血管石灰化は、ヒトの心血管疾患の重要な予測因子であり、その一因となります。このプロトコルは、培養された初代血管平滑筋細胞の石灰化を誘導する方法、および近赤外蛍光イメージングを使用して動物大動脈の石灰化とマクロファージ負荷を定量化する方法について説明しています。
方法論記事
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血管石灰化は、ヒトの心血管疾患の重要な予測因子であり、その一因となります。このプロトコルは、培養された初代血管平滑筋細胞の石灰化を誘導する方法、および近赤外蛍光イメージングを使用して動物大動脈の石灰化とマクロファージ負荷を定量化する方法について説明しています。
心血管疾患は、世界の罹患率と死亡率の主要な原因です。 脂質を多く含むマクロファージと石灰化からなるアテローム性動脈硬化症プラークは、冠状動脈、大動脈弁、大動脈、および末梢導管動脈で発生し、心血管疾患の特徴です。 ヒトでは、コンピューター断層撮影によるイメージングにより、血管石灰化の定量化が可能になります。血管石灰化の存在は、将来の心血管イベントの強力な予測因子です。 心血管疾患における新しい治療法の開発は、アテローム性動脈硬化症の根底にある分子メカニズムの理解を深めることに大きく依存しています。 アテローム性動脈硬化症のメカニズムに関する知識の進歩は、マウスおよび細胞ベースのモデルに依存しています。 ここでは、スペクトル的に異なる2つの近赤外蛍光イメージングプローブを使用して、大動脈石灰化とマクロファージ浸潤をイメージングする方法について詳しく説明します。 近赤外蛍光イメージングは、大動脈全体における石灰化とマクロファージ蓄積のex vivo定量化を可能にし、アテローム性動脈硬化症における炎症と石灰化のメカニズム関係の理解を深めるために使用できます。 さらに、動物の大動脈血管平滑筋細胞を単離および培養する方法、およびマウス大動脈またはヒト冠状動脈のいずれかから培養された平滑筋細胞における石灰化を誘導するためのプロトコルが記載されている。 血管石灰化をモデル化するこのin vitro法は、血管疾患の発症に重要であると思われるシグナル伝達経路を特定し、特徴付けるために使用できるため、治療の新たな標的を発見することを期待しています。
心血管疾患は、それが毎年78万を超える死者を占める米国をはじめ、世界における罹患率および死亡率の主要な原因である。1冠動脈石灰化と大動脈石灰化は、アテローム性動脈硬化症の特徴であると心血管イベントのような強力な予測因子を提供します。2- 、内膜石灰化アテローム性動脈硬化症と関連しており、内側には、慢性腎臓病と糖尿病に関連する石灰化、(もMönckebergとして知られている)5内膜石灰化は、脂質蓄積とマクロファージの設定で発生します。血管石灰化の4つの主なタイプは、成人で報告されています。血管壁への浸潤。5,6内側側の壁の石灰化は、エラスチン繊維または平滑筋細胞に局在し、脂質沈着やマクロファージの浸潤に関連付けられていない、独立して内膜石灰化の発生。の分子機構に関する研究5,7,8血管石灰化は、細胞ベースおよび動物モデル系に依存していました。 atherocalcific疾患のための齧歯類モデルは、アポリポタンパク質E(アポE)9,10または低密度リポタンパク質受容体(LDLR)中膜石灰化のためのモデルは、行列のGlaタンパク質(MGP)欠損マウスを含むながら11は 、高脂肪食を与えいずれかを欠損したマウスを含みます12またはそれに近い総腎摘出(5/6日の腎摘出モデル)によって、または高アデニン食事療法への曝露のいずれかによって尿毒症を発症ラット。13
ここでは、MGPの欠損に関連する内側血管石灰化のモデルは、に焦点を当てています。 MGPは、動脈石灰化を阻害し、細胞外タンパク質である。MGP遺伝子における12の変異がKeutel症候群、brachytelephalangyに加えて、拡散軟骨石灰化によって特徴づけられるまれなヒト疾患、難聴、および末梢肺動脈狭窄症で同定されている。14-18ではないが、しばしば観察、19複数の動脈の同心円状石灰化がKeutel症候群に記載されている。非カルボキシル化、生物学的に不活性なMGPの高い循環レベルは、心血管死亡率を予測しながら、人間のMGP遺伝子における20の一般的な多型は冠動脈石灰化、21-23リスクの増加と関連している。24人間とは異なり、 Keutel症候群で、MGP欠損マウスは生後2週間で開始自発的な広範囲の動脈石灰化からなる重度の血管の表現型を開発し、原因大動脈破裂に6-8週間出産後に死亡する。12
