$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
يجب على المجربين التأكد من أن الاستخدام المعين للحيوانات والبروتوكولات المرتبطة بها تتم الموافقة عليه من قبل لجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية (IACUC) ويتم تنفيذه وفقا ل دليل رعاية واستخدام المختبر الصادر عن المجلس الوطني للبحوث (الطبعة 8 ، 2011) وإرشادات ARRIVE. وافقت IACUC من جامعة لوما ليندا وجامعة أريزونا على جميع البروتوكولات المستخدمة لهذه المخطوطة للفئران C57BL/6N و 3xTg-AD (الذكور والإناث ؛ الفئة العمرية: 2-30 شهرا). انظر الشكل 1 كنظرة عامة على عزل وفحص الأنابيب البطانية الشريانية المعزولة حديثا من الشرايين المتنية للفئران في الدماغ.
1. المواد والمعدات
ملاحظة: راجع جدول المواد للاطلاع على جميع الكواشف والمواد المطلوبة لهذا البروتوكول . بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أيضا الرجوع إلى الأدلة والمواقع الشبكية المرتبطة بالبائعين المعنيين حسب الحاجة. وقد سبق تقديم رسوم توضيحية لمحطات التشريح والأجهزة التجريبية13.
- غرفة التدفق
- اربط غرفة فائقة الاندماج بغطاء زجاجي على منصة مكونة من الألومنيوم المؤكسد. قم بتأمين المنصة مع الغرفة على مسرح مجهر الألومنيوم.
- قم بتعيين مناور دقيق يحمل ماصة تثبيت في كل طرف من أطراف المنصة على مرحلة مجهر الألومنيوم.
ملاحظة: إذا لزم الأمر، استخدم جهاز مرحلة قابل للنقل مع وحدة غرفة تدفق لنقل أنبوب بطاني آمن ومعزول من جهاز مجهر إلى آخر لإجراء التجارب.
- المجاهر
- استخدم المجاهر المجسمة (نطاق التكبير من 5x إلى 50x) ومصادر ضوء الألياف البصرية لإجراءات التشريح.
- لعزل الأنابيب البطانية، استخدم جهاز مجهر مقلوب مجهز بأهداف متوافقة مع تباين الطور أو تباين التداخل التفاضلي (DIC) (10x و 20x و 40x) ومرحلة من الألومنيوم.
- اجعل وحدة التحكم في مضخة المحاقن الدقيقة جاهزة بجوار الجهاز المخصص لعزل الأنابيب البطانية عن الأوعية الدموية المهضومة جزئيا.
- قم بإعداد الجهاز التجريبي عن طريق ترتيب مجهر مقلوب (الأهداف: 4x و 10x و 20x و 40x و 60x) ومرحلة ألومنيوم يدوية على طاولة عزل الاهتزاز.
- معدات تسجيل Vm داخل الخلايا
- قم بتوصيل المقياس الكهربائي بمنضدة رأس متوافقة. استخدم الملحقات، مثل مولد الوظائف والمحفز، للبروتوكولات التي تتطلب الحقن الحالي.
- قم بتوصيل مخرجات مكبر الصوت بنظام رقمنة البيانات ومنظار الذبذبات وشاشات خط الأساس المسموعة. قم بتأمين قطب الحمام المرجعي (حبيبات Ag/AgCl) بالقرب من مخرج غرفة التدفق.
- قم بتجميع نظام ضوئي مع مكونات متكاملة من واجهة نظام التألق ، ومصباح قوس عالي الكثافة ومصدر طاقة ، و hyperswitch ، وأنبوب مضاعف ضوئي (أو PMT) ، وكاميرا لقياس [Ca2 +] i في الخلايا البطانية.
- قم بتجميع وحدة تحكم في درجة الحرارة مزودة بسخان مضمن لرفع درجة حرارة فسيولوجية (37 درجة مئوية) والحفاظ عليها طوال التجربة.
