Este protocolo describe un modelo de ratón neonatal de enterocolitis necrotizante (ECN) y el posterior aislamiento de células inmunitarias de la lámina propia del intestino delgado murino neonatal.
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Este protocolo describe un modelo de ratón neonatal de enterocolitis necrotizante (ECN) y el posterior aislamiento de células inmunitarias de la lámina propia del intestino delgado murino neonatal.
La enterocolitis necrotizante (ECN) es una enfermedad inflamatoria grave del intestino neonatal, que afecta principalmente a los recién nacidos prematuros. La ECN se caracteriza por lesión epitelial, disbiosis microbiana y una respuesta inmune desregulada, lo que a menudo resulta en necrosis intestinal e inflamación sistémica. Los modelos murinos experimentales que recapitulan los aspectos clave de la enfermedad humana han sido esenciales para avanzar en nuestra comprensión de los mecanismos que impulsan la enfermedad e informan el desarrollo terapéutico. Este protocolo describe un modelo de enterocolitis necrotizante (ECN) en ratones neonatal bien establecido que utiliza alimentación con fórmula, hipoxia intermitente, administración oral de lipopolisacáridos (LPS) y bacterias entéricas cultivadas de un bebé con ECN. Esta combinación induce de manera confiable características histológicas, transcripcionales e inmunológicas consistentes con la ECN en bebés humanos y ha sido fundamental en múltiples descubrimientos clave en el campo. Además, este protocolo describe el aislamiento de células inmunitarias de la lámina propia del intestino delgado de ratones neonatales. El aislamiento celular de la lámina propia permite un perfil detallado de las células inmunitarias mediante citometría de flujo, lo que facilita el análisis de las poblaciones celulares innatas y adaptativas dentro del intestino.
La enterocolitis necrotizante (ECN) es una enfermedad inflamatoria grave del intestino que afecta casi exclusivamente a los recién nacidos prematuros. Aproximadamente el 7%-8% de los recién nacidos de muy bajo peso al nacer (<1500 g) se verán afectados por ECN, y las tasas de mortalidad asociadas con la enfermedad pueden acercarse al 50% en los neonatos que requieren intervención quirúrgica1. La patogénesis de la ECN sigue sin comprenderse completamente; sin embargo, la evidencia actual sugiere que la ECN surge de la confluencia de múltiples factores, incluida una barrera intestinal inmadura, señalización inmune desregulada y un microbioma disbiótico 2,3,4. La convergencia de estos factores puede iniciar y exacerbar las respuestas inflamatorias en el intestino, sobre todo a través de la activación del receptor tipo Toll 4 (TLR4), lo que resulta en daño epitelial y varios tipos de muerte celular, incluyendo apoptosis y necrosis 5,6. El objetivo de este protocolo es presentar un modelo de ratón reproducible y fisiológicamente relevante de ECN que recapitula la inflamación intestinal y la neumatosis intestinal (gas dentro de la pared intestinal) observadas en neonatos humanos, lo que permite la investigación mecanicista de la patogénesis de la enfermedad. Además, este protocolo describe el aislamiento de células inmunitarias de la lámina propia del intestino delgado de ratones neonatales, lo que permite a los investigadores realizar perfiles de células inmunitarias mediante citometría de flujo.
