כאן, אנו מציגים פרוטוקול להדמיה תוך-חיונית של הריאה השמאלית של העכבר המושתל באמצעות מיקרוסקופ של שני פוטונים. זה מהווה כלי רב ערך לחקר דינמיקה תאית ואינטראקציות בזמן אמת לאחר השתלת ריאות מורין.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
כאן, אנו מציגים פרוטוקול להדמיה תוך-חיונית של הריאה השמאלית של העכבר המושתל באמצעות מיקרוסקופ של שני פוטונים. זה מהווה כלי רב ערך לחקר דינמיקה תאית ואינטראקציות בזמן אמת לאחר השתלת ריאות מורין.
סיבוכים לאחר השתלת ריאות קשורים במידה רבה למערכת החיסון המארחת המגיבה לשתל. תגובות חיסוניות כאלה מווסתות על ידי הצלבה בין תאי התורם והמקבל. הבנה טובה יותר של תהליכים אלה מסתמכת על שימוש במודלים פרה-קליניים של בעלי חיים ונעזרת ביכולת לחקור סחר בתאי מערכת החיסון בזמן אמת. ניתן להשתמש במיקרוסקופ תוך-ויטלי של שני פוטונים כדי לצלם רקמות ואיברים לעומקים של עד כמה מאות מיקרונים עם נזק מינימלי לאור, מה שמקנה יתרון גדול על פני מיקרוסקופ קונפוקלי של פוטון יחיד. שימוש סלקטיבי בעכברים טרנסגניים עם ביטוי חלבון פלואורסצנטי ספציפי למקדם ו / או העברה מאמצת של תאים המסומנים בצבע פלואורסצנטי במהלך מיקרוסקופיה תוך חיונית של שני פוטונים מאפשר מחקר דינמי של תאים בודדים בסביבתם הפיזיולוגית. הקבוצה שלנו פיתחה טכניקה לייצוב ריאות עכברים, שאפשרה לנו לדמיין דינמיקה תאית בריאות נאיביות ושתלי ריאות מושתלים אורתוטופית. טכניקה זו מאפשרת הערכה מפורטת של התנהגות התא בתוך כלי הדם ובאינטרסטיציום, כמו גם לבחינת אינטראקציות בין אוכלוסיות תאים שונות. הליך זה ניתן ללמוד בקלות ולהתאים לחקר מנגנונים חיסוניים המווסתים תגובות דלקתיות וסובלרוגניות לאחר השתלת ריאות. זה יכול גם להיות מורחב לחקר של תנאים ריאתיים פתוגניים אחרים.
השתלת ריאות היא האפשרות האחרונה עבור חולים רבים הסובלים ממחלת ריאות סופנית; עם זאת, הישרדות לטווח ארוך לאחר השתלת ריאות היא גרועה בהשוואה להשתלות איברים מוצקים אחרות. הישרדות בגיל 5 שנים היא רק ~ 60%-70%1, לעומת 80%-90% בלב2 ו 85%-90% בכליות3. סיבוכים רבים לאחר השתלת ריאות, כגון תפקוד לקוי ראשוני של השתל, דחייה בתיווך נוגדנים ותפקוד לקוי כרוני של אלוגרפט ריאה, נובעים מהתגובה החיסונית של המאכסן לאלוגרפט. לדוגמה, הקבוצה שלנו הראתה כי נויטרופילים מגויסים במהירות לתוך אלוגרפט הריאה בעקבות פגיעה באיסכמיה-רפרפוזיה כתוצאה מהשתלה ויוצרים אשכולות דינמיים סביב מונוציטיםבדם 4. יחסי גומלין בין תאי התורם והמקבל אחראים לתגובות אלואימוניות מזיקות 5,6,7, והיכולת לחקור אינטראקציות תאים דינמיות אלה במודל של בעלי חיים חיים לא תסולא בפז.
מיקרוסקופ שני פוטונים מאפשר הדמיה תוך-חיונית ברזולוציה גבוהה לעומקים של עד כמה מאות מיקרונים עם הלבנה מינימלית של רקמות 8,9. הוא משמש במגוון רקמות ואתרים אנטומיים, כולל ניאוקורטקס10,11, עור12,13 וכליה14,15. לאחרונה, הוא הותאם לאיברים לא סטטיים כגון הריאה והלב 4,16,17. בפרוטוקול זה אנו מתארים טכניקה לצילום השתלות ריאה מיוצבות, מונשמות ומחוררות לאחר השתלת ריאה אורתוטופית מורין שמאלית. יתרון מרכזי של מודל ההשתלה הוא היכולת לבצע מניפולציה גנטית בין התורם למקבל בנפרד. ניתן לדמיין אוכלוסיות תאים בודדות עם זני עכברים טרנסגניים עם ביטוי חלבון פלואורסצנטי, העברה מאמצת של תאים המסומנים בפלואורסצנטיות5, או הזרקה תוך ורידית של נוגדנים המסומנים בפלואורסצנטיות כדי לקשור סמנים ספציפיים לתא 4,16,17,18.
