This protocol describes a technique to assess changes in the maternal vasculature during pregnancy in mice. Using stereological methods, remodeling of the decidual spiral arteries is assessed quantitatively and the results confirmed qualitatively using immunohistochemistry.
The placenta mediates the exchange of factors such as gases and nutrients between mother and fetus and has specific demands for supply of blood from the maternal circulation. The maternal uterine vasculature needs to adapt to this temporary demand and the success of this arterial remodeling process has implications for fetal growth. Cells of the maternal immune system, especially natural killer (NK) cells, play a critical role in this process. Here we describe a method to assess the degree of remodeling of maternal spiral arteries during mouse pregnancy. Hematoxylin and eosin-stained tissue sections are scanned and the size of the vessels analysed. As a complementary validation method, we also present a qualitative assessment for the success of the remodeling process by immunohistochemical detection of smooth muscle actin (SMA), which normally disappears from within the arterial vascular media at mid-gestation. Together, these methods enable determination of an important parameter of the pregnancy phenotype. These results can be combined with other endpoints of mouse pregnancy to provide insight into the mechanisms underlying pregnancy-related complications.
El intercambio de nutrientes, gases y productos de desecho durante la gestación eutherian está mediada por la placenta. En el tracto reproductor femenino, las arterias uterinas son los principales conductos de sangre al útero. Después de la implantación, éstas se ramifican en vasos especializadas llamadas arterias espirales que se enroscan a través de los decidua basal hacia la unidad fetoplacentaria. Diámetro y la elasticidad de estas arterias espirales, que están rodeados por los leucocitos, en particular células natural killer uterina (unk), dictan volumen y la velocidad de la sangre a disposición de la placenta 1,2. Alteraciones hemodinámicas correctas como resultado de la remodelación de las arterias espirales son críticos para el éxito del embarazo.
Si bien los mecanismos subyacentes difieren en detalle entre el ser humano y el embarazo murino, el resultado final del proceso de remodelación en ambas especies se dilata, de alta conductancia de la vasculatura que pierde su capa de músculo liso. En ratones, UNK interferón derivado de células (SIN-) γ es necesaria para inducir estos cambios en torno a mediados de la gestación 3-5. Los ratones que carecen de cualquiera de las células NK o componentes de la vía de señalización de IFN-γ dejar de someterse a estos cambios y esto se asocia con una reducción de 6,7 el crecimiento fetal, haciendo hincapié en la importancia de un adecuado suministro de sangre a la unidad fetoplacentaria. Durante el embarazo humano temprano, la invasión intersticial y endovascular de trofoblasto extravelloso y su interacción con las células unk son importantes para la inducción de cambios vasculares y promover el crecimiento fetal 8-10. células unk pueden orquestar la invasión del trofoblasto humano a través de quimiocinas y citocinas 11 tales como granulocitos y macrófagos – factor estimulante de colonias (GM-CSF) 12. Invasión trofoblasto superficial se asocia con la remodelación arterial y complicaciones del embarazo reducidas tales como la preeclampsia 9.
Este protocolo se basa en el trabajo pionero de Anne Croy quien describió el importantepapel del sistema inmune y en particular derivados de IFN-γ NK para la remodelación vascular a través de inmunohistoquímica éxito y transferencia elegante experimentos 5,13. Aquí se describe un modo rápido y económico para evaluar el estado remodelación de arterias espirales. Aunque nuestro laboratorio evalúa rutinariamente esto en mitad de la gestación (días de gestación (gd) 9.5) 14, el proceso de remodelación tiene lugar entre gd8.5 y 12.5 15. La llegada de los escáneres de diapositivas automáticas ha facilitado en gran medida la evaluación de las áreas de los vasos y de lumen de secciones y descubrimos que se trata de un enfoque más reproducible que la medición de diámetros de los vasos. La adición de detección inmunohistoquímica de SMA permite una sencilla validación de los resultados obtenidos de la evaluación estereológicos. Al igual que con todas las técnicas estereológicos, se recomienda llevar a cabo la evaluación como un experimento ciego por al menos dos examinadores. Con este fin, un paso aleatorización puede ser introducido cuando se corta en serieting las muestras para que los investigadores que evalúan las diapositivas no saben de qué grupo experimental las muestras provienen.
El objetivo general de este protocolo es proporcionar una herramienta fiable para evaluar cuidadosamente la remodelación de las arterias espirales en ratones con genotipos maternos y paternos definidos, en el contexto de modelos de ratón de complicaciones relacionadas con el embarazo. Los resultados subrayan la dependencia de las células UNK de este proceso, que es esencial para el crecimiento normal del feto.
El protocolo que aquí se presenta está diseñado para proporcionar un método reproducible mediante el cual evaluar los cambios vasculares que son necesarias para un embarazo exitoso. Crítico para el éxito de esta evaluación es la calidad de las secciones de tejido. Tanto determinar con precisión la edad gestacional de los lugares de implantación, así como la ligadura de forma fiable las arterias uterinas son pasos cruciales. Los cambios en parámetros tales como el tiempo de la fijación, el protocolo de procesamiento de tejido, etc. también pueden afectar el resultado. Para una evaluación imparcial estereológicos, es importante para medir el mismo número de vasos en cada sitio de implantación. Se recomienda para medir 5 vasos por sitio de implantación y cada sitio de implantación por triplicado. La media de estos 15 mediciones representa el tamaño medio de los 5 buques más grandes.
