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Capilares retinianos de ratón
La medición de la rigidez de la AFM de los capilares retinianos aislados implica pasos de manipulación de muestras que podrían dañar su integridad mecanoestructural. Para evitar esto y, por lo tanto, garantizar la viabilidad, fiabilidad y reproducibilidad de las mediciones de AFM, los ojos enucleados se fijan en formalina al 5% durante la noche a 4 °C antes del aislamiento del vaso. Este protocolo de fijación suave con concentración reducida de formalina, baja temperatura de fijación, tiempo de fijación limitado y ausencia de punción corneal se desarrolló para minimizar cualquier posible artefacto de reticulación/endurecimiento causado por la fijación química. Como se muestra en la Figura 2B, C, esta fijación relativamente suave asegura que la vasculatura retiniana aislada sea estructuralmente robusta y lo suficientemente duradera para la medición de AFM. Por el contrario, los vasos retinianos aislados de ojos no fijos (utilizando el método hipotónico)4 u ojos brevemente fijos (durante 8 h) se fragmentan o colapsan, lo que los hace inadecuados para la medición de la MFA (Figura 2B).
Matriz subendotelial de la retina
La rigidez vascular refleja la rigidez combinada de las células vasculares y la membrana basal (matriz subendotelial)4. Dado que las células se adaptan a la rigidez de la matriz experimentando un cambio similar en su propia rigidez, un proceso denominado reciprocidad mecánica9, la rigidez de la matriz subendotelial, se convierte en un determinante importante de la rigidez vascular general. Para la medición de la rigidez de la matriz, es importante obtener una matriz subendotelial homogéneamente densa. En el caso de las CE de retina humana cultivadas en un medio de cultivo suplementado con ácido ascórbico, esto suele tardar entre 10 y 15 días (Figura 3A)4,5,6. Esta diferencia en el período de cultivo puede deberse a diferencias entre lotes en las CE retinianas primarias disponibles comercialmente. Además, generalmente encontramos que las EC retinianas disponibles comercialmente de ratones C57BL/6 depositan una matriz más densa en comparación con el cultivo primario de EC de retina humana, lo que indica diferencias específicas de la especie. Como se muestra en la Figura 3A, las imágenes de contraste de fase solo proporcionan una vista bruta de la matriz a escala macro. Sin embargo, la estructura fibrilar más fina de nano a microescala se hace evidente en las imágenes de fluorescencia confocal de alta resolución de la matriz inmunomarcada con anticuerpos contra las proteínas estructurales de la matriz colágeno IV y fibronectina (Figura 3B). Cabe señalar que estas proteínas de la matriz también proporcionan señales instructivas a las células endoteliales al unirse a receptores específicos de integrinas9.
Medición de la rigidez AFM
La selección de la rigidez del voladizo (constante de resorte, k) y la dimensión de la sonda adecuadas es esencial para mediciones confiables y sensibles. Estos parámetros deben elegirse para que coincidan con la rigidez y las dimensiones de la muestra biológica. Una vez que el voladizo seleccionado se ha montado en el AFM, el rayo láser infrarrojo debe enfocarse en la punta del voladizo y el punto láser reflejado debe centrarse en el fotodetector. Esta alineación láser garantiza una detección precisa y sensible de la deflexión del voladizo y, en consecuencia, la medición de la rigidez. Una medición de rigidez AFM comienza con el piezoeléctrico z moviendo el voladizo verticalmente hacia la muestra. No hay deflexión en voladizo en este momento, lo que produce una línea de base plana de la curva de aproximación (Figura 4A). A medida que la sonda en voladizo entra en contacto con la muestra y la muesca, el voladizo se dobla, lo que provoca una deflexión láser en el fotodetector, que se representa mediante la deflexión vertical de la curva de aproximación. Después de aplicar una fuerza de indentación preestablecida (fuerza de consigna) sobre la muestra, el voladizo se retrae a la posición inicial (altura objetivo Z) lejos de la muestra. A continuación, la curva de retracción desviada se ajusta al modelo de Hertz/Sneddon para calcular el módulo de Young (rigidez) de la muestra.
