단 아가로 오스 중 하나 PDMS 또는 구성된, 어느 것도 진정으로 각막 표면 특성을 나타냅니다. 향후 연구는 가까운 모방 각막 표면 구조를 눈의 모델을 생산하는 것을 목표로합니다. 시험 관내에서 눈 연구는 일반적으로 생체 내 연구 이전 테스트 단계로 볼 수 있습니다. 하나,그렇지 않으면 혼자 생체 내 연구에서 얻을 수없는 중요한 통찰력을 제공, 시험 관내 연구는 또한 생체 데이터를 보완 할 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 유감스럽게도, 테스트 CL에서를위한 체외 모델 현재는 기초하고 적절하게 생체 내 환경을 모방하는 몇 가지 주요 구성 요소가 부족하다. 예를 들어, 시험 관내 CL 연구 인산염 완충 식염수 2-5 ㎖, 크게 7.0 ± 2 μL에 생리 눈물 양을 초과 1-6을 함유하는 바이알에 수행된다. (7) 또한, 상기 안구 환경의 두 가지 중요한 요인 천연 눈물 흐름 및 깜박이는 반사는, 단순한 정적 유리 병 모델에서 존재하지 않는다. 미세 유로 인열 보충 성분 (2)를 포함하여, 종래의 유리 병 모델의 제한은 연구원에 의해 인식되고, 그리고 시도 안구 환경을 시뮬레이션하는 생체의 눈 모델에 고유하게 생성 된0-24 및 / 또는 간헐적으로 공기 노출. 25,26 놀랍게도 이들 실험에서 생성 된 결과들은 종래의 유리 병 모델에 의한 것보다 매우 다르고 더 가깝게 생체 데이터가 유사 할 수있다. 20-25을 따라서, 현상 없음 검사하는 체외 눈 모델에서 복잡한 CL에서의 안구 표면과 렌즈 물질의 상호 작용에 대한 새로운 통찰력을 제공하고, 새로운 재료와 앞으로 수십 년 동안 CL에서의 새로운 응용 프로그램의 개발을 촉진하는 데 도움이됩니다. 틀림없이, 체외 눈 모델의 가장 논쟁 측면 중 하나는 눈이 CL에서의 약물 전달에 있어서는 특히 중요하다 무한 싱크 유사한 여부이다. 무한 싱크 조건 하에서 주위 용액의 부피는 약물 방출은 약물의 용해도에 의해 영향을받지 않도록, 약물 포화 량보다 훨씬 더 높다. 전열로 바이알 27 옹호자ptable 눈 모델 각막, 결막 및 무한 싱크로서 기능 안구 조직을 함께 둘러싸는 것을 주장한다. 이론이 사실이 될 수 있지만, 약물 먼저 눈물 유체에 용해해야합니다. 이 속도 제한 단계는 가능성이 싱크 조건이 아니며, 모두 눈물 볼륨에 의존하고 모델 시뮬레이션으로 흐를 것이다. 제시된 모델의 고유 ID는 눈물 필름을 에뮬레이트 할 수있는 능력에있다. 투피스 디자인은 &quot;각막 / 공막&quot;안구 부와 &quot;일말&quot;채용함으로써, 두 조각이 접촉 할 때 안구 부분에 걸쳐 눈물 막의 균일하게 확산 박막을 만들 수있다. 상기 안구 표면을 시뮬레이션하기 위해 기계적 마모 및 대기에의 노출은 두 개의 기계적 액츄에이터를 통해 모델에 통합된다. 눈꺼풀 조각이 횡 방향 이동함에 따라, 그것은 눈 간헐적 공기 노출 폐쇄를 시뮬레이션한다. 안구의 회전은 두린 생산 된 기계적 마모를 시뮬레이션g가 점멸. 시스템은 생리적 유속 누액 또는 기타 원하는 유량과 눈 모델을 불어 미세 유체 펌프에 연결되어있다. 눈물 막 두 조각에 접촉 할 때마다 형성되고, 상기 두 부분이 분리 될 때 눈물 막 파괴가 발생한다. 목표는 분석 시험관 내에서 다양한에 대한 CL에서 평가하는 보편적 인 테스트 플랫폼을 만드는 것입니다. 다재다능하기 위하여, 안구 조각 등 다양한 폴리 디메틸 실록산 등의 중합체 (PDMS) 또​​는 아가로 합성 할 수있다. 간단한 안구 연구의 경우, 각각 소수성과 친수성 ​​표면을 나타내는 이들 중합체는 충분합니다. 더 복잡한 분석이 필요하지만, 예를 들어 안구 약물 침투 또는 독성 연구에 눈 조각은 또한 수정 될 필요가있을 것이다. 예컨대 도시 된 바와 같이, 생체 각막의 포함과 같은 모델이 추가 변형은 비교적 가능하다. 하지만, 더 검증 연구필요하며, 향후 연구는 생체 내 모델과 비교하여이 모델의 타당성을 개선하는 것을 목표로한다.

