Hier presenteren we een protocol waarmee de onderzoeker leukocytaantrekking dynamiek ex vivo evaluatie door er een kamer bekleed met endotheliaalverkregen adhesiemoleculen aan het circulatiesysteem van een muis. Deze methode biedt aanzienlijke voordelen, omdat het zorgt voor leukocyten beoordeling op grond van de relatieve biologische omstandigheden.
Leukocyten-endotheel interacties zijn vroege en kritieke gebeurtenissen in acute en chronische ontsteking en kan, wanneer ontregeld, bemiddelen weefselschade leiden tot permanente pathologische beschadiging. Bestaande conventionele testen kan de analyse van leukocyt adhesiemoleculen na de winning van leukocyten uit het bloed. Dit vereist het bloed verschillende stappen ondergaan voordat perifeer bloed leukocyten (PBL) klaar voor analyse, waardoor PBL beïnvloeden van de onderzoeksresultaten kunnen stimuleren kan worden. De autoperfused micro stromingskamer assay echter kunnen wetenschappers vroeg leukocyten bestuderen functionele ontregeling via de systemische stroom van een levende muis terwijl de vrijheid van manipulatie van een beklede kamer. Door middel van een ziekte-model, kan de functionele expressie van leukocyt adhesie moleculen worden beoordeeld en gekwantificeerd in een micro-glazen kamer gecoat met geïmmobiliseerde endotheliale adhesiemoleculen ex vivo. In dit model, het bloed stroomttussen de rechter halsslagader en de linker uitwendige halsader van een levende muis onder verdoving, waardoor de interactie van natieve PBL in de kamer. Real-time experimentele analyse wordt bereikt met de hulp van een intravitale microscoop evenals een Harvard Apparatus druk apparaat. De toepassing van een debietregelaar in de invoerpositie van de glazen kamer laat vergelijkbare fysiologische stroomomstandigheden bij de experimenten. Leukocyten rollen snelheid is de belangrijkste uitkomst en wordt gemeten met behulp van de National Institutes of Health open access-software ImageJ. Samengevat, de autoperfused micro stromingskamer test geeft een optimale fysiologische omgeving om leukocyten studeren endotheliale interactie en stelt onderzoekers in staat om nauwkeurige conclusies bij het bestuderen van de ontsteking te trekken.
Ontsteking is het lichaam van de universele reactie op letsel en is een cruciale stap in zowel aangeboren en adaptieve immuunsysteem. In reactie op letsel en / of inflammatoire stimuli, endotheelcellen upregulate specifieke adhesiemoleculen; dit leidt tot extravasatie leukocyten door het microvasculaire endotheel, vooral in post capillaire venulen. Dit proces begint met aanbinden van vrij stromende leukocyten in de bloedbaan van het endotheel. Stabiele walsen en stevige adhesie van leukocyten, wat leidt tot transmigratie en de uitscheiding van cytotoxische middelen, volg deze tethering 1,2. Selectinen zijn bekend bij de eerste stappen van de cascade 3-5 bemiddelen; integrines zijn verantwoordelijk voor de latere stappen van stevige adhesie en transmigratie 1,6-8.
Een groeiende hoeveelheid bewijs suggereert leukocyten en endotheelcellen adhesie moleculen hebben een belangrijke rol bij diermodellen van ischemie-reperfusie schade, Astma, psoriasis, multiple sclerose, en leeftijdsgebonden maculaire degeneratie 9-12. Onder deze omstandigheden wordt de ontstekingsreactie verkeerd gericht op het eigen lichaam aanvallen, wat resulteert in de afbraak van gezond weefsel. Bestaande anti-ontstekingsmiddelen (zoals niet-steroïdale anti-inflammatoire geneesmiddelen, corticosteroïden of andere chemotherapeutische middelen) dragen het risico op ernstige bijwerkingen van langdurig gebruik 13. Daarom is het van groot belang de juiste instrumenten hebben het vermogen om ziekte-specifieke moleculen identificeren die uiteindelijk kan worden gericht op de gewenste anti-inflammatoire werking, terwijl de resterende niet-toxisch 14.
