Die Mesenteriallymphknoten Duct Cannulated Rattenmodell: Anwendung auf die Bewertung der Darm Lymphatische Drug Transport

Lymph fließt aus dem Dünndarm über eine unidirektionale Prozess, die zu einem Einzel Lacteals die innerhalb jeder Dünndarmzotten ¹ enthalten sind, stammt. Lacteals sind relativ durchlässig für Flüssigkeit, Makromoleküle und Zellen und Lymphbildung damit beginnt mit der Eingabe von diesen Faktoren Lacteals. Der anfängliche Lymphe in den Chylusgefässe fließt anschließend aus dem Darm über ein Netz von lymphatischen Mikrogefäße, Sammeln (afferenten) Lymphgefäße, eine Reihe von Mesenteriallymphknoten und letztlich den postKnoten (efferenten) Lymphgefäße. Innerhalb der Knoten geht Lymphe durch eine Reihe von Markhöhlen, wo Austausch mit Knoten resident Immunzellen sowie Material in die Knoten aus dem Blut stattfindet. Alle Lymphe aus dem Dünndarm fließt schließlich konvergiert in den ableitenden überlegen Mesenteriallymphknoten Kanal und anschließend die Cisterna chyli. Die Cisterna chyli speichert auch Lymphdrainage die Schwanz peripheren Geweben, intestinal, Leber- und Lendenwirbelsäule und schließt sich dem Brust Lymphe Kanal zusammen mit Lymphe aus dem Mediastinum und Schädel Teile des Körpers. Der thorakale Lymphe Kanal mündet Lymphknoten direkt in das venöse System an der Verbindungsstelle der linken Vena jugularis und subclavia. Das hier beschriebene Protokoll, das die Sammlung von Lymphe aus der überlegenen Mesenteriallymphknoten Kanal ermöglicht direkt, erleichtert so die Analyse der verschiedenen Faktoren im Transit direkt aus dem Darm in die systemische (allgemein) Kreislauf über die Darm Lymphsystem.

Die wichtigsten physiologischen Funktionen der Darm lymphatische System zugeordnet sind, um eine Fluidgleichgewicht aufrechtzuerhalten, um Lipid und lipophilen Molekülabsorption zu erleichtern und die entsprechende Immunantworten ¹ zu ermöglichen. Tumorzellen und Viren über die Darm Lymphgefäße ^2-4 und wichtigsten Änderungen in den Lymphgefäßen treten in mehreren Entzündungs- und Stoffwechselerkrankungen ^5-7 propagieren auch. Könnennulation der Mesenteriallymphknoten Kanal zu sammeln Lymphe in das Mesenterium ermöglicht eine Analyse der Hauptfluidströmung über die Darm Lymphgefäße sowie die Quantifizierung der Konzentration und der Transportgeschwindigkeit von verschiedenen Zellen und Moleküle. Änderungen in der Konzentration oder Transit dieser Faktoren in Reaktion auf verschiedene Herausforderungen (zB Diäten, Antigene, Medikamente) und in Krankheitsmodellen (zB Colitis, HIV, Diabetes) beurteilt werden kann. Während es unmöglich, jede lymph Komponente, die analysiert und verglichen werden können, hier ausführlich beschrieben ist, Mesenteriallymphknoten vereinfachend aus wässrigen, Lipid- und zellulären Phasen. Interessierenden Komponenten in der wässrigen Phase umfassen Peptide und Proteine, wie Antigene oder Tolerogene ^8, Immunbotenstoffen wie Zytokinen und Mastzellmediatoren ⁹ und metabolische Mediatoren wie Inkretine ^10. Die Zellfraktion des post-Knoten Mesenteriallymphknoten besteht fast vollständig (über 99%) der lymphocytes ^11. Verschiedene Immunzellen (dendritische Zellen, Mastzellen, etc.) geben Sie die Vor-Knoten mesenterialen Lymphgefäße, bleiben aber innerhalb des Knotens ^12. Wenn die Zellen in afferenten Lymphknoten von Interesse sind, ist es möglich, diese Zellen durch Entfernen des Mesenteriallymphknoten sammeln Knoten einige Tage vor der Kanülierung der Mesenteriallymphknoten Kanal ^12. Auf diese Weise wird die zu- und abführenden Lymphbahnen direkt verbunden sind und die Lymphzellen in afferenten Lymphe passieren direkt in den Mesenteriallymphknoten Kanal. Die Transit-und Phänotyp der verschiedenen Immunzellen, die durch die Darm Lymphgefäße können so überprüft werden. Vielleicht die häufigste Ursache für das Sammeln Mesenteriallymphknoten bisher zitierten, jedoch ist die Darmverarbeitung, Absorption und den Transport von Nahrungslipiden und lipophile Moleküle ¹⁰ zu studieren.

