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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Uteruskontraktionen sind wichtig für das Wohlbefinden von Frauen. Jedoch, pathologisch erhöhte Kontraktilität kann zu Dysmenorrhoe führen, vor allem bei jüngeren Frauen. Hier beschreiben wir eine einfache Ex-vivo-Zubereitung, die eine schnelle Beurteilung der Wirksamkeit von glatten Muskelrelaxantien ermöglicht, die zur Behandlung von Dysmenorrhoe verwendet werden können.
Dysmenorrhoe, oder schmerzhafte Krämpfe, ist das häufigste Symptom mit Menses bei Frauen verbunden und seine Schwere kann frauenalltag behindern. Hier präsentieren wir eine einfache und kostengünstige Methode, die für die Erprobung neuer Medikamente zur Verringerung der Gebärmutterkontraktilität entscheidend wäre. Diese Methode nutzt die einzigartige Fähigkeit des gesamten Mausfortpflanzungstraktes, spontane Beweglichkeit zu zeigen, wenn sie ex vivo in einer Petrischale mit sauerstoffhaltigem Krebspuffer gepflegt wird. Diese spontane Beweglichkeit ähnelt der wellenartigen myometrialen Aktivität der menschlichen Gebärmutter, die als Endometriumwellen bezeichnet wird. Um die Wirksamkeit der Methode zu demonstrieren, verwendeten wir ein bekanntes Uterusrelaxant-Medikament, Adrenalin. Wir zeigen, dass die spontane Beweglichkeit des gesamten Mausfortpflanzungstraktes in diesem Petrischalenmodell schnell und reversibel durch 1 M Adrenalin gehemmt werden kann. Die Dokumentation der Veränderungen der Gebärmutterbeweglichkeit kann leicht mit einem gewöhnlichen Smartphone oder einer ausgeklügelten Digitalkamera durchgeführt werden. Wir entwickelten einen MATLAB-basierten Algorithmus, der bewegungstracking ermöglicht, um spontane Veränderungen der Gebärmuttermotilität zu quantifizieren, indem die Rate der Uterushornbewegungen gemessen wird. Ein großer Vorteil dieses ex vivo Ansatzes ist, dass der Fortpflanzungstrakt während des gesamten Experiments intakt bleibt und alle intrinsinininären zellulären Wechselwirkungen bewahrt. Die Hauptbeschränkung dieses Ansatzes ist, dass bis zu 10-20% der Uteri keine spontane Beweglichkeit aufweisen können. Bisher ist dies die erste quantitative Ex-vivo-Methode zur Beurteilung der spontanen Gebärmuttermotilität in einem Petrischalenmodell.
Als wichtiges weibliches Organ ist die Gebärmutter entscheidend für die Fortpflanzung und für die Ernährung des Fötuswesentlich 1. Die Gebärmutter besteht aus drei Schichten: Perimetrium, Myometrium und Endometrium. Das Myometrium ist die Hauptkontraktile Schicht der Gebärmutter und spielt eine Schlüsselrolle bei der Fötuslieferung. Das Endometrium ist die innerste Schicht, die die Gebärmutterhöhle auskleidung und für die Embryoimplantation unerlässlich ist. Bei nicht schwangeren Frauen im reproduktiven Alter wird die Endometriumschicht monatlich zu Beginn des Menstruationszyklus vergossen. Das Myometrium hilft in diesem Vergießensprozess durch die Aufrechterhaltung der spontanen myometrialen Kontraktionen, die für die Reinigung des nekrotischen Endometriumgewebes aus der Gebärmutter benötigt werden1.
