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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Le présent protocole décrit la préparation et l’utilisation de tranches pulmonaires coupées avec précision par des souris pour évaluer la contractilité des voies respiratoires et des muscles lisses artériels intrapulmonaires dans un milieu presque in vivo .
Les cellules musculaires lisses (SMC) médient la contraction des voies respiratoires et de l’artère intrapulmonaire pour modifier la résistance au flux d’air et la circulation pulmonaire, respectivement, jouant ainsi un rôle essentiel dans l’homéostasie du système pulmonaire. La dérégulation de la contractilité SMC contribue à plusieurs maladies pulmonaires, y compris l’asthme et l’hypertension pulmonaire. Cependant, en raison de l’accès limité aux tissus et d’un manque de systèmes de culture pour maintenir les phénotypes SMC in vivo , les mécanismes moléculaires sous-jacents à la contractilité DÉRÉGULée du SMC dans ces maladies restent pleinement identifiés. La tranche de poumon découpée avec précision (PCLS) offre un modèle ex vivo qui contourne ces difficultés techniques. En tant que section de tissu pulmonaire mince et vivant, le PCLS retient le SMC dans un environnement naturel et permet un suivi in situ de la contraction du SMC et de la signalisation intracellulaire Ca2+ qui régule la contractilité du SMC. Ici, un protocole détaillé de préparation PCLS de souris est fourni, qui préserve les voies respiratoires intactes et les artères intrapulmonaires. Ce protocole implique deux étapes essentielles avant de soumettre le lobe pulmonaire au tranchage: gonfler les voies respiratoires avec de l’agarose à faible point de fusion à travers la trachée et remplir les vaisseaux pulmonaires de gélatine à travers le ventricule droit. Le PCLS préparé à l’aide de ce protocole peut être utilisé pour des essais biologiques afin d’évaluer la régulation contractile médiée par ca2+ de la SMC dans les voies respiratoires et les compartiments artériels intrapulmonaires. Lorsqu’il est appliqué à des modèles murins de maladies respiratoires, ce protocole permet l’étude fonctionnelle de la SMC, fournissant ainsi un aperçu du mécanisme sous-jacent de la dérégulation de la contractilité SMC dans les maladies.
La cellule musculaire lisse (SMC) est un type de cellule structurelle majeur dans le poumon, résidant principalement dans la paroi médiale des voies respiratoires et des vaisseaux pulmonaires. Les SMC se contractent pour modifier le calibre luminal, régulant ainsi le flux d’air et de sang 1,2. Par conséquent, la régulation contractile des SMC est essentielle pour maintenir l’homéostasie de la ventilation de l’air et de la circulation pulmonaire. En revanche, la contractilité aberrante du SMC provoque des maladies vasculaires obstructives ou pulmonaires comme l’asthme et l’hypertension artérielle pulmonaire. Cependant, l’évaluation fonctionnelle des SMC pulmonaires a été remise en question par un accès limité au tissu pulmonaire, en particulier aux petites voies respiratoires et aux microvaisseaux dans la partie distale du poumon 2,3. Les solutions actuelles ont recours à des tests indirects, tels que la mesure de la résistance au flux d’air par Flexivent pour refléter la constriction des voies respiratoires et la vérification de la pression artérielle pulmonaire par cathétérisme cardiaque droit pour évaluer la vasocontraction pulmonaire 4,5. Cependant, ces essais indirects présentent de multiples inconvénients, tels que le fait d’être confondus par des facteurs structurels, de ne pas capturer la diversité spatiale des réponses vasculaires ou vasculaires dans l’ensemble de l’échelle pulmonaire 6,7 et de ne pas convenir à l’étude mécaniste de la régulation contractile au niveau cellulaire. Par conséquent, des approches alternatives utilisant des cellules primaires isolées,des bandes musculaires trachées/ bronchiques 8,9 ou de grands segments vasculaires10 ont été appliquées pour l’étude SMC in vitro. Néanmoins, ces méthodes ont également des limites. Par exemple, une adaptation phénotypique rapide des SMC primaires dans la condition de culture11,12 rend problématique l’extrapolation des résultats de la culture cellulaire aux contextes in vivo. De plus, le phénotype contractile des SMC dans les voies respiratoires proximales isolées ou les segments vasculaires peut ne pas représenter les SMC dans le poumon distal 6,7. De plus, la mesure de la force musculaire au niveau tissulaire reste dissociée des événements moléculaires et cellulaires qui sont essentiels pour la compréhension mécaniste de la régulation contractile.
