Summary

Induksjon av Intestinal Graft - versus - host sykdom og sin Mini-endoskopisk vurdering i levende mus

Published: February 11, 2019
doi:

Summary

Her presenterer vi en protokoll som beskriver allogene blodkreft stilk cellen transplantasjon, og lar repeterende mini-endoskopisk evalueringer av distale kolon i stedet for tilstedeværelse, egenskaper og alvorlighetsgraden av colonic betennelser i live mus lider av intestinal graft – versus – host sykdom.

Abstract

Akutt graft – versus – host sykdom (GvHD) representerer de mest alvorlige komplikasjon at pasienter som gjennomgår tidligere allogene blodkreft stilk cellen transplantasjon (allo-HCT) ansikt og er ofte assosiert med en dårlig kliniske utfall. Stund, for eksempel GvHD manifestasjoner av huden er vanligvis lydhør overfor etablerte immun-undertrykkende terapier og er derfor ikke tar en dødelig kurs, tilstedeværelse og intensiteten av intestinal GvHD, spesielt av midt-til-nedre deler av tarmen, påvirke sterkt utfallet total overlevelse av pasienter med akutt GvHD. behandlingsalternativer er i hovedsak begrenset til klassiske immun-undertrykkende agenter gir bare moderat sykdom-begrensende effekter. Derfor detaljert kunnskap om vev-resident immun cascade, endringer i tarmen bakterieflora og stromal svaret før, på, og etter intestinal GvHD utbruddet er presserende nødvendig å forstå hendelser og mekanismene bak sin patogenesen og å utvikle nyskapende behandlingsalternativer. Murine modeller av GvHD brukes ofte til å identifisere og funksjonelt vurdere molekyler og trasé åpenbart kjører intestinal GvHD. Men er betyr å spesielt overvåke og evaluere intestinale betennelsen over tid egentlig mangler siden etablerte score å vurdere og Vurder akutt GvHD rutinemessig består av ulike parametere som heller gjenspeile systemisk GvHD manifestasjoner. Detaljert evaluering av intestinal GvHD er begrenset til studier med euthanized mus, og dermed egentlig unntatt langsgående (dvs. kinetic) analyser av colonic kupé under en gitt eksperimentelle tilstand (f.eks antistoff-mediert blokade av en proinflammatory cytokin) i levende mus (dvs. i vivo). Mini-endoskopisk i situ vurdering av distale kolon allo HCT-behandlet mus beskrevet her kan a) en detaljert makroskopisk evaluering av ulike aspekter av intestinal betennelser og b) muligheten til å samle vevsprøver for nedstrøms analyser på ulike tidspunkt i løpet av perioden som observasjon. Total, mini-endoskopisk tilnærmingen gir et stort fremskritt i preklinisk noninvasive kartlegging og vurdering av intestinal GvHD.

Introduction

Blodkreft malignitet direkte som oppstår fra blodkreft stamcelletransplantasjon rommet og ukontrollert, er raskt utvikler seg, og alvorlige immun-mediert lidelser ofte indikasjoner for å utføre allo-HCT1,2. Selv regnskap for forekomsten av prognostiske gunstig graft-versus-tumor respons, er donor lymfocytter imidlertid ofte inducing og fremme et uønsket immun-mediert angrep sunt vev komponenter i Tillat-HCT mottakeren , en prosess som kalles graft – versus – host sykdom3. Manifestasjoner i tarmen, den såkalte intestinal GvHD, representerer den mest fryktede komplikasjonen av akutt GvHD, alvorlige former som er rutinemessig forbundet med en høy dødelighet1,2,4.

Samlet, murine modeller av allo-HCT har dukket opp som uvurderlig verktøy for å identifisere og studere immun-mediert mekanismene bak patogenesen av GvHD5. Men kinetic vurdering av, for eksempel gunstige effekter av romanen terapeutisk intervensjon over tid i levende mus er rutinemessig basert på fastsettelse av klinisk GvHD score6. Mens disse resultatene er egnet til å reflektere, for eksempel generelle sykdom byrden (dvs. systemisk GvHD), klinisk score mangel følsomheten til pålitelig speile organ-spesifikke manifestasjoner (f.eks, i tarmen). Derfor bommer konklusjoner, for eksempel med hensyn til gut-beskyttende effekten av en gitt terapeutisk intervensjon, som er basert på disse scoring systemer vanligvis.