Bestaande in vitro methoden zoals de statische leukocyt adhesie assay werden reeds in 1976 15 gebruikt. De parallel flow chamber werd eerst gebruikt in vitro in 1987 tot leukocyt-endotheel interacties te bestuderen onder stromingscondities. In deze experimenten gestimuleerd human polymorfonucleaire leukocyten (PMN's) van veneus bloed werden geperfuseerd over een monolaag van primaire humane navelstreng endotheelcellen (HUVEC). Om te controleren voor de hemodynamische stromingscondities, werd de Harvard Apparatus injectiepomp werkzaam 16. Ook kunstmatige leukocyten isolatie voorkomen werd volbloed gebruikt in combinatie met de glazen kamer bekleed met geïmmobiliseerd adhesiemoleculen 17.
Leukocyten stimulatie te voorkomen en mechanistisch studeren hun interactie met de adhesie moleculen onder benaderende fysiologische omstandigheden, een ex vivo autoperfused, extracorporale, arterioveneuze circuit werd ontwikkeld 16. In dit circuit, het bloed stroomt tussen de rechter halsslagader en de linker uitwendige halsader van een levende muis onder verdoving, zodat interactie van natief PBL in een glazen microflow kamer bekleed met één of co geïmmobiliseerde adhesiemoleculen. Een groot voordeel van deze system is het vermogen om genetisch gemanipuleerde muizen, waarbij ontstekingsreacties rechtstreeks gemanipuleerd gebruiken. Daarnaast is er de mogelijkheid om de geïsoleerde bijdrage van leukocyt adhesiemoleculen ontsteking, aan externe activering lokaliseren, onder stromingscondities. De toepassing van een debietregelaar in de invoerpositie van de stroming kamer kan een groot aantal experimentele variaties van afschuifkrachten ofwel arteriële of veneuze systemen 18-22 nabootsen. Hier beschrijven we in detail een protocol met betrekking tot de voorbereiding en uitvoering van de ex vivo autoperfused microflow kamer assay.
Het proces van rekrutering van leukocyten is een cruciale stap bij de ontstekingsreactie; het gaat om de migratie van leukocyten uit het vaatstelsel naar doelweefsels, waar zij kunnen hun effectorfunctie uitoefenen. Leukocyt rekrutering integraal in een verscheidenheid van inflammatoire aandoeningen zoals atherosclerose, myocard infarct, ischemie / reperfusie, en transplantatie chirurgie 1, evenals meerdere CZS gerelateerde neuro-inflammatoire condities 10-12,20,24,25. Gezien de diversiteit van de ziekte voorwaarden die leukocytaantrekking overspanningen, de autoperfused microflow kamer kan een onmisbaar instrument waarmee de onderzoeker de mogelijkheid om leukocytenmigratie dynamiek te bestuderen.
