Summary

הערכה של כלי דם התחדשות במערכת העצבים המרכזית באמצעות רשתית העכבר

Published: June 23, 2014
doi:

Summary

הרשתית המכרסם כבר זמן רב מוכרת כחלון נגיש למוח. במאמר זה טכני אנו מספקים פרוטוקול אשר מעסיק את מודל העכבר של מחלת רשתית הנגרמת חמצן כדי ללמוד את המנגנונים שיובילו לכישלון של התחדשות כלי דם במערכת העצבים המרכזית, לאחר פגיעה איסכמית. המערכת המתוארת גם ניתן לרתום לבחון אסטרטגיות לקידום צמיחה מחודשת של כלי דם פונקציונליים בתוך הרשתית ומערכת העצבים המרכזית.

Abstract

רשתית המכרסמים היא אולי מערכת היונקים הנגיש ביותר בו כדי לחקור את יחסי גומלין עצבים וכלי דם במערכת העצבים המרכזית (CNS). זה יותר ויותר הכיר בכך שכמה מחלות ניווניות כגון אלצהיימר, טרשת נפוצה, ואלמנטי Amyotrophic Lateral Sclerosis הנוכחיים של פשרה כלי דם. בנוסף, הסיבות העיקריות לעיוורון באוכלוסיות גיל ילדים ועבודה (רטינופתיה של פגות ורטינופתיה סוכרתית, בהתאמה) מתאפיינות בניוון וכישלון כלי דם של צמיחה מחודשת של כלי דם פיזיולוגית. מטרת מאמר טכני זה היא לספק פרוטוקול מפורט ללמוד התחדשות כלי דם במערכת העצבים המרכזית ברשתית. השיטה יכולה להיות מועסק על מנת להבהיר את המנגנונים מולקולריים שיובילו לכישלון של צמיחת כלי דם לאחר פגיעת איסכמית. בנוסף, שיטות טיפוליות פוטנציאל להאיץ ולשחזר plexuses כלי דם בריא יכולות להיחקר. ממצאי obtaineד שימוש בגישה שתוארה עשויה לספק אפיקים טיפוליים לRetinopathies איסכמי כמו זו של סוכרת או פגות ואולי ירוויח מחלות כלי דם אחרות של מערכת העצבים המרכזית.

Introduction

לאורך פיתוח של מערכת העצבים המרכזית, עצבים, תאי מערכת החיסון וכלי דם להקים רשתות בשילוב להפליא כדי להבטיח זלוף רקמות נאות ולאפשר העברת מידע החושי 1-5. הפירוט של תוצאות מערכות כלי דם בחמצון מספיק רקמה ואספקה ​​מטבולים שנפרצו ומוכר יותר ויותר כתורם חשוב בפתוגנזה של מחלות ניווניות 6. נשירת כלי דם ואת ההידרדרות של יחידת העצבים וכלי הדם בתוך המוח, למשל, קשורה לדמנציה וסקולרית, נגעים של כלי דם של החומר הלבן של המוח 7 ומחלת אלצהיימר עם היצרות של כלי דם קטנים וarterioles 8. בנוסף, הוא חשב תפקוד מחסום כלי דם לקוי לתרום טרשת נפוצה 9 וטרשת לרוחב amyotrophic 10.

