Bu protokol, kasılan lenf damarlarında sitosolik, serbest kalsiyum [Ca2 +] i ve damar çapını gerçek zamanlı olarak ölçmek ve ardından mutlak Ca2+ konsantrasyonlarının yanı sıra kasılma / ritmiklik parametrelerini hesaplamak için bir yöntemi tanımlar. Bu protokol, çeşitli deneysel koşullarda Ca2+ ve kasılma dinamiklerini incelemek için kullanılabilir.
Şimdi sıklıkla “üçüncü dolaşım” olarak adlandırılan lenfatik damar sistemi, birçok hayati organ sisteminde bulunur. Lenfatik vaskülatür sisteminin temel mekanik işlevi, sıvıyı hücre dışı boşluklardan merkezi venöz kanallara geri döndürmektir. Lenf taşınmasına lenf damarlarının (LV’ler) spontan ritmik kasılmaları aracılık eder. LV kasılmaları büyük ölçüde sitosolik, serbest kalsiyumun ([Ca2+]i) döngüsel yükselişi ve düşüşü ile düzenlenir.
Bu makale, izole, basınçlı LV’lerde gerçek zamanlı olarak [Ca2+]i’nin mutlak konsantrasyonlarındaki ve damar kasılması/ritmikliğindeki değişiklikleri eşzamanlı olarak hesaplamak için bir yöntem sunmaktadır. İzole sıçan mezenterik LV’leri kullanarak, ilaç ilavesine yanıt olarak [Ca2 +] i ve kasılma / ritmiklikteki değişiklikleri inceledik. İzole edilmiş LV’ler, oransal Ca2+ algılama göstergesi Fura-2AM ile yüklendi ve [Ca2+]i ve çap ölçümlerini gerçek zamanlı olarak sürekli olarak yakalamak için kenar algılama yazılımı ile birleştirilmiş video mikroskobu kullanıldı.
Her bir LV’den gelen Fura-2AM sinyali, her gemi için minimum ve maksimum sinyale kalibre edildi ve mutlak [Ca2+]i’yi hesaplamak için kullanıldı. Çap ölçümleri, kasılma parametrelerini (amplitüd, diyastolik son çap, sistolik çap sonu, hesaplanan akış) ve ritmisiteyi (frekans, kasılma süresi, gevşeme süresi) hesaplamak için kullanıldı ve mutlak [Ca2+]i ölçümleri ile ilişkilendirildi.
Lenfatik damar sistemi beyin, kalp, akciğerler, böbrek ve mezenter 1,2,3,4,5,6 dahil olmak üzere birçok organ sisteminde bulunur ve sıvı homeostazını sürdürmek için sıvıyı (lenf) interstisyel boşluklardan merkezi venöz kanallara iterek çalışır 7,8,9,10 . Toplayıcı lenf damarlarına (LV’ler) boşalan vasküler kılcal yataklar içindeki kör uçlu lenfatik kılcal damarlarla başlar. Toplayıcı LV’ler iki hücre katmanından oluşur: bir lenfatik kas hücresi tabakası (LMC’ler) tarafından kapsanan bir endotel hücreleri tabakası10,11. Lenf sıvısı taşınması hem dışsal kuvvetler (ör. yeni lenf oluşumu, arteriyel pulsasyonlar, merkezi venöz basınç dalgalanmaları) hem de içsel kuvvetler12 yoluyla sağlanır.
Lenf transportu için içsel kuvvet, lenfatik fonksiyonu araştıran çalışmaların çoğunun odak noktası olan toplayıcı LV’lerin spontan ritmik kasılmasıdır. Bu intrinsik lenfatik pompa esas olarak sitosolik, serbest Ca2 + ([Ca2 +] i) nin döngüsel yükselişi ve düşüşü ile düzenlenir. LMC’lerde plazma membranının spontan depolarizasyonu, voltaj kapılı “L-tipi” Ca2+ (Cav1.x) kanallarını aktive ederek Ca2+ akışını ve ardından LV ritmik kasılmasınıtetikler 8,9,10. Bu rol, LV kasılmalarını inhibe eden ve damar genişlemesine neden olan nifedipin gibi spesifik ajanlarla Cav1.x’i bloke ederek gösterilmiştir13,14. Cav1.x kanallarının aracılık ettiği LMC’lerde [Ca2 +] i veya “Ca2 + spike” deki geçici artış, sarkoplazmik retikulum (SR) üzerindeki inositol trifosfat (IP3) reseptörlerini ve ryRs reseptörlerini (RyR’ler) aktive ederek hücre içi Ca2 + depolarını da harekete geçirebilir15,16,17,18. Mevcut kanıtlar, IP3 reseptörlerinin RyRs15,16,19,20,21’e kıyasla normal LV kasılmaları için gereken Ca2 + ‘ya daha fazla katkıda bulunduğunu göstermektedir; bununla birlikte, RyR’ler patoloji sırasında veya farmasötik müdahaleye yanıt olarak rol oynayabilir17,18. Ek olarak, Ca2+ ile aktive edilen K + kanallarının22 ve ATP’ye duyarlı potasyum (KATP) kanallarının23,24 aktivasyonu, LMC membranını hiperpolarize edebilir ve spontan kasılma aktivitesini inhibe edebilir.