En comparación con los modelos animales más grandes, como ratas o lechonesneonatales 7,8, los modelos de ratones neonatales ofrecen varias ventajas distintas, incluido un menor costo, un mayor acceso a animales transgénicos y la capacidad de realizar experimentos en cohortes más grandes. Los modelos de ECN murina utilizan principalmente una combinación de alimentación con fórmula, estrés por frío e hipoxia para simular la fisiopatología compleja de la ECN observada en pacientes humanos 7,8,9. Sin embargo, muchos modelos murinos de ECN están limitados por su dependencia de factores estresantes microbianos amplios o alteraciones artificiales de la microbiota, lo que puede comprometer su relevancia clínica. Por el contrario, el modelo descrito en este protocolo supera estas limitaciones al integrar varios factores clave implicados en la patogénesis de la ECN en bebés humanos10,11. Específicamente, este modelo combina el estrés hipóxico, que se ha implicado en la alteración de la integridad de la barrera intestinal 3,12, con la administración oral de fórmula infantil suplementada con lipopolisacárido (LPS), un ligando TLR4 bien caracterizado que induce inflamación intestinal, así como microbioma disbiótico clínicamente relevante con bacterias entéricas cultivadas de un paciente con NEC totalis. La forma más grave de la enfermedad, caracterizada por pannecrosis intestinal10,13. Al integrar estos factores estresantes clínicamente relevantes y específicos de la enfermedad, nuestro modelo refleja con precisión las características clínicas y moleculares de la ECN. Además, para proporcionar a los investigadores un marco para interrogar los mecanismos inmunomediados que subyacen a la patogénesis de la ECN, este protocolo describe el aislamiento de células de lámina propia del intestino delgado murino neonatal para el análisis de citometría de flujo. Como sitio principal de la actividad inmune de la mucosa intestinal, la lámina propia contiene un repertorio dinámico de células inmunes residentes e infiltrantes que juegan un papel central en la inflamación asociada a ECN14. La citometría de flujo proporciona una plataforma robusta y escalable para caracterizar estas poblaciones de células inmunitarias con alta resolución, lo que permite un análisis detallado de los fenotipos celulares, la cuantificación de las respuestas inmunitarias y la identificación de las firmas inmunológicas implicadas en la patogénesis de la ECN15.
El modelo NEC murino descrito en este protocolo complementa los modelos in vitro al permitir el estudio de las interacciones huésped-microbioma, las respuestas inmunes y la señalización inflamatoria dentro del entorno complejo del intestino neonatal. Reproduce aspectos clave de la patogénesis de la ECN que no se pueden modelar in vitro, lo que lo convierte en una herramienta valiosa para dilucidar los mecanismos de la enfermedad y evaluar las estrategias terapéuticas. Aunque las diferencias específicas de las especies siguen siendo una limitación, este modelo ofrece una plataforma sólida y accesible para avanzar en nuestra comprensión de la ECN y acelerar el desarrollo de intervenciones específicas.
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Todos los métodos se realizaron de acuerdo con las pautas éticas proporcionadas por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) de la Facultad de Medicina de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill. Los ratones fueron criados, mantenidos y alojados de acuerdo con los procedimientos descritos en la Guía para el cuidado y uso de animales de laboratorio bajo una propuesta de estudio aprobada por el IACUC (protocolo no. 24-114) de la Facultad de Medicina de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill. Se utilizaron ratones C57BL / 6J para todos los experimentos descritos en este estudio. Las crías se iniciaron en el modelo el día postnatal 4, con un peso de entre 1,8 y 2,3 g; se excluyeron los animales fuera de este rango de peso. Las cohortes experimentales tuvieron una distribución equilibrada por sexos, con machos y hembras que comprendían aproximadamente el 50% de los animales tratados. Los reactivos y el equipo utilizado se enumeran en la Tabla de Materiales.
1. Modelo NEC murino
NOTA: El stock bacteriano entérico se produce obteniendo el contenido entérico de un bebé que tenía la forma más grave de ECN, NEC totalis 13,16. El contenido entérico se cultiva durante la noche a 1 x g durante 16 h a 37 °C, se centrifuga a 3000 x g durante 10 min a 4 °C y se resuspende en glicerol al 50%. Se pipetean alícuotas de 20 μl en crioviales y se almacenan a -80 °C para su almacenamiento a largo plazo. Los tiempos de cultivo seleccionados en este protocolo se eligieron por la eficiencia del flujo de trabajo. Estos puntos de tiempo se pueden ajustar según sea necesario para adaptarse a los horarios individuales del laboratorio sin afectar el modelo general. Además, este protocolo se optimizó para una capacidad máxima de 40 ratones, pero se puede ampliar según sea necesario.
