Ex Vivo Perfusione epatica attraverso la vena porta nel topo
Summary
Il protocollo descrive un metodo semplice di resezione di un fegato di topo intatto per studi metabolici attraverso la perfusione della vena porta.
Abstract
Le malattie metaboliche come il diabete, il pre-diabete, la steatosi epatica non alcolica (NAFLD) e la steatoepatite non alcolica (NASH) stanno diventando sempre più comuni. Le perfusioni epatiche ex vivo consentono un’analisi completa del metabolismo epatico utilizzando la risonanza magnetica nucleare (NMR), in condizioni nutrizionali che possono essere rigorosamente controllate. Poiché le simulazioni in silico rimangono un mezzo principalmente teorico per valutare le azioni ormonali e gli effetti dell’intervento farmaceutico, il fegato perfuso rimane uno dei banchi di prova più preziosi per comprendere il metabolismo epatico. Poiché questi studi guidano le intuizioni di base sulla fisiologia epatica, i risultati devono essere accurati e riproducibili. Il più grande fattore nella riproducibilità della perfusione epatica ex vivo è la qualità della chirurgia. Pertanto, abbiamo introdotto un metodo organizzato e semplificato per eseguire perfusioni epatiche di topo ex vivo nel contesto di esperimenti NMR in situ . Descriviamo anche un’applicazione unica e discutiamo i problemi comuni riscontrati in questi studi. Lo scopo generale è quello di fornire una guida semplice a una tecnica che abbiamo perfezionato nel corso di diversi anni che riteniamo il golden standard per ottenere risultati riproducibili in resezioni epatiche e perfusioni nel contesto di esperimenti NMR in situ . La distanza dal centro del campo per il magnete e l’inaccessibilità del tessuto all’intervento durante l’esperimento NMR rende i nostri metodi nuovi.
Introduction
Le perfusioni ex vivo sono cruciali nello studio del metabolismo epatico e la perfusione attraverso la vena porta è lo standard per questi studi. Per studiare il metabolismo epatico in isolamento, il fegato deve essere resecato dal corpo per evitare complicazioni derivanti dal metabolismo in altri organi (cioè il metabolismo di tutto il corpo) e per esercitare il controllo sulla disponibilità ormonale (insulina, glucagone, ecc.). Questo approccio può essere essenziale per comprendere gli effetti di malattie come il diabete, la NAFLD e la NASH sul metabolismo epatico e sui meccanismi di azione dei farmaci. Questo articolo serve come guida per la resezione epatica e la perfusione. Abbiamo sviluppato una procedura semplificata per eseguire questi studi metabolici sul fegato con sufficiente rigore e riproducibilità. Se l’intervento chirurgico non viene eseguito correttamente, vi è una pronunciata variabilità nei dati metabolici ottenuti. Descriviamo un metodo organizzato per eseguire il cateterismo della vena porta e la resezione epatica nel contesto di studi metabolici in situ in uno spettrometro a risonanza magnetica nucleare (NMR), come descritto nella letteratura 1,2,3,4,5.
Attualmente, non esiste letteratura che descriva una perfusione epatica ex vivo utilizzando una colonna di vetro all’interno di una NMR. Né esiste una pubblicazione video o testuale che fornisca un chiaro esempio di come eseguire la procedura con il fegato di topo, in particolare, dimostrando come cateterizzare la vena porta, resecare un fegato, trasferire e appendere il fegato su una colonna di vetro. Poiché il topo geneticamente modificato è onnipresente per studiare il metabolismo epatico, questa è una procedura essenziale che merita una descrizione completa. Gli interventi chirurgici di perfusione epatica non sono nuovi, ma questo articolo è un metodo gold standard accompagnato da un video che dimostra l’eccellenza tecnica descritta in questo documento per aiutare tutti coloro che sono interessati a questa procedura. Il metodo qui presentato sarebbe meglio applicato al metabolismo in tempo reale per rilevare la funzione e il turnover dei metaboliti nei modelli di malattia.
