Ce protocole décrit un modèle murin néonatal d’entérocolite nécrosante (ECN) et l’isolement ultérieur des cellules immunitaires de la lamina propria de l’intestin grêle murin néonatal.
Article de méthode
Ce protocole décrit un modèle murin néonatal d’entérocolite nécrosante (ECN) et l’isolement ultérieur des cellules immunitaires de la lamina propria de l’intestin grêle murin néonatal.
L’entérocolite nécrosante (ECN) est une maladie inflammatoire grave de l’intestin néonatal, affectant principalement les prématurés. L’ECN se caractérise par une lésion épithéliale, une dysbiose microbienne et une réponse immunitaire dérégulée, entraînant souvent une nécrose intestinale et une inflammation systémique. Des modèles murins expérimentaux qui récapitulent les aspects clés de la maladie humaine ont été essentiels pour faire progresser notre compréhension des mécanismes qui régissent la maladie et éclairent le développement thérapeutique. Ce protocole décrit un modèle murin néonatal bien établi d’entérocolite nécrosante (ECN) utilisant l’alimentation au lait maternisé, l’hypoxie intermittente, l’administration orale de lipopolysaccharide (LPS) et des bactéries entériques cultivées à partir d’un nourrisson atteint d’ECN. Cette combinaison induit de manière fiable des caractéristiques histologiques, transcriptionnelles et immunologiques compatibles avec l’ECN chez les nourrissons humains et a été fondamentale dans de nombreuses découvertes clés dans le domaine. De plus, ce protocole décrit l’isolement des cellules immunitaires de la lamina propria de l’intestin grêle de souris néonatales. L’isolement cellulaire de la lamina propria permet un profilage détaillé des cellules immunitaires par cytométrie en flux, facilitant ainsi l’analyse des populations de cellules innées et adaptatives dans l’intestin.
L’entérocolite nécrosante (ECN) est une maladie inflammatoire grave de l’intestin qui affecte presque exclusivement les nouveau-nés prématurés. Environ 7 à 8 % des nourrissons de très faible poids à la naissance (<1500 g) seront touchés par l’ECN, et les taux de mortalité associés à la maladie peuvent approcher les 50 % chez les nouveau-nés nécessitant une intervention chirurgicale1. La pathogenèse de l’ECN reste incomplètement comprise ; cependant, les preuves actuelles suggèrent que l’ECN résulte de la confluence de plusieurs facteurs, notamment une barrière intestinale immature, une signalisation immunitaire dérégulée et un microbiome dysbiotique 2,3,4. La convergence de ces facteurs peut initier et exacerber les réponses inflammatoires dans l’intestin, notamment par l’activation du récepteur 4 de type Toll (TLR4), entraînant des lésions épithéliales et divers types de mort cellulaire, y compris l’apoptose et la nécrose 5,6. L’objectif de ce protocole est de présenter un modèle murin reproductible et physiologiquement pertinent de NEC qui récapitule l’inflammation intestinale et la pneumatose intestinale (gaz dans la paroi intestinale) observées chez les nouveau-nés humains, permettant une investigation mécaniste de la pathogenèse de la maladie. De plus, ce protocole décrit l’isolement des cellules immunitaires de la lamina propria de l’intestin grêle de souris néonatales, ce qui permet aux chercheurs d’effectuer le profilage des cellules immunitaires par cytométrie en flux.
Par rapport aux modèles animaux plus grands, tels que les rats ou les porcelets nouveau-nés 7,8, les modèles de souris néonatales offrent plusieurs avantages distincts, notamment un coût inférieur, un meilleur accès aux animaux transgéniques et la possibilité d’effectuer des expériences sur des cohortes plus grandes. Les modèles murins d’ECN utilisent principalement une combinaison d’alimentation au lait maternisé, de stress dû au froid et d’hypoxie pour simuler la physiopathologie complexe de l’ECN observée chez les patients humains 7,8,9. Cependant, de nombreux modèles murins d’ECN sont limités par leur dépendance à l’égard de facteurs de stress microbiens larges ou d’altérations artificielles du microbiote, ce qui peut compromettre leur pertinence clinique. En revanche, le modèle décrit dans ce protocole surmonte ces limites en intégrant plusieurs facteurs clés impliqués dans la pathogenèse des ECN chez les nourrissons humains10,11. Plus précisément, ce modèle combine le stress hypoxique, qui a été impliqué dans la perturbation de l’intégrité de la barrière intestinale 3,12, avec l’administration orale de préparations pour nourrissons complétées par du lipopolysaccharide (LPS), un ligand TLR4 bien caractérisé qui induit une inflammation intestinale, ainsi qu’un microbiome dysbiotique cliniquement pertinent avec des bactéries entériques cultivées chez un patient atteint de NEC totalis, la forme la plus grave de la maladie, caractérisée par une pan-nécrose de l’intestin10,13. En intégrant ces facteurs de stress cliniquement pertinents et spécifiques à la maladie, notre modèle reflète avec précision les caractéristiques cliniques et moléculaires de l’ECN. De plus, afin de fournir aux chercheurs un cadre pour interroger les mécanismes immunitaires sous-jacents à la pathogenèse de l’ECN, ce protocole décrit l’isolement des cellules de la lamina propria de l’intestin grêle murin néonatal pour l’analyse par cytométrie en flux. En tant que principal site de l’activité immunitaire de la muqueuse intestinale, la lamina propria contient un répertoire dynamique de cellules immunitaires résidentes et infiltrantes qui jouent un rôle central dans l’inflammation associée aux ECN14. La cytométrie en flux fournit une plate-forme robuste et évolutive pour caractériser ces populations de cellules immunitaires à haute résolution, permettant une analyse détaillée des phénotypes cellulaires, la quantification des réponses immunitaires et l’identification des signatures immunologiques impliquées dans la pathogenèse des NEC15.