콘택트 렌즈 (CL) 내의 관심 분야의 두 가지 중요한 부분이 불편 CL 및 신규 애플리케이션의 개발을 포함한다. CL의 불편 함을 기본 메커니즘을 해명하는 것은 수십 년 동안 필드를 회피 한 문제입니다. 8 소설의 개발은 이러한 약물 전달 장치 1,3,9 및 바이오 센서 등의 기능 CL에서, 10-12 성장 관심의 영역입니다, 상당한 잠재 시장과. 두 경우에, 시험 관내 모델에서 정교한는 개발 단계에서 렌즈 재료 및 디자인 특성 적절한 선택을 지원하기 위해 적절한 정보를 제공 할 것이다. 불행하게도, CL에서 다른 눈 관련 응용 프로그램을 평가하기위한 시험 관내 모델에 전류가 상대적으로 원유와 단순한입니다. 전통적으로, 눈물 성막 또는 약물 전달을 평가하는 시험 관내 연구 CL은 고정 된 부피의 유체를 포함하는 정적 대량 튜브에서 수행되는 GREATLY 생리 양을 초과합니다. 또한,이 단순한 모델은 천연 눈물 흐름 성분과 안구 환경 인자를 정의하는 둘 점멸 반사를 없다. 정교한, 생리 학적으로 중요한 눈 &quot;모델&quot;의 개발은 멀티 - 징계 접근 방식을 필요로하고 생체 검증에 상당한 필요합니다. 이러한 이유로, 우리의 생체 외 눈 모델에 대한 기본 골격 모델이 차후의 업그레이드 및 변조를 통해 개선 될 수있는, 범용성이 높은 것이다. 최신 모델은 눈물 양, 눈물 흐름의 기계적 마모 및 대기에의 노출을 시뮬레이션 할 수있다. 목표는 생체 내 및 생체 관측에 예측하고 무료로 의미있는 결과를 제공 할 것 체외 모델을 만드는 것입니다.

<table><tbody><tr><td>Arduino Uno R3 (Atmega328 - assembled)</td><td>Adafruit</td><td>50</td><td>Board</td></tr><tr><td>Stepper motor</td><td>Adafruit</td><td>324</td><td>Motor and Motor shield</td></tr><tr><td>Equal Leg Coupler 1.6mm 1/16&quot;</td><td>VWR</td><td>CA11009-280</td><td>50 pcs of tube connector</td></tr><tr><td>Tubing PT/SIL 1/16&quot;x1/8&quot;</td><td>VWR</td><td>16211-316</td><td>Case of 50feet</td></tr><tr><td>PDMS</td><td>Dow Corning</td><td>Sylgard 184 Solar Cell Encapsulation</td><td></td></tr><tr><td>Agarose, Type 1-A, low EEO</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A0169-25G</td><td></td></tr><tr><td>PHD UltraTM</td><td>Harvard Apparatus</td><td>703006</td><td>MicroFluidic Pump</td></tr><tr><td>Bovine cornea</td><td>Cargill, Guelph/ON</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Soldidworks</td><td>Dassault Systemes</td><td></td><td>Software</td></tr><tr><td>3-D printing</td><td>University of Waterloo - 3D Print Centre</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dissection tools</td><td>Fine Science Tools</td><td></td><td>General dissection tools</td></tr><tr><td>Medium 199</td><td>Sigma-Aldrich</td><td></td><td>Culture medium storage for cornea</td></tr><tr><td>Fetal bovine serum</td><td>Thermo Fisher</td><td></td><td>Add to culture medium, 3% total volume</td></tr></tbody></table>

