Oksygenacja - Mon­i­tor­ing tlenu w oku

Tlen, to niezbędny pierwiastek do życia, który odgrywa kluczową rolę w różnych procesach biologicznych, takich jak oddychanie komórkowe, metabolizm czy odpowiedź immunologiczna. W organizmie człowieka, tlen jest transportowany za pośrednictwem układu krwionośnego z płuc do wszystkich pozostałych tkanek, w tym do oczu, gdzie znajduje się rogówka, siatkówka i inne elementy niezbędne do funkcjonowania gałki ocznej. Brak wystarczającej ilości tlenu w tych tkankach może prowadzić do zaburzeń, takich jak obrzęk rogówki, choroby siatkówki czy jaskra. Dlatego zrozumienie istotności poziomu tlenu w gałce ocznej posiada kluczowe znaczenie dla przyszłych terapii okulistycznych.

W tym artykule omówimy, w jaki sposób Oxford Optronix przyczynił się do badań okulistycznych, w szczególności w obszarze poziomów tlenu i jego wpływu na funkcjonowanie oczu. Podsumujemy również wybrane publikacje, w których wykorzystano nasze specjalistyczne systemy w celu lepszego zrozumienia funkcji tlenu w badaniach okulistycznych.

Dokładne pomiary stężenia tlenu (pO₂) w gałce ocznej

Jak wiadomo, tlen jest niezbędny do utrzymania zdrowia oraz funkcji rogówki i siatkówki w oku. Rogówka, będąc strukturą beznaczyniową, opiera się na otaczającej ją atmosferze oraz na filmie łzowym, który zaopatruje ją w tlen. Zakłócenia tego zaopatrzenia mogą skutkować niedotlenieniem rogówki, co powoduje objawy takie jak niewyraźne widzenie czy silny ból w gałce ocznej.

Z kolei siatkówka, to jedna z tkanek zużywających najwięcej tlenu w organizmie, dlatego wymaga odpowiedniego zaopatrzenia w tlen dla prawidłowej funkcji fotoreceptorów oraz ich przeżycia. Niedobór tlenu lub niedotlenienie może doprowadzić do chorób siatkówki, takich jak retinopatia cukrzycowa czy zwyrodnienie plamki żółtej związane z wiekiem.

Badania nad poziomem tlenu w gałce ocznej koncentrują się przede wszystkim na zrozumieniu procesu metabolizmu tlenowego w tkankach oka, a także jego wpływu na różne schorzenia lub choroby oczu. Wiąże się to z koniecznością pomiaru poziomu tlenu w różnych częściach oka, takich jak rogówka, komora przednia, ciało szkliste oraz siatkówka. Wykonywanie takich pomiarów w bardzo delikatnej strukturze, stwarza wyjątkowe wyzwania. W tym celu, opracowano różnorodne techniki, a w kilku badaniach wzięły również udział czujniki OxyLite do bezpośrednich i precyzyjnych pomiarów tlenu w tkankach gałki ocznej. Super cienkie czujniki zaopatrzone we włókno, oferują minimalnie inwazyjny sposób pomiaru tlenu z dokładnością do konkretnego punktu w danej strukturze oka.

Modulacja poziomu tlenu w komórkowych modelach oka

Oprócz bezpośrednich pomiarów tlenu w obrębie struktur oka, naukowcy wykorzystują również modele komórkowe, aby jeszcze lepiej zrozumieć podstawowe mechanizmy funkcjonowania tych tkanek. Komórki hodowane metodą in vitro można poddawać warunkom niedotlenienia, aby móc zbadać wpływ niedoboru tlenu na funkcjonowanie i przeżywalność komórek. Stacja robocza HypoxyLab™ zapewnia kontrolowane warunki środowiska niezbędne do wzrostu komórek, regulując przy tym temperaturę, wilgotność, stężenie CO₂ i co najważniejsze, również poziom tlenu.

