Extracelluar Matrix Organization and Biomechanics of the Lamina Cribrosa and Peripapillary Sclera in Populations at High Risk for Primary Open Angle Glaucoma
原发性开角型青光眼高危人群筛板和视乳头周围巩膜的细胞外基质组织和生物力学
基本信息
- 批准号:9293031
- 负责人:
- 金额:$ 6.46万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2016
- 资助国家:美国
- 起止时间:2016-06-09 至 2017-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Project Summary
Glaucoma is the 2nd leading cause of blindness worldwide, as 7 million people are blind from this condition.
There have been extensive studies concluding that primary open angle glaucoma (POAG) has a higher
prevalence in populations of both African descent and Hispanic ethnicity. The mechanical theory of glaucoma
rests on the assumption that mechanical damage forces acting on the optic nerve cause a loss of retinal
ganglion cell function. While there is evidence that the extracellular matrix of the lamina cribrosa (LC) and
peripapillary sclera (PS) remodel in the presence of glaucoma, this remodeling has not been extensively
quantified in certain higher risk populations (aged, African Descent (AD), Hispanic Ethnicity (HE)). Preferential
differences in the PS microstructure and mechanical properties of these populations may provide a mechanism
by which POAG can occur at normal IOPs. The current research proposal will investigate the relationship
between PS and LC matrix microstructure and mechanical properties, seeking to identify how these
relationships are affected by race/ethnicity and age. The central hypothesis of the proposed work is that
differences in the microstructure and mechanical properties of the LC and PS exist as a function of
race/ethnicity and age. These changes are hypothesized to play a role in the higher prevalence of glaucoma in
populations of AD and HE compared with those of European Descent (ED), independent of the level of
intraocular pressure.
While the extracellular matrix microstructures of the LC and PS have been investigated previously, how
such organization relates to the mechanical function of these tissues is not currently understood. This is
primarily due to the fact that nearly all quantification of this microstructural information has resulted from
histological studies which rely on snap freezing or fixing the tissue in an embedding medium (thus precluding
simultaneous mechanical characterization). We have recently developed a micro-optomechanical (MOMD)
device which is capable of simultaneously measuring the matrix organization of unfixed LC and PS while these
tissues undergo mechanical deformations. The MOMD excites the second harmonic generation of collagen
and the two-photon emitted fluorescence of elastin while simultaneously exposing posterior ocular tissues to
either planar biaxial or pressure-inflation loads. The three primary aims of this project are to identify differences
(as a function of race/ethnicity and age) in 1) the microstructural organization of the human LC at various IOPs;
2) the biomechanical response and microstructure the human PS at various IOPs; and 3) the biomechanical
environment of posterior ocular tissues using microstructurally-based computational simulations. Providing a
detailed account of age and ethnicity associated differences in LC and PS microstructure and mechanical
properties may provide a unique opportunity for the development of novel diagnosis and treatment
opportunities.
项目概要
青光眼是全球第二大失明原因,有 700 万人因此失明。
大量研究表明,原发性开角型青光眼 (POAG) 的发病率较高。
非洲裔和西班牙裔人群中的患病率。青光眼的机械理论
假设作用于视神经的机械损伤力导致视网膜丧失
神经节细胞功能。虽然有证据表明筛板 (LC) 的细胞外基质和
青光眼存在时视乳头周围巩膜(PS)重塑,但这种重塑尚未广泛
在某些高风险人群(老年人、非洲人后裔 (AD)、西班牙裔 (HE))中进行量化。优惠
这些群体的 PS 微观结构和机械性能的差异可能提供了一种机制
POAG 可以在正常 IOP 下发生。当前的研究计划将调查这种关系
PS 和 LC 基体微观结构和机械性能之间的关系,试图确定这些
关系受到种族/民族和年龄的影响。拟议工作的中心假设是
LC 和 PS 的微观结构和机械性能存在差异,具体取决于以下因素:
种族/民族和年龄。假设这些变化在青光眼患病率升高中发挥了作用
AD 和 HE 人群与欧洲血统 (ED) 人群相比,与
眼压。
虽然之前已经研究过 LC 和 PS 的细胞外基质微观结构,但如何
目前尚不清楚这种组织与这些组织的机械功能的关系。这是
主要是因为几乎所有微观结构信息的量化都是由
依赖于快速冷冻或将组织固定在包埋介质中的组织学研究(从而排除
同时机械表征)。我们最近开发了一种微光机械(MOMD)
该装置能够同时测量未固定的 LC 和 PS 的基质组织,同时这些
组织发生机械变形。 MOMD 激发胶原蛋白的二次谐波产生
双光子发射弹性蛋白荧光,同时将眼后组织暴露在
平面双轴载荷或压力膨胀载荷。该项目的三个主要目标是找出差异
(作为种族/民族和年龄的函数)1) 不同眼压下人类 LC 的微观结构组织;
2) 不同眼压下人体 PS 的生物力学反应和微观结构; 3)生物力学
使用基于微观结构的计算模拟来模拟眼后组织的环境。提供一个
详细说明了与年龄和种族相关的 LC 和 PS 微观结构和机械差异
特性可能为开发新型诊断和治疗提供独特的机会
机会。
项目成果
期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Sequential-digital image correlation for mapping human posterior sclera and optic nerve head deformation.
用于绘制人类后巩膜和视神经乳头变形的序列数字图像相关性。
- DOI:
- 发表时间:2014-02
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Pyne, Jeffrey D;Genovese, Katia;Casaletto, Luciana;Vande Geest, Jonathan P
- 通讯作者:Vande Geest, Jonathan P
A porohyperelastic finite element model of the eye: the influence of stiffness and permeability on intraocular pressure and optic nerve head biomechanics.
眼睛的多孔超弹性有限元模型:刚度和渗透性对眼压和视神经乳头生物力学的影响。
- DOI:
- 发表时间:2016
- 期刊:
- 影响因子:1.6
- 作者:Ayyalasomayajula, Avinash;Park, Robert I;Simon, Bruce R;Vande Geest, Jonathan P
- 通讯作者:Vande Geest, Jonathan P
A Subdomain Method for Mapping the Heterogeneous Mechanical Properties of the Human Posterior Sclera.
绘制人类后巩膜异质机械特性的子域方法。
- DOI:
- 发表时间:2019
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Kollech, Hirut G;Ayyalasomayajula, Avinash;Behkam, Reza;Tamimi, Ehab;Furdella, Kenneth;Drewry, Michelle;Vande Geest, Jonathan P
- 通讯作者:Vande Geest, Jonathan P
A one-dimensional mixed porohyperelastic transport swelling finite element model with growth.
具有增长的一维混合多孔超弹性输运膨胀有限元模型。
- DOI:
- 发表时间:2014-01
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Harper, J L;Simon, B R;Vande Geest, J P
- 通讯作者:Vande Geest, J P
Differences in the region- and depth-dependent microstructural organization in normal versus glaucomatous human posterior sclerae.
正常与青光眼人类后巩膜的区域和深度依赖性微结构组织的差异。
- DOI:
- 发表时间:2013-12-03
- 期刊:
- 影响因子:4.4
- 作者:Danford, Forest L;Yan, Dongmei;Dreier, Robert A;Cahir, Thomas M;Girkin, Christopher A;Vande Geest, Jonathan P
- 通讯作者:Vande Geest, Jonathan P
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