development of an in vitro ocular platform to test contact lenses

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.

기계 숍에서 3-D 인쇄에서 얻어진 합성 눈 금형은도 1에 나타내었다. 이들 주형은 원하는 특성으로 접안 렌즈를 생산하기 위해, 아가 로스 PDMS와 같은 중합체의 다양한 이용 될 수있다. 미세 유체 주사기 펌프로 눈 모델 플랫폼의 손짓 조립체는도 2에 도시된다.이 플랫폼과 눈꺼풀 피스의 움직임 아웃 횡 통해 안구 부재의 회전, 대기에의 노출을 통해 기계적 마모를 시뮬레이션한다. 누액 원하는 유량 미세 유체 펌프로부터 눈꺼풀에 주입되고, 관류 액은 12 웰 플레이트에서 수집 될 수있다. 소의 렌즈의 절개 및 PDMS 접안 렌즈에 장착하는 절차는도 3에 도시되어있다. 과량의 조직이 눈으로부터 분리 및 폐기는 제거하여결막의. 각막의 제거는 윤부 근처의 공막 절개에 시작된다. (4) 분석 시험 관내에서 다양한 사용될 수 아이피스의 다양성을 나타낸다. 표시된 장착 안구 조각 PDMS, 한천에서 합성 및 전 생체 소 각막은 PDMS의 안구 부분에 장착. 그림 5는 CL에서의 항생제, 목시 플록 사신의 방출을 평가하는 연구를 보여줍니다. 18 기존의 유리 병 모델에서 측정 할 때, 약물 방출은 고원 단계 다음에 첫번째 2 시간 이내에 발생합니다. 대조적으로, 새로운 눈 모델은 최대 24 시간. 18 CL에서의 콜레스테롤의 침착을 평가 한 연구는 그림 6에 표시됩니다에 대한 약물 방출 속도가 느린와 지속 가능을 보여줍니다.이 연구에서 콜레스테롤 형광 NBD의 형태로 태그되었습니다 - 콜레스테롤 (7-nitrobenz-2 옥사 -1,3- diazol -4- 일 - 콜레스테롤) 및 deposition은 레이저 스캐닝 공 초점 현미경을 사용하여 영상화 하였다. 결과는 증착 과정은 바이알에서 수행 될 때 눈 모델과 비교하여 상당한 차이가있는 것을 나타낸다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/53907/53907fig1.jpg" /> 그림 1. 접안 렌즈 금형. (A) 기계 공장에서 안구 조각 금형. 3-D 인쇄에서 (B) 아이 뚜껑 금형. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53907/53907fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/53907/53907fig2.jpg" /> 그림 2. 체외 안구 플랫폼입니다. (A) 원형 운동은 기계적 마모를 시뮬레이션합니다. (B)의 횡 방향 운동 간헐적 공기 생산노출. (C) 눈꺼풀에 눈물 유체 주입. (D) 웰 플레이트를 수집. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53907/53907fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/53907/53907fig3.jpg" /> 그림 3. 해부 및 소 각막의 설립. 초과 조직의 (A) 제거. 결막의 (B)를 제거. 윤부 영역으로 (C) 절개. (D) 그 절제 각막 저장 또는 PDMS 눈에 볼 조각에 장착 할 수 있습니다. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53907/53907fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/53907/53907fig4.jpg" /> 그림 4. 샘플 접안 렌즈. 콘택트 렌즈, 한천 눈 조각과 함께 PDMS 눈 조각의 샘플 생체 소 각막 장착 된 눈 조각. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53907/53907fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/53907/53907fig5.jpg" /> 체외 안구 플랫폼을 사용하여 그림 5. 약물 전달.에서 매일 일회용 콘택트 렌즈에서 목시 플록 사신의 릴리스 (A) 많은 양의 정적 유리 병 (B) 눈 모델 비전 연구 협회의 허가와 (재 인쇄 및 안과). 모든 데이터는 평균 ± 표준 편차로보고됩니다 (18). <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53907/53907fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <p유지-together.within 페이지 = &quot;1&quot;&gt; : FO 클래스 = &quot;jove_content&quot; <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/53907/53907fig6.jpg" /> 체외 안구 플랫폼을 사용하여도 6 콜레스테롤 침착. etafilcon의 A, nelfilcon의 A, nesofilcon의 A, ocufilcon의 B, A delefilcon, somofilcon의 A, narafilcon (A)의 단면을 나타낸 공 촛점 이미지에서 NBD 콜레스테롤 4 시간 배양 한 후 유리 병 및 눈 모델입니다. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53907/53907fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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Development of an In Vitro Ocular Platform to Test Contact Lenses