של שייכות ישירה למודל הרשתית תואר בפרוטוקול זה, מסנוורמחלות כגון רטינופתיה סוכרתית 11 ורטינופתיה של פגות 12, 13 מתאפיינות בשלב של ניוון של כלי דם מוקדם. מתח איסכמי שהתפתח על רשתית העצבים וכלי הדם מפעיל שלב שני של neovascularization מוגזם ופתולוגי, כי סביר להניח שמקורו כתגובה מפצה לחמצן מחדש instate ואספקת אנרגיית 14-16. אסטרטגיה אטרקטיבית כדי להתגבר על מתח איסכמי שהוא מרכזי להתקדמות מחלה היא להחזיר את רשתות כלי דם פונקציונליות במיוחד באזורים איסכמי של נוירו הרשתית (איורים 2 ו -3). מעורר תגובת angiogenic מבוקר עלולה להתקל כמנוגד לאינטואיציה למצב בו טיפולים אנטי angiogenic כגון אנטי VEGFs נחשבים כטיפולים מותאמים. עם זאת, ראיות לתקפותה של גישה זו גוברת. לדוגמא, שיפור צמיחה מחודשת של כלי דם ", כמו פיזיולוגית" בischemRetinopathies ic הודגמה באלגנטיות באמצעות הקדמה של תאי האנדותל מבשר 17, עיכוב של downregulation המושרה VEGF-הביע תא Müller של גורמים האחרים angiogenic 18, הזרקה של אבות מיאלואידית 19, עיכוב של אפופטוזיס מושרה מונואמין NADPH 20, הגדלת שומן רב בלתי רווי בתזונה ω-3 צריכת חומצה 21, טיפול שבבר carboxyl-הטרמינל של synthetase tRNA טריפטופן 22, וניהול ישיר של VEGF או FGF-2 להגנה על תאי גליה 23. יתר על כן, אנו מראים כי ויסות אותות הנחיה עצביות קלאסיים כגון Semaphorins או Netrins בRetinopathies איסכמי מאיצה את התחדשות כלי דם של כלי בריאים בתוך הרשתית וכתוצאה מכך מפחיתה את היווצרות כלי דם פתולוגיים 24, 25. הרלוונטיות קלינית ישירה, כמה מהמחקרים בבעלי החיים האמורים לספק ראיות לכך שקידום מחדש של כלי דםדור בשלב המוקדם של איסכמי Retinopathies יכול להפחית באופן משמעותי neovascularization מסכנות ראייה מראש רשתית 19, 23, 24, 26, סביר להניח שבאמצעות הפחתת נטל איסכמי.

גיבוש אסטרטגיות טיפוליות שלעורר התחדשות של כלי פונקציונליים עדיין מהוות אתגר משמעותי עבור ביולוגים של כלי דם. כאן אנו מתארים מערכת ניסיונית אשר מעסיקה את מודל העכבר של מחלת רשתית הנגרמת חמצן (OIR) לחקור אסטרטגיות כדי לווסת את צמיחה מחודשת של כלי דם בתוך הרשתית. שפותח על ידי סמית et al. ב -1994 27, מודל זה משמש כמדד לRetinopathies שגשוג אנושי וכולל חשיפה של גורי עכבר P7 75% O 2 עד P12 ולאחר מכן מחדש מציגים את הגורים לO חדר הסביבה 2-מתח (איור 1). פרדיגמה זו באופן רופף מחקה תרחיש שבו פג מאוורר עם O 2. החשיפה של גורי עכבר לhyperoxia מעוררת התנוונות של נימים ונימי דם ברשתית, ותשואות אזור לשחזור של הרחבת כלי דם, הכחדה (VO) העריך בדרך כלל על יציאה מO 2 בP12, למרות שהוא הגיע לאזור VO המקסימאלי ב48 שעה (P9) לאחר חשיפה לO 2 28. בעכבר, אזורי VO avascular ספונטני להתחדש במהלך השבוע הבא מחדש מבוא לאוויר חדר וסופו של דבר אזורי VO הם לגמרי מחדש vascularized (איור 2). Re-מבוא לאוויר חדר של עכברים נתון OIR גם מעורר neovascularization מראש הרשתית (NV) (מקסימלי בP17) שהעריך בדרך כלל כדי לקבוע את היעילות של פרדיגמות טיפול אנטי angiogenic. בצורתו הטהורה ביותר, מודל OIR מספק כלי לשחזור וכמותיים מאוד להעריך ניוון של כלי דם נגרם על חמצן ולקבוע את מידת neovascularization מראש רשתית ההרסנית 29-31.