על מנת לייצב את הריאה במהלך ההדמיה, פרוטוקול זה כולל הדבקת הריאה לזכוכית כיסוי, בעוד שקבוצות אחרות תיארו ייצוב יניקה באמצעות מכשיר ואקום הפיך בהתאמה אישית19. לפרוטוקול שלנו מספר יתרונות, כולל שטח הדמיה גדול יותר וקלות התקנה יחסית באמצעות חומרים זמינים בדרך כלל במעבדת מיקרוסקופיה (כולל זכוכית כיסוי ודבק). מכיוון שטכניקת הדבקה זו מגבילה את הריאה במשטח העליון, היא צפויה להפחית את תנועת האוורור ולאפשר הדמיה עמוקה יותר. טכניקת הדמיה תוך-חיונית זו מאפשרת תצפית מפורטת על התנהגות תאי מערכת החיסון ואינטראקציות בזמן אמת, מה שתורם לחקר מנגנוני החיסון המווסתים תגובות דלקתיות לעומת סובלרוגניות לאחר השתלת ריאות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל הליכי הטיפול בבעלי חיים נערכו בהתאם להנחיות המכונים הלאומיים לבריאות ושימוש בחיות מעבדה ואושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת וושינגטון.
1. הרדמה ואינטובציה
הערה: מבוצעת השתלת ריאה שמאלית אורתוטופית של עכבר, כפי שתואר קודם לכן20,21. ריאות מעכברי C57BL/6 (B6) במשקל 20-25 גרם מושתלות במקבלי B6 תואמי מין וגיל. ב6. עכברי כתב LysM-GFP משמשים כמושתלים לניסויים נבחרים כדי לדמיין חדירת נויטרופילים לתוך שתלי ריאה. ניתן לצלם עכברים מושתלים מיד לאחר השתלת ריאה.
2. הכנה כירורגית של ריאה שמאלית להדמיה
3. הכנת תא הדמיה
הערה: תא הדמיה בנוי בהתאמה אישית (ראה איור 2A). תא הדמיה זה מורכב מלוח בסיס ולוח עליון שביניהם העכבר ממוקם ומאובטח במקומו באמצעות ברגים טעונים קפיץ משני הצדדים (איור 2B). הלוח העליון מכיל מגרעת עגולה בקוטר ~ 2 ס"מ. טבעת O שחורה בגודל מתאים ממוקמת בפתח הזה בצד הקדמי של הלוח העליון, אשר תגן על עדשת המטרה (איור 2C). זכוכית כיסוי בגודל 24 מ"מ x 50 מ"מ מודבקת לחלק האחורי של הצלחת העליונה באמצעות שומן ואקום גבוה, אשר ייצור אטם אטום למים. זכוכית כיסוי זו תשמש כחלון הדמיה על ידי היצמדות לריאה שמתחתיה והחזקת אמצעי ההדמיה (כלומר, מים) מעל. ודא שלא נכנס שומן ואקום לחלון ההדמיה המעגלי. זכוכית הכיסוי תוחלף בכל ניסוי הדמיה חדש. לוח הבסיס מחומם לטמפרטורה של 35-37 מעלות צלזיוס באמצעות בדיקת טמפרטורה תרמית (איור 2A).
4. הדמיה של שני פוטונים
הערה: יש להשתמש במיקרוסקופ זקוף בעל שלב קבוע עם יעד טבילה במים של 20x או 25x >1.0 (NA) עבור מיקרוסקופ תוך חיוני. להלן ההגדרה ששימשה במחקר זה עבור B6 עד B6. LysM-GFP השתלת ריאה שמאלית עם תיוג כלי דם q-dot 655-nm. בעת יישום פרוטוקול זה, ניתן להתאים את ההתקנה של המיקרוסקופ, הלייזרים והמסננים הדיכרואיים בהתבסס על הצרכים של הניסוי הספציפי והכתבים הפלואורסצנטיים שבהם נעשה שימוש.