Leider, erhöhte myometriale Kontraktilität kann zu negativen Nebenwirkungen wie Dysmenorrhoe führen, oder schmerzhafte Menstruationskrämpfe. Dies ist insbesondere bei jungen Frauen und nulliparösen Frauen2zu beobachten. Jedoch, Dysmenorrhoe ist für jede Frau anders und hängt von der Stärke ihrer myometrialen Kontraktionen; stärkere Kontraktionen sind oft mit dem Gefühl von schweren Krämpfenverbunden 3. Myometriale Kontraktilität kann mit Gebärmutter-Ultraschall visualisiert werden und wird oft als Endometriumwellen erkannt. Verbesserte Freisetzung von Prostaglandinen während der Menstruation4 in der Gebärmutter unteren endometrialen Sloughing wird geglaubt, um zu einer erhöhten myometrialen Hyperkontraktilität beitragen, was zu Ischämie und Hypoxie der Gebärmuttermuskulatur und damit erhöhte Schmerzen3.
Schwere Dysmenorrhoe kann die tägliche Aktivität einiger Frauen behindern und 3 bis 33% der Frauen haben sehr starke Schmerzen, die dazu führen könnten, dass eine Frau für 1 bis 3 Tage jeden Menstruationszyklus bettlägerig ist5. Dysmenorrhoe ist die Hauptursache für gynäkologische Morbidität bei Frauen im reproduktiven Alter unabhängig von Alter, Nationalität und wirtschaftlichem Status5. Die geschätzte Prävalenz von Dysmenorrhoe ist sowohl hoch als auch variabel und reicht von 45 % bis 93 % bei Frauen im reproduktiven Alter5. Dysmenorrhoe-assoziierte Schmerzen hat einen Einfluss auf das tägliche Leben von Frauen und kann zu schlechten akademischen Leistungen bei Jugendlichen führen, niedrigere Qualität des Schlafes, Einschränkung der täglichen Aktivitäten, und Stimmungsschwankungen5.
Viele Frauen, die schwere Dysmenorrhoe erleben, greifen auf rezeptfreie Medikamente zurück, um ihre Schmerzen zu lindern. Solche rezeptfreien Medikamente enthalten Cyclooxygenase-Inhibitoren (COX), die die Bildung von Prostaglandinen verhindern6. Jedoch, COX-Hemmer sind mit unerwünschten kardiovaskulären Ereignissen verbunden, und etwa 18% der Frauen mit Dysmenorrhoe sind nicht auf diese Inhibitoren reagieren7. Daher gibt es einen Bedarf an neuen Medikamenten, um Menstruationskrämpfe zu reduzieren. Da die Kontraktilität der Gebärmutter zur Pathogenese der Dysmenorrhoe beiträgt, kann eine mögliche Strategie die Verwendung von Gebärmutterrelaxantien sein.
Es ist vorteilhaft, die Auswirkungen von potenziellen Entspannungsmedikamenten in einem Modell natürlich vorkommender spontaner myometrialer wellenähnlicher Kontraktionen zu quantifizieren. Bisher wurde jedoch keine effiziente Ex-vivo-Methode zum Testen von muskelentspannenden Medikamenten in der intakten Gebärmutter beschrieben. Derzeit werden isometrische Spannungsmessungen verwendet, um entspannende Arzneimitteleffekte zu bewerten. Während solcher Messungen wird ein Gebärmuttermuskelstreifen in einem Gewebebad in konstanter Länge unter Vorspannung gehalten, während die Kraft von Gebärmuttermuskelkontraktionen vor und nach der Oxytocin-Stimulation in Gegenwart oder Abwesenheit eines Relaxmittels aufgezeichnet wird. Obwohl dieser Ansatz sehr nützlich ist, erfordert er teure Ausrüstung. Darüber hinaus ähneln isometrische Kontraktionen nicht den spontanen myometrialen wellenartigen Kontraktionen, die natürlicherweise in der intakten Gebärmutter auftreten. Einzigartig ist, dass die uterine myometrialen Wellen bei Nagetieren als Gebärmutterhornmotilität visualisiert werden können, wenn der gesamte Fortpflanzungstrakt (Ovarien, Eileiter, Gebärmutter und Vagina) in einer Pufferlösung gehalten wird. Hier stellen wir eine ex vivo Methode zur Überwachung der spontanen Beweglichkeit der intakten Mausgebärmutter vor, die in einer Petrischale mit sauerstoffhaltigem Krebspuffer platziert wird. Wir beschreiben auch einen Motilitätsquantifizierungsalgorithmus, der den MATLAB Motion Tracker verwendet. Dieser neuartige Ansatz bietet eine einfache und kostengünstige alternative, um das Entspannungspotenzial natürlich vorkommender Heilmittel und synthetischer Verbindungen zu testen.