콘택트 렌즈 CLS () 및 기타 눈 관련 응용 프로그램을 평가하는 현재 시험관 모델은 심각하게 제한됩니다. 제시된 안 플랫폼은 생리적 눈물 흐름, 눈물 양, 공기 노출과 기계적 마모를 시뮬레이션합니다. 이 시스템은 매우 다목적이고 CL에서 분석하여 시험 관내에서 다양한 적용 할 수있다.

개발<em&gt; 체외</em&gt; 안구 플랫폼은 콘택트 렌즈를 테스트하는

Currently, in vitro evaluations of contact lenses (CLs) for drug delivery are typically performed in large volume vials,1-6 which fail to mimic ...

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Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Development of an In Vitro Ocular Platform to Test Contact Lenses

10.5K 조회수.  University of Waterloo.  콘택트 렌즈 CLS () 및 기타 눈 관련 응용 프로그램을 평가하는 현재 시험관 모델은 심각하게 제한됩니다. 제시된 안 플랫폼은 생리적 눈물 흐름, 눈물 양, 공기 노출과 기계적 마모를 시뮬레이션합니다. 이 시스템은 매우 다목적이고 CL에서 분석하여 시험 관내에서 다양한 적용 할 수있다. 

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Microfabricated Platforms for Mechanically Dynamic Cell Culture

The ability to systematically probe in vitro cellular response to combinations of mechanobiological stimuli for tissue engineering, drug discovery or fundamental cell biology studies is limited by current bioreactor technologies, which cannot simultaneously apply a variety of mechanical stimuli to cultured cells. In order to address this issue, we have developed a series of microfabricated platforms designed to screen for the effects of mechanical stimuli in a high-throughput format. In this protocol, we demonstrate the fabrication of a microactuator array of vertically displaced posts on which the technology is based, and further demonstrate how this base technology can be modified to conduct high-throughput mechanically dynamic cell culture in both two-dimensional and three-dimensional culture paradigms.

In this protocol, we demonstrate the fabrication of a microactuator array of vertically displaced posts on which the technology is based, and how this base technology can be modified to conduct high-throughput mechanically dynamic cell culture in both two-dimensional and three-dimensional culture paradigms.

기계 다이나믹 셀 문화 Microfabricated 플랫폼

The ability to systematically probe in vitro cellular response to combinations of mechanobiological stimuli for tissue engineering, drug discovery or ...

