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Männliche Wildtyp-C57BL/6J junge erwachsene (4 Monate alt) Mäuse wurden während dieser gesamten Studie verwendet. Unterbringung und Verfahren mit experimentellen Mäusen wurden vom University of Colorado Anschutz Medical Campus Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) genehmigt.
1. Herstellung einer kaltphysiologischen Kochsalzlösung (CPSS)
- Bereiten Sie Ca2+ Ringer's Stock Lösung in 1 L DiH2O vor und lagern Sie sie bei 4 °C (Tabelle 1).
- Fügen Sie 13,9 g MOPS in 100 ml diH2Ohinzu, um die MOPS-Pufferlösung herzustellen und bei 4 °C zu lagern.
- Gib 0,186 g EDTA in 100 mL DiH2O, um die EDTA-Brühlösung herzustellen, pH-Wert auf 8,0, und lagere bei Raumtemperatur.
- Bereiten Sie CPSS vor, die oben hergestellte Lagerlösungen und die unten aufgeführten Chemikalien enthalten (Tabelle 2). Bringen Sie das Gesamtvolumen auf 2 L mitDiH 2O, den pH-Wert auf 7,4 bei 34 °C und filtern Sie CPSS durch einen ≤ 0,45 μm-Filter. Verteilt in 50 mL konische Röhren und lagert bei -20 °C.
2. Dissektion der Mausaorta (Abbildung 1, Abbildung 2 und Abbildung 3)
- Betäuben Sie die Maus mit inhaliertem Isofluran (2,5 %) und setzen Sie die Maus in eine dorsale liegende Position (Abbildung 1A-C).
- Sobald sich die Maus unter der chirurgischen Ebene der Anästhesie befindet, wird Blut durch eine Herzpunktion entnommen und die sekundäre Euthanasie durch bilaterale Thorakotomie abgeschlossen (Abbildung 1B–C).
- Anschließend wird die Aorta vorsichtig vom Aortenbogen zur Bauchaorta entfernt (Abbildung 1D–F).
- Setzen Sie die Aorta in CPSS und entfernen Sie sämtliches binde- und perivaskuläres Fettgewebe mit Fine Science Tools Vannas Spring Scissors (2,5 mm) (Abbildung 2A–E).
- Schneiden Sie vorsichtig drei 1 mm breite Aortensegmente im Thoraxbereich direkt unterhalb des Aortenbogens (Abbildung 3).
- Setzen Sie die beiden 1-mm-Aortensegmente in ein 1,5-ml-Rohr, das mit CPSS gefüllt ist, und lagern Sie bei -80 °C bis zu Stress-Dehnungs-Pin-Myographie-Experimenten. Lagern Sie dasdritte Segment entsprechend für nachfolgende histologische Messungen wie unten beschrieben.
3. Stress-Dehnungs-Pin-Myographie-Experimente
HINWEIS: Das Pin-Myographiesystem wird für In-vitro-Tests der Aortensteifigkeit verwendet (Abbildung 4 und Abbildung 5).
- Zuerst werden die Kammern auf 37 °C vorgeheizt, die etwa 6 ml phosphatgepufferte Kochsalzlösung (PBS) enthalten, und 1 mm gefrorene Aortensegmente aufgetaut.
HINWEIS: Alternative physiologische Salzlösungen, die angemessen sauerstoffreich und pH-kontrolliert sind, können ebenfalls wie zuvor beschriebenverwendet werden. 7.
- Sobald 37 °C erreicht ist, folgen Sie dem Kalibrierungsprotokoll des Herstellers.
- Platzieren Sie die Kalibrierungsbrücke auf den Myographen so, dass die T-Balance-Stange den Stift nicht berührt, der mit dem Krafttransducer der Pin-Myographiekammer verbunden ist.