Alle Verfahren mit Tieren wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee an der Indiana University School of Medicine (Indianapolis, IN) genehmigt. In der Studie wurden 2-5 Monate alte F2-129S-C57BL/6 geschlechtsreife weibliche Mäuse verwendet.
ACHTUNG: Sorgen Sie für Sicherheit, indem Sie einen Labormantel, eine Maske und Handschuhe bei der Arbeit mit Tieren und biogefährlichen Materialien tragen.
1. Lösungsvorbereitung
2. Tierzubereitung
3. Bestimmung der Estrous-Zyklusstufe
4. Maus Reproductive Tract Ddissektion
5. Gewebe-Bildgebung
6. Datenanalyse
Abbildung 1 zeigt repräsentative Bilder, die während des gesamten Instandiverdisanzverfahrens aufgenommen wurden, das in diesem Protokoll beschrieben wird. Um eine Kontamination des Puffers mit Fell zu vermeiden, was die Videoqualität verringern würde, befeuchteten wir den Mauskörper mit 70% Ethanol. Der wichtigste Maßstab für den Abschnitt des Protokolls ist die Suche nach der Harnblase. Die Gebärmutter und Vagina wird niedriger als die Harnblase befinden.
Um das Protokoll zu testen, behandelten wir den gesamten Fortpflanzungstrakt mit Adrenalin. Epinephrin ist bekannt, Gebärmutter glatte Muskelentspannung verursachen. Dieses Hormon wird endogen in der Nebennieren-Medulla produziert und dient als Stresshormon bei Säugetieren. In unseren Experimenten haben wir 1 M Epinephrin verwendet. Dies ist eine Sättigungskonzentration, die bekanntermaßen maximale Reaktionverursacht 12. Es wurden vier Experimente durchgeführt. In allen Studien hemmte 1 'M Epinephrin reversibel die spontane Gebärmuttermotilität (Abbildung 2).
Um die spontane Beweglichkeit des Fortpflanzungstraktes zu quantifizieren, haben wir einen Algorithmus entwickelt, der es uns ermöglicht, die durchschnittliche Veränderungsrate im euklidischen Abstand zwischen zwei ausgewählten Punkten auf dem Fortpflanzungstrakt der Maus zu bewerten. Die Punktpositionen werden mit dem Motion Tracking Modul der MATLAB Software nachverfolgt. Das entsprechende Skript für MATLAB, mit dem wir die euklidischen Entfernungen berechnet haben, ist im Ergänzenden Material online verfügbar. Die Position der Punkte ist entscheidend für ein erfolgreiches Motion-Tracking-Verfahren. Es sollte sorgfältig über die Qualität der Videos nachgedacht werden, da die Lichtreflexionen von der Wand der Petrischale den Bewegungstracker ablenken können, und es kann aufhören, die Hornbewegung zu verfolgen, während der Punkt zu einem der Lichtverhältnisse neu zugewiesen wird. Reflexionen. Wir haben uns entschieden, einen der Punkte in die Mitte eines Horns zu stellen, um sicherzustellen, dass er weit genug von den Wandreflexionen der Petrischale entfernt ist. Der zweite Punkt wurde in der Regel auf der Vagina ausgewählt, da es keine spontane Beweglichkeit zeigte. Abbildung 3 enthält eine Stichprobe der Datenanalyse, und ergänzende Abbildung 1 zeigt die repräsentativen Bilder, die während der Bewegungsverfolgung aufgenommen wurden.

