ここでは、調査員は、マウスの循環系に内皮由来の接着分子でコーティングされたチャンバーを接続することにより、ex vivoでの白血球動員のダイナミクスを評価することを可能にするプロトコルを提示する。それは相対的な生物学的条件下で、白血球の評価を可能にするため、この方法は重要な利点を提供しています。
白血球 – 内皮相互作用は、急性および慢性炎症における初期の重要なイベントであると、無調節時、永久的な病理学的な損傷につながる組織損傷を媒介することができる。既存の従来のアッセイは、血液から白血球を抽出した後の白血球接着分子の分析を可能にする。末梢血白血球(PBLの)が今度は研究結果に影響を与えるのPBLを刺激することができる、分析のための準備ができる前に、これにはいくつかの段階を経るために血液を必要とします。 autoperfusedマイクロフローチャンバーアッセイは、しかし、科学者たちは、コーティングされた室を操作の自由度を持ちながら生きたマウスの全身の流れを用いて機能調節異常の早期白血球を研究することができます。疾患モデルを介して、白血球接着分子の機能的発現は、固定化された内皮細胞接着分子をex vivoで被覆したマイクロガラスチャンバーで評価し、定量化することができる。このモデルでは、血液が流れる右総頸動脈、および麻酔下で生きたマウスの左外頸静脈の間に、チャンバー内のネイティブのPBLの相互作用を可能にする。リアルタイム実験的分析は、生体顕微鏡の援助ならびにハーバード装置の加圧装置を用いて達成される。ガラスチャンバーの入力点での流量調整の適用は実験間で比較可能な生理学的な流れの状態を可能にする。速度ローリング白血球は主な結果であると米国国立衛生研究所のオープンアクセスソフトウェアImageJのを使用して測定される。要約すると、autoperfusedマイクロ流チャンバーアッセイは、白血球の内皮相互作用を研究するための最適な生理的環境を提供し、炎症を研究する際、研究者が正確な結論を引き出すことを可能にする。
炎症は、傷害に対する体の普遍的応答であり、両方の先天性および適応免疫系機能における重要なステップである。損傷および/または炎症性刺激に応答して、内皮細胞は、特定の接着分子をアップレギュレートする。これは主に、ポスト毛細血管細静脈で、微小血管内皮を通じて溢出白血球につながる。このプロセスは、内皮上血流中の自由流動白血球のテザリングで始まる。次に遊出および細胞毒性剤の分泌をもたらす安定したローリング白血球の堅固な接着、これは1,2係留従う。セレクチンカスケード3-5の初期段階を媒介することが知られている。インテグリンは、強固な接着と輪廻1,6-8の後のステップに関与している。
多くの証拠は、虚血再灌流傷害の動物モデルにおいて、白血球および内皮接着分子がある重要な役割を示唆している、喘息、乾癬、多発性硬化症、および加齢性黄斑変性症9-12。これらの条件下では、炎症反応は、健康な組織の破壊をもたらし、自分の身体を攻撃するために誤った方向に向けている。 (例えば、非ステロイド性抗炎症薬、コルチコステロイド、または他の化学療法剤など)は、既存の抗炎症薬は、長期使用13重篤な副作用のリスクを伴う。したがって、非毒性の14を維持しながら、最終的に所望の抗炎症効果を有するように標的化することができる疾患特異的な分子を同定する能力は、適切なツールを持っている非常に興味深い。
そのような静的な白血球接着アッセイとして、インビトロの方法で既存のは、1976年15として使用した。並流チャンバは、第一の流条件下で、白血球-内皮相互作用を研究するために1987年に、インビトロで使用された。これらの実験では、フーマー刺激nの静脈血から、多形核白血球(PMNは)一次ヒト臍帯静脈内皮細胞(HUVEC)の単層上で灌流した。血行力学的流動条件を制御するために、ハーバード装置シリンジポンプ16を使用した。代替的に、人工的な白血球の分離を回避するために、全血を固定化接着分子17で被覆されたガラスチャンバーと組み合わせて使用した。
白血球刺激を回避し、機構的におおよその生理学的条件下での接着分子との相互作用を研究するために、 エキソビボ autoperfused、体外、動静脈回路16を開発した。この回路では、血液は、単一または共固定化接着分子でコーティングされたガラスマイクロチャンバ内でネイティブのPBLの相互作用を可能にする、麻酔下で生きたマウスの右総頸動脈、左外頸静脈との間を流れる。このsysteに大きな利点mは、炎症経路に直接または間接的に操作された遺伝子改変マウスを用いる能力である。さらに、流動条件下で、外部の活性化の自由炎症への白血球接着分子の単離された寄与を特定する能力がある。フローチャンバーの入力点での流量調整の適用は、動脈または静脈系18〜22のいずれかを模倣する剪断力の実験的変動の広い範囲を提供する。ここでは、ex vivoでの製造及び性能に関するプロトコルはマイクロフローチャンバーアッセイをautoperfused非常に詳細に説明します。