アポEとは異なり- / -およびLDLR - / -マウスは、高脂肪食を与え、関連マクロファージ誘発性炎症と内膜血管石灰化を開発する、MGP - / - 。マウスは、マクロファージの浸潤が存在しない状態で内側血管石灰化を開発11,25が、これらの知見は、intimに異なる根本的な刺激を示唆していますアルと中膜石灰化は、例えば、腫瘍壊死因子αおよびIL-1およびプロ骨形成因子などの炎症性メディエーターを含む血管石灰化に貢献同定されている石灰化。26、複数のシグナル伝達経路の両方の形式を仲介するシグナル伝達機構で重複がありますこのようなノッチは、Wnt、および骨形成タンパク質(BMP)シグナル。27,28のように、これらのシグナル伝達経路は、次に、骨関連タンパク質の発現を増加させる転写因子ラント関連転写因子2(Runx2の)及びオステリックスの発現を(増加させます- / -およびLDLR - / -マウスは、高脂肪食および自発を与え、例えば石灰化を媒介する血管系において、オステオカルシン、スクレロスチン、およびアルカリホスファターゼ)28-30我々は、他のアポEで観察された血管石灰化のことを実証しましたMGPに観察血管石灰化- / -マウスはすべて、骨形成タンパク質(BMP)SIに依存しますgnaling、それはここに焦点を当てているこの経路である。11,25,31 BMPは、骨形成のために必要な強力な骨形成因子であり、ヒトのアテローム性動脈硬化症で発現増加を示すことが知られている。32-34 in vitro試験を調節におけるBMPシグナル伝達を関与していますなどのRunx2などの骨形成因子の発現。BMPリガンドの35-37過剰発現は、BMP-2は、高脂肪食給餌したApoE欠損マウスにおける血管石灰化の開発を加速。38また、このようなシグナル伝達阻害剤、特定のBMPの使用を39,40 LDN-193189(LDN)として、および/ またはALK3-Fcは、両方のLDLR内の血管石灰化の発症を予防する- / -マウスは、高脂肪食とMGP欠損マウスを与え11,25。
血管平滑筋細胞(VSMC)は、血管石灰化の発展に重要な役割を持っている。MGP欠損マウスに発症30,41,42内側血管石灰化はCHARACです骨形成表現型へのVSMCの分化転換によってterized。このようなRunx2のおよびオステオポンチンなどの骨形成マーカーの同時上昇とミオカルディンおよびα平滑筋アクチンを含むVSMCマーカーの発現低下でMGP結果の損失、。これらの変化は、血管石灰化の発達と一致する。25,43,44
大動脈石灰化と炎症マウスでは、典型的には、早期の石灰化および骨形成活性のためのアルカリホスファターゼ活性などの組織化学的技術を利用して評価され、後半に石灰化のためのフォン・コッサおよびアリザリンレッド染色、およびマクロファージのタンパク質マーカー( 例えば 、標的免疫組織化学プロトコル。、CD68、F4 / 80、のMac-1、のMac-2 MAC-3)9,45しかし、これらの標準的な画像化技術が原因で、サンプリングの偏りに時間がかかり、不完全である、断面に大動脈組織の処理を必要とし、それらに限定されています炎症とcalcificatを定量する能力全体の大動脈内のイオン。このプロトコルは、ex vivo近赤外蛍光(NIR)分子イメージングを利用した全大動脈および中型動脈石灰化およびマクロファージの蓄積を可視化し、定量化する方法を説明している。また、提供収穫するための方法であるとマウスからの一次大動脈のVSMCを培養し、誘導します血管石灰化の根底にある分子メカニズムを決定するために、マウスおよびインビトロでヒトのVSMCの石灰化。これらの技術は、インビボおよびatherocalcific疾患を研究するためのインビトロ方法で両方で調査員を提供しています。
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マウスを用いた研究はすべて国立衛生研究所の実験動物の管理と使用に関するガイドの推奨事項に厳密に従って実施しました。住宅この研究で説明したマウスに関連するすべての手続きは、マサチューセッツ総合病院(研究動物管理部会)の施設内動物管理使用委員会によって承認されました。すべての手順は、苦痛を最小限にするために注意して行きました。
試薬の調製
2.尾静脈注射
3.マウスの解剖
4.大動脈イメージング
プライマリマウス大動脈血管平滑筋細胞の単離5.