연구

생체공학

Establishment of a Clinically Relevant Ex Vivo Mock Cataract Surgery Model for Investigating Epithelial Wound Repair in a Native Microenvironment

The major impediment to understanding how an epithelial tissue executes wound repair is the limited availability of models in which it is possible to follow and manipulate the wound response ex vivo in an environment that closely mimics that of epithelial tissue injury in vivo. This issue was addressed by creating a clinically relevant epithelial ex vivo injury-repair model based on cataract surgery. In this culture model, the response of the lens epithelium to wounding can be followed live in the cells&#8217; native microenvironment, and the molecular mediators of wound repair easily manipulated during the repair process. To prepare the cultures, lenses are removed from the eye and a small incision is made in the anterior of the lens from which the inner mass of lens fiber cells is removed. This procedure creates a circular wound on the posterior lens capsule, the thick basement membrane that surrounds the lens. This wound area where the fiber cells were attached is located just adjacent to a continuous monolayer of lens epithelial cells that remains linked to the lens capsule during the surgical procedure. The wounded epithelium, the cell type from which fiber cells are derived during development, responds to the injury of fiber cell removal by moving collectively across the wound area, led by a population of vimentin-rich repair cells whose mesenchymal progenitors are endogenous to the lens1. These properties are typical of a normal epithelial wound healing response. In this model, as in vivo, wound repair is dependent on signals supplied by the endogenous environment that is uniquely maintained in this ex vivo culture system, providing an ideal opportunity for discovery of the mechanisms that regulate repair of an epithelium following wounding.

Establishment of a Clinically Relevant Ex Vivo Mock Cataract Surgery Model for Investigating Epithelial Wound Repair in a Native Microenvironment

Described here is the establishment of a clinically relevant ex vivo mock cataract surgery model that can be used to investigate mechanisms of the injury response of epithelial tissues within their native microenvironment.

임상 적으로 구축<em&gt; 전의 VIVO</em기본 미세 환경에서 상피 상처 복구 조사를위한&gt; 모의 백내장 수술 모델

The major impediment to understanding how an epithelial tissue executes wound repair is the limited availability of models in which it is possible to ...

발생학

Synthesis of Soft Polysiloxane-urea Elastomers for Intraocular Lens Application

This study discusses a synthesis route for soft polysiloxane-based urea (PSU) elastomers for their applications as accommodating intraocular lenses (a-IOLs). Aminopropyl-terminated polydimethylsiloxanes (PDMS) were previously prepared via the ring-chain equilibration of the cyclic siloxane octamethylcyclotetrasiloxane (D4) and 1,3-bis(3-aminopropyl)-tetramethyldisiloxane (APTMDS). Phenyl groups were introduced into the siloxane backbone via the copolymerization of D4 and 2,4,6,8-tetramethyl-2,4,6,8-tetraphenyl-cyclotetrasiloxane (D4Me,Ph). These polydimethyl-methyl-phenyl-siloxane-block copolymers were synthesized for increasing the refractive indices of polysiloxanes. For applications as an a-IOL, the refractive index of the polysiloxanes must be equivalent to that of a young human eye lens. The polysiloxane molecular weight is controlled by the ratio of the cyclic siloxane to the endblocker APTMDS. The transparency of the PSU elastomers is examined by the transmittance measurement of films between 200 and 750 nm, using a UV-Vis spectrophotometer. Transmittance values at 750 nm (upper end of the visible spectrum) are plotted against the PDMS molecular weight, and &#62; 90% of the transmittance is observed until a molecular weight of 18,000 g&#183;mol&#8722;1. Mechanical properties of the PSU elastomers are investigated using stress-strain tests on die-cut dog-bone-shaped specimens. For evaluating mechanical stability, mechanical hysteresis is measured by repeatedly stretching (10x) the specimens to 5% and 100% elongation. Hysteresis considerably decreases with the increase in the PDMS molecular weight. In vitro cytotoxicity of some selected PSU elastomers is evaluated using an MTS cell viability assay. The methods described herein permit the synthesis of a soft, transparent, and noncytotoxic PSU elastomer with a refractive index approximately equal to that of a young human eye lens.

This study describes synthetic routes for aminopropyl-terminated polydimethylsiloxanes and polydimethyl-methyl-phenyl-siloxane-block copolymers and for soft polysiloxane-based urea (PSU) elastomers. It presents the application of PSUs as accommodating an intraocular lens. An evaluation method for in vitro cytotoxicity is also described.