- قم بتجميع منصة متعددة القنوات متصلة بوحدة تحكم في الصمام مع صمام تحكم في التدفق مضمن للتحكم في توصيل الحلول إلى الأنابيب البطانية المثبتة في الغرفة.
- الماصات الدقيقة والأقطاب الكهربائية الحادة
ملاحظة: سيحتاج المجرب إلى مجتذب زجاجي إلكتروني و microforge لإعداد ماصات التتبع وتثبيتها.
- لفصل الأنبوب البطاني عن الجزء الشرياني المهضوم جزئيا ، قم بإعداد ماصات ثلاثية مصقولة بالحرارة (قطر الطرف الداخلي: 30-50 ميكرومتر) من الشعيرات الدموية الزجاجية البورسليكات.
- لتأمين الأنبوب البطاني في غرفة الاندماج الفائق ، قم بإعداد ماصات تثبيت مصقولة بالحرارة بنهاية كروية حادة (القطر الخارجي: 50-70 ميكرومتر) محضرة من الشعيرات الدموية الزجاجية البورسليكية رقيقة الجدار.
- لتسجيل Vm لخلية بطانية ، قم بإعداد أقطاب كهربائية حادة بمقاومة طرف ~ 150 ± 30 MΩ من الشعيرات الدموية الزجاجية باستخدام مجتذب الزجاج فقط.
2. المحاليل والأدوية
- محلول الملح الفسيولوجي (PSS)
- قم بإعداد ما لا يقل عن 1 لتر من PSS باستخدام 140 mM NaCl و 5 mM KCl و 2 mM CaCl 2 و 1 mM MgCl 2 و 10 mM N-2-hydroxyethylpiperazine-N'-2-ethanesulfonic acid (HEPES) و 10 mM glucose.
- قم بإعداد الحلول اللازمة التي تفتقر إلى CaCl2 (صفر Ca2 + PSS) لتشريح الشرايين الدماغية وعزل الأنبوب البطاني.
ملاحظة: قم بإعداد جميع المحاليل في H2O منزوع الأيونات فائق النقاء، متبوعا بالترشيح (0.22 ميكرومتر). تأكد من أن المنتج النهائي يحتوي على درجة حموضة 7.4 مع أسمولية بين 290 و 300 mOsm.
- ألبومين مصل البقر (BSA ، 10٪)
- قم بإذابة 1 غرام من مسحوق BSA المجفف بالتجميد في كوب من 10 مل من صفر Ca2 + PSS. قم بتغطية الكأس واترك 2 ساعة على الأقل مع التحريك البطيء حتى يذوب BSA.
- حل مرشح باستخدام حقنة 10 مل بالإضافة إلى مرشح 0.22 ميكرومتر وإعداد 1 مل aliquots ليتم تخزينها في -20 درجة مئوية.
- حل التشريح
- أضف 500 ميكرولتر من BSA (10٪) إلى 49.5 مل من صفر Ca2 + PSS لحجم إجمالي قدره 50 مل.
- نقل الحل إلى طبق بتري لتشريح الشرايين.
- حل التفكك
- أضف 5 ميكرولتر من محلول CaCl 2 (1 M) و 500 ميكرولتر من BSA (10٪) إلى 49.5 مل من صفر Ca2 + PSS لحجم إجمالي قدره 50 مل. حضانة الحل في درجة حرارة الغرفة لمدة 1 ساعة على الأقل.
- الانزيمات
- تحضير 1 مل من محلول الهضم مع 100 ميكروغرام / مل غراء ، 170 ميكروغرام / مل ثنائي ثيوريثريتول ، 250 ميكروغرام / مل كولاجيناز (مزيج من النوع H) ، و 40 ميكروغرام / مل إيلاستيز.
ملاحظة: يمكن أن تختلف أنشطة الإنزيم ، على الرغم من أن البروتوكولات الناجحة من المحتمل أن تتطلب الأنشطة الأنزيمية التالية: ≥ 10 وحدات / ملغ للغراء ، ≥ 1 وحدة / ملغ للكولاجيناز ، و ≥ 5 وحدات / ملغ للإيلاستيز.