- Stellen Sie sicher, dass der Kraftwandlerstift keiner Kraft ausgesetzt ist. Wenn die relative Kraft stabil ist, legt man ein 2 g Gewicht auf die T-Brücke, sodass die T-Balance-Stange nun ~2 g Kraft auf den Kraftwandlerstift ausübt.
- Bestätigen Sie, dass die Kraftanzeige innerhalb von 9,71–9,91 mN liegt. Falls ja, ist die Kalibrierung abgeschlossen.
- Bestimmen Sie den Baseline-Mikrometerwert und den Aufzeichnungswert (d. h. Anfangsmessung).
- Bei einem Sektionsmikroskop bestimmen Sie den Basismikrometerabstand, bei dem sich die beiden parallelen Pins fast berühren (Abbildung 4).
HINWEIS: Lassen Sie nicht zu, dass sich die beiden Pins berühren, da dies Schäden verursachen oder den Krafttransducer in der Myographenkammer stören könnte.
- Unter einem Sektionsmikroskop wird ein 1 mm großes Aortensegment über die beiden Stifte gelegt und die Breite des Segments mit Mikroschiebern erfasst (Abbildung 6A). Dann verbinden Sie die Kammereinheit mit der Schnittstelle des Pin-Myographiesystems.
HINWEIS: Erhöhen Sie die Stiftbreite, um Spannung auf das Aortasegment auszuüben, während Sie die Aorta montieren, um sie an den beiden Stiften zu befestigen, was verhindert, dass das Aortasegment verrutscht.
- Wenn Spannung auf die Aorta ausgeübt wird und die Kammer angeschlossen und am Pin-Myographiesystem montiert wurde, kehren Sie den Mikropositionierer in die "Anfangsposition" zurück, wie in Schritt 3.3 oben festgelegt.
- Vollständige Vordehnung der Aorta.
- Dehnen Sie die Aorta, indem Sie den Abstand zwischen den beiden Pins um 1 mm von der ursprünglichen Mikropositionierung erhöhen (Abbildung 6B).
- Anschließend entspannst du die Aorta, indem du die Pins wieder auf die anfängliche Mikropositionier-Anzeige zurückbringst. Führen Sie diese Dehn-Entspannungs-Sequenz dreimal durch (Abbildung 6A).
HINWEIS: Nach der letzten Dehn-Entspannungs-Sequenz sollte der Mikro-Positionierer wieder zur ursprünglichen Messung zurückgekehrt sein.
- An der Schnittstelle des Pin-Myographiesystems gibt es für jede verwendete Kammer keine Kraftmessung (Abbildung 7).
- Beginne das Stress-Dehnungsexperiment.
- Erhöhen Sie die Kraftmessung auf etwa 1 mN, indem Sie den Mikro-Positionierer anpassen (Abbildung 7).
- Nach einer Kraftausgleichung von ~1 mN (3–5 s) wird die neue Mikropositionier-Messung bei der ~1 mN Kraft aufgezeichnet und die erste Kraftmessung aufgenommen.
- Erhöhen Sie den Mikropositionierer um 50 μm (also 5 Klicks/Hashes) und lassen Sie das Aortasegment für 3 Minuten gedehnt werden. Nach 3 Minuten, Rekordkraft.
- Erhöhen Sie weiterhin den Mikropositionierer alle 3 Minuten um 50 μm und messen Sie die Kraft, bis der "Streckpunkt" erreicht ist.
HINWEIS: Der Streckpunkt ist die höchste Kraftmenge, die vor dem irreversiblen strukturellen Schaden an der Aorta entsteht (d. h. ein Riss oder Bruch in der Aorta, ein signifikanter Kraftabfall).
- Bestätigen Sie den Ertragspunkt, indem Sie die Aorta nach dem Anfangsfließpunkt um weitere 50 μm dehnen. Stellen Sie sicher, dass der Kraftwert verringert bleibt oder leicht über dem Streckpunkt liegt. Wenn der Streckpunkt nicht bestätigt ist, werden Sie mit 3-minütigen Erhöhungen fortgesetzt, bis der Streckpunkt erreicht ist.