Abbildung 1 : Schritte der gesamten Isolation des Fortpflanzungstraktes. (A) Es wurde ein Schnitt in der Haut gemacht und der Abdominopelvic-Bereich wurde oberhalb des Peritoneums (1) freigelegt. (B) Die seröse Membran wurde langsam geöffnet, um den Magen-Darm-Trakt freizulegen (2). (C) Der Magen-Darm-Trakt wurde verschoben, um die Gebärmutterhörner freizulegen (3). Die Harnblase (4) kann in der Nähe der Konjunktion der Hörner visualisiert werden. (D) Die Uterushörner wurden befreit und an den Seiten der Schamsymphyse (5) Schnitte vorgenommen, um die Vagina (6) zu entblößen. (E) Entfernung des isolierten Fortpflanzungstraktes und Platzierung in DPBS-Lösung. Überschüssiges Fell oder Bindegewebe wurde entfernt. (F) Ein tiefer Einzug ist an der Vagina (rechts) nach Entfernung des Rektums (links, 7) zu sehen. (G) Das umgebende Bindegewebe wird entfernt. Eine Digitalkamera und eine Application Suite-Software (Version 3.7.0) wurden verwendet, um Echtzeitbilder während der Sezierung zu erfassen (Kameraeinstellung: Farbton 20/Sättigung 80). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2 : Es wird ein repräsentatives Experiment mit dem gesamten isolierten Fortpflanzungstrakt gezeigt. Die Bilder wurden 15 s auseinander genommen, bevor (A), während (B) und nach (C) die Anwendung von 1 M Epinephrin. Die Präparation des Fortpflanzungstraktes zeigte eine hohe Beweglichkeit in den Paneelen A und C in Abwesenheit von Adrenalin, aber es ist still in Panel B mit der Anwesenheit von 1 M Epinephrin. Das unbearbeitete Videomaterial wird als Zusatzvideos 1-3zur Verfügung gestellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3 : Datenanalyse im Ex-vivo-Experiment, das in Abbildung 2. (A) Es wird ein Zeitverlauf der euklidischen Entfernungsänderungsrate angezeigt. Die Bezugspunkte, zwischen denen der Abstand während der spontanen Gebärmutterbeweglichkeit bestimmt wurde, werden als grüne Punkte im Einset dargestellt. Die Punkte wurden am proximalen Teil der Vagina und dem mittleren Segment eines Gebärmutterhorns, wie dargestellt, ausgewählt. Die blau gefüllten Kreise zeigen die spontanen Motilitätsrate-Werte vor dem Hinzufügen von Adrenalin, die roten Kreise zeigen die spontanen Motilitätsraten in Gegenwart von 1 M Epinephrin, und die grün gefüllten Kreise zeigen die spontanen Motilitätsraten nach einem Auswaschen. (B) Ein Vergleich der durchschnittlichen euklidischen Entfernungsänderungsraten (Pixel/s) vor Zugabe von Adrenalin (blauer Balken), in Gegenwart von 1 M Epinephrin (roter Balken) und nach einem Auswaschen (grüner Balken). Die MATLAB-Software wurde verwendet, um die Gebärmuttermotilität zu quantifizieren. Das Intervall wurde auf 5 s eingestellt. "Abstand" wird als Differenz zwischen dem anfänglichen Rahmenabstand und dem Rahmenabstand 5 s später berechnet. Die statistische Analyse wurde mit Kruskal-Wallis One Way Analysis of Variance on Ranks durchgeführt, gefolgt von allen paarweise mehrfachen Vergleichsverfahren nach der Dunn-Methode mit SigmaPlot 13. Das Sternchen gibt den Datensatz an, der sich erheblich von den anderen experimentellen Datensätzen unterscheidet (P = <0.001). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Ergänzender Film 1: Zeitraffer-Videoclip, der spontane Gebärmuttermotilität zeigt, bevor 1 M Adrenalin hinzugefügt wird. Bitte klicken Sie hier, um dieses Video anzuzeigen. (Rechtsklick zum Download.)