Warto zauważyć, że w badaniach klinicznych oraz w testach in vivo dotyczących poziomu tlenu w gałce ocznej, zazwyczaj podawane są pomiary ciśnienia parcjalnego tlenu (wyrażane w mmHg lub kPa), natomiast większość naukowców prowadzących badania komórkowe w warunkach hipoksji, odnosi się do procentowego stężenia tlenu. System HypoxyLab idealnie wypełnia tę lukę, ponieważ wykonuje bezwzględny pomiar tlenu w mmHg, tak aby kontrolować środowisko wewnętrzne komórek. Jest to nie tylko bardziej rygorystyczny pomiar pod względem naukowym, ale również pozwala naukowcom odtworzyć parametry, które występują w warunkach fizjologicznych.

Publikacje badań przedklinicznych

Park YH. i in. 2010 (British Journal of Ophthalmology)
Comparison of two probe designs for determining intraocular oxygen distribution

Mimo, że nie są to najnowsze badania, to są doskonałym źródłem naukowym do zrozumienia możliwości naszych czujników OxyLite, które zostały porównane do działania elektrody polarograficznej w badaniach okulistycznych. Wyniki te cytują poprzednika OxyLite (system „OxyLab™ pO₂”) i wskazują, że nasze czujniki zapewniają dokładniejsze wyniki w standardowych zakresach fizjologicznych, a przy tym skuteczniej kompensują temperaturę w oku i szybciej generują dane dotyczące stężenia tlenu (pO2) w ciele szklistym niż zwykła elektroda. Badanie to stanowi przekonujący dowód na skuteczność wykorzystywania czujników światłowodowych do bezpośrednich pomiarów pO₂ w gałce ocznej.

Fayyaz M. i in. 2021 (Applied Nano Materials)
Dextran-Based Oxygen Nanobubbles for Treating Inner Retinal Hypoxia

W tym artykule omówiono zastosowanie nanopęcherzyków tlenu w gałkach ocznych u szczurów mające na celu przeciwdziałanie skutkom CRAO, czyli zamknięciu środkowej tętnicy siatkówki, które potencjalnie prowadzi do ślepoty o podłożu niedokrwiennym.

Naukowcy wykorzystali w swoich badaniach czujniki OxyLite i wykazali, że proponowana metoda leczenia zwiększyła dostępność tlenu w gałce ocznej na różnych głębokościach, co sugeruje lepsze efekty leczenia CRAO lub podobnych stanów niedokrwiennych.

Williamson BK. i in. 2018 (Translational Vision Science & Technology)
The Effects of Glaucoma Drainage Devices on Oxygen Tension, Glycolytic Metabolites, and Metabolomics Profile of Aqueous Humor in the Rabbit

Ze względu na fakt, że urządzenia drenujące jaskrę (GDD) mogą prowadzić do dekompensacji rogówki, to w tym doświadczeniu naukowcy chcieli jeszcze lepiej zrozumieć to zjawisko oraz wpływ GDD na kilka ważnych czynników związanych z gałkami ocznymi, w tym na stężenie tlenu.

Badania wykazały, że ciśnienie tlenu w oczach królików było znacząco niższe już dwa miesiące po operacji, co wskazuje na potrzebę dalszych badań w celu zrozumienia korelacji pomiędzy wszczepieniem urządzenia drenującego jaskrę (GDD), a dekompensacją rogówki.

Murali K. i in. 2016 (PLOS ONE)
Spatial Variations in Vitreous Oxygen Consumption

W kolejnej publikacji przyjrzano się przestrzennej zmienności zużycia tlenu przez ciało szkliste u świń w badaniach ex vivo. Korzystając z poniższej konfiguracji, autorzy zmapowali ciśnienie tlenu w odstępach co 1 mm, aby lepiej zrozumieć, ile tlenu jest zużywane w 2 oddzielnych obszarach oka.

