Este manuscrito descreve um protocolo simples para o isolamento de arteríolas da retina rato que podem ser usados em, cálcio imaging e pressão miografia Estudos eletrofisiológicos.
A retina é um tecido altamente metabolicamente ativo que requer uma fonte substancial de sangue. A circulação da retina suporta a retina interior, enquanto os vasos da coroide fornecem os fotorreceptores. Alterações na perfusão retiniana contribuam para inúmeros transtornos visão em risco, incluindo retinopatia diabética, glaucoma e retina ramo veia oclusões. Compreender os mecanismos moleculares envolvidos no controle do fluxo de sangue através da retina e como estas são alteradas durante a doença ocular pode levar à identificação de novos alvos para o tratamento dessas condições. Arteríolas retina são os vasos de resistência principal da retina e, por conseguinte, um papel fundamental na regulação da retina hemodinâmica através de alterações no diâmetro luminal. Nos últimos anos, desenvolvemos métodos para isolar arteríolas da retina rato que são adequadas para uma ampla gama de aplicações, incluindo estudos de fisiologia celular. Esta preparação já começou a produzir novos insights sobre como o fluxo sanguíneo é controlado na retina e nos permitiu identificar algumas das principais mudanças que ocorrem durante a doença ocular. Neste artigo, descrevemos os métodos para o isolamento de arteríolas da retina de ratos e incluem protocolos para a sua utilização em eletrofisiologia remendo-braçadeira, imagem latente de cálcio e estudos miografia de pressão. Estes vasos também são favoráveis para uso em PCR-, ocidental mancha e imuno-histoquímica-com base em estudos.
Compreensão de como o fluxo sanguíneo é controlado na retina é uma meta importante, desde que o fluxo sanguíneo anormal tem sido implicado na patogênese de uma variedade de vista-ameaçando doenças da retina1,2,3, 4. A circulação da retina, que abastece o interior da retina neurônios e células gliais, tem um arranjo de artéria de final, com todo o sangue das artérias da retina e arteríolas passando através dos capilares para as vênulas da retina e, finalmente, veias5. Fluxo sanguíneo na retina é regulado pelo tom da artéria da retina e arteríolas, bem como a atividade contrátil dos pericitos localizados nas paredes dos vasos capilares da retina e vênulas pós-capilares6,7, 8. o controle do tônus vascular da retina é complexo e é modulado por uma série de entradas do sistema circulatório e tecido circundante da retina, incluindo os gáses de sangue, circulam moléculas e hormonas, e substâncias vasoativas libertado o retiniana vascular endotélio e macroglia9,10,11. As arteríolas da retina são os pequenos ramos arteriais da retina e são compostas de uma única camada de células de músculo liso vascular e um revestimento interno de dispostas longitudinalmente células endoteliais12,13, 14. estes vasos formam o site principal da resistência vascular dentro da circulação da retina e, portanto, desempenhar um papel importante no controle local do fluxo sanguíneo da retina. Arteríolas retina regulam o fluxo de sangue capilar na retina por dilatação ou constrição seu diâmetro luminal, mediado por alterações na contratilidade de músculo liso vascular10,15,16. Compreender os mecanismos moleculares através da qual retinal arteríolas regulam perfusão da retina, portanto, requer preparações onde as células arteriolar músculo liso podem ser acessadas e estudou em condições fisiológicas como possível tão perto.
Ex vivo preparações das embarcações de sangue retinais isoladas fornecem acesso para as células de músculo liso vascular, mantendo ainda sua funcionalidade e interconectividade com o endotélio subjacente. A maioria dos estudos até à data de utilização dos recipientes isolados têm-se centrado na grandes bovina ou suínos vasos arteriais (60-150 µm). Estas podem ser montadas no fio comercialmente disponível ou sistemas de myograph de pressão para permitir o interrogatório farmacológico de células de músculo liso vascular mecanismos contráteis17,18. Tais preparações contribuíram grandemente para o nosso conhecimento da fisiologia vascular da retina, em condições normais. Alguns estudos utilizaram arteríolas retina isoladas de animais de laboratório pequeno como o seu diâmetro menor (~ 8-45 µm) impede a sua utilização em sistemas convencionais miografia19,20,21,22. Uma vantagem importante, no entanto, da utilização de embarcações de animais de laboratório pequeno é a ampla disponibilidade de modelos de doenças geneticamente modificados, transgênicos e da retina. Animais de laboratório pequeno também estão mais receptivos para estudos de intervenção na vivo .
