Clinical features and corneal optical anisotropies in a rabbit model of limbal stem cell deficiency / Fenótipos clínicos e anisotropias ópticas da córnea em coelhos com deficiência de células tronco limbais

ABSTRACT Purposes: To investigate the intra-laboratory reproducibility of clinical features and to evaluate corneal optical anisotropies in a rabbit model of limbal stem cell deficiency. Methods: Limbal injury was induced in the right eye of 23 adult New Zealand White rabbits using a highly aggressive protocol that combined 360 degrees limbal peritomy, keratolimbectomy, alkaline chemical burn, and mechanical removal of the epithelium. Clinical evaluation of the injured eyes was performed for 28 days and included corneal impression cytology. Corneas with a severe clinical outcome set typical of limbal stem cell deficiency were then collected, subjected to a histopathological examination, and examined for optical anisotropies. Corneas from healthy rabbit eyes were used as controls. Differences in optical path due to stromal collagen birefringence, as well as linear dichroism related to the expression and spatial orientation of glycosaminoglycan chains from proteoglycans, were measured from cross-sections under a quantitative polarized light microscope. Results: One eye showed signs of hypopyon and was excluded. Signs of ocular inflammation were observed in all eyes studied (n=22). Corneal impression cytology did not detect goblet cells. Twelve of the 22 corneas presented a clinical outcome set typical of limbal stem cell deficiency, which is characterized by the presence of epithelial defects, inflammatory cells, moderate-to-severe opacity, and neovascularization. Microscopic studies under polarized light revealed that relative to controls, limbal stem cell deficiency caused a 24.4% increase in corneal optical path differences. Further, corneas with limbal stem cell deficiency were less dichroic than controls. Conclusions: These results suggest that rabbit models of limbal stem cell deficiency must be rigorously screened for use in preclinical studies to ensure experimental homogeneity because protocols used to create limbal stem cell deficiency could be not associated with good intra-laboratory reproducibility of clinical features. Limbal stem cell deficiency, as induced herein, altered the optical anisotropic properties of the corneal stroma. Such alterations are indicative of changes in collagen packing and the spatial orientation of glycosaminoglycan chains from proteoglycans. Knowledge of these changes is important to potentiate strategies aimed at restoring the morphofunctional integrity of the corneal stroma affected by limbal stem cell deficiency.

RESUMO Objetivos: Investigar a reprodutibilidade intra-la­boratorial dos fenótipos clínicos e avaliar anisotropias ópticas em córneas de coelhos com deficiência de células tronco limbais. Métodos: Lesões ao limbo foram feitas no olho direito de 23 coelhos adultos da Nova Zelândia Branco, usando um protocolo altamente agressivo, que envolveu peritomia limbal em 360 graus, ceratolimbectomia, cauterização por álcali, e remoção mecânica de epitélio remanescente. Os olhos foram clinicamente avaliados por 28 dias, inclusive por citologia de impressão corneal. As córneas que manifestaram um conjunto de alterações típicas de deficiência de células tronco limbais foram coletadas e submetidas à estudos em histopatologia e em anisotropias ópticas. Córneas saudáveis foram usadas como controles. Diferenças de caminho óptico de birrefringência relacionada à organização do colágeno estromal, e dicroísmo linear relacionado à expressão e à orientação das cadeias de glicosaminoglicanos dos proteoglicanos estromais, foram quantificados por microscopia de luz polarizada. Resultados: Um olho apresentou hipópio e foi excluído do estudo. Todos os olhos estudados (n=22) apresentaram sinais de inflamação ocular. A citologia de impressão não detectou células caliciformes na superfície corneal. Doze de 22 córneas manifestaram alterações clínicas típicas de deficiência de células tronco limbais, caracterizado por defeitos epiteliais, infiltrados inflamatórios, opacidade de moderada à severa, e neovascularização. Estudos por microscopia de luz polarizada mostraram que a deficiência de células tronco limbais aumentou a diferenças de caminho óptico corneal em 24,4% (versus controles). As cór­neas com deficiência de células tronco limbais foram menos dicroicas do que as córneas controle. Conclusões: Coelhos com deficiência de células tronco limbais, para aplicações em estudos pré-clínicos, devem ser rigorosamente selecionados para assegurar homogeneidade experimental, pois há evidências de que protocolos utilizados para indução de deficiência de células tronco limbais não estão associados com boa reprodutibilidade intra-laboratorial de fenótipos clínicos. A deficiência de células tronco limbais, como induzida aqui, alterou as propriedades ópticas anisotrópicas do estroma corneal. Tais alterações são indicativas de mudanças no empacotamento de colágeno e na orientação das cadeias de glicosaminoglicanos dos proteoglicanos. Conhecimentos nessas alterações são importantes para potencializar estratégias que visam a restabelecer a integridade morfofuncional do estromal corneal acometido pela deficiência de células tronco limbais.