Til tross for store fremskritt gjennom oppfinnelsen av romanen hele kroppen imaging modaliteter i kombinasjon med bruk av enten bioluminescent eller fluorescerende genetisk musen modeller7,8, metoder til direkte og spesielt vurdere den intestinal manifestasjon av GvHD i levende mus mangler. Derfor er begrunnelsen bak protokollen for endoskopisk vurdering av intestinal GvHD fenotypen beskrevet i neste del å overvinne denne hindringen. Videre motivasjon er også redusere eksperimentelle mus numbers siden, så langt, en detaljert vurdering av mobilnettet morfologiske og molekylære egenskaper (f.eks, av histopatologi eller molekylærbiologi) av intestinal GvHD manifestasjon slutt kreves ofringen av eksperimentelle musen.

Våre institusjon har tidligere rapportert på metoder for en mini-endoskopisk vurdering av colonic manifestasjoner i syngeneic kolitt modeller9. I protokollen presenteres her, vi har raffinert og tilpasset den colonoscopic scoret matrise for alloresponse-drevet kolitt i levende mus med intestinal GvHD på transplantasjon av alloreactive HCT og donor lymfocytter i en MHC, klasse jeg fullt feil innstilling . Vi identifisert fire parameterne egnet gjenspeiler tarm GvHD-relaterte colonic lesjoner. Videre etablerte vi en system det innrømmer en finjustert gradering av enhver enkelt determinant, noe som resulterer i en ny poengsum som lett informerer leseren om alvorlighetsgraden av intestinal GvHD i en gitt mus på et gitt tidspunkt. Histopathological analyser bekreftet at en endoskopisk score over en bestemt dørterskel er pålitelig forutsi moderat til høy klasse vev betennelse. Derfor synes mini-endoskopisk evaluering å representere arbeider erstatning for gullstandarden histopatologi som rutinemessig krever ofringen av eksperimentelle musene. Viktigst, denne protokollen kan brukes til nesten enhver tid og kan brukes flere ganger i løpet av sykdommen10,11. Videre, i motsetning til bruk av bioluminescens-avhengige, ingen arbeid-intens og tidkrevende tiltak som intercrossing genetisk endret mus er nødvendig, og derfor metodikken kan brukes på nesten alle mus-linje interesse.

Til sammen har gitt skadelig klinisk perspektiv allo-HCT pasienter med alvorlig intestinal GvHD, er rask vitenskapelig fremgang og mer innsikt i molekylære mekanismer bak immun patogenesen sterkt behov. Tilsvarende krever viktig, etiske betraktninger at gevinsten av kunnskap skal oppnås med bruk av minimal antall eksperimentelle mus. Derfor anerkjent både krav på forskningen fellesskapet å utforske intestinal GvHD kan være avansert ved å implementere serielle mini-endoskopisk evalueringer av kolon i eksperimentelt arbeid kjeden å overvåke og Vurder intestinal GvHD i live eksperimentelle mus modeller, som beskrevet og validert i protokollen presenteres her.

Protocol

Eksperimentell metodene som er beskrevet her er godkjent av myndighetene i Mittelfranken, Bayern, Tyskland. 1. GvHD induksjon Dag 0: Hele kroppen bestråling av mottakeren mus Bruke kvinnelige CD45.2+ H2kd+ BALB/c mus som er minst 10 uker gammel som mottakere. Veie og ta vekten av mottakeren musene før GvHD induksjon.Merk: Kontroller at mottakeren har en minimal kroppsvekt 20 g. Start kroppsvekten vil t…