Aqui descrevemos simples protocolos para isolar e canulação arteríolas da retina de ratos para experimentos miografia de pressão. CA2 + imagem e Eletrofisiologia protocolos utilizando estes vasos também são detalhados. Estes podem fornecer mais insights sobre a regulação da contratilidade do músculo liso vascular e fluxo sanguíneo na retina.
Os protocolos descritos acima requerem prática, mas devem ser alcançáveis com mínimo de solução de problemas. Em um dia médio nós obter arteríolas utilizáveis de 6-8 do isolamento e alcançar experiências bem sucedidas de 3-4. Se forem encontrados problemas, no entanto, existem algumas etapas que podem ser tomadas para ajudar a melhorar as taxas de sucesso. Ocasionalmente encontramos, particularmente quando usando ratos mais jovens (< 8 semanas), que o rendimento das arteríolas pode ser baixo. Para contornar este problema, sugerimos que a centrifugação o tecido da retina (s 10-30 a 500 x g) entre cada um da trituração passos em passos 1.12-1.14. Isso geralmente ajuda a melhorar o rendimento dos navios, mas também aumentará a quantidade de detritos de célula dentro da preparação.
Quando a canulação de vasos para estudos miografia de pressão é importante verificar as arteríolas cuidadosamente para qualquer lado-filiais que podem ter sido clivadas próximo ao local de bifurcação. Isto representa uma causa comum de vazamento e perda de pressão durante a experimentação. O principal problema que pode surgir com os [Ca2 +]eu protocolos é o nível de carregamento de corante. Carregamento de tintura pobre leva a baixos índices de sinal-ruído, enquanto sobrecarga resulta na interrupção da normal Ca2 + homeostase. Para reduzir a probabilidade de qualquer destas questões, uma pequena alíquota do homogenate retinal pode ser removida, e vasos isolados verificada periodicamente durante o protocolo de carregamento. Quando a empresa remendo-braçadeira experimentos, a taxa de sucesso de formação gigaseal é altamente dependente de como bem a lâmina basal tem sido digerida. Quando inicialmente testando este protocolo ou usando novos lotes de enzimas pode ser necessário ajustar a concentração/duração da digestão enzimática. Monitorar cuidadosamente a separação das camadas endoteliais e musculares lisas garantirá a digestão suficiente para remover suficiente basal laminais para obter acesso. Cuidadoso monitoramento também é necessário evitar excesso de digestão, que pode se manifestar como o navio começa a constrição. Se isso ocorrer, as células de músculo liso são muitas vezes demasiado frágil para gravação de braçadeira do remendo. Quando a aplicação de enzimas, é importante incluir DNAse I para assegurar a remoção dos filamentos de DNA libertados de células danificadas durante o processo de isolamento. Fragmentos de DNA são pegajosos e causar o fórceps a aderir a arteríola durante os estágios finais do processo de limpeza (etapa 4.4), muitas vezes resultando em perda de navio. Limpeza dos vasos é tecnicamente difícil e é melhor executada em alta ampliação (20 X) com suaves movimentos arrebatadoras de pinça fechada do diâmetro da ponta possível melhor. Entre varreduras, limpe a pinça com rolo de laboratório.
Como destacado anteriormente, uma chave motivação por trás do desenvolvimento dos protocolos descritos neste manuscrito foi entender melhor por que o fluxo sanguíneo é interrompido durante doenças vasculares da retina. A maioria do nosso trabalho para data centrou-se na doença de olho diabético28,33. As arteríolas podem ser isoladas de retinas de modelos experimentais de roedores de diabetes usando os métodos descritos na secção 1. Quando experimentando em arteríolas retina isoladas de animais diabéticos, é importante tentar intimamente replicar as condições hiperglicêmicos experimentadas pelo vasos na vivo. Por esta razão, nós normalmente aumentaria os níveis de D-glicose em nosso isolamento e soluções experimentais de 25 mM. Espessamento das membranas vasculares do porão é um fenômeno bem reconhecido nos vasos da retina durante a diabetes34,35. Ao utilizar animais com diabetes prolongada (> 1 meses de duração doença), concentrações de enzima aumentada ou tempos de digestão são muitas vezes necessários para permitir a aplicação dos métodos de gravação de remendo-braçadeira.