<p class = "jove_content"> פרדיגמות טיפול explorative שונות לווסת התחדשות כלי דם במערכת העצבים המרכזית יכולה להיחקר באמצעות מודל OIR כולל שימוש בחומרים פרמקולוגיים, ריפוי גנטי, מחיקת גן ועוד. הנטייה של גישה שניתנה להשפיע לצמיחה מחודשת של כלי דם נבחנת צעד חכם בחלון בין P12 (VO המקסימאלי לאחר יציאה מhyperoxia) וP17 (NV המקסימאלי). הערכה של תוצאות טיפול בNV פתולוגיים ניתן לקבוע במהירות ובקלות במקביל ותוארה ביסודיות על ידי טל ועמיתיו 30, 31 ב. כאן אנו מספקים הליך של צעד אחר צעד פשוט כדי לחקור את האפנון של revascularization הפיזיולוגי בתוך הרשתית העצבית על ידי תרכובות תרופתית, תרופות פוטנציאליים, וקטורים ויראליים או ללמוד את ההשפעה של גנים מועמדים בעכברים מהונדסים או בנוקאאוט.

Protocol

שמירה על אתיקה: כל הניסויים בבעלי החיים שומרת הנחיות טיפול בבעלי החיים שהוקמו על ידי האגודה לחקר חזון העיניים הצהרה (ארוו) לשימוש בבעלי חיים ברפואת עיניים וחזון המחקר והמועצה הקנדית לטיפול בבעלי חיים. 1. רטינופתיה חמצן מו?…

Representative Results

מודל OIR נעשה שימוש נרחב ללמוד ניוון של כלי דם נגרם על חמצן וneovascularization פתולוגיים נגרם איסכמיה ברשתית וכבר סייע בפיתוח טיפולים אנטי angiogenic מועסקים כיום למחלות עיניים 27, 29, 30. ממצאים שהתקבלו באמצעות מודל זה ניתן להסיק באופן רופף לRetinopathies איסכמי כגון רטינופתיה סוכרת?…

Discussion

מהי הדרך היעילה ביותר להמרצת צמיחה של כלי חדשים ובריאים ברקמת העצבים איסכמי? האם זה טיפולי תקף להפריע ולהאיץ באופן טבעי לצמיחה מחודשת של כלי דם? בפתולוגיות נוירו איסכמי כגון Retinopathies או שבץ איסכמי, ניוון של כלי דם קשור לתפקוד עצבי מופחת 35-38. מכאן כדי להתמודד עם פג?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

נ.ב. מחזיק מחקר בקנדה קתדרת ביולוגיה של תא רשתית וניו פרס חוקר אלקון מכון המחקר. עבודה זו נתמכה על ידי מענקים מהמכון הקנדי לבריאות מחקר (221,478), איגוד הסוכרת הקנדי (OG-3-11-3,329-PS), מדעי הטבע והנדסת מועצת מחקר של קנדה (418,637) ועיוורון קרן הלחימה קנדה. תמיכה הייתה גם מסופקת על ידי Réseau דה משוכלל ונדיר en סנטה דה לה חזון du קוויבק.