- Fura-2 والعوامل الدوائية
- تحضير مخزون Fura-2 AM في ثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO ؛ 1 mM). تحضير 500 ميكرولتر من تركيز العمل (10 ميكرومتر) عن طريق إضافة 5 ميكرولتر من المخزون إلى 495 ميكرولتر من PSS للتحميل.
- تحضير ما لا يقل عن 50 مل من تركيزات العمل من العوامل الدوائية في PSS أو DMSO حسب الاقتضاء.
- إجراء الحل
- تحضير 2M KCl عن طريق إذابة KCl في H 2 O منزوعالأيونات (7.455 g من KCl في 50 مل من H2O). مرر المحلول عبر حقنة بمرشح 0.22 ميكرومتر قبل ردم الأقطاب الكهربائية الحادة.
- أجهزة تتبع العضيات الفلورية والأجسام المضادة
- قم بإعداد غشاء البلازما أو الأورجانيلار (على سبيل المثال ، النواة ، الشبكة الإندوبلازمية) في محلول ملحي فسيولوجي مناسب وفقا لتعليمات الشركة المصنعة.
- تحضير الأجسام المضادة الأولية والثانوية وفقا لتعليمات الشركة المصنعة في محلول الملح الفسيولوجي المناسب.
3. تشريح وعزل الشرايين الدماغية للفئران
ملاحظة: يجب استخدام المجاهر المجسمة وأدوات التشريح المجهري الحادة (على سبيل المثال ، ملقط ذو رأس دقيق ، ومقص تشريح على غرار فاناس) لتكبير العينة (حتى 50x) في جميع إجراءات التشريح هذه.
- عزل دماغ الفأر
- تخدير فأر مختبر قياسي (على سبيل المثال ، C57BL / 6 ، 3xTg-AD ؛ 2-30 شهرا ، ذكرا أو أنثى) باستخدام استنشاق الأيزوفلوران (3٪ لمدة 2-3 دقائق) ، يليه قطع الرأس الفوري باستخدام مقص حاد أو مقصلة وفقا لموافقة IACUC. ضع رأس الماوس في طبق بتري (قطره 10 سم ، عمقه 1.5 سم) يحتوي على محلول تشريح بارد (4 درجات مئوية).
- أثناء المشاهدة تحت المجهر المجسم، قم بإزالة الجلد والشعر فوق الجمجمة واغسل الدم الزائد بمحلول تشريح بارد. باستخدام أطراف مقص التشريح القياسي (على سبيل المثال ، شفرات 24 مم) ، قم بعمل شق يبدأ بالعظم القذالي ويمتد عبر عظم الأنف في الجمجمة. استخدم ملقط ذو رأس خشن لفتح الجمجمة بعناية على طول الشق ، وفصل النسيج الضام (الغشاء السحائي) لعزل الدماغ الذي يحتوي على دائرة ويليس سليمة.
- اغسل الدماغ المعزول بمحلول تشريح بارد في كوب أو طبق بتري لإزالة الدم المتبقي من سطح الدماغ. ضع الجانب البطني للدماغ متجها لأعلى في غرفة تحتوي على محلول تشريح بارد لعزل الشرايين المتنية (الشكل 2A).
- عزل الشرايين المتنية
ملاحظة: يتم اختيار الشرايين الناشئة عن الشرايين الدماغية الوسطى (MCAs) والمدمجة في حمة الدماغ لهذا البروتوكول. يتم عزل الشرايين كما هو موضح سابقا11 ، مع تعديل.
- استخدم دبابيس فولاذية (قطرها: 0.2 مم، طولها: 11 إلى 12 مم) لتأمين الدماغ المعزول في محلول تشريح بارد في طبق بتري يحتوي على طلاء بوليمر السيليكون المشبع بالفحم (العمق ≥ 50 سم).
