Fare Retina kullanma CNS'deki Vasküler Rejenerasyon Değerlendirilmesi
Summary
Kemirgen retina uzun beyin için erişilebilir bir pencere olarak kabul edilmiştir. Bu teknik yazıda iskemik yaralanma sonrası, merkezi sinir sistemi içinde, vasküler rejenerasyon başarısız olmasına yol mekanizmaları incelemek için oksijen kaynaklı retinopatinin fare modeli kullanan bir protokol sağlar. Anlatılan sistem, aynı zamanda, retina ve CNS içindeki fonksiyonel kan damarlarının büyümesini teşvik etmek için stratejiler keşfetmek için dönüştüğü edilebilir.
Abstract
Kemirgen retina, belki de, merkezi sinir sistemi (CNS) içinde nörovasküler etkileşimi araştırmak için hangi en kolay memeli sistemidir. Bu giderek kabul edilmektedir ki bu, Alzheimer, multipl skleroz ve vasküler uzlaşma amiyotrofik lateral skleroz, mevcut elemanları gibi çeşitli nörodejeneratif hastalıklar bulunmaktadır. Buna ek olarak, çocuk ve çalışma çağındaki nüfus (sırasıyla prematürite ve diyabetik retinopati retinopati) körlük en önemli nedenleri fizyolojik vasküler yeniden büyüme damar dejenerasyonu ve başarısızlık ile karakterizedir. Bu teknik çalışmanın amacı retinadaki sinir sistemi vasküler rejenerasyonu incelemek için ayrıntılı bir protokol sunmaktır. Yöntem, iskemik yaralanma sonrası vasküler büyüme başarısız olmasına yol moleküler mekanizmaları aydınlatmak için kullanılabilir. Buna ek olarak, potansiyel tedavi yöntemleri, sağlıklı damar plexuses hızlandırmak ve geri keşfedilebilir. Bulgular obtained anlatılan yaklaşım kullanılarak, şeker hastalığı ya da prematüre edilene iskemik retinopati için terapötik yollar sağlar ve muhtemelen diğer merkezi sinir sistemi vasküler hastalıkların yararlı olabilir.
Introduction
CNS gelişimi, sinir, bağışıklık hücreleri ve kan damarları boyunca yeterli doku perfüzyonunu sağlamak ve duyusal bilginin 1-5 iletimine izin derece birleştiğinde ağları kurmak. Yetersiz doku oksijenasyonu ve tehlikeye metabolik arz ve vasküler sistem sonuçlarının dağılımı giderek nörodejeneratif hastalıkların 6 patogenezinde önemli bir katkı olarak kabul edilmektedir. Vasküler bırakma ve beyin içinde nörovasküler biriminin bozulma, örneğin, vasküler bunama, beyin 7 beyaz maddenin vasküler lezyonlar ve arteriyollerin ve küçük damarların stenozu 8 ile Alzheimer hastalığı ile ilişkilidir. Ayrıca, bozulmuş damar bariyer fonksiyonu, birden fazla skleroz 9 ve amiyotrofik lateral skleroz 10 katkıda bulunduğu düşünülmektedir.
Kör, bu protokolü açıklanan retina modele doğrudan ilgilidiyabetik retinopati 11 ve 12 prematüre retinopatisi gibi hastalıklar, 13 erken vasküler dejenerasyon aşaması ile karakterize edilir. Nörovasküler retina üzerinde eden iskemik stres olasılıkla yeniden yatırmak oksijen ve enerji arzı 14-16 bir telafi edici yanıt olarak kaynaklıdır aşırı ve patolojik neovaskülarizasyon ikinci aşaması tetikler. Hastalığın ilerlemesi için merkezi iskemik stres üstesinden gelmek için bir çekici strateji, özellikle nöro-retina (Şekiller 2 ve 3) ve iskemik bölgelerin fonksiyonel damar ağları sağlamaktır. Kontrollü bir anjiyojenik tepki düşündürücü karşı-sezgisel tür anti-VEGF'lerinde gibi anti-anjiyogenik tedaviler uyarlanmış tedaviler olarak kabul edildiği bir durumu olarak rastlamak olabilir. Ancak, bu yaklaşımın geçerliliği için kanıt montaj olduğunu. Örneğin, ischem in "fizyolojik gibi" vasküler yeniden büyümesini artırmakic retinopatiler zarif endotel hücrelerinin öncü 17, diyet ω-3 çok-doymamış yağlı artan diğer anjiyojenik faktörler 18, miyeloid progenitörlerin 19 püskürtülmesi, NADPH oksidaz kaynaklı apoptozun inhibisyonu 20 arasında Müller hücre-ifade edilen VEGF kaynaklı baskılanması inhibisyonunun getirilmesi ile gösterilmiştir asit alımı 21, bir triptofan tRNA sentetazı 22 karboksil-terminal parçası ve glial hücreler 23 korunması için, VEGF ya da FGF-2 doğrudan uygulanması ile tedavisi. Ayrıca, bu tür iskemik retinopati Semaphorins veya netrinler gibi klasik nöronal rehberlik sufle modüle retina içinde sağlıklı damarların damar rejenerasyon hızlandırır ve dolayısıyla patolojik anjiyojenez 24, 25 azalttığını göstermiştir. Doğrudan klinik alaka, yukarıda belirtilen hayvan çalışmaları birkaç kanıt sağlayan vasküler yeniden teşvikretinopatilerin erken iskemi safhasında üretiminin anlamlı ölçüde muhtemel iskemik yükünün azaltılması yoluyla, görüş-tehdit öncesi retinal neovaskülarizasyon 19, 23, 24, 26 azaltabilir.