Questo metodo utilizza una colonna di vetro rivestita d’acqua di 100 cm, che consente al fegato di appendersi sul fondo della cannula incapsulata da perfusate all’interno di un tubo NMR. L’acqua riscaldata nella camicia di vetro viene utilizzata per controllare la temperatura di perfusazione. Un ossigenatore a strato sottile viene pressurizzato con 95%/5% O2/CO2 per il controllo del pH. Utilizzando tre pompe separate, viene impostata l’altezza della colonna di perfusato, che fornisce una pressione costante al fegato. Le portate non sono controllate oltre l’applicazione della pressione costante (Figura 1). Per confermare che il fegato funzioni in modo appropriato, vengono effettuate misurazioni dell’ossigeno insieme alle portate. Nelle nostre mani, questo insieme di precondizioni porta a esperimenti NMR altamente ripetibili per la valutazione della funzione metabolica epatica.
Protocol
Representative Results
Discussion
Questa procedura chirurgica è impegnativa e richiede una pratica approfondita per ottenere risultati riproducibili. L’isoflurano e il gas di trasporto devono essere regolati secondo necessità per mantenere la vitalità dell’animale attraverso la maggior parte della procedura chirurgica possibile. L’ambiente, l’ora del giorno, l’età, il peso e molti altri fattori influenzeranno l’anestesia. Il peso, la dieta, il ceppo dei topi e l’età potrebbero influenzare la chirurgia poiché l’accumulo di grasso può interferire co…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato sostenuto da finanziamenti del National Institutes of Health (R01-DK105346, P41-GM122698, 5U2C-DK119889). Una parte di questo lavoro è stata eseguita nel McKnight Brain Institute presso la National High Magnetic Field Laboratory’s Advanced Magnetic Resonance Imaging and Spectroscopy (AMRIS) Facility, che è supportata dal National Science Foundation Cooperative Agreement No. DMR-1644779 e lo Stato della Florida.
Materials
| 1 mL Luer-Lock Single Use Sterile Disposable Syringe | N/A | N/A | Non-specific Brand |
| 100 cm Water Jacketed Glass Column | N/A | N/A | Custom Made |
| 2-0 Silk Suture | Braintree Scientific | N/A | |
| 22 Gauge Catherter 1 in. Without Safety | Terumo | SRFF2225 | |
| 23 G 0.75 in. Hypodemeric Needles | Exel International | 26407 | |
| 27 G 1.5 in. Hypodemeric Needles | Exel International | 26426 | |
| 4×4 in. Surgical Platform | N/A | N/A | Custom Made |
| 70% Alcohol Wipe | N/A | N/A | Non-specific Brand |
| Circulating Water Bath | MS Lauda | N/A | Model no longer manufactured |
| Cotton Tip Applicator | N/A | N/A | Non-specific Brand |
| Delicate Operating Scissors; Straight; Sharp-Sharp; 30mm Blade Length; 4 3/4 " | Roboz | RS-6702 | |
| Dumont #5/45 Forceps | Fine Scientific Tools | 11251-35 | |
| Dumont #7 – Fine Forceps | Fine Scientific Tools | 11274-20 | |
| Hemostats | Fine Scientific Tools | 13015-14 | |
| Heparin Sodium Injectable 1000 units/mL | RX Generics | 71288-0402-02 | |
| Isoflurane | Patterson Veterinary | 14043-0704-06 | |
| Lidocaine HCl 2% | VEDCO Inc. | 50989-0417-12 | |
| Membrane-Thin-Layer Oxygenator | Radnoti | N/A | |
| Metzenbaum Scissors; Curved; Blunt; 27 mm Blade Length; 5 " | Roboz | RS-6013 | |
| Oxygen Meter System | Hanstech Instruments Ltd. | N/A | |
| Saline 0.9% Solution | N/A | N/A | Saline is made in lab |
| Scale | N/A | N/A | Non-specific Brand |
| Variable Speed Analog Console Pump Systems | Cole Palmer | N/A | Models are custom per application |
| Weigh boats | N/A | N/A | Non-specific Brand |
References
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