- باستخدام مقص تشريح حاد ومحاذاة ، قم بقطع مستطيل من أنسجة المخ (الطول: 5 مم ، العرض: 3 مم) (الشكل 2B) حول MCA مع التأكد من أن الجزء العلوي من جزء الأنسجة يتجاوز نقطة التفرع من دائرة ويليس. قطع مستطيل آخر من أنسجة المخ من نصف الكرة الآخر من الدماغ للوصول إلى المزيد من الشرايين إذا لزم الأمر.
- قم بتأمين جزء أنسجة المخ المنفصلة في الطبق مع توجيه MCA لأعلى (بعيدا عن دائرة ويليس) باستخدام دبابيس فولاذية (قطر: 0.1 مم ، طول: 13 إلى 14 مم). قم بعمل شق ضحل بعناية بالقرب من المسامير لإزالة pia باستخدام ملقط صغير ، مع تقشير بلطف من أحد الطرفين نحو الطرف الآخر (الشكل 2C). قم بإزالة pia من جزء الأنسجة الآخر للوصول إلى المزيد من الشرايين إذا لزم الأمر. قم بتأمين pia المعزولة بعناية مع الشرايين المتنية المتفرعة من MCA في الطبق مع المسامير ، وتشريح الشرايين المتنية (الشكل 2D) ، وضمان عدم تلف الشرايين.
ملاحظة: إذا لم يتم سحب الشرايين بسهولة باستخدام pia من الحمة ، فاستخدم ملقط ناعم وحفر في الدماغ ، بدءا من نقطة فرع MCA من دائرة ويليس. حدد موقع الشريان، وقم بفك الأنسجة حول الشرايين بعناية (الشكل 2E)، واسحب الشرايين برفق من الحمة، مع الاحتفاظ بالطرف العلوي من الشريان (الشكل 2F). يمكن عزل الشرايين المتعددة (الطول: ~ 1.5-2 مم) من مستطيل واحد من أنسجة المخ.
- تأكد من نظافة الشرايين مع عدم وجود أنسجة متصلة بها ، وقطع أي فروع بعيدة متبقية (الشكل 3A). استخدم هذا الشريان النظيف والسليم للهضم الإنزيمي. بدلا من ذلك ، قم بقطع كل شريان إلى قطعتين (الطول: 0.75-1 مم) للهضم الأنزيمي لإعداد الأنابيب البطانية إذا رغبت في ذلك.
4. هضم الشرايين المتنية وإعداد الأنابيب البطانية
- ترتيب المعدات والماصات
ملاحظة: تم وصف عزل الأنابيب البطانية الشريانية عن الدماغ سابقا13,18. يتضمن البروتوكول الحالي تعديلات لعزل البطانة عن الشرايين المتنية (داخل المخ). يمكن استخدام الشرايين المتعددة و / أو قطع من الشرايين معا للهضم الإنزيمي.
- قم بتجميع جهاز التريتورات13 لإعداد الأنابيب البطانية باستخدام مرحلة من الألومنيوم تدعم الغرفة والمتلاعبين الدقيقين. قم بتجميع مجهر مجهز بالأهداف (5x-60x) وكاميرا متصلة بشاشة كمبيوتر. قم بتأمين حقنة دقيقة باستخدام وحدة تحكم في المضخة بجوار المرحلة والعينة.
- قم بتأمين ماصة ثلاثية مملوءة بالزيت المعدني فوق مكبس المحقنة الدقيقة. استخدم المحقنة الدقيقة مع وحدة تحكم المضخة لسحب محلول التفكك إلى ماصة التحلل (~ 130 نانولتر) فوق الزيت المعدني مع الحرص على تجنب فقاعات الهواء في الماصة.
- الهضم الجزئي لشرائح الشرايين
- ضع شرائح شريانية سليمة في 1 مل من محلول التفكك في أنبوب زجاجي سعة 10 مل يحتوي على غراء 100 ميكروغرام / مل غراء ، و 170 ميكروغرام / مل ثنائي ثيوريثريتول ، و 250 ميكروغرام / مل كولاجيناز ، و 40 ميكروغرام / مل إيلاستيز. احتضان شرائح الشرايين عند 34 درجة مئوية لمدة 10-12 دقيقة.