培養平滑筋の6誘導石灰化細胞
7.フォン・コッサ染色法を用いたVSMC石灰化の評価
注:組織または培養細胞の細胞外マトリックスの石灰化を測定するためのフォン・コッサ法は、銀イオンとリン酸塩結合カルシウムイオンの置換に基づいて50の光及び有機化合物の存在下で、銀イオンが還元され、金属のように可視化されます銀。未反応の銀はチオ硫酸ナトリウムで処理することにより除去し、以下のように、フォン・コッサ染色のための50のプロトコルです。
OR
8.近赤外蛍光イメージングでVSMC石灰化の評価
注:その能力と同様にマウスの大動脈内の石灰化を識別するために、カルシウムNIRは容易に培養細胞によって堆積石灰化ミネラルをバインドします。長波長フィルタと、この技術、蛍光顕微鏡およびプレートリーダーを使用して画像をそれぞれ、 インビトロでの石灰化を定量化することができます。カルシウムNIRの長波長の発光は、他の特徴を検出するための低波長発光蛍光体の同時利用が可能になります。次のようにカルシウムNIR染色のためのプロトコルは次のとおりです。
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- / -大動脈MGPにおける石灰化および野生型マウスは、カルシウムNIR蛍光イメージングを用いて測定しました。いいえカルシウムNIR信号は、石灰化が存在しない( 図2)を示す、野生型マウス由来の大動脈において検出されませんでした。強力なカルシウムNIR信号が高度な血管石灰化と一致しているMGP欠損マウスからの大動脈で検出されました。野生型からの大動脈の組織切片MGP - / -野生型マウスにおいて検出されない石灰化とMGP欠損マウスで観察された豊富な血管石灰化を確認し、 -マウスはアリザリンレッド25(B 図3A)で染色しました。 MGP欠乏に関連した血管石灰化は、BMPシグナル伝達に依存しているかどうかを判断するには、MGP - / -マウスはLDN、ALK3-Fcで処理した、または車両は人生の1日目に開始しました。これらのマウスは、27日目にカルシウムNIRを注射し、大動脈を翌...
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動脈石灰化は、ヒトにおける心血管疾患の重要な危険因子であり、心血管イベントの発症に直接貢献するかもしれない。アテローム性動脈硬化症の薄い線維性キャップで1,5,52内膜カルシウム沈着は、ローカル生体力学的ストレスを増加させ、に貢献することが提案されていますプラーク破裂。心臓肥大を誘導し、心臓機能に影響を与える可能性動脈硬化を増加させることによって、53,54中膜石灰化の影響臨床転帰を。55したがって、ヒト疾患に重要な洞察を提供し、潜在的にするための新規の標的を同定する血管石灰化の根底にある分子メカニズムを理解します治療。
ここでは、大動脈石灰化アテローム性動脈硬化症およびNIRFイメージングを利用した血管石灰化のマウスモデルにおけるマクロファージの蓄積を検出するための方法が記載されている。9正確NIRを注入することが重要です尾静脈へのF剤。これは、習得が達成される前に、かなりの練習が必要な技術である。56さらに、この脂肪がカルシウムNIRおよびカテプシンと同じ波長で自家蛍光...