Fonksiyonel damarların yenilenmesini teşvik tedavi stratejilerinin oluşturulması vasküler biyologlar için önemli bir sorun olmaya devam etmektedir. Burada retinada damar büyümesini modüle etmek için stratejiler keşfetmek için oksijen ile tetiklenen retinopati (OIR) 'in fare modeli kullanan bir deneysel sistem tarif eder. Smith ve arkadaşları tarafından geliştirilmiştir. 1994 27 yılında, bu model insan proliferatif retinopatilerin için bir vekil olarak hizmet ve ortam oda O 2-gerilim (Şekil için P12 kadar% 75 O 2 P7 fare yavrular tutulması ve yavrular yeniden tanıtan oluşur 1). Bu paradigma gevşek bir prematüre bebek havalandırılan bir senaryo taklitO 2 ile. Hiperoksiye fare yavrularının maruz retina kılcal ve mikrovasküler dejenerasyon kışkırtır ve maksimal VO alanı yapıldıktan sonra 48 saat (P9) ulaşmış olmasına rağmen tipik olarak, P12 de O 2 çıkış üzerine değerlendirildi vazo-obliterasyonunun tekrarlanabilir bir alanı (VO) verir O 2 28 maruz. Fare, avasküler VO bölgeleri kendiliğinden oda havasına yeniden giriş aşağıdaki hafta boyunca yeniden ve sonunda VO bölgeleri tamamen (Şekil 2) re-vaskülarize edilir. OIR maruz farelerin oda havasına yeniden giriş aynı zamanda tipik bir anti-anjiyogenik tedavi paradigmalarının etkinliğini belirlemek için değerlendirilir ön-retinal neovaskülarizasyon (NV) (P17'de maksimal) kışkırtır. En saf haliyle, OSB modeli oksijen kaynaklı vasküler dejenerasyon değerlendirmek ve yıkıcı öncesi neovaskülarizasyona 29-31 kapsamını belirlemek için son derece tekrarlanabilir ve ölçülebilir bir araç sağlar.
<p class = "jove_content"> CNS vasküler rejenerasyon modüle eden çeşitli araştırıcı tedavi paradigmalarının farmakolojik bileşikleri, gen terapisi, gen silme ve kullanımı dahil olmak üzere, OIR modeli kullanılarak araştırılabilir. Damar büyümesini etkilemek için, belirli bir yaklaşımın eğilimi adım adım P12 (hiperoksi çıkışından sonra maksimal VO) ve P17 (maksimal NV) arasındaki penceresinde değerlendirilir. Patolojik NV arıtma sonucu değerlendirilmesi hızlı ve kolay bir şekilde paralel olarak belirlenebilir ve iyice Stahl ve arkadaşları 30, 31 tarafından tarif edilmiştir. Burada farmakolojik bileşikler, olası terapötik, viral vektörlerin tarafından nöral retinada fizyolojik revaskülarizasyon modülasyonu araştırmak veya transgenik veya nakavt farelerde aday genlerin etkisini incelemek için basit bir adım-adım bir prosedür sağlar.Protocol
Representative Results
Discussion
Iskemik sinir dokusunda yeni sağlıklı damarlarının büyümesini teşvik etmek için en etkili yolu nedir? Bunu engelleyebilir ve damar büyümesini meydana gelen doğal hızlandırmak için terapötik geçerli mi? Iskemik retinopati veya felç gibi nöro-iskemik patolojilerde, vasküler dejenerasyon indirgenmiş nöronal fonksiyonu 35-38 ile ilişkilidir. Bu nedenle hastalığın erken / acil kesimi sırasında bölgesel mikro-dolaşımı reinstating, erken yaralanmaya karşı yararlı olabilir. Oküler …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
PS Retina Hücre Biyolojisi Kanada Araştırma Başkanı ve Alcon Araştırma Enstitüsü Yeni Araştırmacı Ödülü tutar. Bu çalışma Sağlık Araştırma Kanada Enstitüleri (221478) hibe tarafından desteklenen, Kanada Diyabet Derneği (OG-3-11-3329-PS), Doğa Bilimleri ve Kanada'nın Mühendislik Araştırma Konseyi (418.637) ve Vakfı Mücadele Körlük Kanada. Desteği de Reseau de Recherche en Sante de la Vision du Québec tarafından sağlandı.