Uma limitação importante do uso de ex vivo isolado da retina arteríolas para estudar fisiologia vascular da retina e fisiopatologia é a perda do neuropile circundante da retina. Embora a remoção das células neuronais e gliais da retina permite o acesso fácil às células da retina músculo liso vascular para estudos de fisiologia celular, a resposta dos vasos para os mediadores vasoativas pode mudar dramaticamente na ausência e presença de retina tecido. As ações de adenosina tri-fosfato (ATP), por exemplo, fornecem uma boa ilustração desse ponto. Em isolado rato arteríolas retina, adição de ATP disparadores uma robusta constrição dos vasos36, enquanto na presença de um neuropile intacta, os vasos dilatam37. Portanto, sempre que possível, geralmente tentamos validar as principais conclusões de nossos preparativos arteríola isolado usando ex vivo retinal todo-montagens e medições em vivo do navio diâmetro e sangue fluxo16,37 . Digno de nota, novos métodos surgiram recentemente para estudar pequenas arteríolas e capilares na retina porcina toda perfundidos ex vivo38,39. Tais preparações são susceptíveis de melhorar significativamente a nossa compreensão de como a retina neuropile regula Tom arteriolar e capilar da retina e como alterações na hemodinâmica da retina modulam a atividade neuronal na retina.
Embora os procedimentos descritos neste artigo concentram-se na utilização de arteríolas retina de rato isolado de fisiologia de célula compreensão arteriolar músculo liso, estamos atualmente desenvolvendo protocolos para habilitar também o estudo da função da célula endotelial em estes vasos. No trabalho preliminar, temos sido bem sucedidos em modificar a digestão enzimática dos segmentos arteriolar retiniano para produzir tubos de células endoteliais viáveis que são passíveis de Ca2 + imagens e patchclamp estudos de gravação. Canulação das arteríolas isoladas em ambas as extremidades, permitindo intraluminal entrega de drogas, no futuro poderia também habilitar endotélio-dependente respostas vasodilatadoras para ser investigado destes vasos.
The authors have nothing to disclose.
Desenvolvimento dos protocolos descritos neste trabalho foi apoiado por bolsas de agências de fomento seguintes: BBSRC (BB/I026359/1), luta para vista (1429 e 1822), a Fundação de pesquisa de Diabetes juvenil (2-2003-525), Wellcome Trust (074648/Z/04), Fundação britânica do coração (PG/11/94/29169), HSC R & D Division (STL/4748/13) e MRC (MC_PC_15026).
Beakers | Fisherbrand | 15409083 | Or any equilavent product |
Curved Scissors | Fisher Scientific | 50-109-3542 | Or any equilavent product |
Disposable plastic pipette/ transfer | Sarstedt | 86.1174 | 6mL is best but other sizes are acceptable; remove tip to widen aperture |
Dissecting microscope | Brunel Microscopes LTD | Or any equilavent product | |
Forceps | World Precision Instruments | Dumont #5 14095 | Any equivalent fine forceps |
Pasteur pipette | Fisherbrand | 11546963 | Fire polished to reduce friction but not enough to narrow the tip |
Petri dish | Sigma-Aldrich | P7741 | Or any equilavent 10cm product |
Pipette teat | Fisherbrand | 12426180 | Or any equilavent product |
Purified water supply | Merek | Milli-Q Integral Water Purification System | Or any equilavent system |
Round bottomed test tube | Fisherbrand | 14-958-10 B | 5 mL; any equilavent product |
Seratted forceps | Fisher Scientific | 17-467-230 | Or any equilavent product |
Single edge blades | Agar Scientific | T585 | Or any equilavent product |
Sylgard | Dow Corning | 184 | Or any pliable surface |
Testtube rack | Fisherbrand Derlin | 10257963 | Or any equilavent product |
Pressure myography | |||
3-axis mechanical manipulator | Scientifica | LBM-7 | x2 (or any equilavent product) |
3-way taps | Cole-Parmer | UY-30600-02 | Or any equilavent product |
Air table | Technical Manufacturing Corporation | Clean Bench | Or any equilavent product |
Analysis software | Image J | https://downloads.imagej.net/fiji/ | Free imaging software |
Analysis plugin | Myotraker | https://doi.org/10.1371/journal.pone.0091791.s002 | Custom plugin for imageJ Freely available for download |
Cannulation pipette glass | World Percision instruments | TW150F-4 | Or any equilavent product |