La tranche pulmonaire coupée avec précision (PCLS), une section de tissu pulmonaire vivant, fournit un outil ex vivo idéal pour caractériser les SMC pulmonaires dans un microenvironnement quasi in vivo (c.-à-d. architecture et interaction multicellulaires préservées)13. Depuis que les Drs Placke et Fisher ont introduit pour la première fois la préparation de tranches pulmonaires à partir de poumons de rat et de hamster gonflés à l’agarose dans les années 1980 14,15, cette technique a été continuellement avancée pour fournir aux PCLS une qualité supérieure et une plus grande polyvalence pour la recherche biomédicale. Une amélioration significative est l’amélioration de la préservation artérielle pulmonaire par perfusion de gélatine en plus de l’inflation pulmonaire avec l’agarose via la trachée. En conséquence, les artères respiratoires et pulmonaires sont maintenues intactes dans le PCLS pour l’évaluation ex vivo 16. De plus, le PCLS est viable pendant une période prolongée en culture. Par exemple, les PCLS de souris n’ont eu aucun changement significatif dans la viabilité cellulaire et le métabolisme pendant au moins 12 jours en culture, ainsi que, ils ont conservé la contractilité des voies respiratoires jusqu’à 7 jours17. En outre, PCLS conserve des voies respiratoires ou des vaisseaux de différentes tailles pour les tests de contraction et de relaxation. De plus, la signalisation intracellulaire Ca2+ des SMC, le facteur déterminant de la contractilité cellulaire, peut être dosée avec des colorants rapporteurs Ca2+ imagés par un microscope confocal ou à 2 photons13.
Compte tenu de l’application étendue du modèle murin dans la recherche pulmonaire, un protocole détaillé est décrit ici pour préparer le PCLS de souris avec des voies respiratoires et des artères intrapulmonaires intactes pour la recherche pulmonaire ex vivo . À l’aide des LPC préparés, nous avons ensuite démontré comment évaluer les réponses artérielles et pulmonaires aux stimuli constrictifs ou relaxants. En outre, la méthode de chargement du PCLS avec un colorant rapporteur Ca2+ , puis l’imagerie de la signalisation Ca2+ des SMC associés à des réponses contractiles ou relaxantes sont également décrites.
Tous les soins aux animaux étaient conformes aux directives de l’Institutional Animal Care and Use Committee du Massachusetts General Hospital. Des souris mâles de type sauvage C57/B6, âgées de 8 semaines, ont été utilisées pour la présente étude.
1. Préparation expérimentale
2. Gonflage des poumons de souris avec une solution d’agarose et de gélatine
3. Sectionnement des lobes pulmonaires en fines tranches
4. Analyse des réponses contractiles des voies respiratoires et des artères intrapulmonaires
5. Analyse de la signalisation Ca2+ des SMC des voies respiratoires ou vasculaires
Préparation pcLS de souris préservant les voies respiratoires et les artères intrapulmonaires intactes
Un PCLS de 150 μm d’épaisseur a été observé au microscope à contraste de phase inversé. Dans les poumons de souris, les voies respiratoires conductrices sont accompagnées d’artères intrapulmonaires, allant du hile au poumon périphérique. Un faisceau sinusoïdal-artère pulmonaire représentatif dans un PCLS de souris est illustré à la figure 2B. Les voies respiratoires peuvent être facilement identifiées par les cellules épithéliales cuboïdes avec des battements ciliaux actifs tapissant la surface interne de la lumière. En revanche, l’artère pulmonaire voisine est caractérisée par un endothélium plat. Lorsqu’elles atteignent le champ pulmonaire périphérique, les voies respiratoires conductrices se ramifient dans les canaux respiratoires et les sacs, entourant les petites artérioles intra-acineuses (Figure 2C).