Materials
| C57Bl/6 mice ((Other strains may be used; angiogenic response varies from one strain to the other) | |||
| CD1 nursing mothers | Vendor of choice | ||
| Operating Scissors straight | World Precision Instruments | 14192 | |
| Dissecting Scissors straight | World Precision Instruments | 14393 | |
| Vannas Eye Scissors | Harvard Apparatus | 72-8483 | |
| Iris Forceps, curved, serrated | World Precision Instruments | 15915 | |
| Brushes 362R size 0 | Dynasty | ||
| Dumont Forceps #3; straight | World Precision Instruments | 500338 | |
| Surgical Blade, size 10 | Bard-Parker | 371110 | |
| Rhodamine Griffonia (Bandeiraea) Simplicifolia Lectin I | Vector Laboratories, Inc | RL-1102 | |
| Microscope slides | VWR | 16004-368 | |
| Fluoromount G | Electron Microscopy Sciences | 17984-25 | |
| Zeiss Axio Observer Z1 Inverted Phase and Fluorescence Microscope | Zeiss | ||
| Leica MZ9.5 Stereomicroscope | Leica | ||
| Fluorescein isothicyanate-dextran, 70000 | Sigma-Aldrich | 46945 |
References
- Carmeliet, P., Tessier-Lavigne, M. Common mechanisms of nerve and blood vessel wiring. Nature. 436, 193-200 (2005).
- Eichmann, A., Thomas, J. L. Molecular Parallels between Neural and Vascular Development. Cold Spring Harb Perspect Med. 3, (2012).
- Larrivee, B., Freitas, C., Suchting, S., Brunet, I., Eichmann, A. Guidance of vascular development: lessons from the nervous system. Circ Res. 104, 428-441 (2009).
- Stefater Iii, J. A., et al. Regulation of angiogenesis by a non-canonical Wnt-Flt1 pathway in myeloid cells. Nature. 474, 511-515 (2011).
- Checchin, D., Sennlaub, F., Levavasseur, E., Leduc, M., Chemtob, S. Potential role of microglia in retinal blood vessel formation. Invest Ophthalmol Vis Sci. 47, 3595-3602 (2006).
- Quaegebeur, A., Lange, C., Carmeliet, P. The neurovascular link in health and disease: molecular mechanisms and therapeutic implications. Neuron. 71, 406-424 (2011).
- Yamamoto, Y., Craggs, L., Baumann, M., Kalimo, H., Kalaria, R. N. Review: molecular genetics and pathology of hereditary small vessel diseases of the brain. Neuropathol Appl Neurobiol. 37, 94-113 (2011).
- Brun, A., Englund, E. A white matter disorder in dementia of the Alzheimer type: a pathoanatomical study. Ann Neurol. 19, 253-262 (1986).
- Prat, A., et al. Migration of multiple sclerosis lymphocytes through brain endothelium. Arch Neurol. 59, 391-397 (2002).
- Rule, R. R., Schuff, N., Miller, R. G., Weiner, M. W. Gray matter perfusion correlates with disease severity in ALS. Neurology. 74, 821-827 (2010).
- Antonetti, D. A., Klein, R., Gardner, T. W. Diabetic retinopathy. N Engl J Med. 366, 1227-1239 (2012).
- Hartnett, M. E., Penn, J. S. Mechanisms and management of retinopathy of prematurity. N Engl J Med. 367, 2515-2526 (2012).
- Sapieha, P., et al. Retinopathy of prematurity: understanding ischemic retinal vasculopathies at an extreme of life. J Clin Invest. 120, 3022-3032 (2010).
- Chen, J., Smith, L. Retinopathy of prematurity. Angiogenesis. 10, 133-140 (2007).
- Cheung, N. Diabetic retinopathy and systemic vascular complications. Progress in Retinal and Eye Research. 27, 161-176 (2008).
- Smith, L. E. Through the eyes of a child: understanding retinopathy through ROP the Friedenwald lecture. Invest Ophthalmol Vis Sci. 49, 5177-5182 (2008).
- Caballero, S., et al. Ischemic vascular damage can be repaired by healthy, but not diabetic, endothelial progenitor cells. Diabetes. 56, 960-967 (2007).
- Wang, H., et al. VEGF-mediated STAT3 activation inhibits retinal vascularization by down-regulating local erythropoietin expression. Am J Pathol. 180, 1243-1253 (2012).
