18 ביוני 2011
הרקמות מבוגר vascularized יונקים כי חסרה אנגיוגנזה פיזיולוגי שלא נחשף התערבות כירורגית משמש המחקר: (i) ייזום ופיתוח של אנגיוגנזה הבאים הממשל intraperitoneal של סוכני הבדיקה; (ii) שינוי של אנגיוגנזה הבאים מערכתית של הממשל נבחרת סוכני הבדיקה.
ברוכים הבאים למחלקה הפתולוגית בבית החולים האוניברסיטאי GaN בגוטנבורג, שוודיה. אני ד"ר קלאוס נורבי, והשיטה שאתם עומדים לראות פותחה במעבדה שלי. אנגיוגנזה בעלת רלוונטיות קלינית, המתרחשת בקשר להיפוקסיה, גידולי גרורה או כל מחלה אחרת של אנגיוגנזה, מתרחשת כמעט אך ורק ברקע עם כלי דם טבעיים. במכרסמים קטנים בוגרים, המזנטריום (קרום המעי), המחבר את המעי הדק לדופן האחורית של הגוף, מכיל מספר חלקים קרומיים דקים. בחולדות ישנם כ-40 עד 50 מחלונות מזנטריים אלו. הם שקופים למעשה ולכן נראים כחלונות לעין הבלתי מזוינת, כאשר כל חלון מוקף ברק adipose (רקמת שומן) בחולדות זכר בוגרות.
החלונות המזנטריים (mesenteric windows) הם בעלי וסקולריזציה טבעית וחסרים אנגיוגנזה פיזיולוגית מדידה. לפיכך, הם מספקים הזדמנות לחקור אנגיוגנזה דה נובו (de novo) ברקמה של יונקים עם וסקולריזציה טבעית בבגרות. כלומר, יצירת תגובה אנגיוגנית מלאה מאפס, תוך התגברות על מעכבי האנגיוגנזה הפועלים באופן אנדוגני ברקמת הבדיקה כפי שקורה בכל הרקמות הנורמליות בעכברים; כלי דם זעירים טבעיים שיכולים לשמש ככלי דם זעירים הורים חסרים בחלק מהחלונות, מה שלמרחב הופך את הבדיקה לבלתי צפויה בעכברים במצבה הטבעי.
חלונות המזנטריום (mesenteric windows) בחולדות מכילים בדרך כלל מספר קטן יחסית של כלי דם קטנים הממוקמים בפריפריה בחולדות בוגרות. חלונות מזנטריים אלו הם בעביה טבעית של חמישה עד 10 מיקרומטרים בלבד. דבר זה מאפשר לפרוס רקמה שלמה על עלויות (slides) ולבחון אותה מיקרוסקופית, ובכך ניתן לצפות בכל כלי הדם בכל חלון, מהמעניק לכלי הדם למעשה הרחבה דו-ממדית.
השיטה מציעה הזדמנות חסרת תקדים לביצוע מדידות כמותיות של ההתרחבות המרחבית, הצפיפות, תהליך היווצרות התבניות והגודל של מיקרו-כלי דם. האתר התת-עורי פופולרי למחקרי אנגיוגנזה, עם זאת, בשל הטרוגניות של תאי אנדותל ותכונות ספציפיות של הרקמה, שליטה על אנגיוגנזה ברקמות תת-עוריות ובגידולים הגדלים באופן תת-עורי עשויה שלא לנבא שליטה על אנגיוגנזה וגרורות באיברים ויסרליים כגון הריאות, הכבד, העצם והמוח. נקודה זו ראויה לציון, כיוון שגרורות ויסרליות הן בדרך כלל האחראיות הסופיות לקטלניות של הסרטן.
העובדה שחלון המזנטרי הוא visceral אמורה להוות יתרון בהקשר זה. מטרת הפרויקט שלנו היא לבחון היבטים של angiogenesis דה-נובו באופן כמותי. לפיכך, אנו מזריקים גורם פרו-אנגיוגני מוכר או חומר לבדיקה באופן אינטraperitoneal.