Nach Einnahme werden die Nahrungslipiden verdaut (beispielsweise aus Triglyceriden zu Fettsäuren und Monoglyceride, phospholipid Fettsäuren und Lysophospholipid und Cholesterinester zu Fettsäure und Cholesterin, etc.) und aus dem Darmlumen in kleine Mizellen und vesikuläre Strukturen durch die Zugabe von Amphiphilen von Gallen dispergiert (Phospholipide, Cholesterin und Gallensalze) und die Wirkung von Pankreasenzyme ^10,13. Von hier aus werden sie in Enterozyten absorbiert. Ein Teil der absorbierten Komponenten werden erneut veresterte Triglyceride, Phospholipide und Cholesterinester in der absorptionsfähigen Zellen (Enterozyten) zu bilden. Diese Wieder verestert Lipide werden aus einer Kombination von exogen aufgenommen Lipidkomponenten und endogene Lipidkomponenten aus dem sezernierten Gallen, Schleimhautlipidpools oder intestinalen Blutversorgung ¹³ zusammengesetzt. Von hier werden die veresterten Lipide entweder innerhalb Enterozyten gespeichert oder in Darm Lipoproteine ​​(Chylomikronen, Lipoproteinen sehr niedriger Dichte (VLDL)), zusammen mit verschiedenen Apoproteine ​​und andere lipophile Moleküle (gebaut <em> zB Vitamine) ^10,13. Nach dem Austritt aus Enterozyten Lipoproteine ​​sind spezifisch aus dem Darm in den systemischen Kreislauf über den mesenterischen Lymphsystem transportiert, da die Darm Lacteals durchlässiger sind, ihre Eingabe über das Darm Blutkapillaren. Ein Anteil der absorbierten Lipidkomponenten sind ebenfalls aus dem Darm in die Blutkreislauf über die Blutkapillaren und Pfortader als einzelne, nicht-Lipoprotein-assoziierten transportiert Moleküle ^14. Im Allgemeinen ist jedoch die Pfortader Transportweg nur ein wichtiger Akteur bei der Aufnahme von kurz- und mittelfristigen Kettenlänge Lipiden.

Die Sammlung von Mesenteriallymphknoten ermöglicht somit die Bewertung der Transport von Lipoproteinen und zugehörige Komponenten (Lipide, lipophile Moleküle, apo-Proteine) aus dem Darm. Die Lipoproteine ​​können quantifiziert werden und dadurch mit dem Vorteil, dass Mesenteriallymphknoten Lipoproteine, sind im allgemeinen in einer nascenT-Zustand, da sie nicht ausführlich durch systemische Enzyme, wie Lipoproteinlipase ¹⁵ modifiziert. Während die Mesenteriallymphknoten kanülierte Ratten-Modell hat vielleicht historisch am besten unter zur Analyse von Lipid / Lipoprotein-Transport aus dem Darm beschrieben, ist ein Bereich der expandierenden Interesse die Rolle von Lymphgefäßen in den Transport von lipophilen Arzneimitteln, Prodrugs und andere Xenobiotika ^13,16 das ist der Schwerpunkt des hier beschriebenen Modells. Lipophile Medikamente (im allgemeinen solche mit log P> 5 und Löslichkeit in langkettigen Triglycerid> 50 mg / g, obwohl Ausnahmen offensichtlich sind) ^17,18, Prodrugs ¹⁹ und anderen Fremdstoffen ^13,16 kann der Zugriff auf die Darm Lymphgefäße entweder passiv oder gewinnen aktiv die Integration in Darm-Lipoprotein Transportwege ^19.