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

Referências

  1. Carmeliet, P., Tessier-Lavigne, M. Common mechanisms of nerve and blood vessel wiring. Nature. 436, 193-200 (2005).
  2. Eichmann, A., Thomas, J. L. Molecular Parallels between Neural and Vascular Development. Cold Spring Harb Perspect Med. 3, (2012).
  3. 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).
  4. Stefater Iii, J. A., et al. Regulation of angiogenesis by a non-canonical Wnt-Flt1 pathway in myeloid cells. Nature. 474, 511-515 (2011).
  5. 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).
  6. Quaegebeur, A., Lange, C., Carmeliet, P. The neurovascular link in health and disease: molecular mechanisms and therapeutic implications. Neuron. 71, 406-424 (2011).
  7. 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).
  8. Brun, A., Englund, E. A white matter disorder in dementia of the Alzheimer type: a pathoanatomical study. Ann Neurol. 19, 253-262 (1986).
  9. Prat, A., et al. Migration of multiple sclerosis lymphocytes through brain endothelium. Arch Neurol. 59, 391-397 (2002).
  10. 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).
  11. Antonetti, D. A., Klein, R., Gardner, T. W. Diabetic retinopathy. N Engl J Med. 366, 1227-1239 (2012).
  12. Hartnett, M. E., Penn, J. S. Mechanisms and management of retinopathy of prematurity. N Engl J Med. 367, 2515-2526 (2012).
  13. Sapieha, P., et al. Retinopathy of prematurity: understanding ischemic retinal vasculopathies at an extreme of life. J Clin Invest. 120, 3022-3032 (2010).
  14. Chen, J., Smith, L. Retinopathy of prematurity. Angiogenesis. 10, 133-140 (2007).
  15. Cheung, N. Diabetic retinopathy and systemic vascular complications. Progress in Retinal and Eye Research. 27, 161-176 (2008).
  16. Smith, L. E. Through the eyes of a child: understanding retinopathy through ROP the Friedenwald lecture. Invest Ophthalmol Vis Sci. 49, 5177-5182 (2008).
  17. Caballero, S., et al. Ischemic vascular damage can be repaired by healthy, but not diabetic, endothelial progenitor cells. Diabetes. 56, 960-967 (2007).
  18. Wang, H., et al. VEGF-mediated STAT3 activation inhibits retinal vascularization by down-regulating local erythropoietin expression. Am J Pathol. 180, 1243-1253 (2012).
  19. 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).
  20. 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).
  21. Connor, K. M., et al. Increased dietary intake of omega-3-polyunsaturated fatty acids reduces pathological retinal angiogenesis. Nat Med. 13, 868-873 (2007).
  22. 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).
  23. Dorrell, M. I., et al. Maintaining retinal astrocytes normalizes revascularization and prevents vascular pathology associated with oxygen-induced retinopathy. Glia. 58, 43-54 (2010).
  24. Joyal, J. -. S., et al. Ischemic neurons prevent vascular regeneration of neural tissue by secreting semaphorin 3A. Blood. 117, 6024-6035 (2011).
  25. 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).
  26. Fukushima, Y., et al. Sema3E-PlexinD1 signaling selectively suppresses disoriented angiogenesis in ischemic retinopathy in mice. J Clin Invest. 121, 1974-1985 (2011).
  27. Smith, L. E., et al. Oxygen-induced retinopathy in the mouse. Invest Ophthalmol Vis Sci. 35, 101-111 (1994).
  28. 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).
  29. 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).
  30. Stahl, A., et al. The mouse retina as an angiogenesis model. Invest Ophthalmol Vis Sci. 51, 2813-2826 (2010).
  31. Stahl, A., et al. Computer-aided quantification of retinal neovascularization. Angiogenesis. 12, 297-301 (2009).
  32. Stahl, A., et al. Postnatal Weight Gain Modifies Severity and Functional Outcome of Oxygen-Induced Proliferative Retinopathy. Am J Pathol. 177, 2715-2723 (2010).
  33. 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).
  34. Sapieha, P. Eyeing central neurons in vascular growth and reparative angiogenesis. Blood. 120, 2182-2194 (2012).
  35. 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).
  36. 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).
  37. Chopp, M., Zhang, Z. G., Jiang, Q. Neurogenesis, angiogenesis, and MRI indices of functional recovery from stroke. Stroke. 38, 827-831 (2007).
  38. 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).
  39. 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).
  40. Chia, R., Achilli, F., Festing, M. F., Fisher, E. M. The origins and uses of mouse outbred stocks. Nat Genet. 37, 1181-1186 (2005).
  41. 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).
  42. 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).
check_url/pt/51351?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Miloudi, K., Dejda, A., Binet, F., Lapalme, E., Cerani, A., Sapieha, P. Assessment of Vascular Regeneration in the CNS Using the Mouse Retina. J. Vis. Exp. (88), e51351, doi:10.3791/51351 (2014).

View Video