A supramolecular look at microenvironmental regulation of limbal epithelial stem cells and the differentiation of their progeny / Uma visão supramolecular sobre a regulação microambiental de células tronco epiteliais limbais e a diferenciação de sua progênie

ABSTRACT Various approaches have been taken to improve our knowledge of the microenvironmental regulation of limbal epithelial stem cells. Researchers have extensively investigated the roles of growth factors, survival factors, cytokines, enzymes, and permeable molecules secreted by the limbal cells. However, recent evidence suggests that stem cell fate (i.e., self-renewal or differentiation) can also be influenced by biophysical and mechanical cues related to the supramolecular organization and the liquid crystalline (mesophase) nature of the stromal extracellular matrix. These cues can be sensed by stem cells and transduced into intracellular biochemical and functional responses, a process known as mechanotransduction. The objective of this review is to offer perspectives on the supramolecular microenvironmental regulation of limbal epithelial stem cells and the differentiation of their progeny.

RESUMO Muitas abordagens têm sido utilizadas para ampliar entendimentos sobre a regulação microambiental das células tronco epiteliais limbais. Neste contexto, pesquisadores têm exaustivamente investigado a participação de fatores de crescimento, fatores de sobrevida, citocinas, enzimas e moléculas permeáveis secretadas pelas células limbais. Entretanto, evidências recentes sugerem que o destino (ie. autorrenovação ou recrutamento para a via de diferenciação) das células tronco também sofre influência de estímulos biofísicos ou mecânicos relacionados à organização supramolecular e à natureza liquido-cristalina (mesofases) da matriz extracelular estromal. Esses estímulos podem ser percebidos e traduzidos pelas células tronco em sinais bioquímicos que geram respostas funcionais, através de um processo designado de mecanotransdução. Objetiva-se, com a presente revisão, oferecer ao leitor perspectivas supramoleculares sobre a regulação microambiental das células tronco epiteliais limbais e a diferenciação de sua progênie.

Corneal angiogenesis based on different protocols of alkaline cauterization in murine models

Abstract Purpose: To establish and compare protocols of alkaline cauterization for inducing corneal angiogenesis in murine models. Methods: Twenty-four adult Wistar rats were distributed into four groups (G1, G2, G3, and G4). The right eye cornea from each rat was cauterized using filter paper (3 mm), soaked in a solution of silver and potassium nitrates (3:1). Cauterization times were 10 (G1 and G4), or 20 seconds (G2 and G3). Cauterized corneas were washed with Ringer's lactate solution. The filter paper was either removed before washing (G1 and G2), or kept on the corneas (G3 and G4). Corneas were photographed at multiple time points (2, 4, 6, 8, 11, 13, and 15 days after the procedure), and neovascularization parameters were assayed. Results: Neovascularization was observed in 66% of G1 corneas, and 100% of G2, G3, and G4 corneas. On day 15, G1 corneas showed smaller vascularized areas (12.63 ± 12.59%) compared to those in the G3 (41.95 ± 17.32%) and G4 (33 ± 11.74%) (P < 0.05) groups. Conclusions: The silver and potassium nitrate solution effectively induced corneal angiogenesis. The G2, G3, and G4 protocols showed excellent reproducibility, and induced vascularization in 100% of corneas.

Effect of an intravitreal dexamethasone device on ocular inflammation after phacoemulsification in dogs / Efeitos de um dispositivo intravítreo de dexametasona na inflamação ocular após facoemulsificação em cães

ABSTRACT: This study examined the efficacy of an intravitreal dexamethasone-loaded device for the control of postoperative ocular inflammation in dogs following phacoemulsification. Twenty dogs with bilateral mature senile cataracts were prepared for surgery using routine protocols. A biodegradable poly (lactic-co-glycolic acid) copolymer device was inserted through the pars plana into the vitreous chamber immediately before phacoemulsification (device group [DG], n=20). Following surgery, a conventional group (CG) received local and systemic steroids, mydriatics, and antibiotic therapy. The same treatment protocol was adopted in DG, except for steroids. All eyes were examined before surgery and at various times after phacoemulsification. Ultrasonography showed gradual device shrinkage, with only remnants remaining at postoperative day (POD) 60. Signs of uveitis were observed in 35% of the DG on POD 7, but by POD 14, 50% of eyes showed signs of uveitis and these eyes required local steroid therapy. The intraocular pressure (IOP) was higher in the DG than in the CG immediately after surgery. IOP did not differ on POD 7 and POD 14, but was lower during the late postoperative period (POD 30 to 90). Flare values were greater in the DG than in the CG immediately following surgery, but showed no subsequent differences. In summary, the intravitreal dexamethasone device did not adequately control intraocular inflammation in dogs undergoing phacoemulsification.