Utilisation du PCLS de souris pour évaluer les voies respiratoires pulmonaires et la contraction artérielle
La contraction des voies respiratoires induite par la méthacholine (MCh, 1 μM) est démontrée à la figure 2B. Les réponses contractiles des voies respiratoires sont quantifiées par le pourcentage de réduction de la surface luminale après une exposition au MCh (figure 2D). En revanche, l’artère pulmonaire ne présente aucune réponse aux stimuli de la MCh (Figure 2B). Les voies respiratoires maintiennent des réponses contractiles dose-dépendantes similaires à la MCh dans le PCLS après une culture de 1 jour ou de 5 jours (Figure 2D). Lorsque le PCLS est exposé à l’endothéline (10 nM), les voies respiratoires et les artères pulmonaires se contractent (Figure 2C,E), suivies de la relaxation induite par le NOC-5 (100 μM) (Figure 2E).
Utilisation de PCLS de souris pour évaluer la signalisation Ca 2+ des voies respiratoires et du SMC artériel
Le PCLS chargé de colorant Ca2+ est observé sous un microscope fluorescent confocal. La fluorescence ca2+ dans les voies respiratoires (figure 3B) et vasculaires (figure 3C) est faible à l’état de repos, sans étincelle focale de signalisation intracellulaire Ca2+ notable. Lors de l’exposition à des agonistes, l’intensité de fluorescence Ca2+ augmente dans le SMC (Figure 3B, C), généralement à partir d’un endroit, puis se propageant à l’ensemble de la cellule. Les ondes fluorescentes Ca2+ apparaissent à plusieurs reprises dans la même cellule que les signaux oscillatoires (Figure 3D,E). En général, la fréquence de l’oscillation ca2+ augmente à mesure que la concentration d’agonistes augmente jusqu’à atteindre un niveau de plateau24. La relaxation SMC des voies respiratoires est associée à la diminution ou à l’arrêt des oscillations Ca2+ 25.

Figure 1 : Orientation des lobes pulmonaires de souris pour le tranchage du vibratome. Les lobes pulmonaires de la souris sont séparés en lobes individuels pour les sections. (A) Les lobes crânien gauche (1), crânien droit (2) et caudal (3) sont coupés près du hile le long des lignes pointillées blanches avant de coller la surface de coupe plane sur la colonne d’échantillonnage. Le placement du lobe gauche est indiqué en (4). (B) Le lobe central droit peut être directement collé à la colonne d’échantillonnage. Le lobe accessoire droit n’était pas couramment utilisé en raison de sa petite taille. L’orientation appropriée des différents lobes garantit que la plupart des voies respiratoires et des vaisseaux pulmonaires présentent des sections transversales dans le PCLS. Barre d’échelle = 1 cm. Veuillez cliquer ici pour agrandir cette figure.

Figure 2 : Réponses contractiles et relaxantes des voies respiratoires et des artères pulmonaires chez les SOURIS PCLS. (A) Schéma montrant le placement d’une PCLS dans une plaque de culture bien pour le dosage de contraction. (B) Images représentatives montrant une voie respiratoire (flèches noires) avec une artère pulmonaire voisine (pointes de flèches noires) dans HBSS au repos et après une exposition à 1 μM de méthacholine (MCh). (C) Images représentatives montrant un artériole intra-acineux dans l’HBSS au repos et lors de l’exposition à 10 nM d’endothéline (Endo). (D) Réponses contractiles des voies respiratoires dose-dépendantes à la MCh dans les PCLS après une culture de 1 jour (ligne grise) et de 5 jours (ligne pointillée noire). Chaque point représente la moyenne ± SEM de neuf voies respiratoires de deux souris. (E) Des images représentatives montrant une contraction des voies respiratoires et de l’artère pulmonaire induite par l’endothéline de 10 nM, suivie d’une relaxation induite par 100 μM de NOC-5, un donneur d’oxyde nitrique. Barre d’échelle = 100 μm. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Signalisation Ca2+ des SMC des voies respiratoires et des artères pulmonaires dans le SPC. (A) Schéma montrant la configuration d’une chambre avec un verre de couverture supérieure et inférieure, un joint de graisse et un maillage en nylon pour maintenir un PCLS dans le plan focal pour l’imagerie Ca2+ des SMC. (B) Images fluorescentes représentatives montrant la signalisation Ca2+ des SMC des voies respiratoires au repos et après exposition à 1 μM MCh. Epi, cellule épithéliale. (C) Images fluorescentes Ca2+ de SMC artériels pulmonaires au repos et après exposition à 10 nM d’endothéline (Endo). Les flèches blanches en gras indiquent l’axe longitudinal de l’artère pulmonaire et les lignes pointillées avec des flèches d’extrémité indiquent la distribution hélicoïdale des SMC vasculaires autour de la paroi artérielle. Barre d’échelle = 20 μm. Élévation oscillatoire de l’intensité de fluorescence Ca2+ (Ft), par rapport à l’intensité de fluorescence au repos (F0), dans un SMC des voies respiratoires à 1 μM MCh (D) et dans un SMC artériel pulmonaire en réponse à une stimulation de l’endothéline (E) de 10 nM. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Le présent protocole décrit la préparation et l’utilisation de tranches pulmonaires coupées avec précision par des souris pour évaluer la contractilité des voies respiratoires et des muscles lisses artériels intrapulmonaires dans un milieu presque in vivo .