Die Ratte Mesenteriallymphknoten Kanülierung Technik hat somit viele Anwendungen. Bollmann et al. Beschriebenen ersten einen technique die Mesenteriallymphknoten Kanal in Ratten 1948 ²⁰ kanülieren. Seitdem wurde eine Vielzahl von Variationen des Modells beschrieben. So kann beispielsweise auftreten, wenn die Sammlung Ratte ist mit verschiedenen Anästhetika ^21,22 betäubt oder im bewussten Zustand zurückgehalten, während ¹⁵ oder frei beweglichen ^23,24. (- 5 ml / h in der Regel 0) ²⁵ Ratten unterschiedliche Rehydratationslösungen und andere Substanzen, wie Lipide und Arzneimittelformulierungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten in den Magen, Darm oder parenteral verabreicht werden. In einigen Studien wurde die thorakale Lymphe Kanal anstatt Mesenteriallymphknoten Kanal Kanüle eingeführt, um den Transport vom Darm über die Lymphbahnen zu schätzen, obwohl dies Transit aus dem Dünndarm überschätzen, in Abhängigkeit von der Faktor von Interesse, da die Brust Lymphe Kanal empfängt auch Lymphe anderer Regionen ^22,26. Lymph Kanülierung Modelle wurden auch in einigen anderen Spezies einschließlich Mäusen ^15,27, Mini pi beschriebengs ^12, Schafe ^28,29, Schweine und Hunde ^{30 31.} Allerdings ist der Rattenmodell der am weitesten und konsistent zitiert. Detaillierte Protokolle für die Kanülierung der Mesenteriallymphknoten Kanal gefolgt von Sammlung von Lymphe in bewusster ²⁵ oder ²² narkotisierten Ratten und Mäusen ^15,27 vorher veröffentlicht worden und der interessierte Leser wird auf diese Protokolle gerichtet. Dieses Protokoll ist die erste, die Technik in eine visualisierte Format zeigen.

Die Lymphe kanülierten Ratten-Modell hat Vorteile gegenüber größeren Tiermodellen in Bezug auf die Kosten, die Leichtigkeit der Operation und ethische Erwägungen. Im Vergleich zum Maus-Modell, ist Mesenteriallymphknoten Kanülierung Chirurgie auch einfacher in der Ratte, obwohl die Maus-Modell ermöglicht genauere Untersuchungen in transgenen Tieren ^27. Dennoch gibt es einige Einschränkungen des Rattenmodells, insbesondere mit Unterschieden in der Physiologie assoziiert werden können und die extrapolatIon zu anderen präklinischen und klinischen Situationen. Zum Beispiel bei der Ratte Gallenfluss konstant und unabhängig von der Nahrungsaufnahme während in höheren Arten Essen ist oder Lipide zu stimulieren Gallenfluss ^32. Dies schafft Herausforderungen für den Erhalt Vertreter vor und nach dem Essen-Umgebungen in der Ratte, das, was in größeren Arten und Menschen gesehen zu reflektieren. Für den Wirkstofftransport Studien, können die größeren Arten auch bei der Beurteilung Lymphtransports nach der Verabreichung von realistischen menschlichen Dosis bildet ²⁵ vorzuziehen. In einer aktuellen Studie wurden Lipidtransport im Mesenteriallymphknoten gefunden über Artgrenzen (Maus, Ratte, Hund) nach Verabreichung einer äquivalenten Masse und Art der Lipid, das ein gewisses Vertrauen in die Extrapolation Lipidtransport von Daten über Arten ²⁷ liefert vergleichbar sein. Doch der Transport eines Modells lipophiles Arzneimittel, Halofantrin, in der Reihenfolge der Tiergröße (dh Hund> Ratte> Maus) eingestuft. Ein Skalierungsfaktor kann somit ex erforderlichtrapolate lymphatischen Medikamententransportdaten von der Ratte auf andere Arten.