RESUMO: O estudo examinou a eficácia de um dispositivo intravítreo de liberação de dexametasona para o controle da inflamação ocular em cães, após facoemulsificação. Um dispositivo de copolímero poli (ácido lático-co-glicólico) foi implantado via pars plana na câmera vítrea, imediatamente antes da facoemulsificação (grupo dispositivo [GD], n=20). Após a cirurgia, o grupo controle (GC) recebeu terapia esteroide, midriático e antibiótico. O mesmo protocolo de tratamento foi adotado no GD, exceto pelos esteroides. Todos os olhos foram examinados antes do procedimento e em diferentes tempos após a facoemulsificação. A ultrassonografia mostrou que o dispositivo diminuiu em tamanho, sendo observado, apenas, remanescentes aos 60 dias de pós-operatório (DPO). Sinais de uveíte foram observados em 35% do GD no DPO 7, entretanto, no DPO 14, 50% dos olhos tiveram sinais de uveíte e requereram terapia esteroide local. A pressão intraocular (PIO) foi maior no GD, comparativamente ao GC, imediatamente após a cirurgia. A PIO não diferiu no DPO 7 e no DPO 14, entretanto foi menor nos momentos pós-operatórios mais tardios (DPO 30 a 90). Valores de flare foram maiores no GD que no GC, imediatamente após a cirurgia, mas não mostraram diferenças nos momentos subsequentes. Em suma, o dispositivo intravítreo de dexametasona não controlou adequadamente a inflamação intraocular em cães submetidos à facoemulsificação.

Lamellar keratoplasty in rabbits using an allogeneic free omental graft and omentum-derived mesenchymal cells associated with the canine amniotic membrane / Ceratoplastia lamelar em coelhos usando enxerto de omento alógeno livre e células mesenquimais omentais associadas com membrana amniótica canina

ABSTRACT: The objective of this research was to evaluate the clinical and microscopic effects in rabbits of lamellar keratoplasty using allogeneic omentum associated with canine amniotic membrane (AM). Rabbits were divided into two groups: one received the allogeneic free omental graft covered with the AM (OM-graft group), while the other received the AM graft containing omental mesenchymal cells (OM-cell group). Clinical signs were evaluated on different postoperative days. After the clinical assessments, the rabbits were euthanized and their corneas were obtained for histopathology and immunohistochemistry (Ki-67, marker for proliferation). Both groups showed chemosis, blepharospasm, eye discharge, hyperemia, and corneal opacity/edema. Neovascularization was observed in the OM-cell group. Histopathological evaluation revealed epithelial islands within the stroma of OM-cell samples. Thirty days after surgery, complete corneal re-epithelialization had occurred in both groups. The OM-cell group showed more Ki-67 positive cells. The free omentum and its cells, combined with the AM, contributed to corneal repair, a process that was completed 30 days after lamellar keratoplasty.

RESUMO: Objetivou-se, com a pesquisa, avaliar os efeitos clínicos e microscópicos da associação do omento de coelho com a membrana amniótica (AM) canina, na ceratoplastia lamelar em coelhos. Dois grupos foram constituídos: um recebeu enxerto de omento alógeno livre, recoberto por AM (grupo OM- graft); o outro recebeu enxerto de AM contendo células mesenquimais derivadas do omento (grupo OM-cell). Manifestações clínicas foram avaliadas em diferentes tempos de pós-operatórios. Após as avaliações clínicas, coelhos foram submetidos à eutanásia e córneas foram colhidas para histopatologia e imunohistoquímica (Ki-67, marcador de proliferação). Relativamente às manifestações clínicas, ambos os grupos apresentaram sinais de quemose, blefarospasmo, secreção ocular, hiperemia e opacidade/edema. Neovascularização foi observada no grupo OM-cell. Avaliações à histopatologia mostraram que uma amostra de OM-cell apresentou ilhas de epitélio dentro do estroma. Aos 30 dias de pós-operatório, observou-se reepitelização corneal completa, em OM-graft e OM-cell. O grupo OM-cell apresentou mais células positivas para Ki-67. O omento livre e suas células, associados à AM, contribuíram para a reparação corneal, que se completou após 30 dias de ceratoplastia lamelar.