Representative Results

Gjeldende protokollen, beskriver mini-endoskopisk evalueringen av intestinal GvHD-assosiert lesjoner i distale kolon, er opprettet og godkjent i mus tidligere utsatt for systemisk induksjon av en alvorlig akutt GvHD modell. I denne studien vi brukte en MHC, klasse jeg fullt Feilkoblede modellsystem i som BALB/c mus var drepende bestrålt, etterfulgt av transplantasjon av T-celle-utarmet allogene benmargen og av administrasjonen av GvHD-inducing alloreactive C57BL/6 CD3+ T-lymfo…

Discussion

Protokollen beskriver metoder for induksjon og mini-endoskopisk vurdering av colonic fenotypen observert i løpet av intestinal GvHD. Det serverer bredere hensikten slik at forskerne kan studere intestinal GvHD langs- og noninvasively gjennom hele sykdom (dvs. fra utbruddet av colonic manifestasjon og progresjon til maksimal sykdomsaktivitet).

Det er imidlertid noen viktige trinn og viktige begrensninger iboende til presentert metodikkene eksperimentator må være klar over før du installerer…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Denne studien ble støttet av samarbeidende forskning sentre (CRC) 221 (CRC/TR221-DFG, #324392634, prosjektet B03) (å grunnlegge Vennskapelighetsstiftelsen) og CRC 1181 (CRC-DFG, prosjektet B05) (å grunnlegge Vennskapelighetsstiftelsen), begge finansiert av Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, tysk Research Foundation).

Materials

BIOBEAM 2000 Gamma Irradiator Gamma-Service Meical GmbH
Phosphate-buffered saline (PBS ) Sigma-Aldrich Co. LLC. D8662-6x500ML
Semken Forceps (lenght: 13 cm; serrated, curved tips) Fine Science Tools 11009-13
Hardened Fine Scissors (lenght: 8,5 cm; straight tips; cutting edge: 24 mm) Fine Science Tools 14090-09
RPMI-1640 Medium Sigma-Aldrich Co. LLC. R8758-500ML 
Hypodermic needle (26G) B. Braun Melsungen AG 4657683
1 mL syring B. Braun Melsungen AG 9166017V
50 mL tube Sarstedt Ag & Co.KG 62,547,254
Cell strainer with a 40 µm mesh screen BD Falcon 352340
Ammonium chloride (NH4Cl) Sigma-Aldrich Co. LLC. 11209 ingredient of ACK lysing buffer
Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate (Na2EDTA) Carl Roth GmbH & Co.KG 8043.2 ingredient of ACK lysing buffer
Potassium bicarbonate (KHCO3) Merck KGaA 1,048,540,500 ingredient of ACK lysing buffer
CD90.2 MicroBeads, mouse Miltenyi Biotec GmbH 130-049-101 magnet cell separation to isolate T cell-depleted bone marrow cells
Pan T Cell Isolation Kit II, mouse Miltenyi Biotec GmbH 130-095-130 magnet cell separation to isolate splenic T cells
Alexa Fluor 700 anti-mouse CD45.2 Antibody (clone: 104; lot: B252126; RRID: AB_493731) Biolegend 109822
Pacific Blue anti-mouse CD3 Antibody (clone: 17A2; lot: B227246; RRID: AB_493645) Biolegend 100214
FITC anti-mouse CD4 Antibody (clone: GK1.5; lot: B225057; RRID: AB_312691) Biolegend 100406
PE/Cy7 anti-mouse CD45.1 Antibody (clone: A20; lot: B217246; RRID: AB_1134168) Biolegend 110730
APC/Cy7 anti-mouse CD8a Antibody (clone: 53-6.7, lot: B247008; RRID: AB_312753) Biolegend 100714
Filtrated bovine serum  Pan Biotec P40-47500 ingredient of FACS buffer 
96-well polystyrene V-bottom plates Greiner Bio-One 651201
Polystyrene Round-Bottom Tube (5 mL) Falcon 352052
BD LSRFortessa II flow cytometer BD Bioscience Co.
Insulin syringe with sterile interior (30G) BD 324826
Oxy Vet Oxymat 3 Eickemeyer oxygen concentrator  for anesthesia
NarkoVet  Eickemeyer 213062
Plexiglass chamber  Eickemeyer 214620
Straight Forward Telescope KARL STORZ SE &Co KG 64301 AA part of the experimental setup for colonoscopy
Protection and Examination Sheath KARL STORZ SE &Co KG 61029 C part of the experimental setup for colonoscopy
Examination Sheath with working channel KARL STORZ SE &Co KG 61029 D part of the experimental setup for colonoscopy
Biopsy Forceps KARL STORZ SE &Co KG 61071 ZJ  part of the experimental setup for colonoscopy
 175 Watt SCB XenonLight Source KARL STORZ SE &Co KG 20132120 part of the experimental setup for colonoscopy
Fiber Optic Light Cable KARL STORZ SE &Co KG 495 NL part of the experimental setup for colonoscopy
Image 1 S3 Camera Head KARL STORZ SE &Co KG 22220030 part of the experimental setup for colonoscopy
Image 1 SCB Camera Control Unit KARL STORZ SE &Co KG 22200020 part of the experimental setup for colonoscopy
LCD monitor Olympus OEV181H part of the experimental setup for colonoscopy
Forane / Isofluran AbbVie Inc.  B506
Formaldehyde solution 37 % Carl Roth GmbH & Co.KG 7398.1
5,0 mL Dispenser tip  Eppendorf AG 30089456