A partir de la medición representativa de la indentación de la fuerza que se muestra en la Figura 4, está claro que las curvas de aproximación y retracción obtenidas de un capilar retiniano aislado de un ratón diabético (Figura 4B) son sustancialmente más pronunciadas que las obtenidas de un ratón no diabético (Figura 4A). La pendiente más pronunciada de las curvas de indentación de fuerza indica una mayor deflexión en voladizo causada por una mayor resistencia de la muestra a la indentación de fuerza, lo que refleja una mayor rigidez de la muestra13. De hecho, el análisis posterior de datos de múltiples curvas de indentación de fuerza reveló que los capilares de la retina del ratón se vuelven significativamente más rígidos en la diabetes4. También debe tenerse en cuenta que el contacto entre la sonda en voladizo y las muestras biológicas a menudo causa una adhesión superficial inespecífica, lo que conduce a una deflexión negativa del voladizo durante la retracción, como se ve en la extensión de la curva de retracción más allá de la línea de base (Figura 4B). Además, las muestras biológicas como las células, la matriz y los vasos sanguíneos son viscoelásticas por naturaleza y, por lo tanto, pueden sufrir alguna deformación permanente y/o cambio en la rigidez aparente después de la indentación por fuerza. Si es así, esto se reflejará en la desalineación de las curvas de aproximación y retracción (histéresis). De hecho, la comparación de la Figura 4A y la Figura 4B confirma la tendencia esperada en la que la indentación forzada de los capilares más blandos en ratones no diabéticos produce una histéresis mayor que la observada en sus homólogos más rígidos. Como se informó anteriormente 5,6, la rigidez (módulo de Young) de las matrices subendoteliales obtenidas de cultivos de EC de retina también se calcula de la manera antes mencionada.

Figura 1: Ilustración esquemática del corte de incisión realizado en un ojo de ratón para el aislamiento de la retina. Usando pinzas para sujetar el nervio óptico, se usa un bisturí para hacer una incisión completa posterior al limbo para separar la retina del ratón del cristalino y la cámara anterior. La línea discontinua morada muestra la ubicación de la incisión vertical. Este esquema se dibujó utilizando un software científico de imagen e ilustración. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: Optimización del protocolo para el aislamiento de vasos retinianos intactos de ratón para la medición de AFM. (A) La imagen estereoscópica muestra una retina intacta aislada de un ojo de ratón ligeramente fijo antes de los pasos de aislamiento capilar. Barra de escala: 2 mm. (B) Imágenes representativas de contraste de fase con un aumento de 4x muestran vasos retinianos de ratón obtenidos utilizando los diferentes métodos de aislamiento. Comparando la integridad estructural y la durabilidad de los vasos aislados, se encontró que la digestión de tripsina de las retinas de ojos enucleados fijados en formol al 5% durante 24 h a 4 °C (caja roja) produjo la vasculatura retiniana más adecuada para la medición de la rigidez de la AFM. Los vasos retinianos aislados con este método exhibieron una red vascular clara que se extendió uniformemente a lo largo de la superficie del vidrio. Barra de escala: 500 μm. (C) La vista de alto aumento (20x) de una red capilar retiniana intacta, similar a la que se muestra en (B), confirma la alta integridad estructural de los capilares obtenidos de ojos ligeramente fijos. Barra de escala: 100 μm. Esta cifra ha sido modificada de4. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Matrices descelularizadas obtenidas a partir de cultivos primarios de REC humanos y de ratón. (A) Imágenes representativas de contraste de fase con un aumento de 20x que muestran agregados de matriz subendotelial en cubreobjetos de vidrio después de la descelularización de cultivos de REC de 10 días (10 d) o 15 días (15 d) de REC humanos o de ratón. Barra de escala: 100 μm. (B) Imágenes representativas de fluorescencia confocal de alto aumento (100x) de matrices descelularizadas obtenidas de cultivos REC humanos de 15 d y marcadas con anticuerpos anti-colágeno IV y anti-fibronectina revelan un colágeno nanofibrilar IV denso y matriz de fibronectina. Barra de escala: 20 μm. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: Curvas de fuerza-distancia de la medición de la rigidez de AFM de los capilares de la retina de ratón. Los gráficos de líneas indican una curva representativa de aproximación (color claro) y retracción (color oscuro) a partir de una sola medición de indentación de fuerza en una ubicación de un capilar retiniano de ratón aislado de un ratón (A) no diabético o (B) diabético. Las curvas de fuerza obtenidas utilizando una sonda de voladizo hemisférica SAA-SPH de 1 μm de radio, trazan la relación entre la distancia en voladizo y la muestra (controlada por el z-piezoeléctrico) y la fuerza vertical aplicada que causa la deflexión del voladizo. (A) La flecha amarilla indica el enfoque en voladizo impulsado por pie en z hacia la muestra, la flecha blanca indica el punto de contacto donde la sonda en voladizo hace contacto con la muestra y la flecha verde indica la deflexión del voladizo hasta una fuerza de indentación de punto de ajuste (pico) (*). (B) Tanto las curvas de aproximación como las de retracción obtenidas de un capilar retiniano aislado de ratones diabéticos exhiben una pendiente marcadamente más pronunciada que las de sus contrapartes no diabéticas (mostradas en A), lo que indica una mayor rigidez capilar en ratones diabéticos. La punta de flecha indica una caída en la curva de retracción por debajo de la línea de base, que refleja la deflexión negativa de la sonda en voladizo causada por la adhesión entre la sonda y la muestra durante la indentación. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.