בדרך כלל אנו מזריקים חמישה מיליליטר בכל פעם לחולדות בוגרות שאינן תחת הרדמה. נפח כזה חושף במהירות את כל המזנטרום (קרום המעי) לנוזל המוזרק. כל תמיסה המוזרקת תוך-פריטונית, ובלבד שנפחה אינו זניח, אמורה להשפיע על כל התאים ברקמת הבדיקה, במיוחד מכיוון ששכבת תאי המזותליום המכסה את חלון המזנטרום הדק ביותר היא חדירה מאוד לממסים. כיוון שלא נדרשת התערבות כירורגית, האנגיוגנזה הנבדקת בחלון המזנטרום אינה מושפעת מאנגיוגנזה המושרה על ידי ריפוי פצעים, ולכן הטיפול האנגיוגני ניתן בצורת זריקות תוך-פריטוניות.
מסיבות מעשיות, אנו משתמשים בפרוטוקול טיפול הכולל שתי הזרקות יומיות לאורך תקופה של חמישה ימים, משביעי יום בבוקר עד שישי בבוקר, כפי שנהוג במחקר של השפעות אנגיוגניות של חלבונים מוגדרים כגון VEGF 1 65, 1 64, ו-basic FGF, למשל. בדרך כלל נעשה שימוש בתמיסת עירוי של Pharmacia כנשאי (vehicle). מספר הטיפולים עשוי להיראות גבוה, אך הוכח כי לא תמיד ניתן להשרות אנגיוגנזה בעלת מובהקות סטטיסטית, גם כאשר משתמשים בגורמים פרו-אנגיוגניים חזקים כגון VEGF ו-basic FGF, כאשר אלה ניתנים ברמות פיזיולוגיות בקירוב במינון בודד או במספר מינונים במרווחים, ויש לזכור כי ברקמה פועלים מעכבי אנגיוגנזה אנדוגניים חזקים.
מתן שיטות טיפוליות למודולציה של אנגיוגנזה מדמה מצב טיפולי קליני. ניתן להנחית גורם אחד או יותר למודולציה של אנגיוגנזה באופן סיסטמי, תת-עורי, תוך-ורידי או経orally. לדוגמה.
מצב זה מדמה סיטואציה של טיפול קליני, בכך שניתן לחקור לא רק את ההשפעה של המולקולה המקורית אלא גם את זו של המטבוליטים שלה. המערכת מאפשרת מידה מסוימת של בקרה על ההשפעות הרעילות של חומרים מווסתים של אנגיוגנזה המוגשים באופן סיסטמי. מכיוון שחולדות בוגרות גדלות פיזיולוגית ומשקלן עשוי לעלות בכ-40% במהלך ניסוי הנמשך שבועיים או שלושה, ניתן להשיג באמצעות שקילת בעלי החיים הבנה של המידה שבה הטיפול עיכב את העלייה במשקל הגוף, דבר שיכול להוות ביטוי להשפעות רעילות.
דבר זה מאפשר זיהוי של מינונים רעילים בבדיקות למודולציה של אנגיוגנזה, חומרים שיש להימנע מהם. זהו יתרון חשוב, שכן ייתכן שלא ניתן יהיה לפרש את התוצאות במונחים של השפעות אנטי-אנגיוגניות ספציפיות. אם מעורבת השפעה רעילה, מכיוון שחולדות בוגרות גדלות משמעותית מהר יותר מעכברים בוגרים, השפעתם של חומרים רעילים על עליית משקל הגוף צפויה להוות אינדיקטור רגיש יותר להשפעות רעילות כלליות בחולדות מאשר בעכברים.