LV’lerin toplanmasında Ca2+ dinamiklerini düzenleyebilen birçok başka iyon kanalı ve protein vardır. Farmakolojik ajanlara gerçek zamanlı olarak yanıt olarak Ca2+ ve damar kontraktilitesindeki değişiklikleri incelemek için yöntemler kullanmak, bu potansiyel düzenleyicileri anlamak için önemlidir. LV [Ca2 +] i’deki nispi değişiklikleri ölçmek için Fura-2’yi kullanan daha önceki bir yöntem tarif edilmiştir25. Fura-2 ve Ca2+ için ayrışma sabiti26 olarak bilindiğinden, bu yöntemin uygulamasını genişleten ve Ca2+ sinyali, membran uyarılabilirliği ve kasılma mekanizmaları27 hakkında ek bilgi sağlayan gerçek Ca2+ konsantrasyonlarını hesaplamak mümkündür, ayrıca deney grupları arasında temel karşılaştırmalara izin verir. Bu ikinci yaklaşım kardiyomiyositler28’de kullanılmıştır ve bu nedenle LV’lere uyarlanabilir. Bu makale, izole edilmiş, basınçlı LV’lerde mutlak [Ca2+]i’deki değişiklikleri ve ayrıca damar kasılmalarını/ritmikliğini sürekli olarak gerçek zamanlı olarak ölçmek ve hesaplamak için bu iki yaklaşımı birleştiren gelişmiş bir yöntem sunmaktadır. Ayrıca nifedipin ile tedavi edilen LV’ler için temsili sonuçlar da sağlıyoruz.
LV’lerin kırılgan ve küçültücü doğası nedeniyle, hem diseksiyon hem de kanülasyon süreçleri sırasında azami özen gösterilmesi zorunludur. Damardaki küçük hasar bile canlı olmayan bir LV’nin gelişmesine yol açabilir veya [Ca2+]i geçici olaylarında anormalliklere yol açabilir. Uyarma ayarlarındaki tutarlılık, kontrol ve tedavi edilen gruplar arasında [Ca2 +] i ölçümlerinde karşılaştırılabilirliği sağlamak için tüm deney serisi boyunca eşit derecede önemlidir. Tekdüze ayarların sürdürülememesi, bir deney serisindeki gemiler arasında [Ca2+]i’yi fazla veya küçümseme konusunda önemli bir risk oluşturur. Benzer şekilde, her deney boyunca aynı damar bölgesini doğru bir şekilde tanımlamak ve izlemek de aynı derecede önemlidir.
Oransal indikatör Fura-2AM’nin kullanımı, tek dalga boylu boyalarda yaygın olan düzensiz doku kalınlığı, florofor dağılımı/sızıntısı veya foto ağartma sorunlarının neden olduğu floresan değişimlerini normalleştirir. 31 Bu, bu protokolde açıklanan sürekli izlemeyi mümkün kılar. Bununla birlikte, Fura-2, Ca2 + şelatlama ile çalıştığından, LV’leri aşırı yüklemek ve kasılma veya ilaç yanıtı için mevcut olan [Ca2 +] i’yi azaltmak mümkündür. Bu durumlarda, ritmik kasılmalar yokken Ca2+ sivri uçlar hala gözlenebilir. Değişen LV uzunluğu da bu fenomene katkıda bulunabilir. Bu Ca 2 + ölçümleri muhtemelen hala geçerli olsa da, hem Ca2 + hem de çap ölçümlerini başarılı bir şekilde elde etmek için tekrarlanan kurulumlarda Fura-2AM konsantrasyonunu azaltmak gerekebilir. Sonuçlarımız yalnızca başlangıçta hem Ca2 + sivri uçlarının hem de ritmik kasılmaların mevcut olduğu LV’leri içerir.