Effects of morphine on the expression of cytokines and inflammatory mediators in a rabbit model of endotoxin-induced experimental uveitis / Efeitos da morfina na expressão de citocinas e de mediadores inflamatórios em coelhos com uveítes experimental induzida por endotoxina

ABSTRACT Purpose: To evaluate the effects of 1% morphine instillation on clinical parameters, aqueous humor turbidity, and expression levels of tumor necrosis factor alpha (TNF-α), interleukin-1 beta (IL-1beta), prostaglandin E2 (PGE2), and myeloperoxidase (MPO) in rabbits with endotoxin-induced experimental uveitis. Methods: Twenty four New Zealand white rabbits were divided into four groups (n=6 each): control (CG), morphine (MG), naloxone (NG), and morphine-naloxone (MNG) groups. Under dissociative anesthesia, 0.1 mL of solution containing 0.2 µg of lipopolysaccharide (LPS) endotoxin from the Salmonella typhimurium cell wall was injected in the vitreous chamber. Clinical evaluations (conjunctical hyperemia, chemosis blepharospasm, and ocular discharge) and laser flaremetry were performed before (baseline), and 10 and 20 hours after induction of uveitis. Rabbits were subsequently euthanized and eyes were enucleated to quantify expression levels of TNF-α, IL-1 beta, PGE2, and MPO. Results: No significant differences in clinical parameters and flare values were observed between the study groups. TNF-α and IL-1 beta levels increased significantly in the CG, MG, NG, and MNG groups compared to baseline (P<0.05). Significant differences in PGE2 levels were observed between the MG and NMG groups (P<0.05). A trend toward increased MPO activity was observed in response to uveitis induction; however, this trend did not reach statistical significance (P>0.05). Conclusions: Morphine has no effect on clinical parameters, flare, or expression levels of inflammatory mediators in a rabbit model of uveitis induced by intravitreal injection of LPS.

RESUMO Objetivo: Estudaram-se os efeitos da instilação de morfina 1% sobre parâmetros clínicos, turbidez do humor aquoso e expressão de fator de necrose tumoral alfa (TNF-alfa), de interleucina-1 beta (IL-1beta), de prostaglandina E2 (PGE2) e de mieloperoxidase (MPO), em olhos de coelhos com uveíte induzida por endotoxina. Material e Métodos: Vinte e quatro coelhos da raça Nova Zelândia Branco foram distribuídos em quatro grupos (n=6, em cada): grupo controle (GC), morfina (GM), naloxona (GN) e morfina-naloxona (GMN). Sob anestesia dissociativa, injetou-se 0,1 mL de solução contendo 0,2 µg de lipossacarídeo (LPS) endotóxico da parede celular de Salmonella typhimurium na câmara vítrea. Realizou-se avaliação clínica (hiperemia conjuntival, quemose, blefaroespasmo e secreção ocular) e a flaremetria a “laser” antes (basal) e após 10 e 20 horas da indução da uveíte. No final, os coelhos foram submetidos à eutanásia e os olhos com uveíte foram enucleados para a quantificação dos níveis de TNF-alfa, IL-1 beta, PGE2 e MPO. Diferenças foram consideradas significativas quando p<0,05. Resultados: Os grupos da pesquisa não diferiram quanto aos parâmetros clínicos e os valores de “flare”. Observou-se elevação significativa nos níveis de TNF-alfa e de IL-1 beta, comparativamente ao basal, nos grupos GC, GM, GN e GMN (p<0,05). Valores de PGE2 variaram entre os grupos GM e GNM (p<0,05). A atividade de MPO aumentou após a indução da uveíte, porém, sem significância estatística (p>0,05). Conclusões: A morfina não atuou sobre parâmetros clínicos, “flare” e expressão dos mediadores inflamatórios estudados, quando instilada em olhos de coelhos com uveíte induzida por injeção intravítrea de LPS.