כעת נרצה להראות לכם כיצד מכינים דגימות של חלונות מזנטריים (mesenteric window). בעלי חיים אלו הרגו באמצעות CO2. החלונות המזנטריים נפרסים על גבי שקופיות רגילות בגודל של שלוש על אינץ' אחד, החל מהחלק הדיסטלי של המזנטריום.
לא ניתן להבחין באנגיוגנזה בעין בלתי מזוינת בחלון המזנטרי, החל מהשסתומי האיליו-צקלי ובמרחב של תנועה רטרוגרדית. נעשה שימוש בארבעה חלונות שנאספו מהחלק הדיסטלי ביותר של המזנטרה. הדגימה על השקופית מיובשת בטמפרטורת החדר למשך 20 דקות.
שורש המעי נגזר. הדגימות נשמרות לאחר מכן במקפיא בטמפרטורה של 20- מעלות צלזיוס. באופן זה, ניתן לשמר את הדגימות למשך מספר חודשים, ואולי אף שנים, ללא ירידה ניכרת באיכותן.
הצביעה מבוצעת באמצעות נוגדן מונוקלונאלי נגד אנדותל של חולדה. יש להניח לדגימה להתייבש באוויר, ואין להשתמש בזכוכית כיסוי. הכמות של מופעי כלי הדם בחלונות מזנטריים (mesenteric windows) בודדים נקבעת באמצעות מיקרוסקופיה מורפומטרית מ komputer-aided, תוך שימוש במיקרוסקופ רישום עם הגדלה אופטית כוללת שבין 14 ל-34. כל החלון המזנטרי מוצג ויזואלית.
ההגדלה נבחרת בצעדים קבועים כך ששטח רחב ככל האפשר של שדה הראייה יכוסה על ידי הדגימה. כל שטח החלון מצויר בקלות, שכן הגבול בין החלון לרקמה השומנית שמסביבו הוא ברור. לאחר מכן, כל החלקים המvסכולריים מצוירים על פי קריטריונים שהוגדרו בקפידה.
ניתן להבחין בבירור אפילו בכלי דם חדשים וקטנים ביותר, שקוטרם בהגדלה גבוהה נמצא כ-2.5 עד 3.0 micrometers. העובדה שקוטרה הממוצע של כדורית דם אדומה של חולדה הוא 6.3 micrometers או יותר, מדגימה עד כמה כלים אלה קטנים. השטח של כל החלקים המכילו כלי דם בחלון, כאחוז משטח החלון כולו, ידוע כשטח הווסקולריזציה היחסי va.
מבחינה מעשית, מדובר במדידה של ההשׂתלשות המרחבית של כלי הדם, מאחר שיש להם למעשה התפשטות דו-ממדית; ניתן למדוד את ה-VA בקלות באמצעות טלמטריה בעזרת מחשב, למשל. השלב הבא כולל תיעוד של צפיפות המיקרו-כלי הדם ותבנית ההיווצרות שלהם בתוך שלושה חלקים מרכזיים של האזורים המכילים כלי דם בכל חלון. חלקים אלו נבחרים באופן סיסטמטי ובאקראי בהגדלה אופטית של 80.
כל כלי דם מוצג כקו בודד באמצעות מיקרוסקופ רישום. התמונה של כל שדה ראייה מועברת לתמונה דיגיטלית ולמנתח תמונות, ולאחר מכן כל כלי דם בתמונה הדיגיטלית מצומצם לעובי של פיקסל אחד. המכונה מודדת לאחר מכן את מספר הפיקסלים, המייצגים את כלי הדם, והם מבוטאים כשבר מכלל הפיקסלים בשדה הראייה.