Ce travail est soutenu par des subventions des NIH, K08135443 (Y.B), 1R01HL132991 (X.A).
| Seringue de 1 mL | BD | 309626 | |
| Tubes à centrifuger stériles de 15 mL | Seringue Celltreat | 229411 | |
| de 3 mL | Tubes | à centrifuger stériles de 309585 | |
| 50 mL | Celltreat | 229422 | |
| Acétyl-bêta-méthacholine | Millipore Sigma | 62-51-1 | |
| Antibiotique-anitmycotique | Thermo Fisher | 15240-062 | |
| Appareil photo CCD | Nikon | Nikon Ds-Ri2 Lunettes | |
| de protection | Fisher Scientific | 12-548-5CP ; 12-548-5PP | |
| Flacons cryogéniques | Fisher Scientific | 430488 | |
| Microscope | confocal à balayage laser sur mesure | Détails dans la référence 18 | |
| DMEM/F12 | Fisher Scientific | MT-10-092-CM | |
| Endothéline 1 | Millipore Sigma | E7764 | |
| Ciseaux à dissection fine | Fisher Scientific | NC9702861 | |
| Récipient de congélation | Sigma-Aldrich | C1562 | |
| Gélatine de peau de porc | Sigma-Aldrich | 9000-70-8 | |
| Solution saline équilibrée de Hanks (HBSS) | Thermo Fisher | 14025092 | |
| Pince hémostatique | Fisher Scientific | 16-100-117 | |
| HEPES | Thermo Fisher | 15630080 | |
| Graisse silicone sous vide élevé | Fisher Scientific | 146355d | |
| Alcool isopropylique | Sigma-Aldrich | W292907-1KG-K | |
| Rondelles métalliques | Home Depot Product Authority | 800442 | Everbilt Rondelles plates #10 |
| Pince à micro-dissection | Sigma-Aldrich | F4142 | |
| Aiguille pour les veines du cuir chevelu (25 G) | EXELINT | 26708 | |
| NOC-5 | Cayman Chemical | 16534 | |
| Maille de nylon | Approvisionnement en composants | U-CMN-300 | |
| Vert Oregon 488 BAPTA-1 AM | Life Technologies | o-6807 | |
| Contraste de phase microscope | Nikon | Nikon Eclipse TS 100 | |
| Pluronic F-127 | Thermo Fisher | P-6867 | |
| Lames de rasoir | Personna | Personna Double Edge Lames de rasoir en emballage blanc 100 fils | |
| Sulfobromophtalein | Sigma-Aldrich | S0252 | |
| Superglue | Krazy Glue | Krazy Glue | , Tout usage |
| Ultrapure faible agarose au point de fusion | Thermo Fisher | 16520050 | |
| Vibratome | Precisionary | VF 310-0Z | |
| Bloc de refroidissement Vibratome | Precisionary | SKU-VM-CB12.5-NC | |
| Tube d’échantillon Vibratome | Precisionary | SKU VF-SPS-VM-12.5-NC | |
| Cathéter IV en forme de Y | BD | 383336 | BD Saf-T-Intima cathéter IV fermé |