- Ritter, M. R., et al. Myeloid progenitors differentiate into microglia and promote vascular repair in a model of ischemic retinopathy. J Clin Invest. 116, 3266-3276 (2006).
- Saito, Y., Geisen, P., Uppal, A., Hartnett, M. E. Inhibition of NAD(P)H oxidase reduces apoptosis and avascular retina in an animal model of retinopathy of prematurity. Mol Vis. 13, 840-853 (2007).
- Connor, K. M., et al. Increased dietary intake of omega-3-polyunsaturated fatty acids reduces pathological retinal angiogenesis. Nat Med. 13, 868-873 (2007).
- Banin, E., et al. T2-TrpRS inhibits preretinal neovascularization and enhances physiological vascular regrowth in OIR as assessed by a new method of quantification. Invest Ophthalmol Vis Sci. 47, 2125-2134 (2006).
- Dorrell, M. I., et al. Maintaining retinal astrocytes normalizes revascularization and prevents vascular pathology associated with oxygen-induced retinopathy. Glia. 58, 43-54 (2010).
- Joyal, J. -. S., et al. Ischemic neurons prevent vascular regeneration of neural tissue by secreting semaphorin 3A. Blood. 117, 6024-6035 (2011).
- Binet, F., et al. Neuronal ER Stress Impedes Myeloid-Cell-Induced Vascular Regeneration through IRE1alpha Degradation of Netrin-1. Cell Metab. 17, 353-371 (2013).
- Fukushima, Y., et al. Sema3E-PlexinD1 signaling selectively suppresses disoriented angiogenesis in ischemic retinopathy in mice. J Clin Invest. 121, 1974-1985 (2011).
- Smith, L. E., et al. Oxygen-induced retinopathy in the mouse. Invest Ophthalmol Vis Sci. 35, 101-111 (1994).
- Lange, C., et al. Kinetics of retinal vaso-obliteration and neovascularisation in the oxygen-induced retinopathy (OIR) mouse model. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 247, 1205-1211 (2009).
- Connor, K. M., et al. Quantification of oxygen-induced retinopathy in the mouse: a model of vessel loss, vessel regrowth and pathological angiogenesis. Nature Protocols. 4, 1565-1573 (2009).
- Stahl, A., et al. The mouse retina as an angiogenesis model. Invest Ophthalmol Vis Sci. 51, 2813-2826 (2010).
- Stahl, A., et al. Computer-aided quantification of retinal neovascularization. Angiogenesis. 12, 297-301 (2009).
- Stahl, A., et al. Postnatal Weight Gain Modifies Severity and Functional Outcome of Oxygen-Induced Proliferative Retinopathy. Am J Pathol. 177, 2715-2723 (2010).
- Cerani, A., et al. Neuron-Derived Semaphorin 3A is an Early Inducer of Vascular Permeability in Diabetic Retinopathy via Neuropilin-1. Cell Metabolism. 18, 505-518 (2013).
- Sapieha, P. Eyeing central neurons in vascular growth and reparative angiogenesis. Blood. 120, 2182-2194 (2012).
- Dorfman, A., Dembinska, O., Chemtob, S., Lachapelle, P. Early manifestations of postnatal hyperoxia on the retinal structure and function of the neonatal rat. Invest Ophthalmol Vis Sci. 49, 458-466 (2008).
- Dorfman, A. L., Joly, S., Hardy, P., Chemtob, S., Lachapelle, P. The effect of oxygen and light on the structure and function of the neonatal rat retina. Doc Ophthalmol. 118, 37-54 (2009).
- Chopp, M., Zhang, Z. G., Jiang, Q. Neurogenesis, angiogenesis, and MRI indices of functional recovery from stroke. Stroke. 38, 827-831 (2007).
- Li, L., et al. Angiogenesis and improved cerebral blood flow in the ischemic boundary area detected by MRI after administration of sildenafil to rats with embolic stroke. Brain Res. 1132, 185-192 (2007).
- Robinson, R., Barathi, V. A., Chaurasia, S. S., Wong, T. Y., Kern, T. S. Update on animal models of diabetic retinopathy: from molecular approaches to mice and higher mammals. Dis Model Mech. 5, 444-456 (2012).
- Chia, R., Achilli, F., Festing, M. F., Fisher, E. M. The origins and uses of mouse outbred stocks. Nat Genet. 37, 1181-1186 (2005).
- Jenuth, J. P., Peterson, A. C., Shoubridge, E. A. Tissue-specific selection for different mtDNA genotypes in heteroplasmic mice. Nat Genet. 16, 93-95 (1997).
- Mattapallil, M. J., et al. The Rd8 mutation of the Crb1 gene is present in vendor lines of C57BL/6N mice and embryonic stem cells, and confounds ocular induced mutant phenotypes. Investigative ophthalmolog., & visual science. 53, 2921-2927 (2012).