נתון אחוז זה, אורך המיקרו-כלי דם או MVL, מייצג את אורך המיקרו-כלי דם בכל יחידה של השטח המוגבל בכלי דם, ומהווה מדד מורכב של צפיפות המיקרו-כלי דם. על ידי הכפלת ממוצע ה-VA של ארבעה חלונות לכל חיה בממוצע ה-MVL עבור קבוצת הטיפול התואמת, מחושב אורך המיקרו-כלי דם הכולל לכל חיה, ה-TMVL. בנוסף, פיתחנו טכניקות לניתוח כמיות מפורט של צפיפות והרכב המיקרו-כלי דם באמצעות ניתוח תמונות.
אלה כוללים מדידה של המרחק הממשי בין שני כלי דם זעירים עוקבים, נקודות התבססות, כלומר, האורך של כלי דם זעירים בודדים, מקטעי LEMS, מספר כלי הדם הזעירים, מקטעים ליחידת נפח רקמה, NOMS, ומספר נקודות ההתבססות של כלי דם זעירים ליחידת נפח רקמה, NOBP. מידת הפיתול בכלי הדם הזעירים MVT נקבעת על פי ההפרש בין המרחק הקצר ביותר למרחק הממשי בין שתי נקודות התבססות עוקבות, השכיחות של הצטלבות כלי דם זעירים, מדד החיתוך INIS, ויצירת לולאות מקשרות. ניתן למדוד במדויק גם את מדד יצירת הלולאות INLF באמצעות טכניקות דומות בפריפריה של רשת כלי הדם הזעירים.
אנו יכולים ponad כן לכמת משתנים תואמים עבור נבטים, כולל אורך נבטים, LESP, ומספר נבטים ליחידת נפח רקמה, NOSP, תוך תכנון ניסויים כיוון שייתכנו הבדלים משמעותיים בין בעלי חיים באותה קבוצת טיפול ואפילו בין חלונות מזנטריים באותו בעל חיים. מצאנו כי התכנון הבא עשוי להיות מעשי: מספר בעלי החיים לכל קבוצת טיפול בזמן התצפית, שמונה עד 12; מספר החלונות לבעל חיים המנותחים במונחי VA; מספר שדות הראייה עבור כל חלון המנותח במונחי אורך מיקרו-כלי דם, MVL; אורך מקטעי מיקרו-כלי דם, LEMS; מספר מקטעי מיקרו-כלי דם, NOMS; מספר נקודות פיצול של מיקרו-כלי דם, NOBP; עקמומיות מיקרו-כלי דם, MVT; מדד חיתוך, I; ומדד להיווצרות לולאות, INF. שלושה בעלי חיים שקיבלו פלסבו (vehicle) משמשים כביקורת. בדיקת האנגיוגנזה בחלון מזנטרי מתאימה היטב למחקרי תגובת מינון ולניתוחים קינטיים של אנגיוגנזה.
ניתן לבצע זאת על ידי טיפול בקבוצות של בעלי חיים במינונים שונים של גורם פרו-אנגיוגני והקרבת בעלי חיים אלו בנקודות זמן שונות במהלך התגובה האנגיוגנית. בכך ניתן להבחין במונחים כמותיים בשלב ההרחבה, בשיא ובשלב האנגיו-רגרסיבי העוקב. מחקרים מסוג זה גילו כי התגובה האנגיוגנית ה-de novo לכל ציטוקין של גורם גדילה שנבדק היא תלויה במינון באופן ספציפי מבחינת המהירות, העוצמה והמשך.
יתר על כן, דפוס כלי הדם החדשים, במונחים של התפשטות מרחבית ושינויים בצפיפות כלי הדם המיקרוסקופיים, הוא לרוב תלוי מינון וזמן באופן מובהק בהשוואה לאנגיוגנזה המתווכת על ידי VEGF או basic FGF במינונים פיזיולוגיים בקירוב. אנגיוגנזה המתווכת על ידי תאי מאסט, MCMA, המושרה באמצעות הפעלה סלקטיבית של תאי מאסט in situ, מאופיינת בעוצמה גבוההconsiderably ובמשך זמן ארוך להפליא. למעשה, אנגיוגנזה המתווכת על ידי תאי מאסט תוארה לראשונה באמצעות בדיקה זו בשל היכולת לכמת משתני אנגיוגנזה אובייקטיביים, רמת הרלוונטיות הביולוגית הגבוהה של המערכת והאפשרות לבדוק רעילות של הטיפול.