En relación con los datos de Rag2 alymphoid – / – IL2RG – / – ratones muestran aquí, encontramos este protocol útil para una serie de modelos de la función inmune materna inadecuada, incluyendo una de las células NK inhibidos 14. Los defectos en la remodelación arterial también se han demostrado en modelos de invasión trofoblástica deteriorado 18 y las técnicas descritas aquí pueden ser útiles para evaluar la vasculatura en estos casos. Hemos optimizado y validado este protocolo para la investigación de la remodelación vascular decidual en mitad de la gestación en el ratón, pero también es concebible para adaptar este protocolo para trabajar en otros sistemas modelo (por ejemplo, ratas) o incluso en otros órganos. Aunque nos encontramos con que la remodelación NK-dependiente puede ser evaluado con firmeza en gd9.5, puede ser modificado para otros puntos de tiempo como gd12.5, cuando la vasculatura materna está completamente remodelado. En este punto de tiempo, la invasión del trofoblasto endovascular es más profunda 16 y este punto de tiempo puede ser más adecuado para las investigaciones sobre el papel del trofoblasto para cambios vasculares. Si se desean lecturas cuantitativas adicionales,los investigadores también pueden aumentar el número de secciones teñidas para evaluar la SMA y porcentaje de vasos parcialmente remodeladas dentro de cada sitio de implantación.
Una limitación de este protocolo es la naturaleza descriptiva de los exámenes histológicos. Los ensayos funcionales, sin embargo, sólo están convirtiendo lentamente disponibles (tales como ultrasonido Doppler 19). Estas técnicas requieren conocimientos técnicos y gastos mucho más altos para la adquisición y mantenimiento de los equipos, pero tienen la ventaja de proporcionar una lectura longitudinal en vivo para el efecto de los cambios que se pueden observar histológicamente. Un posible inconveniente de todos los exámenes estereológicas es la subjetividad de los investigadores. Para ello, el uso de dos examinadores independientes que analizan todas las muestras de forma independiente puede ayudar a evitar este problema. Mientras que el protocolo descrito aquí da una idea de la cantidad de sangre puede alcanzar la interfaz feto-materna, puede ser ventajoso combinar con el complenfoque ementary de evaluar la cantidad total de sangre en un momento dado en el sistema vascular a través del plástico arroja 16.
La fuerza de este protocolo es que combina dos enfoques independientes. Cambio vascular se evaluó por primera cuantitativamente estereología y el resultado es entonces validado cualitativamente mediante inmunohistoquímica. La fiabilidad de los resultados puede ser reforzada por aleatorización de las muestras. Las muestras preparadas para este protocolo se puede utilizar fácilmente para investigar también otros parámetros del embarazo como decidualización, el desarrollo del agregado linfoide mesometrial del embarazo (MLAP) o inmunodetección de células de interés, para evaluar rigurosamente un fenotipo de embarazo en mitad de la gestación.
Remodelación arterial es un paso crítico para los embarazos sin complicaciones en las mujeres y la falta de estos cambios sustenta los grandes síndromes obstétricos (GOS), a saber, la preeclampsia, restricción del crecimiento fetal ynacimiento de un niño muerto. Presentamos aquí las técnicas para evaluar cuidadosamente un fenotipo embarazo en modelos de ratón que imitan algunas características de la fisiopatología de la SMO.
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to thank all members of the Colucci lab for helpful discussions. This work was funded by The Wellcome Trust [094073/Z/10/Z], The Centre for Trophoblast Research and The British Heart Foundation.
C57BL/6 mice (8-12 weeks old) | Charles River | ||
Dental floss | |||
Polystyrene | Used for holding tissue in place | ||
Straight dissection scissors | EMS | 72940 | |
25G needles | BD | 300600 | Used for holding tissue in place |
50 ml conical tubes | Falcon | 352070 | |
Formalin solution, neutral buffered, 10% | Sigma | HT501128-4L | |
Phosphate buffered saline | Sigma | P3813-10PAK | |
Ethanol | Sigma | 32221-2.5L | |
Paraffin | Sigma | 327204-1KG | |
Xylene | Fisher Scientific | X/0250/17 | |
Automated tissue processor | Sakura | 6032 | |
Microtome | Leica | RM2245 | |
Slide rack | Sigma | Z710989 | |
Coplin jar | Sigma | S5891 | |
Purified water | |||
Hematoxylin solution, Gill No. 3 | Sigma | GHS332-1L | |
Eosin Y solution | Sigma | HT110116-500ML | |
Fume hood | |||
Xylene-based mounting media | VWR | 361254D | |
Slide scanner | Hamamatsu | NanoZoomer | |
Slide scanner software | Hamamatsu | NDP viewer | |
Sodium citrate tribasic dihydrate | Sigma | 32320 | Make 10 mM solution and adjust pH to 6 |
Pressure cooker | Used for antigen retrieval | ||
Heating plate | Used for antigen retrieval | ||
Hydrophobic barrier pen | Vector | H-4000 | |
Hydrogen peroxide | Fisher Scientific | H/1800/15 | |
Tris buffered saline | Sigma | T6664-10PAK | |
Mouse on mouse kit | Vector | BMK-2202 | Significantly reduces background |
Mouse anti-human smooth muscle actin | DAKO | M0851 | Cross-reacts with mouse |
IgG2a isotype control | DAKO | X0943 | |
Humidified chamber | Sigma | H6644 | |
3,3’-Diaminobenzidine solution | Sigma | D4293-5SET | |
Hydrochloric acid | Fisher Scientific | H/1050/PB17 |