5. רכישת וידאו
הערה: ניתן להתאים את הפרמטרים הבאים בהתבסס על הניסוי הספציפי. שלבים 5.1-5.3 מתארים את הפרמטרים הספציפיים המשמשים עבור B6 עד B6. Lysm-GFP murine השתלת ריאה שמאלית, אשר יכול לשמש כמדריך התייחסות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
לאחר שעה של אחסון איסכמי קר בטמפרטורה של 4°C, השתלנו אורתוטופית את הריאה השמאלית מעכבר B6 לתוך B6. עכבר LysM-GFP4, ולאחר מכן בוצעה הדמיה תוך חיונית של שני פוטונים, כמתואר לעיל. ביצענו הדמיה בשתי נקודות זמן לאחר ההשתלה – שעתיים (איור 3A) ו-24 שעות (איור 3B). כלי הדם מסומנים באדום על ידי נקודות ה-q המוזרקות מיד לפני ההדמיה. בנוסף, אנו יכולים לדמיין מונוציטים שתפסו q-dots ב 24 h4. ניתן לראות נויטרופילים שמקורם במושתל ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
עירור שני פוטונים תואר לראשונה בעבודת הדוקטורט שלה על ידי מריה גפרט-מאייר בשנת 1931, שזכתה מאוחר יותר בפרס נובל לפיזיקה על תיאור מבנה המעטפת הגרעינית22,23. מיקרוסקופ פלואורסצנטי מסורתי מסתמך על עירור פוטון יחיד, עם אורכי גל עירור קצרים ובעלי אנרגיה גבוהה יותר מאורכי גל פליטה. בניגוד למיקרוסקופ של פוטון יחיד, מיקרוסקופיה של שני פוטונים כוללת עירור סימולטני על ידי שני פוטונים, כל אחד עם אורכי גל ארוכים יותר מזה של האות הפלואורסצנטי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים אינם מדווחים על גילויים רלוונטיים.
עבודה זו נתמכת על ידי מענקים מ-NIH 1P01AI11650 ומהקרן לבית החולים היהודי בארנס. אנו מודים ל-In Vivo Imaging Core בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת וושינגטון.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 0.75% פובידון-יוד | Aplicare | NDC 52380-0126-2 | לחיטוי |
| 1 אינץ' 20G IV קטטר | Terumo | SROX2025CA | לצינור אנדוטרכיאלי (ETT) |
| סרט משי 1 אינץ' | Durapore | 3M ID 7100057168 | לאבטחת העכבר במצב |
| 20x טבילה במים עדשת אובייקטיביות ארוכה | אולימפוס | N20X-PFH | |
| 3M דבק | VetbondMedi-Vet.com | 10872 | להדבקת כיסוי זכוכית לריאה |
| 655 ננומטר נקודות קוונטיות לא ממוקדות | ThermoFisher | Q21021MP | לתיוג כלי דם |
| 70% אתנול | סיגמא אולדריץ' | EX0281 | לחיטוי |
| Argent High Temp Fine Tip Cautery Pen | McKesson | 231 | |
| טבעת O שחורה (2 ס"מ) | חנות לחומרי בניין | N/A | להדמיה בהתאמה אישית |
| תא בורג (2) | חנות לחומרי בניין | N / A | עבור תא הדמיה בהתאמה אישית |
| אגוז אגודל פליז (2) | חנות לחומרי בניין | N / A | עבור תא הדמיה בהתאמה אישית |
| בופרנורפין 1.3 מ"ג/מ"ל | פידליס בריאות בעלי חיים | NDC 86084-100-30 | לשליטה בכאב |
| זיקית טיטניום-ספיר פמטו-שנייה פועם לייזר | קוהרנטי | N/A | |
| כיסוי זכוכית (24 מ"מ x 50 מ"מ) | Thomas Scientific | 1202F63 | לתא הדמיה שנבנה בהתאמה אישית |
| מהדק יתושים מעוקל (1) | Fine Science | Tools 13009-12 | |
| בקר חימום דו-ערוצי | Warner Instruments | TC-344B | |
| מספריים עדינים (1) | Fine Science Tools | 15040-11 | |
| מיקרוסקופ זקוף שלב קבוע | Olympus | BX51WI | |
| גזה (חתוכה ל-1 ס"מ על 3 ס"מ) | McKesson | 476709 | להניח מתחת לריאה השמאלית |
| גריז ואקום גבוה | Dow Corning | N/A | כדי להדביק זכוכית כיסוי על הצלחת העליונה |
| איזופלורן 1% | סיגמא אולדריץ' | 26675-46-7 | להרדמה |
| קטמין הידרוכלוריד 100 מ"ג/מ"ל | Vedco | NDC 50989-996-06 | להרדמה |
| יריעת מתכת (3 ס"מ על 7 ס"מ) | חנות לחומרי בניין | N/A | לתא הדמיה שנבנה בהתאמה אישית |
| אפליקטורים מחודדים עם קצה כותנה | Solon | 56225 | למניפולציה של ריאות ולדיסקציה קהה |
| Power Pro Ultra Clipper | Oster | 078400-020-001 | |
| Puralube Veter משחת עיניים | Medi-Vet.com | 11897 | למניעת ייבוש עיניים |
| מאוורר לבעלי חיים קטנים | הרווארד מכשיר | 55-0000 | |
| מלקחיים ישרים (1) | Fine Science Tools | 91113-10 | |
| דרייבר תריס תלת ערוצי | Uniblitz | VMM-D3 | סורק תהודה |
| xyz מנוע צעד אופטי | Pre Scientific | OptiScan II | |
| Xylazine 20 מ"ג/מ"ל | Akorn | NDC 59399-110-20 | לשליטה בכאב |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.