Rmin ve Rmax ölçümü, mutlak [Ca2+]i’nin hesaplanmasında kritik adımlardır. Rmin, Ca2 + yokluğunda Fura-2 oranı olması gerektiğinden, herhangi bir kalıntı Ca 2+ ‘nın şelasyonunu sağlamak için Ca2 + içermeyen PSS’ye yüksek bir EGTA konsantrasyonu eklenmiştir. İlk çalışmalar, Ca2 + içermeyen PSS’de EDTA ile gerçekleştirildi ve bu, karşılık gelen Ca2 + sivri uçlarıyla sporadik damar kasılmaları ile sonuçlandı. Rmax için, [Ca2 +] i sinyalini en üst düzeye çıkarmak için bir iyonofor, iyonomisin ile birlikte PSS’ye yüksek bir Ca2 + konsantrasyonu eklenmiştir. Yüksek Ca2 + çözeltisi çökelebilir ve bu da EDTA’nın PSS’den çıkarılmasını gerektirebilir. Daha da önemlisi, Rmin ve Rmax’ın bu ek ölçümleri, membran uyarılabilirliği ve kasılma mekanizmaları27 hakkında bilgi sağlayabilen ve aynı zamanda Fura-2 için yalnızca 340/380 oranını bildiren protokollere kıyasla deney grupları arasında temel karşılaştırmalara izin veren [Ca2 +] i’deki fizyolojik olarak ilgili değişiklikleri değerlendirme fırsatı sağlar. Yeterli Rmin ve Rmax değerlerinin elde edilememesi, mutlak [Ca2+]i hesaplama yeteneğini engeller.
LV’lerin kasılma doğası nedeniyle, bu yöntem felçli damarlarda ölçülebilen yerel Ca2+ salınım olaylarından ziyade yalnızca küresel Ca 2+ seviyelerinin bir ölçüsünü sağlayabilir32. Bununla birlikte, bu yöntem, felçli damarlar veya tek tek hücreler kullanan yöntemlere kıyasla mutlak [Ca2+]i dinamiklerindeki değişiklikleri kasılma ile ilişkilendirmek için avantajlıdır28,32. Bu yaklaşım için, ölçülen Ca2 + ‘nın çoğunluğunun lenf kası hücrelerinden kaynaklandığı varsayılmaktadır. Bununla birlikte, bu izole LV’lerde de bulunan endotel hücreleri, gözlenen toplam Ca2+ sinyaline katkıda bulunabilir33. Bu katkı, endotel34’ten arındırılmış LV’ler kullanılarak tahmin edilebilir. LV kasılmaları ayrıca kasılma döngüsü sırasında damar duvarının hafifçe odak içine ve dışına kaymasına neden olabilir. Bu nedenle, gergin ancak damarı germeden çekilebilen kısa damar segmentlerinin kullanılması önemlidir.
LV’lerdeki uygulamasının ötesinde, bu yöntem, arteriyoller ve damarlar dahil olmak üzere diğer vasküler yataklardan izole edilmiş damarları incelemek için kullanılabilir ve nörobiyoloji ve vasküler biyolojinin diğer dallarında potansiyel kullanım için umut vaat eder. Farklı sinyal iletim yollarını hedefleyen çeşitli agonistlerin veya antagonistlerin etkilerini keşfetmek, altta yatan Ca2 + dinamiklerini araştırmak için başka bir yoldur. Ayrıca, bu teknik, ilgili hayvanlardan alınan kontrol ve muamele edilmiş numuneleri içeren karşılaştırmalı araştırmalar için de kullanılabilir. Ayrıca, bu yaklaşım, perfüzyon odası ve mikroskop hedeflerinde minimum ayarlamalar gerektiren, izole edilmiş lenfatik kas hücreleri gibi hücresel düzeyde uygulama için uyarlanabilir. Özetle, bu yöntem, LV’lerdeki kasılma ve ritmiklik ile ilişkili olduğu için küresel Ca2+ dinamikleri hakkında fizyolojik olarak ilgili bilgiler sağlar ve LV’lerin toplanmasında Ca2+ dinamiklerinin potansiyel düzenleyicilerinin sağlam bir değerlendirmesini sağlar.