Badania wykazały, że zużycie tlenu poprzez ciało szkliste jest wyższe w tylnej części ciała szklistego niż w jego środkowej części.

Ye X. i in. 2024 (Molecular Therapy Nucleic Acids)
A novel function and mechanism of ischemia-induced retinal astrocyte-derived exosomes for RGC apoptosis of ischemic retinopathy

Doświadczenie to było pierwszym modelem komórkowym opartym na gałce ocznej, w którym wykorzystano i zacytowano naszą stację roboczą HypoxyLab. Naukowcy byli w stanie stworzyć warunki niedokrwienne siatkówki w swoich modelach komórkowych, co doprowadziło do odkrycia, że ​​astrocyty stymulowane niedotlenieniem wydzielały eksosomy przenoszące czynnik miR-329-5p, co wydaje się chronić niektóre komórki przed apoptozą wywoływaną niedokrwieniem.

Odkrycie to otwiera obiecujące perspektywy dla przyszłych zastosowań w terapii leczenia chorób oczu związanych z niedokrwieniem siatkówki.

Publikacje badań klinicznych z wykorzystaniem monitora tlenu OxyLite

Uwaga: System OxyLite (lub jego poprzednik OxyLab pO2) nie posiada zatwierdzenia od FDA (Agencji Żywności i Leków) ani aprobaty klinicznej do jego stosowania w ludzkiej gałce ocznej, lecz jest jedynie przeznaczony badań przedklinicznych. Każde zastosowanie kliniczne tych urządzeń zostało niezależnie zatwierdzone przez odpowiednie komisje wewnętrzne ds. przeglądów naukowych.

Huang AJW. i in 2015 (Investigative Ophthalmology & Visual Science)
Impact of Corneal Endothelial Dysfunctions on Intraocular Oxygen Levels in Human Eyes

Autorzy publikacji starali się zrozumieć jaki jest wpływ stresu oksydacyjnego na dysfunkcję śródbłonka rogówki w komorze przedniej oka ludzkiego.

 

Badanie wykazało, że w gałkach ocznych z dysfunkcją śródbłonka stwierdzono zwiększony poziom stężenia tlenu (pO₂) w komorze przedniej w porównaniu do gałek kontrolnych. Sugeruje to, że zmniejszone zużycie tlenu przez dysfunkcyjne komórki śródbłonka rogówki może zwiększać stres oksydacyjny w komorze przedniej.

Lange AK. i in. 2011 (American Journal of Ophthalmology)
Intraocular Oxygen Distribution in Advanced Proliferative Diabetic Retinopathy

W tym przypadku grupa naukowców zbadała różnice w wewnątrzgałkowej dystrybucji tlenu u pacjentów z zaawansowaną, proliferacyjną retinopatią cukrzycową. Wyniki wykazały znaczący spadek poziomu tlenu w przednich oraz w środkowych obszarach ciała szklistego oka w grupie cukrzycowej. Co ciekawe, w tylnym obszarze gałki ocznej nastąpił wzrost stężenia tlenu.

Naukowcy tłumaczą to zjawisko jako bezpośrednią korelację pomiędzy tylnym biegunem oka u osób chorych na cukrzycę, a podwyższonym stężeniem czynnika wzrostu śródbłonka naczyniowego (VEGF) w ciele szklistym. Może to potencjalnie wywoływać powstawanie tzw. kompleksów neowaskularnych w siatkówce, zwiększając w ten sposób dopływ tlenu do tego obszaru.

Monitorowanie poziomu tlenu za pomocą OxyLite™

OxyLite™ - to złoty standard w zakresie monitorowania stężenia tlenu (pO₂) zarówno w tkankach jak i w formie rozpuszczonego tlenu w badaniach in vitro. System OxyLite cieszy się ogromnym zaufaniem użytkownik&;w z różnorodnych instytutów badawczych, uniwersytetów, szpitali, firm farmaceutycznych oraz CRO na całym świecie.