白血球動員のプロセスは、炎症反応において重要なステップです。それは彼らのエフェクター機能を発揮することができる標的組織に向かって循環系からの白血球の移動を伴う。白血球の動員は、アテローム性動脈硬化プラーク、心筋梗塞、虚血/再灌流、および移植手術1と同様に、複数のCNS 関連の神経炎症状態10-12,20,24,25などの炎症の様々な条件に不可欠である。白血球動員スパンその疾患状態の多様性を考慮すると、autoperfusedマイクロフローチャンバーは、調査員の白血球遊走のダイナミクスを研究する能力を可能不可欠なツールを提供しています。
過去数十年にわたって、種々 のインビトロアッセイは、白血球細胞接着26のダイナミクスを研究するために開発されてきた。残念ながら、これらのアッセイの全ては、抽出を必要とする血液からの白血球は、機械的活性化を導入する。 インビボ環境に近づけるために、適合は、全血サンプルを収集し、血行力学的流動条件16,17を制御するために行われた。ここでは、マウスの循環系にコーティングされたチャンバを連結することによって、フィールドの前の進歩を拡張する。我々は、生理的範囲への血液の流れを調節し、白血球ローリングのダイナミクスを研究することができる。コーティングされたチャンバーは、私たちに特異的接着分子と白血球の相互作用を研究する機能を提供します。システムは、ライブマウスによって操作部として機能しているので、より密接に、私たちは、免疫学的マウスモデルの様々な白血球 – 内皮相互作用を研究することができ、自然環境を模倣する。さらに、このシステムは、私たちが利用可能な複数の遺伝的マウスモデルを利用することができます。システムが完全に生体内環境を複製しませんが、納入仕様を研究するためのプラットフォームを提供します生理学的条件下で、白血球のc要素、以前には不可能であった偉業。これは歩近づく、より生理的な環境への私たちを取るにもかかわらず、システムには限界がある。我々は唯一の室内コーティングに制限されている白血球の相互作用の特定の要素を評価することができますので、それは完全に血管系の複雑な3Dマトリックスを複製しません。また、細心の注意は、プロトコルに記載されているすべての手順を実行して、マウスの循環にクローズドシステムを確実にするために注意する必要があります。気泡の導入は非常に実験の正確さと再現性に影響を与える。
我々は、白血球ローリング動態を評価するためAutoperfusedマイクロフローチャンバーの使用を記載している間の手順は、様々な疾患を研究する研究者によって個人化される可能性を有している。例えば、癌細胞は、白血球で共有される共通のインテグリンを多く発現することによって転移する。 Studyinグラムより密接に我々の知識に役立つ可能性インビボ環境を模倣する設定、及びある種の癌細胞の侵襲性の可能性の予測、それらの圧延ダイナミクス。 1つの可能なアプローチは、GFPを発現する癌細胞のローリングダイナミクスを追跡するために、フローチャンバーアッセイと一緒に、そのようなGFP 27として、がん細胞の標識技術を組み合わせることができる。種々の物質でチャンバーをコーティングし、同じマウスに複数のチャンバを接続する柔軟性を考えると、この手順は、遺伝的に改変マウスと疾患モデルとの組み合わせで、他の研究室での使用のために改変されているかを見るのは興味深いだろう。私たちはここで説明する手法は、まさに唯一、研究者の創造性によって制限されてはるかに広いアプリケーションの可能性に触れています。
The authors have nothing to disclose.
R01EY022084 / S1(KMC)、T32EY007145(HS)とP30EY014104:この出版物で報告された研究は、受賞番号の下に国立衛生研究所の国立眼研究所によってサポートされていました。内容はもっぱら著者の責任であり、必ずしも国立衛生研究所の公式見解を示すものではありません。追加のサポートは、マサチューセッツ州ライオンズ·アイリサーチ基金(KMC)と(KMC)は失明防止の研究から特別奨学生賞によって提供されました。
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 |