Expressions of matrix metalloproteinases-1 and -9 and opioid growth factor in rabbit cornea after lamellar keratectomy and treatment with 1% nalbuphine / Metaloproteinases de matriz 1, 9, e fator de crescimento opióide, em córneas de coelhos depois de ceratotomia e tratamento com nalbufina a 1%

ABSTRACT Purposes: To evaluate the effects of nalbuphine 1% on the expression of metalloproteinase 1 (MMP-1), metalloproteinase 9 (MMP-9), and opioid growth factor (OGF) in rabbit corneas after lamellar keratectomy. Methods: The rabbits were assigned to two groups: group nalbuphine (GN, n=30), which received 30 µL of nalbuphine 1% in 4 daily applications at regular intervals until corneal epithelialization, and group control (GC, n=30), which received physiological saline solution under the same conditions adopted in GN. The corneas were collected for immunohistochemistry on days 1, 3, 5, 7, and 9 after lamellar keratectomy, and the expressions of MMP-1, MMP-9, and OGF were analyzed. Results: The expressions of MMP-1 and MMP-9 increased until day 5 of the evaluation, with no differences observed between GN and GC (p>0.05). On days 7 and 9, significant reductions were observed in the expression of MMP-1 (p<0.01), with no differences observed between GN and GC (p>0.05). The expression of OGF was constant in all periods (p>0.05), restricted to the corneal epithelium, and there was no difference between the groups (p>0.05). Conclusions: The study results showed that nalbuphine 1% did not alter the expression patterns of MMP-1, MMP-9, and OGF in rabbit corneas after lamellar keratectomy. .

RESUMO Objetivos: Avaliar os efeitos da nalbufina 1% sobre a expressão da metaloproteinase 1 (MMP-1), da metaloproteinase 9 (MMP-9) e do fator de crescimento opióide (OGF), em córneas de coelhos submetidas à ceratectomia lamelar. Métodos: Constituíram-se dois grupos: grupo nalbufina (GN, n=30), que recebeu 30 µL de nalbufina 1% em 4 aplicações diárias, a intervalos regulares, até a epitelização corneal; controle (GC, n=30), que recebeu solução salina nas mesmas condições adotadas no GN. As córneas foram colhidas para imuno-histoquímica decorridos 1, 3, 5, 7 e 9 dias das ceratectomias lamelares, visando a se avaliarem as MMP-1, MMP-9 e OGF. Resultados: A expressão das MMP-1 e de MMP-9 se elevou até o quinto dia de avaliação, sem diferença entre GN e GC (p>0,05). Nos dias 7 e 9, observou-se redução significativa na expressão das enzimas (p<0,01), sendo que diferenças não foram observadas entre os grupos (p>0,05). O OGF exibiu imunomarcação constante em todos os períodos (p>0,05), restrita ao epitélio corneal. Não foram encontradas diferenças entre os grupos (p>0,05). Conclusões: Com base dos resultados obtidos, há como admitir que a nalbufina 1% não alterou o padrão de expressão da MMP-1, da MMP-9 e do OGF em córneas de coelhos submetidas à ceratectomia lamelar. .

Morphological and hemodynamic patterns of carotid stenosis treated by endarterectomy with patch closure versus stenting: a duplex ultrasound study

OBJECTIVES: A duplex ultrasound study was performed to investigate morphological and hemodynamic patterns of carotid stenoses treated by endarterectomy with patch closure versus stenting. MATERIALS AND METHOD: Twenty-nine carotid stenoses were treated with stenting and 65 with patch closure. Duplex ultrasound parameters (luminal diameter, mm; peak systolic velocity and end-diastolic velocity, cm/s) were measured 24 hours after the procedures and also at 12 months post-procedure. Residual stenoses (immediately postprocedure) and restenoses (within 12 months of procedure) were defined as narrowings of >50 percent on duplex ultrasound examination. RESULTS: In stented patients, the luminal diameter of the proximal internal carotid artery increased in the interval between the 24-hour and 12-month post-procedure studies, while in the patch closure patients, the diameter decreased. Carotid hemodynamics normalized immediately after both patching and stenting and remained relatively stable thereafter up to 12 months. No statistically elevated flow velocities (in the absence of residual stenosis or restenosis) were observed in the patched or stented carotid arteries. No significant differences in residual stenosis rates were observed between the stenting group (3 cases, 10.34 percent) and the patch closure group (1 case, 1.53 percent, P = 0.08). At 12 months, 2 stenting patients (6.88 percent) and 2 patch closure patients (3.07 percent) had $50 percent restenosis (P = 0.58). One case of late stroke due to restenosis was observed in the stenting group; the patient died 12 months postoperatively, before receiving new intervention. CONCLUSION: Measurements over time in luminal diameter signalized differences in arterial remodeling mechanisms between patched and stented carotids. Both stenting and patch closure were associated with carotid patency and flow restoration. This study does not support a general approach to new velocity criteria indiscriminately applied to stented or patched carotids.