- Nach Bestätigung des Fließpunkts sind die Experimente abgeschlossen. Beginnen Sie jetzt mit der Analyse.
4. Analyse von Spannungs-Dehnungs-Pin-Myographie-Experimenten zur Bestimmung des elastischen Moduls von Kollagen und Elastinregion
- Anhand der vom Myographen gewonnenen Kraftwerte erzeugt man eine Spannungs-Dehnungskurve mit den folgenden Gleichungen:
Stämmung (λ)=∆d/[d(i)]
Hier ist d der Durchmesser und di der Anfangsdurchmesser und;
Spannung (t)=λL/[2(HD)]
wobei L die eindimensionale Last ist, H die Dicke des Intima-Mediums und D die Gefäßlänge. Sobald die Spannungs-Dehnungskurven erzeugt sind, verwenden Sie sie, um die zuvor beschriebenenHochkraft- und Niederkraftregionen zu berechnen (Abbildung 8).
- Berechnen Sie den Hochkraftbereich (Kollagenregion) (Abbildung 8B).
- Bestimmen Sie den elastischen Modul der Spannung-Dehnungskurve als Steigung der linearen Regressionsanpassung an die letzten vier Punkte der Spannung-Dehnungskurve. Um die Hochkraftmessung aus dem Spannungs-Dehnungsdiagramm zu erhalten, folgen Sie den folgenden Schritten:
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf einen Datenpunkt im Graphen und wählen Sie Daten auswählen > Hinzufügen > Reihennamen eingeben: Elastizitätsmodul.
- Serien-X-Werte: Wählen Sie 4 Datenpunkte aus den Dehnungswerten aus. Diese sollten die drei Punkte sein, wenn die Kraft sich dem "Weichpunkt" nähert. Stellen Sie sicher, dass der Weiche-Punkt als vierter Punkt angegeben wird.
- Werte der Serie Y: Wählen Sie 4 Datenpunkte aus den Spannungswerten aus. Diese sollten die drei Punkte sein, wenn die Kraft sich dem "Weichpunkt" nähert. Stellen Sie sicher, dass der Weiche-Punkt als vierter Punkt angegeben wird.
- Klicken Sie auf OK und fügen Sie Trendlinie > lineare > Gleichung im Diagramm anzeigen > R-Quadratwert im Diagramm anzeigen.
- Die Steigung der Gleichung ist das Hochkraftelastizitätsmodul. Stellen Sie sicher, dass der R-Quadrat-Wert ≥ 0,99 ist, damit der elastische Modul genau ist.
- Berechnen Sie den Bereich mit niedriger Kraft (Elastinregion) (Abbildung 8C)
- Bestimmen Sie die Grenzen des elastin-dominanten Bereichs (niedriger Kraftbereich, bei dem die Krümmung ~0 beträgt) der Spannungs-Dehnungskurve, indem Sie eine Polynomgleichung siebter Ordnung an die Daten anpassen (r2 > 0,99) und dann die Wurzeln der Gleichung berechnen. Betrachten wir die erste Wurzel, die Grenze zwischen dem sehr niedrigen Kraftbereich und dem Elastinbereich, und die zweite Wurzel, die Grenze zwischen dem Elastinbereich und dem Beginn der Kollagenfaser-Aktivierung.
- Dann bestimmen Sie den Elastizitätsmodul des niedrigen Kraftbereichs als Steigung einer linearen Gleichung, die auf die Spannungs-Dehnungsdaten zwischen den beiden Nullstellen 8,9 passt. Um dies zu erhalten:
- Erstellen Sie eine Tabelle mit Spalten, wie in ergänzender Tabelle 1 dargestellt.
- Mach daraus ein "txt"-Dokument und öffne es im R-Code-Softwareskript "Modulus of Elasticity" R.