안 구내 렌즈 응용 프로그램에 대 한 부드러운 Polysiloxane-우 레 탄성 체의 합성

This study discusses a synthesis route for soft polysiloxane-based urea (PSU) elastomers for their applications as accommodating intraocular lenses ...

화학

Anterior Segment Organ Culture Platform for Tracking Open Globe Injuries and Therapeutic Performance

Open globe injuries have poor visual outcomes, often resulting in permanent loss of vision. This is partly due to an extended delay between injury and medical intervention in rural environments and military medicine applications where ophthalmic care is not readily available. Untreated injuries are susceptible to infection after the eye has lost its watertight seal, as well as loss of tissue viability due to intraocular hypotension. Therapeutics to temporarily seal open globe injuries, if properly developed, may be able to restore intraocular pressure and prevent infection until proper ophthalmic care is possible. To facilitate product development, detailed here is the use of an anterior segment organ culture open globe injury platform for tracking therapeutic performance for at least 72 h post-injury. Porcine anterior segment tissue can be maintained in custom-designed organ culture dishes and held at physiological intraocular pressure. Puncture injuries can be created with a pneumatic-powered system capable of generating injury sizes up to 4.5 mm in diameter, similar to military-relevant injury sizes. Loss of intraocular pressure can be observed for 72 h post-injury confirming proper injury induction and loss of the eye&#39;s watertight seal. Therapeutic performance can be tracked by application to the eye after injury induction and then tracking intraocular pressure for multiple days. Further, the anterior segment injury model is applicable to widely used methods for functionally and biologically tracking anterior segment physiology, such as assessing transparency, ocular mechanics, corneal epithelium health, and tissue viability. Overall, the method described here is a necessary next step toward developing biomaterial therapeutics for temporarily sealing open globe injuries when ophthalmic care is not readily available.

Open globe eye injuries may go untreated for multiple days in rural or military-relevant scenarios, resulting in blindness. Therapeutics are needed to minimize loss of vision. Here, we detail an organ culture open globe injury model. With this model, potential therapeutics for stabilizing these injuries can be properly evaluated.

오픈 글로브 부상 및 치료 성능을 추적하기위한 전방 세그먼트 장기 문화 플랫폼

Open globe injuries have poor visual outcomes, often resulting in permanent loss of vision. This is partly due to an extended delay between injury and ...

Biomechanical Characterization of Porcine Ocular Lens with Automated Compression(자동 압축을 이용한 돼지 접안 수정체의 생체역학적 특성화)

Automated Compression Testing of the Ocular Lens

The biomechanical properties of the ocular lens are essential to its function as a variable power optical element. These properties change dramatically with age in the human lens, resulting in a loss of near vision called presbyopia. However, the mechanisms of these changes remain unknown. Lens compression offers a relatively simple method for assessing the lens' biomechanical stiffness in a qualitative sense and, when coupled with appropriate analytical techniques, can help quantify biomechanical properties. A variety of lens compression tests have been performed to date, including both manual and automated, but these methods inconsistently apply key aspects of biomechanical testing such as preconditioning, loading rates, and time between measurements. This paper describes a fully automated lens compression test wherein a motorized stage is synchronized with a camera to capture the force, displacement, and shape of the lens throughout a preprogrammed loading protocol. A characteristic elastic modulus may then be calculated from these data. While demonstrated here using porcine lenses, the approach is appropriate for the compression of lenses of any species.

저자 스포트라이트: 노화 관련 렌즈 강성 변화에 대한 이해 증진 

We present an automated method for characterizing the effective elastic modulus of an ocular lens using a compression test.

접안 수정체의 자동 압축 검사

The biomechanical properties of the ocular lens are essential to its function as a variable power optical element. These properties change dramatically ...