In de afgelopen decennia zijn verschillende in vitro assays ontwikkeld om de dynamiek van leukocyt celadhesie 26 bestuderen. Helaas, al deze assays vereisen de winning vande leukocyten uit het bloed, de invoering mechanische activatie. Dichter bij de in vivo omgeving komen, zijn aanpassingen van volbloedmonsters verzamelen en besturen de hemodynamische stromingsomstandigheden 16,17. Hier breiden wij de voorgaande ontwikkelingen op het gebied van het koppelen van een beklede kamer naar de muis bloedsomloop. We kunnen de stroom van het bloed naar een fysiologische bereik te regelen en de dynamiek van leukocyten rollen. De gecoate kamer geeft ons de mogelijkheid om leukocyten interacties met specifieke adhesiemoleculen bestuderen. Omdat het systeem functioneert als een eenheid die door een levende muis, het beter bootst de natuurlijke omgeving, waardoor we leukocyt-endotheel interacties te bestuderen in diverse immunologische muismodellen. Bovendien, dit systeem stelt ons in staat om te profiteren van de vele genetische muismodellen beschikbaar. Hoewel het systeem de in vivo omgeving niet geheel repliceren biedt een platform specifi bestuderenc elementen van de leukocyten onder fysiologische omstandigheden, een prestatie die voorheen niet mogelijk was. Hoewel dit brengt ons een stap dichter bij een fysiologische omgeving zijn er beperkingen aan het systeem. Het maakt niet volledig zijn gerepliceerd de complexe 3D-matrix van het vaatstelsel, dus we zijn alleen in staat om bepaalde elementen van leukocyt interacties die zijn beperkt tot de kamer coating beoordelen. Daarnaast moet grote zorg worden genomen om een gesloten systeem de muis circuleren door na de in het protocol genoemde stappen. De introductie van luchtbellen grote invloed op de nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid van de experimenten.
Terwijl we beschrijven het gebruik van de Autoperfused microflow kamer voor de beoordeling leukocyten rollen dynamiek procedure heeft het potentieel kunnen worden aangepast door onderzoekers van verschillende ziekten te bestuderen. Bijvoorbeeld kankercellen uitzaaien door expressie kunnen de meest integrinen gedeeld door leukocyten. Studying hun rollen dynamiek in een omgeving die beter nabootst een in vivo omgeving kan helpen in onze kennis en eventueel de voorspelling van het invasieve karakter van bepaalde kankercellen. Een mogelijke benadering zou kunnen zijn om een labeling techniek combineren de kankercellen, zoals GFP 27, samen met de stroom kamer assay rollen dynamiek van de kankercellen tot expressie GFP te volgen. Gezien de flexibiliteit van de coating kamer met een verscheidenheid van stoffen en aansluiten van meerdere kamers dezelfde muis zal interessant zijn om te zien hoe deze procedure wordt aangepast voor gebruik in andere laboratoria in combinatie met genetisch gemodificeerde muizen en ziektemodellen. De techniek die hier beschreven net raakt op een veel bredere toepassing potentieel dat alleen beperkt door de creativiteit van de onderzoeker.
The authors have nothing to disclose.
Onderzoek gemeld in deze publicatie werd ondersteund door National Eye Institute van de National Institutes of Health onder award nummers: R01EY022084 / S1 (KMC), T32EY007145 (HS) en P30EY014104. De inhoud is uitsluitend de verantwoordelijkheid van de auteurs en niet noodzakelijkerwijs het officiële standpunt van de National Institutes of Health. Aanvullende steun werd verleend door het Fonds Massachusetts Lions Eye Research (KMC) en een speciale Scholar Award van Onderzoek ter voorkoming van Blindheid (tot KMC).
Material | Vendor | Part number |
Micro glass chamber 0.4×0.04x50mm | VitroCom | 2540-050 |
Polyethylene tubing PE 10 | Fisher Scientific | 427400 |
Polyethylene tubing PE 60 | Fisher Scientific | 427416 |
Silicone tubing 002 | Fisher Scientific | 11-189-15A |
Y tube | Value Plastics | Y210-6 |
T tube | value plastics | T410-6 |
Silicone gel | Hardware store – Home Depo | |
35mm petri dish | Corning | 430165 |
Parafilm | Pechiney Plastic Packaging | PM996 |
Fine forceps | FST | 11253-25 |
Fine scissors | FST | 15000-08 |
Tube holder | FST | 00608-11 |
Clamp applicator | FST | 18057-14 |
Vascular clamp | FST | 18055-04 |
6-0 silk sutures | George Tiemann & Co | 160-1215-6/0 |
25x1G needles | BD | 305125 |
30×1/2G needles | BD | 305106 |
Heparin 100 USP units/ml | Hospital pharmacy |