Computer | Dell | Optiplex 7010 | Or any equilavent product |
Digital Thermometer | RS | 206-3722 | Or any equilavent product |
Fluo-4-AM | Thermo Fisher Scientific | F14201 | Make 1 mM stock in DMSO |
Forceps | World Precision Instruments | Dumont #7 14097 | Any equivalent fine forceps |
Fura-2-AM | Thermo Fisher Scientific | F1221 | Make 1 mM stock in DMSO |
Glass bottomed recording chamber | Warner Instruments | 64-0759 | Or any equilavent product |
Helper pipette glass | World Percision instruments | IB150F-3 | Or any equilavent product |
In-line heater | Custom made | Commerical equilavent SH-27B Solution In-Line Heater from Harvard Apparatus | |
Inverted microscope | Nikon | Eclypse TE 300 | Or any equilavent product |
Manometer | Riester | LF1459 | Or any equilavent product |
Microelectrode puller | Sutter instruments | P97 | Or any equilavent product |
Microforge + Olympus CX 31 microscope | Glassworks | Fine Point F-550 | Or any equilavent product |
Micromanipulator | Sutter instruments | MP-285 | Or any equilavent product |
Multi-channel delivery manifold | Automate Scientific | Perfusion Pencil | Or any equilavent product |
Pipette filler | BD Plastipak | 1mL | Syringe heated and pulled to internal diameter of pipette |
Pipette holder | Molecular Devices | 1-HL-U | Or any equilavent product |
Suction pump | Interpet | AP1 | Converted aeration pump by reversing bellows |
Syringe | BD Plastipak | 20mL Luer-lok | Or any equilavent product |
Tungsten wire | Advent | W558818 | 75μm diameter |
Tygon Tubing | VWR | miscellaneous sizes | Or any equilavent product |
USB camera | Logitech | HD Pro Webcam C920 | Or any equilavent product |
Video capture software | Hypercam | version 2.28.01 | Or any equilavent product |
Water bath | Grant | Sub Aqua 12 Plus | Or any equilavent product |
x20 lens | Nikon | 20x/0.40 WD 3.8, ∞/0.17 | Or any equilavent product |
x4 lens | Nikon | 4x/0.10, WD 30, ∞/- | Or any equilavent product |
Y-connectors | World Percision Instruments | 14012 | Or any equilavent product |
Patch clamping | |||
3-way taps | Cole-Parmer | UY-30600-02 | Or any equilavent product |
3-axis mechanical manipulator | Scientifica | LBM-7 | Or any equilavent product |
Air table | Technical Manufacturing Corporation | Clean Bench | Or any equilavent product |
Amphotericin B | Sigma-Aldrich | A2411 | 3 mg disolved daily in 50 μL of DMSO (sonicate to dissolve) |
Amplifier | Molecular Devices | Axopatch 200a | Or any equilavent product |
Analogue digital converter | Axon | Digidata 1440A | Or any equilavent product |
Collagenase Type 1A | Sigma-Aldrich | C9891 | 0.1mg/mL in LCH |
Computer | Dell | Optiplex 7010 | Or any equilavent product |
Digital Thermometer | RS | 206-3722 | Or any equilavent product |
DNAse I | Millipore | 260913 | Working stock 1 MU mL-1 (10 MU diluted in 10 mL LCH) |
Faraday cage | Custom made | Any equilavent commerical product | |
Fine forceps | Dumont | No. 7 | Any superfine forcep |
Glass bottomed recording chamber | Warner Instruments | 64-0759 | Or any equilavent product |
Headstage | Molecular Devices | CV203BU | Or any equilavent product |
In-line heater | Custom made | Commerical equilavent SH-27B Solution In-Line Heater from Harvard Apparatus | |
Inverted microscope | Nikon | Eclypse TE 300 | Or any equilavent product |
Microelectrode puller | Sutter instruments | P97 | Or any equilavent product |
Microforge + Olympus CX 31 microscope | Glassworks | Fine Point F-550 | Or any equilavent product |
Micromanipulator | Sutter instruments | MP-285 | Or any equilavent product |
Multi-channel delivery manifold | Automate Scientific | Perfusion Pencil | Or any equilavent product |
Patching software | Molecular Devices | Pclamp v10.2 | Or any equilavent product |
Pipette filler | BD Plastipak | 1mL | Syringe heated and pulled to internal diameter of pipette |
Pipette holder | Molecular Devices | 1-HL-U | Or any equilavent product |
Protease Type XIV | Sigma-Aldrich | P5147 | 0.01mg/mL in LCH |
Single channel pipette glass | World Percision instruments | IB150F-3 | Or any equilavent product |
Suction pump | Interpet | AP1 | Converted aeration pump by reversing bellows |