2. Aislamiento de células inmunitarias de lámina propia
NOTA: Este protocolo está optimizado para el aislamiento de células de lámina propia de ratones neonatales aproximadamente a la semana de edad. Si se necesitan muestras de referencia para la citometría de flujo espectral, se pueden usar destetes (semanas postnatales 3-4). Para muestras de destete, duplique todos los volúmenes de reactivos especificados en el protocolo.
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El modelo murino neonatal de ECN descrito en este protocolo replica las características clave de la enfermedad. El análisis de supervivencia de Kaplan-Meier (Figura 1A) reveló una reducción significativa en la supervivencia en el grupo de tratamiento con ECN en comparación con los controles alimentados por madre (9/21 vs. 8/8; p = 0,0063). La inspección macroscópica de los intestinos de los ratones sometidos al modelo (Figura 1B...
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Este protocolo integra un modelo murino neonatal fisiológicamente relevante de ECN con aislamiento de células inmunitarias de lámina propia, proporcionando una plataforma integral para investigar las respuestas inmunitarias de las mucosas durante la inflamación intestinal. Al combinar exposiciones clínicamente relevantes, como el microbioma entérico de casos humanos de ECN, estrés hipóxico y alimentación con fórmula, este modelo recapitula la patogénesis compleja y multifactorial observa...
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Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses relacionado con este manuscrito.
Este manuscrito fue apoyado por R01DK124614, R01HD105301, DP1DK140012, la subvención de la Iniciativa Chan Zuckerberg número 2022-316749, el Premio Yang Biomedical Scholar y el Departamento de Pediatría de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| 1 mL Syringe-Tuberculin Slip Tip | Becton Dickinson | 309659 | Syringe for formula feeding |
| 1.5 mL semi-micro Disposable Cuvettes | BRAND GMBH + CO KG | 759085D | |
| 1.7 ml Microtubes Clear | Axygen - Corning Inc. | MCT-175-C | Nonpryogenic & Rnase-/Dnase-free |
| 5% Oxygen, Balance Nitrogen Certified Reference Material, Size 200 High Pressure Steel Cylinger, CGA 580 | Airgas | X02NI95C2003186 | |
| Anti-Mo CD16/CD32 Purified Clone: 93 | eBioscience Inc. | 14-0161-85 | |
| Anti-Mouse CD16/CD32 Purified Clone: 93 | eBioscience Inc. | 14-0161-86 | |
| APC anti-mouse Ly-6C Clone: HK1.4 Isotype: Rat IgGc | BioLegend | 128015 | |
| autoMACS Rinsing Solution | Miltenyi Biotec | 130-091-222 | |
| BB515 Rat Anti-CD11b Clone: M1/70 | BD Biosciences | 564455 | |
| BB700 Rat Anti-Mouse CD4 Clone: RM4-5 | BD Biosciences | 566408 | |
| BD Microtainer SST | Becton Dickinson | 365867 | Serum Tube |
| BIOTIX Rainin LTS Compatible Racked Filter Tips, p1200 | Fisher Scientific | 12-111-365 | |
| BIOTIX Rainin LTS Compatible Racked Filter Tips, p20 | Fisher Scientific | 12-111-366 | |
| BIOTIX Rainin LTS Compatible Racked Filter Tips, p200 | Fisher Scientific | 12-111-362 | |
| Brilliant Stain Buffer | BD Biosciences | 563795 | |
| BUV615 Rat Anti-Mouse Ly-6G Clone: 1A8 | BD Biosciences | 751263 | |