- بعد الهضم ، استبدل محلول الإنزيم ب 3-4 مل من محلول التفكك الطازج في درجة حرارة الغرفة.
- عزل الأنبوب البطاني الشرياني
ملاحظة: بعد هضم محلول الإنزيم واستبداله، قم بنقل جزء واحد أو عدة أجزاء مهضومة جزئيا إلى محلول التفكك في غرفة اندماج فائق متصلة بمنصة متنقلة. أثناء العرض عند تكبير 100x إلى 200x ، حدد جزءا من الأوعية مهضومة جزئيا ولكن غير منقطعة وركز عليه تحت المجهر.
- ضع ماصة التريتورات المرفقة بحاقن المحقنة الدقيقة في محلول التفكك في الغرفة وضعها بالقرب من أحد طرفي جزء الوعاء المهضوم. اضبط معدلا ضمن نطاق 1-3 نانولتر/ثانية على وحدة تحكم المضخة لإجراء عملية سحب لطيفة.
- مع الحفاظ على تكبير 100x إلى 200x ، اسحب الجزء الشرياني إلى الماصة ثم اخرج لفصل adventitia وخلايا العضلات الملساء (الشكل 3B). قم بتثليث جزء الوعاء حتى يتم فصل جميع خلايا العضلات الملساء ، وتبقى الخلايا البطانية فقط ك "أنبوب" سليم.
ملاحظة: إذا لزم الأمر أثناء التثليث، استخدم بعناية ملقط ذو رؤوس دقيقة لإزالة الغدة الدرقية المنفصلة والصفيحة المرنة الداخلية من الأنبوب البطاني. عادة ، لا ينتج سوى بضع دورات من التريتورات أنبوب بطاني سليم.
- استخدم أجهزة المعالجة الدقيقة لتأمين كل طرف من الأنبوب البطاني على الغطاء الزجاجي في الغرفة باستخدام ماصات تثبيت زجاجية من البورسليكات (الشكل 3C ، D).
- تأمين الأنبوب البطاني الشرياني
- استبدل محلول التفكك بمحلول الانصهار الفائق (PSS الذي يحتوي على 2 mM CaCl2) مع ضمان غسل المواد غير البطانية خارج الغرفة.
- انقل الأنبوب البطاني الآمن في المنصة المتنقلة إلى جهاز المجهر المصمم للاندماج الفائق المستمر والتسجيلات / التصوير داخل الخلايا أو الفلورسنت.
- تطبيق التسليم المستمر ل PSS أثناء التجربة. اضبط معدل التدفق يدويا (5-7 مل / دقيقة) طوال التجربة باستخدام صمام التحكم في التدفق المضمن ، بما يتفق مع التدفق الرقائقي ، مع مطابقة تغذية تدفق المحلول إلى حد شفط الفراغ. اسمح ≥5 دقيقة من تدفق PSS إلى الغرفة للاندماج الفائق للأنبوب البطاني قبل الحصول على بيانات الخلفية و / أو تحميل الصبغة.
5. استخدام الأنابيب البطانية الشريانية لفحص الفسيولوجيا الخلوية
ملاحظة: يمكن استخدام الأنابيب البطانية الشريانية المعزولة والآمنة للتسجيلات داخل الخلايا لديناميات [Ca2+] i و Vm باستخدام القياس الضوئي والفيزيولوجيا الكهربية للأقطاب الكهربائية الحادة ، على التوالي ، كما هو موضح سابقا13 (الشكل 4). [كاليفورنيا2+] يمكن قياس i و Vm كمتغيرات تجريبية منفصلة أو مجتمعة حسب الحاجة13 (الشكل 4). ومع ذلك ، فإن الأنابيب البطانية الشريانية أكثر حساسية من البطانة الشريانية ، ويجب ألا يتجاوز وقت التجريب 1 ساعة.
- قياس [Ca2+]i
- قم بتشغيل المعدات والبرامج الخاصة بتسجيلات [Ca2+] i مع الحفاظ على الاندماج الفائق المستمر بمعدل تدفق يتراوح بين 5 و7 ملليلتر/دقيقة.