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マサチューセッツ総合病院は、BMP I 型受容体の低分子阻害剤と、アテローム性動脈硬化症および血管石灰化の治療のための ALK3-Fc の応用に関連する特許を申請しており、MD、PBY、KDB、および RM はロイヤリティを受け取る権利がある可能性があります。
この研究は、サーノフ心臓血管研究財団(MFBおよびTET)、ハワードヒューズ医学研究所(TM)、ハーバード大学医学部(DKR)のLadue Memorial Fellowship Award、アーヘン工科大学医学部のSTARTプログラム(MD)、ドイツ研究財団(DE 1685/1-1、MD)、国立眼病研究所(R01EY022746、ESB)、Leducq財団(骨形態形成タンパク質シグナル伝達の役割を解明するための学際的プログラム)によって支援されました。Pathogenesis of Pulmonary and Systemic Vascular Diseases, PBY, KDB, and DBB), The National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases (R01AR057374, PBY), National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases (R01DK082971, KDB and DBB), the American Heart Association Fellow-to-Faculty Award #11FTF7290032 (RM), and the National Heart, Lung, and Blood Institute (R01HL114805 and R01HL109506 DBB), EAです。 K08HL111210、RM)。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 15 ml コニカルチューブ | Falcon | 352096 | |
| 30 G ニードル | BD | 305106 | |
| アルファ平滑筋アクチン抗体 | Sigma | SAB2500963 | |
| Chamber slide | Nunc Lab-Tek | 154461 | |
| コラゲナーゼ、タイプ 2 | ワージントン | LS004176 | |
| デキサメタゾン | Sigma | D4902 | |
| ダルベッコのモディファイド イーグル ミディアム | ライフ テクノロジー | ズ 11965-084 | |
| ダルベッコのリン酸緩衝生理食塩水、カルシウムなし | ギブコ | 14190-144 | |
| エラスターゼ | シグマ | E1250 | |
| ウシ胎児血清 | ギブコ | 16000-044 | |
| 鉗子、細かい点 | Roboz | RS-4972 | |
| 鉗子、全曲面鋸歯状 | Roboz | RS-5138 | |
| ホルマリン (10%) | 電子顕微鏡科学 | 15740 | |
| ハンクの平衡塩溶液 | Gibco | 14025-092 | |
| ヒト冠状動脈平滑筋細胞 | PromoCell | C-12511 | |
| 針付きインスリン注射器 | テルモ | SS30M2913 | |
| L-アスコルビン酸 | Sigma | A-7506 | |
| マイクロ解剖スプリングハサミ (13 mm) | Roboz | RS-5676 | |
| マイクロ解剖スプリングハサミ (3 mm) | Roboz | RS-5610 | |
| NIR、カテプシン (ProSense-750EX) | Perkin Elmer | NEV10001EX | |
| NIR, 骨ジェネニック (OsteoSense-680EX) | Perkin Elmer | NEV10020EX | |
| Normal Saline | Hospira | 0409-4888-10 | |
| Nuclear fast red | Sigma-Aldrich | N3020 | |
| Odyssey Imaging System | Li-Cor | Odyssey 3.0 | |
| Penicillin/Streptomycin | Corning | 30-001-CI | |
| 硝酸銀 (5%) | 化学会社 | 6828-16 | |
| リン酸ナトリウム二塩基性七水和物 | Sigma-Aldrich | S-9390 | |
| オ硫酸ナトリウムSigma | S-1648 | ||
| ß-グリセロリン酸二ナトリウム塩水和物 | Sigma | G9422 | |
| 組織培養フラスコ、25 cm2 | Falcon | 353108 | |
| 組織培養プレート (35 mm x 10 mm) | ファルコン | 353001 | |
| 組織培養プレート、6 ウェル | ファルコン | 353046 | |
| トリプシン | コーニング | 25-053-CI | |
| チューブ げっ歯類ホルダー | ケント サイエンティフィ | RSTR551 | |
| 真空駆動ろ過システム | ミリポア | SCGP00525 |
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