实验研究
快速精确获取小鼠角膜神经三维图像及其参数的技术方案研究
中华实验眼科杂志, 2022,40(2) : 104-109. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20200817-00595
摘要
目的

研究快速、精确获取小鼠角膜神经三维(3D)图像及其参数的技术方案。

方法

选取SPF级雌性C57BL/6小鼠4只,吸入过量乙醚麻醉后使小鼠安乐死,立即在解剖显微镜下获取具有完整角膜缘的角膜4个,经过常规固定、透膜和抗β-Ⅲ微管蛋白荧光抗体标记后整铺片处理。在高分辨率去卷积显微镜下采用科学互补性金属氧化物半导体探测器捕获图像,通过显微镜系统自携带图像处理软件对图像进行3D去卷积运算,Z轴数据平面投影以及自动拼接处理得到完整的角膜神经纤维3D图像。采用交互式显微图像分析软件Imaris的丝状追踪模块中的自动检测模式获得不同区域的角膜神经密度,采用自动路径模式手动指定计算起始点到终止点的神经纤维长度。

结果

在去卷积显微镜60倍油镜下,可以观察到角膜缘处呈密集网络状的基质层神经纤维在角膜缘附近进入前弹力层,并发出密集的分枝,形成基底下神经丛。这些神经丛向角膜中心伸展形成密集的神经网络样结构,在角膜顶点汇聚成漩涡状结构。少部分神经纤维丛垂直进入上皮层,并发出许多微小的神经末梢分枝。采用Imaris软件丝状物追踪模块中的自动检测模式自动统计,发现角膜神经末梢密度从角膜缘的(2 488.88±282.84)μm/μm2逐渐增多至角膜中央的(5 766.66±298.55)μm/μm2;角膜基质神经纤维密度从角膜缘的(40.99±0.99)μm/μm2递减至角膜中央的(34.57±1.28)μm/μm2。通过自动路径模式手动测量发现,角膜缘处基质层神经纤维进入前弹力层约151 μm处开始分枝形成基底下神经丛。

结论

去卷积显微镜系统可以获得整个角膜神经纤维的3D分布,Imaris图像分析软件可以自动、快速统计待测区域角膜神经纤维的不同参数。

引用本文: 傅婷, 黄奕嘉, 刘俊, 等.  快速精确获取小鼠角膜神经三维图像及其参数的技术方案研究 [J] . 中华实验眼科杂志, 2022, 40(2) : 104-109. DOI: 10.3760/cma.j.cn115989-20200817-00595.
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角膜是一种无血管、无淋巴管的透明组织,其屈光力约占整个视觉系统屈光力的2/3。角膜任何结构和功能的改变均可显著影响外界物体在视网膜成像的准确性。角膜中分布着大量神经纤维,角膜神经纤维可通过复杂的感觉、瞬目和刺激泪液分泌来维持眼表的自身稳态。另外,角膜神经亦可通过释放多种营养因子来调节角膜上皮细胞的分裂和创伤修复以维持角膜上皮层的完整性。当角膜神经纤维功能受损时将导致多种眼表疾病,如干眼、角膜神经营养不良、角膜上皮溃疡等,严重者可致盲。此外,角膜神经纤维感觉过敏还可能导致角膜神经性疼痛。因此,研究角膜的神经分布和生理特征不仅有利于了解正常的角膜结构和生理功能,而且对于研究神经相关性角膜病的发生机制以及制定相关的防治措施均具有重要意义。鉴定角膜神经纤维的方法包括早期经典的神经组织学方法,如氯化金和氯化银染色,以及后来的免疫荧光组织化学方法、采用透射电子显微镜技术对离体角膜神经进行超微结构观察和采用激光扫描共聚焦显微镜对活体角膜神经进行研究等。上述方法各有利弊,如角膜组织切片后采用氯化金染色法虽然可以看到角膜上皮神经末梢,但不能对角膜神经进行整体观察;普通光学显微镜分辨率低,难以提供高清神经结构图像。近十年来,本研究团队采用高分辨率去卷积显微镜进行小鼠完整角膜神经纤维图像获取,并结合交互式显微镜图像分析软件Imaris的丝状追踪模块对正常和创伤角膜的神经分布特征及其各种参数进行分析。角膜神经的可视化研究对角膜多种疾病的发病机制和病理学机制的研究具有重要意义。本研究拟探讨获取角膜神经分布和分析参数的实验方法,为相关研究工作提供新的方法学支撑。

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