המתודולוגיה מתאימה באופן ייחודי לניתוחים של קשר מבנה-פעילות ותגובה למינון. מודל ה-MWAA בחולדה מהווה מודל לחקר אנגיוגנזה ברקמה ויסקרלית מבוגרת בעלת וסקולריזציה טבעית, שבה אין אנגיוגנזה פיזיולוגית והיא אינה מושפעת מהניתוח, ובכך נמנית כל השפעה של אנגיוגנזה המושרה על ידי ריפוי פצעים. הבדיקה היא כמותית באמת ומעריכה במדויק מספר משתנים אובייקטיביים בעלי רלוונטיות ביולוגית המתארים את ההתרחבות המרחבית, הצפיפות ותבנייות היווצרות של מיקרו-כלי דם.
הבדיקה מתאימה מאוד לחקר ההשפעות הסיסטמיות של אנגיוגנזה, גורמים מווסתים, ולמחקרים של מבנה-פעילות ותגובה למנה. המתודולוגיה המתוארת כאן פותחה במעבדתו של ד"ר Kloss Carl Norby במחלקה לפתולוגיה, בית החולים האוניברסיטאי Reka, jute Borg באוניברסיטת Gothenburg שבשוודיה. מועצת המחקר הרפואי השוודית, מספר פרויקט 5 9 4 2, תמכה בכל המחקרים בפרויקט זה.
הסיוע הטכני המיומן של גברת Gun Effer, שהייתה מעורבת מאז תחילת הפרויקט, של גברת Monica Anderson (שאינה נוכחת) ושל גברת Ann Nemar Lindgren מוכר בהערכה.
אני מקווה שמצגת קצרה זו העניקה לכם מושג לגבי הפוטנציאל של הבדיקה. אם תשתמשו בבדיקה זו במעבדה שלכם, אשמח לסייע לכם אם תיתקלו בבעיה טכנית כלשהי. כמו כן, אודה מאוד לכל הצעה שתהיה לכם.
תודה.
מחקר זה בוחן אנגיוגנזה דה-נובו (de novo) ברקמות כלי דם של יונקים בוגרים, ובאופן ספציפי באמצעות חלונות מזנטריים בחולדות. המחקר מתמקד ביInitiation ובשינוי של תהליך האנגיוגנזה באמצעות מתן חומרים לבדיקה.
בדיקת אנגיוגנזה במזנטרום של חולדה מספקת מודל in vivo רלוונטי ביולוגית לחקר אנגיוגנזה de novo ברקמה וסקולרית בבגרות, ומאפשרת הערכה כמותית של תגובות אנגיוגניות לתרכובות המוגשות באופן סיסטמי. הדבר תומך בתיקוף מטרות (target validation) ובצמצום סיכונים מכניסטיים במחקרים של אונקולוגיה ומחלות אנגיוגניות, על ידי אספקת נתונים על קשר דוזה-אפקט וקשר מבנה-פעילות ברגישות גבוהה ועם רעש רקע נמוך. יכולתה של הבדיקה לזהות השפעות פרו- ואנטי-אנגיוגניות, לצד מדדי רעילות באמצעות ניטור משקל גוף, מגבירה את הביטחון החזוי ברצפי סינונים פרה-קליניים.
הבדיקה משתלבת ברצף הגילוי, החל מתיקוף מטרה דרך זיהוי מובילים ועד להערכת יעילות ובטיחות פרה-קלינית, ובמיוחד עבור חומרים המודולים אנגיוגנזה, שבהם תגובה כלי דם מהווה סמן ביולוגי מרכזי למנגנון ולרעילות.