Eye growth, optics and visual performance of the mouse, a new mammalian model to study myopia

Abstract

1. The mouse has a number of advantages over other animal models to study myopia, including the availability of knock-out models, the extensive knowledge on its genome, transcriptome and proteom, and its physiology. However, no data are published on the development of its ocular biometry and optical properties. Therefore, a paraxial schematic model of the growing eye for the most common laboratory mouse strain, the C57BL/6 mouse, for the age range between 22 and 100 days, was developed (Schmucker & Schaeffel, 2004a). 2. Until now, a major drawback of the mouse was that its ocular dimensions cannot be measured in vivo, and that the current techniques post-mortem suffer from limited resolution. Therefore, the potential of a new technique, optical low coherence interferometry, adapted for short measurement distances by Meditec, Carl Zeiss, Jena, Germany, was tested. Using this technique, ocular biometry was performed in mice with normal vision and after deprivation of form vision (Schmucker & Schaeffel, 2004b). 3. Despite the evidence that mice have some spatial vision, it is not known at present at which illuminances it is important. Therefore, spatial acuity of wild-type C57BL6/J mice was measured in a newly developed automated optomotor paradigm at different illuminances. Furthermore, mutant mice lacking either rods or cones, or both, were studied to determine the rod and cone contribution to spatial vision (Schmucker, Seeliger, Humphries, Biel, & Schaeffel, 2005). 4. To determine how diffusers, spectacle lenses and atropine affect spatial vision in the mouse, the contrast thresholds at different spatial frequencies with lenses or diffusers, or after topical application of eye drops with atropine were determined. These information are necessary to find out which treatments could effectively induce refractive errors in young animals. Measurements were performed under both photopic conditions and in dim light, using an optomotor paradigm that was developed in the course of the study (see 3.) (Schmucker & Schaeffel, 2005).

Referenzen: 1. Schmucker, C., & Schaeffel, F. (2004a). A paraxial schematic eye model for the growing C57BL/6 mouse. Vision Research, 44(16), 1857-1867. 2. Schmucker, C., & Schaeffel, F. (2004b). In vivo biometry in the mouse eye with low coherence interferometry. Vision Research, 44(21), 2445-2456. 3. Schmucker, C., Seeliger, M., Humphries, P., Biel, M., & Schaeffel, F. (2005). Grating acuity at different luminances in wild-type mice and in mice lacking cone or rod function. Investigative Ophthalmology & Visual Science, 46(1), 398-407. 4. Schmucker, C., & Schaeffel, F. (2005). Contrast sensitivity of wild-type mice wearing diffusers or spectacle lenses, and the effect of atropine. Vision Research, in press (online publication 1st July 2005).

1. Die Maus ist ein vielversprechendes Modell in der Myopieforschung, da das Genom vollständig sequenziert ist, viele transgene Modelle und Inzuchtstämme zur Verfügung stehen und Selektionszüchtung leicht möglich ist. Um das Auge der Maus jedoch einsetzen zu können, ist eine detaillierte Beschreibung der Optik in der Ontogenese erforderlich. Im Rahmen dieser Arbeit wurde deshalb ein schematisches Modell für das wachsende Auge von Wildtypmäusen (C57BL/6) entwickelt (Schmucker & Schaeffel, 2004a). 2. Die Erzeugung und Messung von Kurzsichtigkeit stellt im Mausauge (3 mm lang) eine besondere Herausforderung dar. Zur Messung der Achsenlänge in vivo wurde eine neu entwickelte Technik, die optische Niederkohärenz-Interferometrie ("ACMaster", Carl Zeiss, Jena) getestet. Damit ist es gelungen, die Achsenlänge des Mausauges mit einer Standardabweichung von 10 mikrometer zu bestimmen. Ausserdem konnte damit gezeigt werden, dass das Mausauge, wie auch die Augen anderer Tiermodelle, auf Störung der retinalen Bildqualität mit beschleunigtem Längenwachstum reagiert (Schmucker & Schaeffel, 2004b). 3. Obwohl man bereits weiss, dass Mäuse eine geringe Sehschärfe aufweisen (ca. 0.50 Zyklen/Grad), ist nichts darüber bekannt, bei welchen Helligkeiten die Tiere am besten sehen. Um das Sehsystem bei Mäusen genauer zu untersuchen, wurde ein automatisiertes Optomotorik-Verfahren entwickelt. Damit war es möglich, die Sehschärfe bei Wildtypmäusen bei unterschiedlichen Helligkeiten zu untersuchen. Ausserdem wurden Mausmutanten untersucht, denen Stäbchen und/oder Zapfen fehlten. Überraschenderweise, sahen Mäuse besser bei heller Beleuchtung, und dies hauptsächlich mit den Stäbchen, nicht mit den Zapfen (Schmucker, Seeliger, Humphries, Biel, & Schaeffel, 2005). 4. Um herauszufinden, inwieweit Mattgläser, Brillengläser (bis ±20 dpt) und Atropin Augentropfen Einfluss auf die Sehschärfe von Mäusen haben, wurden die Kontrastschwellen mit Hilfe des Optomotorik-Verfahrens (siehe 3.) bestimmt. Die Untersuchungen wurden bei unterschiedlichen Ortsfrequenzen sowohl im photopischen als auch im skotopischen Bereich durchgeführt. Diese Messungen gaben Aufschluss darüber, durch welche Behandlungsmethoden am effektivsten Refraktionsfehler im Mausauge erzeugt werden können (Schmucker & Schaeffel, 2005).

Referenzen: 1. Schmucker, C., & Schaeffel, F. (2004a). A paraxial schematic eye model for the growing C57BL/6 mouse. Vision Research, 44(16), 1857-1867. 2. Schmucker, C., & Schaeffel, F. (2004b). In vivo biometry in the mouse eye with low coherence interferometry. Vision Research, 44(21), 2445-2456. 3. Schmucker, C., Seeliger, M., Humphries, P., Biel, M., & Schaeffel, F. (2005). Grating acuity at different luminances in wild-type mice and in mice lacking cone or rod function. Investigative Ophthalmology & Visual Science, 46(1), 398-407. 4. Schmucker, C., & Schaeffel, F. (2005). Contrast sensitivity of wild-type mice wearing diffusers or spectacle lenses, and the effect of atropine. Vision Research, in press (online Veröffentlichung am 1. Juli 2005).