References

  1. Ferrara, J. L., Levine, J. E., Reddy, P., Holler, E. Graft-versus-host disease. The Lancet. 373, 1550-1561 (2009).
  2. Magenau, J., Runaas, L., Reddy, P. Advances in understanding the pathogenesis of graft-versus-host disease. British Journal of Haematology. 173, 190-205 (2016).
  3. Ball, L. M., Egeler, R. M., Party, E. P. W. Acute GvHD: pathogenesis and classification. Bone Marrow Transplantation. 41, 58-64 (2008).
  4. Naymagon, S., et al. Acute graft-versus-host disease of the gut: considerations for the gastroenterologist. Nature Reviews. Gastroenterology & Hepatology. 14, 711-726 (2017).
  5. Zeiser, R., Blazar, B. R. Preclinical models of acute and chronic graft-versus-host disease: how predictive are they for a successful clinical translation. Blood. 127, 3117-3126 (2016).
  6. Cooke, K. R., et al. An experimental model of idiopathic pneumonia syndrome after bone marrow transplantation: I. The roles of minor H antigens and endotoxin. Blood. 88, 3230-3239 (1996).
  7. Anthony, B. A., Hadley, G. A. Induction of graft-versus-host disease and in vivo T cell monitoring using an MHC-matched murine model. Journal of Visualized Experiments. (66), e3697 (2012).
  8. Beilhack, A., et al. Prevention of acute graft-versus-host disease by blocking T-cell entry to secondary lymphoid organs. Blood. 111, 2919-2928 (2008).
  9. Becker, C., Fantini, M. C., Neurath, M. F. High resolution colonoscopy in live mice. Nature Protocols. 1, 2900-2904 (2006).
  10. Buchele, V., et al. Targeting Inflammatory T Helper Cells via Retinoic Acid-Related Orphan Receptor Gamma t Is Ineffective to Prevent Allo-Response-Driven Colitis. Frontiers in Immunology. 9, 1138 (2018).
  11. Ullrich, E., et al. BATF-dependent IL-7RhiGM-CSF+ T cells control intestinal graft-versus-host disease. The Journal of Clinical Investigation. 128 (3), 916-930 (2018).
  12. Kaplan, D. H., et al. Target antigens determine graft-versus-host disease phenotype. Journal of Immunology. 173, 5467-5475 (2004).

Play Video

Cite This Article
Buchele, V., Büttner-Herold, M., Vogler, T., Neurath, M. F., Hildner, K. Induction of Intestinal Graft-versus-host Disease and Its Mini-endoscopic Assessment in Live Mice. J. Vis. Exp. (144), e58871, doi:10.3791/58871 (2019).

View Video