Eine Beschränkung der Lymphe Kanülierung Modelle im Allgemeinen ist, dass passive Lymphe Sammlung direkt von einer lymphatischen Kanal kann Lymphfluss und Transport ändern, da Lymphgefäße arbeiten gegen ein Druckgefälle, die geändert wird, wenn das Schiff eine Kanüle ^33. Die Lymphe Kanülierung Modell kann auch schwierig sein, in Laboratorien, die nicht vertraut mit der Technik sind zu etablieren. Alternative Modelle wurden somit beschrieben worden. Zum Beispiel kann die Durchfuhr von Faktoren über den Darm lymphatischen Systems, wie Lipoproteine ​​und lipophile Moleküle, wurde indirekt über die Sammlung von Blut untersucht. Ein solches Modell beinhaltet den Vergleich Blutkonzentrationen von Lipiden und / oder Drogen nach oraler Verabreichung in der Anwesenheit und Abwesenheit von Inhibitoren (zB Colchicin, Pluronic L81, Cycloheximid) von Darm Lipoprotein-Produktion, die Lymphtransports ³⁴ zu blockieren. Ein Vorteilvon Modellen, die Lymphtransports quantifizieren indirekt über Entnahme von Blutproben ist, dass es ermöglicht eine Bewertung der Lymphtransports beim Menschen als invasive Chirurgie ist nicht erforderlich ^35. Inhibitoren der Lymphtransports sind jedoch nicht spezifisch, und Faktoren, die durch die Lymphgefäße transportiert werden verdünnt und in den systemischen Kreislauf, die eine solche Beurteilung erschwert modifiziert. In vitro-Alternativen sind ebenfalls beschrieben worden. Beispielsweise wurden Caco-2-Zellkulturen oder isolierte Enterozyten verwendet worden, um genauer zu untersuchen die intestinale Sekretion von Molekülen, die Lymphgefäße ^36-38 einzugeben. Eine fortschrittliche In-vitro-Modell, das eher dem menschlichen Darm-Mikroumgebung ist auch kürzlich beschrieben ^39. In diesem Modell wird eine lymphatische endotheliale Zellschicht co-kultiviert mit Caco-2-Zellen, die eine detaillierte Analyse der Übergang von Stoffen aus dem Darm in das Lymphsystem zu können. Jedoch in vitro Zellsystemen fehlt Wechselstrom und übertragen also die Zusammenschaltung mit einem Darmlumen und die zugrunde liegenden Blut-und lymphatischen Gefäßversorgung. In einem alternativen Ansatz Kassis et al. Wurde ein Dual-Channel (High-Speed-Hellfeld-Video und Fluoreszenz) in situ-Bildgebungssystem, das quantitative Vergleiche zwischen Gefäßkontraktion, den Lymphfluss und fluoreszierende Lipidkonzentrationen in mesenterialen Lymphgefäße ³³ ermöglicht. Ein Vorteil dieses Modells gegenüber dem oben erwähnten in-vitro-Systemen ist, dass es ermöglicht, eine genaue Überwachung des Durchgangs von Immunzellen durch die Lymphgefäße. Absolute Messung von Massen Lipid (oder Drogen) Transport sind jedoch noch nicht mit bildgebenden Verfahren fest In vitro. Und in silico Ansätze speziell vorherzusagen das Ausmaß der lipophilen Wirkstofftransport über die Darm Lymphgefäße wurden ebenfalls veröffentlicht ^40-42. Zum Beispiel kann die ex vivo-Affinität von mehreren compounds für Plasma Chylomikronen erwies sich recht gut mit ihren lymphatischen Transport in vivo ⁴¹ korrelieren. Anschließend etablierte eine dieselbe Gruppe in silico-Modell der Drogenaffinität für Chylomikronen basierend auf mehreren physikalisch-chemischen Eigenschaften ⁴⁰ vorherzusagen. Holm et al. Darüber hinaus ein in silico-Modell relativ komplex komplett zu prognostizieren lymphatischen Transport lipophiler Verbindungen auf der Basis der molekularen Deskriptoren ^42. Diese Modelle können einen sinnvollen Ansatz, um das Ausmaß des lymphatischen Transport von unbekannten Drogen vorherzusagen ist. Validierung der Modelle mit einer breiten Palette von Medikamenten und in verschiedenen Labors werden jedoch aufgefordert werden, ihre Genauigkeit und Reproduzierbarkeit zu bestätigen.

Kanülierung der Mesenteriallymphknoten Kanal bleibt somit das einzige Mittel, um den Inhalt der Lymphdrainage des Dünndarms und der Transitgeschwindigkeit des komplexen Reihe von Faktoren (Zellen, Proteine ​​direkt zu untersuchen,Peptide, Lipide, Arzneimittel) in der Lymphe bei einer in vivo-Situation. Hier beschreiben wir ein Protokoll für die Kanülierung der Mesenteriallymphknoten Kanal und Halsschlagader, die die Sammlung von Mesenteriallymphknoten und systemischen Blut von narkotisierten Ratten ermöglicht. Repräsentative Daten zeigen, wie das Modell verwendet, um Lipid- und Arzneistofftransport aus dem Darm über die mesenterischen Lymphsystem zu untersuchen. Dies wird durch eine Erörterung der Schwierigkeiten, die bei der Festlegung des Modells sowie Informationen zur Fehlerbehebung auftreten können, gefolgt. Einmal etabliert das Modell ist ein leistungsfähiges Werkzeug, um Darm-lymphatischen Transport zu untersuchen.