Le modèle d’ECN murin décrit dans ce protocole complète les modèles in vitro en permettant l’étude des interactions hôte-microbiome, des réponses immunitaires et de la signalisation inflammatoire dans l’environnement complexe de l’intestin néonatal. Il reproduit des aspects clés de la pathogenèse des ECN qui ne peuvent pas être modélisés in vitro, ce qui en fait un outil précieux pour élucider les mécanismes de la maladie et évaluer les stratégies thérapeutiques. Bien que les différences entre les espèces restent une limite, ce modèle offre une plate-forme robuste et accessible pour faire progresser notre compréhension de la NEC et accélérer le développement d’interventions ciblées.
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Toutes les méthodes ont été réalisées conformément aux directives éthiques fournies par l’Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) de l’Université de Caroline du Nord à la Chapel Hill School of Medicine. Les souris ont été élevées, entretenues et logées conformément aux procédures décrites dans le Guide pour le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire dans le cadre d’une proposition d’étude approuvée par l’IACUC (protocole n° 24-114) de l’Université de Caroline du Nord à la Chapel Hill School of Medicine. Les souris C57BL/6J ont été utilisées pour toutes les expériences décrites dans cette étude. Les petits ont été commencés dans le modèle au 4e jour postnatal, pesant entre 1,8 et 2,3 g ; Les animaux en dehors de cette fourchette de poids ont été exclus. Les cohortes expérimentales avaient une répartition équilibrée par sexe, les mâles et les femelles représentant chacun environ 50 % des animaux traités. Les réactifs et l’équipement utilisés sont répertoriés dans la table des matériaux.
1. Modèle NEC murin
REMARQUE : Le stock bactérien entérique est produit par l’obtention du contenu entérique d’un nourrisson qui a eu la forme la plus grave d’ECN, NEC totalis 13,16. Le contenu entérique est cultivé pendant la nuit à 1 x g pendant 16 h à 37 °C, centrifugé à 3000 x g pendant 10 min à 4 °C et remis en suspension dans du glycérol à 50 %. Des aliquotes de 20 μL sont pipetées dans des cryoflacons et stockées à -80 °C pour un stockage à long terme. Les temps de culture sélectionnés dans ce protocole ont été choisis pour l’efficacité du flux de travail. Ces points peuvent être ajustés au besoin pour s’adapter aux calendriers de chaque laboratoire sans affecter le modèle global. De plus, ce protocole a été optimisé pour une capacité maximale de 40 souris, mais peut être mis à l’échelle selon les besoins.
2. Isolement des cellules immunitaires de la lamina propria
REMARQUE : Ce protocole est optimisé pour l’isolement des cellules de la lamina propria de souris néonatales à l’âge d’environ une semaine. Si des échantillons de référence sont nécessaires pour la cytométrie en flux spectral, des sevrages (semaines 3-4 postnatales) peuvent être utilisés. Pour les échantillons de sevrage, doubler tous les volumes de réactifs spécifiés dans le protocole.
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Le modèle murin néonatal d’ECN décrit dans ce protocole reproduit les principales caractéristiques de la maladie. L’analyse de survie de Kaplan-Meier (figure 1A) a révélé une réduction significative de la survie dans le groupe traité par ECN par rapport aux témoins nourris par des mères (9/21 contre 8/8 ; p = 0,0063). L’inspection grossière des intestins des souris soumises au modèle (Figure 1B) a mis en évidence des ca...
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Ce protocole intègre un modèle murin néonatal physiologiquement pertinent de NEC avec isolement des cellules immunitaires de la lamina propria, fournissant une plate-forme complète pour étudier les réponses immunitaires de la muqueuse pendant l’inflammation intestinale. En combinant des expositions cliniquement pertinentes, telles que le microbiome entérique des cas humains d’ECN, le stress hypoxique et l’alimentation au lait maternisé, ce modèle récapitule la pathogenèse complexe et mul...
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Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts lié à ce manuscrit.
Ce manuscrit a été soutenu par R01DK124614, R01HD105301 DP1DK140012, la subvention de l’initiative Chan Zuckerberg numéro 2022-316749, le Yang Biomedical Scholar Award et le département de pédiatrie de l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill.
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| 1 mL Syringe-Tuberculin Slip Tip | Becton Dickinson | 309659 | Seringue pour alimentation par formule |
| 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 | Tube de sérum |
| 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 | Lait pour chiot |
| 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 | Incubateur pour souris |
| 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 |
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