SWIFT_NV zur computer-gestützten Auswertung retinaler Neovaskularisation
Angiogenese-Labor
Hintergrund
Das von Lois Smith Mitte der 90er Jahre entwickelte Mausmodell der sauerstoff-induzierten Retinopathie (oxygen-induced retinopathy; OIR) ist mittlerweile eines der am weitesten verbreiteten in vivo Angiogenesemodelle [1]. Bei diesem Modell werden neugeborene Mäuse vom postnatalen Tag 7 bis 12 einer Umgebung mit erhöhtem Sauerstoff ausgesetzt (hyperoxische Phase, 75% Sauerstoff). Da in der Maus die retinale Gefäßentwicklung postnatal stattfindet, wirken sich die erhöhten Sauerstoffspiegel modulierend auf die retinale Gefäßentwicklung aus. Anders als in Kontrollgruppen ohne Sauerstoffexposition entwickeln Mäuse im OIR Modell eine zentrale avaskuläre Zone der Netzhaut (vaso-obliterierte Zone; VO-Zone). An Tag 12 werden die Mäuse dann wieder zurück an Raumluft gebracht. Die Raumluft mit ihren 21% Sauerstoff stellt zu diesem Zeitpunkt für die an höhere Sauerstoffspiegel adaptierte Netzhaut eine relative Hypoxie dar. Dadurch kommt es in dieser zweiten Phase des OIR Modells zwischen Tag 12 und 17 zur hypoxiebedingten Ausschüttung angiogener Faktoren und zur Ausbildung pathologischer präretinaler Proliferationsareale. Die Entstehung von hypoxiebedingten präretinalen Proliferationen in der unreifen Netzhaut läuft auf ganz ähnliche Art auch in der Netzhaut von Kindern mit Frühgeborenenretinopathie ab. Auch die proliferative Phase der diabetischen Retinopathie des Menschen zeigt einige wichtige Gemeinsamkeiten mit dem OIR Mausmodell. Durch diese wichtige Abbildung menschlicher Krankheitsbilder im Mausmodell wurden zahlreiche Untersuchungen im OIR Modell möglich, die unter anderem wesentlich für die Beschreibung der Rolle von VEGF bei der retinalen Angiogenese waren [2]. Allerdings stellte die zeitintensive und stark untersucherabhängige Quantifizierung der Neovaskularisationsareale eine technische Herausforderung dar und Ergebnisse waren oft nur schwer zwischen verschiedenen Laboren vergleichbar. Aus diesem Grund erfolgte der Versuch, eine Methode zu entwicklen, die zeitsparend und weitgehend untersucherunabhängig die präretinalen Proliferationsreale im OIR Modell quantifizieren kann.
Eigene Ergebnisse
SWIFT_NV ist eine computer-gestützte Methode zur Auswertung präretinaler Proliferationsareale in der Mausretina. Die Methode nutzt die von der NIH entwickelte und frei verfügbare ImageJ-Software. Nach Installation des SWIFT_NV plugins in ImageJ kann ein Fluoreszein- oder Lectin-gefärbter retinaler Flatmount in ImageJ geladen werden und die Quantifizuerung der Prolferationsareale findet wie im Video gezeigt statt.
Abb. 1: SWIFT_NV-Film. Das Video illustriert in Echtzeit die Quantifizierung retinaler
Proliferationsareale im Lectin-gefärbten Flatmount der Maus (Video aus [3])
Die Zeitersparnis gegenüber der manuellen Quantifizierung ist bedeutsam, gleichzeitig besteht eine sehr gute Übereinstimmung der Ergebnisse zwischen manueller Messung und SWIFT_NV. Auch die intra- und inter-personelle Reproduzierbarkeit von SWIFT_NV Ergebnissen ist hoch (Abb. 2).
Abb. 2: Darstellung der einzelnen Schritte der SWIFT_NV Methode sowie der Korrelation der Messergebnisse von manueller Messung und SWIFT_NV sowie der intra- und inter-personellen Reproduzierbarkeit (Abbildung aus [4]).
Die SWIFT_NV Macros für ImageJ werden für akademische Labore kostenlos zur Verfügung gestellt, Lizenzen zur kommerziellen Nutzung können über das Technology & Innovation Development Office am Children's Hospital Boston bezogen werden. Derzeit ist SWIFT_NV an über 20 akademische und kommerzielle Forschungsgruppen lizensiert.
Projektbezogene Literatur
[1] Smith L.E, Wesolowski E., McLellan A., Kostyk S.K., D'Amato R., Sullivan R., D'Amore P.A.
Oxygen-induced retinopathy in the mouse.
Invest Ophthalmol Vis Sci. 1994 Jan;35(1):101-11.
[2] Pierce E.A., Avery R.L., Foley E.D., Aiello L.P., Smith L.E.
Vascular endothelial growth factor/vascular permeability factor expression in a mouse model of retinal neovascularization.
Proc Natl Acad Sci 1995 Jan 31;92(3):905-9
[3] Stahl A., Connor K.M., Sapieha P., Willett K.L., Krah N.M., Dennison R.J., Chen J., Guerin K.I., Smith L.E.H. Computer-aided quantification of retinal neovascularization
Angiogenesis (cover article). 2009 12(3):297-301
[4] Stahl A., Connor K.M., Sapieha P., Chen J., Dennison R.D., Krah N.M., Seaward M.R., Willett K.L., Aderman C.M., Guerin K.I., Hua J., Löfqvist C., Hellström A., Smith L.E.H.
The mouse retina as an angiogenesis model (most downloaded IOVS article published in 2010)
Invest Ophthalmol Vis Sci. (IOVS) 2010 Jun;51(6):2813-26.