Ergänzender Film 2: Zeitraffer-Videoclip, der spontane Gebärmuttermotilität zeigt, wenn der Krebs-Puffer mit 1 M Epinephrin ergänzt wurde. Bitte klicken Sie hier, um dieses Video anzuzeigen. (Rechtsklick zum Download.)

Ergänzender Film 3: Zeitraffer-Videoclip, der spontane Gebärmuttermotilität nach dem Auswaschen zeigt. Bitte klicken Sie hier, um dieses Video anzuzeigen. (Rechtsklick zum Download.)

Ergänzende Abbildung 1: Repräsentative Bilder, die alle 15 s während der Bewegungsverfolgung aufgenommen wurden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Ergänzendes Material: Das MATLAB-basierte Tracking-Algorithmus-Skript. Bitte klicken Sie hier, um diese Datei herunterzuladen.
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Uteruskontraktionen sind wichtig für das Wohlbefinden von Frauen. Jedoch, pathologisch erhöhte Kontraktilität kann zu Dysmenorrhoe führen, vor allem bei jüngeren Frauen. Hier beschreiben wir eine einfache Ex-vivo-Zubereitung, die eine schnelle Beurteilung der Wirksamkeit von glatten Muskelrelaxantien ermöglicht, die zur Behandlung von Dysmenorrhoe verwendet werden können.
Diese Arbeit wurde durch interne IU-Mittel unterstützt. AGO konzipierte die Studie. XC und AGO waren an der Gestaltung der beschriebenen Experimente beteiligt. FL und AGO analysierten und interpretierten die Daten. KLL, JOB, FL führten alle Ex-vivo-Experimente durch. FL schrieb das MATLAB-Skript. KLL, JOB und AGO schrieben das Manuskript. Alle Autoren lasen und genehmigten die endgültige Fassung des Manuskripts.
| Adrenalinhydrochlorid | Sigma-Aldbsp | ; E4642 | |
| Dulbecco's PBS | Fisher Sceintific | 17-512Q | |
| Ethanol 200 PROOF | Decon Laboratories | 2701 | |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S7653 | |
| Glukose | Sigma-Aldrich | G7528 | |
| KCl | Sigma-Aldrich | P9333 | |
| CaCl2 · 2H2O | Sigma-Aldrich | C5080 | |
| NaH2PO4 | Sigma-Aldrich | S0751 | |
| MgCl2 · 6H2O | Sigma-Aldrich | M9272 | |
| NaHCO3 | Sigma-Aldrich | S6297 | |
| Isofluran, USP | Patterson Veterinary | 07-893-2374 | |
| Präparieren Extra-feinspitze Präzisions-Splitterzange | Fisher Sceintific | 13-812-42 | |
| gebogene gehärtete Feinirisschere | Fine Science Tools | 14091-09 | |
| Präparieren Modulares Hochleistungs-Stereomikroskop | Leica | MZ6 | |
| Digitale 5-Megapixel-Farbmikroskopkamera mit aktivem Kühlsystem | Leica | DFC425 C | |
| Stereomaster-Mikroskop Faseroptische Lichtquellen | Fisher Sceintific | 12-562-21 | |
| Wiegeboot | Fisher Sceintific | WB30304 | |
| Convertors Astound Standard OP-Kittel | Kardinal Gesundheit | 9515 | Kleine, mittlere oder große |
| Handschuhe | McKesson Corporation | 20-1080 | Kleine, mittlere oder große; puderfreie sterile OP-Handschuhe aus Latex oder Nitril |
| Petrischale | Corning Falcon | 351029 | 100 mm |
| Petrischale | Corning Falcon | 353001 | 35 mm |
| 95% O2- 5% CO2 Gasgemisch | Praxair | MM OXCD5-K | |
| Ohrschlaufenmasken | Valumax International | 5430E-PP | |
| DSLR 24,2 MP Kamera | Canon | EOS Rebel T6i | |
| MATLAB | MathWorks | N/A | Version 2019 oder höher |