The authors have nothing to disclose.
Bu çalışma, Ulusal Genel Tıp Bilimleri Enstitüsü, Biyomedikal Araştırma Mükemmeliyet Merkezleri (COBRE), Kanser Tedavisine Konak Yanıtı Çalışmaları Merkezi [P20-GM109005], Ulusal Kanser Enstitüsü [1R37CA282349-01] ve Amerikan Kalp Derneği Doktora Öncesi Bursu [Ödül Numarası: 23PRE1020738; https://doi.org/10.58275/AHA.23PRE1020738.pc.gr.161089]. İçerik yalnızca yazarların sorumluluğundadır ve NIH veya AHA’nın resmi görüşlerini temsil etmek zorunda değildir. Şekil 1 ve Şekil 3 BioRender.com ile oluşturulmuştur.
20x S Fluor objective | Olympus Corporation of the Americas (Center Valley, PA, United States) | UPlanSApo | |
Borosilicate glass micropipettes | Living Systems Instrumentation (Burlington, VT, United States) | GCP-75-100 | |
Calcium chloride (CaCl2) | Fisher Bioreagents (Waltham, MA, United States) | BP510-500 | |
Carbon dioxide (CO2) | nexAir (Memphis, TN, United States) | UN3156 | |
Dissection forceps | Fine Science Tools (Foster City, CA, United States) | 11254-20 | |
EDTA (C10H16N2O8) | Fisher Bioreagents (Waltham, MA, United States) | BP118-500 | |
EGTA (C14H24N2O10) | Fisher Bioreagents (Waltham, MA, United States) | O2783-100 | |
Fura-2AM | Invitrogen (Waltham, MA, United States) | F1221 | |
Glucose (C6H12O6) | Fisher Bioreagents (Waltham, MA, United States) | D16-500 | |
Gravity-Fed Pressure regulator | custom-made in the lab | ||
Heating unit | Living Systems Instrumentation (Burlington, VT, United States) | TC-09S | |
Imaging software | IonOptix (Westwood, MA, United States) | ||
Inverted fluorescent microscope | Olympus Corporation of the Americas (Center Valley, PA, United States) | IX73 | |
Ionomycin | Invitrogen (Waltham, MA, United States) | I24222 | |
IonOptix Cell Framing Adaptor | IonOptix (Westwood, MA, United States) | 665 DXR | |
Isoflurane | Piramal Critical Care (Telangana, India) | NDC 66794-017-10 | |
Isolated vessel perfusion chamber | Living Systems Instrumentation (Burlington, VT, United States) | CH-1 | |
Knot preparation forceps | Fine Science Tools (Foster City, CA, United States) | 11253-20 | |
LED light source | Olympus Corporation of the Americas (Center Valley, PA, United States) | TL4 | |
Magnesium sulfate (MgSO4) | Acros Organics (New Jersey, NJ, Unites States) | 213115000 | |
MyoCam-S3 Fast CMOS video system | IonOptix (Westwood, MA, United States) | MCS300 | |
Nifedipine | Sigma (St. Louis, MO, United States) | N7634 | |
Ophthalmic sutures | |||
Oxygen (O2) | nexAir (Memphis, TN, United States) | UN1072 | |
Pluronic acid | Sigma (St. Louis, MO, United States) | P2443 | |
Potassium chloride (KCl) | Fisher Bioreagents (Waltham, MA, United States | BP366-500 | |
Pressure monitor system | Living Systems Instrumentation (Burlington, VT, United States) | PM-4 | |
Pressure Transducer | Living Systems Instrumentation (Burlington, VT, United States) | PT-F | |
Silicone-lined petri-dish | custom-made in the lab | ||
Sodium bicarbonate (NaHCO3) | Fisher Bioreagents (Waltham, MA, United States | BP328-500 | |
Sodium chloride (NaCl) | Fisher Bioreagents (Waltham, MA, United States | BP358-212 | |
Sodium phosphate (NaH2PO4) | Fisher Bioreagents (Waltham, MA, United States | BP329-500 | |
Sprague-Dawley rats | Envigo RMS (Indianapolis, IN, USA) | Male | 9-13 weeks old |
Stereomicroscope | Leica Microsystems (Wetzlar, Germany) | S9D | |
Vannas spring scissors | Fine Science Tools (Foster City, CA, United States) | 15000-03 |