- Um die Daten zu verwenden, prüfen Sie die normalen Steigungen – der 3. Ableitungsgraph amR-Ausgang sollte wie "M" geformt sein.
- Im Ergebnis-Tab ist der numerische Wert unter der Steigungsspalte der Elastizitätsmodul. Stellen Sie sicher, dass der R-Quadrat-Wert größer als oder gleich 0,99 ist, damit der Elastizitätsmodul genau ist.
- Um diesen Wert in der Tabelle zu erhalten, wählen Sie die Dehnungswerte (und deren entsprechende Spannungswerte) zwischen der ersten und der zweiten Ableitung aus dem R-Code-Ergebnistab aus.
- Befolgen Sie die in Schritt 4.2 beschriebenen Schritte, um die Gleichung und denR2-Wert im Tabellenkalkulationsdiagramm zu erhalten.
5. Beurteilung des Aortendurchmessers und der Wanddicke
- Platziere das letzte 1 mm Aortensegment in ein Kryomold, das mit optimaler Schneidetemperatur (OCT) gefüllt ist. Orientieren Sie den Ring mit dem Lumen flach und zentriert am Boden der Form, wobei die Luminalachse senkrecht zur Schneidfläche steht, um Querschnitte zu erhalten.
- Bereiten Sie einen Behälter mit 2-Methylbutan vor, der in flüssigem Stickstoff gekühlt ist, und tauchen Sie das Kryomold dann in kaltes 2-Methylbutan, bis das OCT undurchsichtig weiß wird.
- Lagere das Kryomold bei -80 °C bis zur Sektionierung. Stellen Sie die Kryostattemperatur auf die entsprechende OCT-Schneidetemperatur (≈–20 °C) ein und montieren Sie dann den gefrorenen Block auf den Probenhalter.
- Sobald er am Halterung befestigt ist, schneide den Block vorsichtig ab und halte die Dicke bei 7 μm, bis Gewebe erscheint.
- Beschriften Sie einen Objektträger mit der Maus-ID und schneiden Sie 4–5 Querschnitte des Aortengewebes mit einer Dicke von 7 μm durch.
- Um das geschnittene Gewebe auf die Objektträger zu übertragen, legen Sie alle geschnittenen Abschnitte auf die Kryostatstufe (auch Messerstufe genannt), bevor Sie den beschrifteten Objektträger direkt darauf legen.
- Nach Abschluss des Transfers wird an der Luft getrocknet.
- Bildschnitte mit 10-facher Vergrößerung an einem Hellfeldmikroskop. Speichere Bilder im JPG/TIFF-Format mit einer Skalenleiste am unteren Rand des Bildes.
- Zur Analyse öffnen Sie ImageJ, gehen Sie zu File > Open und wählen Sie das Aortenbild aus.
- Sobald das Aortenbild online ist, zoome mit dem Kontroll-++-Symbol in die Skalaleiste und verwende dann das Linienwerkzeug, um die Länge der Skalaleiste zu messen. Um das Ergebnis auszufüllen, drücken Sie Control + M. Die unter der Länge berechnete Messung ist die Messung der Skala.
- Um die Software zu kalibrieren, gehe zu Analyze > Set Scale. Für die Entfernung in Pixeln geben Sie die Länge der von ImageJ in Schritt 8 berechneten Linie ein. Für die bekannte Entfernung geben Sie die tatsächliche Länge der Skalenleiste ein und schreiben unter Einheiten die Messeinheit (μm, mm, cm usw.).
- Kreuze das globale Kästchen an, um alle nachfolgenden Bilder automatisch zu kalibrieren. Beachten Sie, ob die Skalenleiste in den anderen Bildern abweicht oder ob ImageJ geschlossen ist; Falls ja, ist eine Neukalibrierung erforderlich.
- Für die Wanddicke verwenden Sie das Geradelinienwerkzeug und zeichnen Sie eine senkrechte Linie von der Luminalkante zur äußeren Adventitialkante. Drücken Sie Control + M , um die Länge im Ergebnis-Tab automatisch auszufüllen.