- قم بتحميل الأنبوب البطاني بصبغة Ca2+ Fura-2 AM لمدة 30 دقيقة في درجة حرارة الغرفة. اغسل الخلايا بمحلول الانصهار الفائق لمدة 20-30 دقيقة أخرى مع رفع درجة حرارة الحمام تدريجيا إلى 37 درجة مئوية. حافظ على درجة الحرارة عند 37 درجة مئوية طوال التجربة.
- اضبط نافذة التصوير يدويا باستخدام برنامج القياس الضوئي للتركيز على ~ 20 خلية بطانية (الشكل 4A). في غياب الضوء ، قم بتشغيل PMT على واجهة التألق وابدأ في الحصول على [Ca2+] i بواسطة Fura-2 المثير بالتناوب (≥10 هرتز) عند 340 نانومتر و 380 نانومتر أثناء جمع انبعاثات التألق عند 510 نانومتر. بمجرد إنشاء تسجيل خط أساس مستقر ل [Ca2+]i ، قم بتطبيق العوامل الدوائية (على سبيل المثال ، ناهضات مستقبلات البيورين) لكل هدف تجريبي (الشكل 4B).
- قياس Vm
- قم بتشغيل المعدات والبرامج الخاصة بتسجيلات Vm واضبط معدل الحصول على البيانات (≥10 هرتز) مع الحفاظ على الاندماج الفائق المستمر بمعدل تدفق يتراوح بين 5-7 مل / دقيقة. ارفع درجة حرارة الحمام تدريجيا إلى 37 درجة مئوية وحافظ عليها حتى نهاية التجربة.
- اسحب قطبا كهربائيا حادا باستخدام شعيرات شعرية زجاجية من البورسليكات ، وردم ب 2 M KCl ، وقم بتثبيته فوق سلك فضي مطلي بالكلوريد في حامل الماصة المتصل بمقياس كهربائي ، والذي بدوره يتم الاحتفاظ به بواسطة جهاز مناور دقيق.
- أثناء المشاهدة من خلال هدف 4x ، استخدم micromanipulator لوضع طرف القطب الحاد بعناية فوق خلية من الأنبوب البطاني الشرياني في PSS المتدفق في الغرفة.
- قم بزيادة التكبير تدريجيا إلى 400x وقم بتغيير موضع طرف القطب حسب الحاجة.
- باستخدام المتلاعب الدقيق ، أدخل بلطف طرف قطب كهربائي حاد في إحدى خلايا الأنبوب البطاني وابدأ في تسجيل Vm باستخدام مقياس كهربائي (الشكل 4A).
- بمجرد أن يكون السكون البطاني Vm مستقرا (-30 إلى -40 mV) ، قم بتطبيق العوامل الدوائية المطلوبة لكل هدف تجريبي (الشكل 4C).
6. التصوير الخلوي
ملاحظة: يمكن أيضا استخدام الأنابيب البطانية المثبتة في غرفة المنصة المتنقلة للتصوير المجهري في كل من الظروف الحية والثابتة19 باستخدام التألق القياسي أو المجهر البؤري. يمكن أيضا تطبيق الكيمياء النسيجية المناعية مع الأجسام المضادة المختلفة للمستقبلات والقنوات الأيونية كما هو موضح سابقا20.
- قم بتحميل الأنبوب البطاني بمتعقب التألق لغشاء البلازما أو العضية المطلوبة (على سبيل المثال ، النواة ، الشبكة الإندوبلازمية) عند 37 درجة مئوية لمدة 15-30 دقيقة.
- اغسل الخلايا باستخدام PSS الفائق الطازج وصور الخلايا الحية تحت المجهر عند الطول الموجي المثير للأصباغ المعنية (الشكل 4D ، E).
ملاحظة: يمكن إجراء الكيمياء النسيجية المناعية على نموذج الأنبوب هذا باستخدام الأجسام المضادة ذات الأهمية.