Syringe | BD Plastipak | 20mL Luer-lok | Or any equilavent product |
Tungsten wire | Advent | W557418 | 50μm diameter |
Tygon Tubing | VWR | miscellaneous sizes | Any equilavent product to fit |
USB camera | Logitech | HD Pro Webcam C920 | Or any equilavent product |
Water bath | Grant | Sub Aqua 12 Plus | Or any equilavent product |
Whole cell pipette glass | Warner Instruments | GC150TF-7.5 | Or any equilavent product |
x20 lens | Nikon | 20x/0.40 WD 3.8, ∞/0.17 | Or any equilavent product |
x4 lens | Nikon | 4x/0.10, WD 30, ∞/- | Or any equilavent product |
x40 lens | Nikon | 40x/0.55, WD 2.1, ∞/1.2 | Or any equilavent product |
Y-connectors | World Percision Instruments | 14012 | Or any equilavent product |
Ca2+ imaging | |||
3-way taps | Cole-Parmer | UY-30600-02 | Or any equilavent product |
3-axis mechanical manipulator | Scientifica | LBM-7 | Or any equilavent product |
Acquisition software | Cairn Research Ltd. | Acquisition Engine V1.1.5 | Or any equilavent product; microfluorimetry |
Air table | Technical Manufacturing Corporation | Clean Bench | Or any equilavent product |
Analysis software for confocal imaging | Image J | https://downloads.imagej.net/fiji/ | Free imaging software |
Computer | Dell | Optiplex 7010 | Or any equilavent product |
Confocal microscope | Leica Geosystems | SP5 | Or any equilavent product; confocal |
Digital Thermometer | RS | 206-3722 | Or any equilavent product |
Fine forceps | Dumont | No. 7 | Any superfine forcep |
Glass bottomed recording chamber | Warner Instruments | 64-0759 | Or any equilavent product |
In-line heater | Custom made | Commerical equilavent SH-27B Solution In-Line Heater from Harvard Apparatus | |
Inverted microscope | Nikon | Eclipse TE2000 | Or any equilavent product; microfluorimetry |
Monochromator | Cairn Research Ltd. | Optoscan | Or any equilavent product; microfluorimetry |
Multi-channel delivery manifold | Automate Scientific | Perfusion Pencil | Or any equilavent product |
Pipette filler | BD Plastipak | 1mL | Syringe heated and pulled to internal diameter of pipette |
Software for confocal microscope | Leica Geosystems | LAS-AF version 3.3. | Or any equilavent product; confocal |
Suction pump | Interpet | AP1 | Converted aeration pump by reversing bellows |
Syringe | BD Plastipak | 20mL Luer-lok | Or any equilavent product |
Tungsten wire | Advent | W557418 | 50μm diameter |
Tygon Tubing | VWR | miscellaneous sizes | Any equilavent product to fit |
Water bath | Grant | Sub Aqua 12 Plus | Or any equilavent product |
x100 lens | Nikon | x100 N.A. 1.3 oil | Or any equilavent product; microfluorimetry |
x20 lens | Nikon | 20x/0.40 WD 3.8, ∞/0.17 | Or any equilavent product; microfluorimetry |
x20 lens | Leica Geosystems | HCX PL FLUOTAR, 20x/0.50, ∞/0.17/D | Or any equilavent product; confocal |
x4 lens | Nikon | 4x/0.10, WD 30, ∞/- | Or any equilavent product; microfluorimetry |
x4 lens | Leica Geosystems | C PLAN, 4x/0.10, ∞/-/✝ | Or any equilavent product; confocal |
x63 lens | Leica Geosystems | HCX PL APO, 63x/1.40 – 0.60 OIL CS ∞/0.17/E | Or any equilavent product; confocal |
Y-connectors | World Percision Instruments | 14012 | Or any equilavent product |
Pipettes | Specifications and settings for fabrication of pipettes for experimentation | ||
Helper pipette | World Percision instruments | IB150F-3 | Inner diameter: 0.86 mm Ramp: 261 Pressure: 300 Heat: 280 Pull : 0 Velocity: 56 Time: 250 No of cycles: 4 Tip diameter: 0.5-2 μm Polishing: yes Final Resistance: >10 MΩ |
Cannulation pipette | World Percision instruments | TW150F-4 | Inner diameter: 1.17 mm Ramp: 290 Pressure: 300 Heat: 280 Pull : 0 Velocity: 58 Time: 150 No of cycles: 4 Tip diameter: 3-10 μm Polishing: no Final Resistance: <1 MΩ |
On-cell patching | World Percision instruments | IB150F-3 | Inner diameter: 0.86 mm Ramp: 261 Pressure: 300 Heat: 280 Pull : 0 Velocity: 56 Time: 250 No of cycles: 4 Tip diameter: 0.5-2 μm Polishing: yes Final Resistance: >5 MΩ |
Whole-cell patching | Warner Instruments | GC150TF-7.5 | Inner diameter: 1.17 mm Ramp: 296 Pressure: 200 Heat: 287 Pull : 0 Velocity: 50 Time: 250 No of cycles: 4 Tip diameter: 2-3 μm Polishing: helpful but not necessary Final Resistance: 1-2 MΩ |