- Wiederholen Sie Schritt 5.13, um Messungen an 6 gleichmäßig verteilten Positionen rund um den Umfang der Aorta durchzuführen und jeden Wert zu notieren.
- Um die mittlere Dicke pro Mausaorta zu berechnen, mittelt man alle Dicken, die aus 4–5 Proben derselben Maus erhalten wurden.
- Um den luminalen Durchmesser zu messen, wählen Sie das Polygonwerkzeug und zeichnen Sie den inneren luminalen Rand im Uhrzeigersinn. Zeichnen Sie den Umfang (μm) auf, indem Sie Control + M drücken.
- Wiederhole die Verfolgung gegen den Uhrzeigersinn, beginnend an einem anderen Punkt. Stelle sicher, dass die beiden Umfangswerte nahe beieinander liegen, und mittele sie für diesen Aortenring.
- Wiederholen Sie Schritt 5.16 für die 4–5 Aortenproben derselben Maus und ermitteln Sie den Durchschnitt aller Umfangswerte.
- Um den Durchmesser zu berechnen, verwenden Sie die Gleichung: Durchmesser (μm) = Umfang/3,14.
6. Zirkulierendes Milieu-vermittelter aortenelastischer Modul
HINWEIS: Um festzustellen, ob zirkulierende Faktoren oder spezifische Verbindungen die intrinsische Aortensteifigkeit verändern, können thorakale Aortenringe von interventionsnaiven Mäusen ex vivo unter definierten Standardkulturbedingungen (37 °C, 5 % CO2, 20% O2, befeuchtet) inkubiert werden (Abbildung 9).
- Schneiden Sie die thorakale Aorta auf und schneiden Sie pro Bedingung zwei 1-mm-Ringsegmente ab. Entfernen Sie sämtliches perivaskuläres Fettgewebe.
- In einer 96-Well-Platte werden die Aortenringe in Standardmedien inkubiert, die aus DMEM + 1 % Penicillin-Streptomycin bestehen.
- Fügen Sie dem Medium eine experimentelle Behandlung hinzu. Für Plasma oder Serum (unbehandeltes Plasma/Serum kann dafür verwendet werden) verwenden Sie 10 % des gesamten Medienvolumens. Verwenden Sie präklinisches und klinisches (humanes) Plasma oder Serum 3,4,6 (Abbildung 9).
- Zur Feststellung der kausalen Rolle eines zirkulierenden Faktors, der zwischen den Studiengruppen unterschiedlich ist, wiederholen Sie die Plasma-/Serumexposition und korrigieren gleichzeitig den beobachteten Unterschied in der Konzentration zwischen den Gruppen (d. h. normalisieren Sie die Konzentration des interessierten Faktors), bestimmen Sie den direkten Effekt des Interessenfaktors bei einer Konzentration, die den durchschnittlichen Gruppenunterschied darstellt, oder blockiert die Signalübertragung des Faktors, von dem angenommen wird, dass er die Wirkung des zirkulierenden Milieus vermittelt.
HINWEIS: Die beiden letztgenannten Ansätze wurden zuvor jeweils mit Trimethylamin-N-Oxid (TMAO)5 und mit Blockade des Rezeptors für fortgeschrittene Glykationsendprodukte3 durchgeführt.
- Zur Aufklärung der Rolle von überschüssigem superoxidbedingtem oxidativem Stress oder Mitochondrien –
spezifische superoxidbezogene oxidative Belastung in diesem Modellsystem verwenden Sie bei der Inkubation von Aortaringen folgende Konzentrationen: TEMPOL: 1 μM 5,10 und MitoQ: 1 μM6.
- Nach 48–72 Stunden Inkubation werden die Aortenringe in den Pin-Myographen geladen und die oben beschriebenen Schritte befolgt.