| BV650 Rat Anti-Mouse I-A/I-E Clone: M5/114.15.2 | BD Biosciences | 563415 | |
| C57BL/6J Neonatal Mice | The Jackson Laboratory | 000664 | |
| CD45-VioGreen mouse | Miltenyi Biotec | 130-102-412 | |
| CD64 Antibody, anti-mouse, PE-Vio 770, REAfinity Clone REA286 | Miltenyi Biotec | 130-119-659 | |
| CFX Opus Real-Time PC Systems | Bio-Rad | 12011319 | |
| Collagenase Type 4 | Worthington Biochemical Corporation | LS004188 | |
| DL-dithiothreitol | Sigma | D9779-5g | |
| eBioscience FOXP3/Transcription Factor Staining Buffer Set | Life Technologies Corp. | 00-5523-00 | |
| EDTA (0.5M), pH 8.0 | Quality Biological Inc | 351-027-721 | |
| Esbilac Puppy Milk Replacer | Pet-Ag, Inc. | 99502-1 | Puppy Milk |
| Fisherbrand Disposable Cuvettes | Fisher Scientific | 14-955-127 | |
| Fisherbrand Sterile Polystyrene Disposable Serological Pipets with Magnifier Stripe (paper/plastic wrap), 10mL | Fisher Scientific | 13-678-11E | |
| Fisherbrand Sterile Polystyrene Disposable Serological Pipets with Magnifier Stripe (paper/plastic wrap), 25mL | Fisher Scientific | 13-678-11 | |
| Fisherbrand Sterile Polystyrene Disposable Serological Pipets with Magnifier Stripe (paper/plastic wrap), 50mL | Fisher Scientific | 13-678-11F | |
| Fisherbrand Sterile Polystyrene Disposable Serological Pipets with Magnifier Stripe (paper/plastic wrap), 5mL | Fisher Scientific | 13-678-11D | |
| Genie Temp-Shaker 300 | USA Scientific, Inc. | SI-G1600 | |
| gentleMACS Dissociator (protocol; m_intestine-01) | Miltenyi Biotec | 130-093-235 | |
| gentleMACS C Tubes | Miltenyi Biotec | 130096334 | |
| Ghost Dye Red 780 Viability Dye | Tonbo Biosciences | 13-0865-T100 | |
| Glycerol ReagentPlus | Sigma-Aldrich | G7757-500ML | |
| GraphPad Prims Software, Version 10.0 | GraphPad | N/A | |
| Greiner Bio-One Round Bottom Polypropylene Culture Tube with Two-Position Vent Stopper | Fisher Scientific | 07-000-212 | |
| Handi+ Oxygen analyzer | Maxtec | N/A | |
| Hanks' Balanced Salt Solution | Gibco | 141650-095 | |
| HEPES Buffer | Mediatech, Inc. | 25-060-CI | |
| Hypoxia Chamber | Billups-Rothenburg, Inc. | N/A | |
| ImageJ | Schneider et al., 2012 | N/A | |
| Integra Miltex MeisterHand Iris Scissors, 10.2cm | Fisher Scientific | 12-460-655 | |
| Integra Miltex MeisterHand Iris Scissors, 9cm | Fisher Scientific | 12-460-598 | |
| Integra Miltex™ Swiss Jeweler-Style Forceps | Fisher Scientific | 12-460-110 | |
| Isolette Infant Incubator | Air-Shields Vickers | C100-200-2 Series 02 | Incubator for mice |
| Kimtech Science Kimwipes Delicate Task Wipes | Kimberly-Clark | 34120 | |
| LPS | Sigma-Aldrich | L3129-10mg | |
| Luria Broth Broth, Miller Molecular Genetics Powder | Fisher Scientific | BP1426-500 | |
| MACS BSA Stock Solution | Miltenyi Biotec | 130-091-376 | |
| MACSmix Tube Rotator | Miltenyi Biotec | 130-090-753 | |
| Microcentrifuge Tubes | Thermo Scientific | 3451 | 1.5 ml, clear, graduated, sterile |
| NanoDrop OneC Microvolume UV-Vis Spectrophotometer | ThermoFisher Scientific | ND-ONEC-W | |
| Ohaus scout portable balance | Fisher Scientific | 30253024 | |
| Paraformaldehyde | Thermo Scientific | J |
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