Development of a Noninvasive, Laser-Assisted Experimental Model of Corneal Endothelial Cell Loss

Nd:YAG lasers have been used to perform noninvasive intraocular surgery, such as capsulotomy for several decades now. The incisive effect relies on the optical breakdown at the laser focus. Acoustic shock waves and cavitation bubbles are generated, causing tissue rupture. Bubble sizes and pressure amplitudes vary with pulse energy and position of the focal point. In this study, enucleated porcine eyes were positioned in front of a commercially available Nd:YAG laser. Variable pulse energies as well as different positions of the focal spots posterior to the cornea were tested. Resulting lesions were evaluated by two-photon microscopy and histology to determine the best parameters for an exclusive detachment of corneal endothelial cells (CEC) with minimum collateral damage. The advantages of this method are the precise ablation of CEC, reduced collateral damage, and above all, the non-contact treatment.

Here, we present a protocol to detach corneal endothelial cells (CEC) from Descemet&#8217;s membrane (DM) using a neodymium:YAG (Nd:YAG) laser as an ex vivo disease model for bullous keratopathy (BK).

각막 내피 세포 손실의 비 침습적, 레이저 보조 실험 모델의 개발

Nd:YAG lasers have been used to perform noninvasive intraocular surgery, such as capsulotomy for several decades now. The incisive effect relies on the ...

의학

Microfabrication of Implantable Optics Integrated in a Microstructured Imaging Window for Advanced In Vivo Imaging

In the context of biomaterials and drug testing in animal models, this study presents a streamlined protocol for fabricating a novel implantable integrated imaging window. The micro-device comprises a sophisticated system of microlenses coupled with micro-scaffolds specifically designed for in vivo quantification of the immune response using advanced non-linear excitation microscopy. The protocol is based on two-photon polymerization (2PP) of the biocompatible photoresist SZ2080, which enables the fabrication of micro-scaffolds and micro-lenses in a continuous sequence to enhance manufacturing efficiency and precision. To further improve speed, accuracy, and structural integrity, a hybrid optics fabrication approach was implemented, involving the 2PP of the microlens outer shell followed by UV bulk crosslinking of the inner core. This innovative technique optimizes the optical properties of the microlenses while streamlining the production process. The resulting micro-device demonstrates high reproducibility and mechanical stability, making it an effective method for prototyping microscale optical systems for a range of biomedical applications.

This protocol describes the fabrication of an implantable integrated imaging window using 3D laser printing. The window consists of a system of microlenses coupled with micro-scaffolds. The method involves two-photon polymerization (2PP) of the biocompatible photoresist SZ2080 in a continuous sequence, optimizing manufacturing efficiency and alignment between the different components.

Advanced In Vivo Imaging을 위한 미세 구조 이미징 창에 통합된 이식형 광학 장치의 미세 제작

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Organ Culture System for Assessing the Toxicity of Intraocular Treatment Excipients and Pharmaceuticals

As the leading cause of blindness, cataracts are a significant burden for the tens of millions of people affected globally by this condition. Chemical exposures, among other environmental factors, are an established cause of cataracts. Ocular toxicity testing can assess whether pharmaceuticals and their components may contribute to lens damage that may lead to cataracts or aid the treatment of cataracts. 
In vitro studies and in vivo animal testing can be used for assessing the safety of chemicals prior to clinical studies. The Draize test-the current in vivo standard for ocular toxicity and irritancy testing-has been criticized for lack of sensitivity and objective measurements of determining ocular toxicity. In vitro cell-based assays are limited as cell cultures cannot appropriately model an intact functional lens. 
The method described here is a sensitive in vitro alternative to animal testing, designed to evaluate the response of the intact bovine lens to treatment at both the cellular activity level and for overall refractive performance. The non-toxic reagent resazurin is metabolized in proportion to the level of cell activity. The lens laser-scanner assay measures the ability of the lens to refract incident beams of light to a single point with minimal error, directly relevant to its natural function. The method may be used to determine both acute and delayed changes in the lens, as well as the recovery of the lens from chemical or environmental exposures.

The goal of this protocol is to evaluate changes in metabolic activity and refractive function of the lens in response to experimental treatment.

As the leading cause of blindness, cataracts are a significant burden for the tens of millions of people affected globally by this condition. Chemical ...

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