低酸素条件下で培養された胎盤外植片から単離された小型EV(sEV)が、妊娠していない成体雌マウスの血液脳関門を破壊するかどうかを評価するためのプロトコルが提示されています。
方法論記事
* These authors contributed equally
低酸素条件下で培養された胎盤外植片から単離された小型EV(sEV)が、妊娠していない成体雌マウスの血液脳関門を破壊するかどうかを評価するためのプロトコルが提示されています。
脳浮腫、虚血性および出血性脳卒中などの脳血管合併症は、子癇前症に関連する妊産婦死亡率の主な原因を構成しています。これらの脳血管合併症の根本的なメカニズムは不明のままです。しかし、それらは胎盤機能障害と血液脳関門(BBB)破壊に関連しています。それにもかかわらず、これら2つの遠い器官の間の接続はまだ決定されていません。胎盤が細胞外小胞を含むシグナル伝達分子を母体循環に放出することを示唆する証拠が増えている。細胞外小胞は、その大きさによって分類され、小さな細胞外小胞(直径200 nm未満のsEV)は、生理学的および病理学的条件の両方で重要なシグナル伝達粒子と見なされます。子癇前症では、母体循環で循環するsEVの数が増加しますが、そのシグナル伝達機能はよくわかっていません。子癇前症または低酸素症に曝露された正常な妊娠胎盤から放出される胎盤sEVは、脳内皮機能障害とBBBの破壊を誘発します。このプロトコルでは、低酸素条件下で培養された胎盤外植片から単離されたsEVが(子癇前症の1つの側面をモデル化)in vivoでBBBを破壊するかどうかを評価します。
胎盤形成過程の障害、母体の全身性内皮機能障害を特徴とする高血圧性妊娠症候群である子癇前症による妊産婦死亡の約70%1,2は、急性脳血管合併症と関連しています3,4。妊産婦死亡の大半は低・中所得国で発生している5。しかし、子癇前症に関連する脳血管合併症の臨床的および疫学的関連性にもかかわらず、根底にあるメカニズムはまだ不明です。
一方、細胞外小胞(EV)(直径30~400nm)は、母体と胎盤の相互作用を含む組織や臓器間の細胞間コミュニケーションの重要なメディエーターである6。EVは、外面のタンパク質や脂質に加えて、内部に(タンパク質、RNA、脂質)貨物を運びます。EVは、(1)エクソソーム(直径50~150nm、小型EV(sEV)とも呼ばれる)、(2)中型/大型EV、(3)アポトーシス小体に分類され、サイズ、生合成、内容、潜在的なシグナル伝達機能が異なります。EVの組成は、EVの発生源となる細胞と疾患タイプ7によって決まります。合胞体栄養芽細胞由来のEVは、胎盤アルカリホスファターゼ(PLAP)8,9を発現し、胎盤由来の循環小型EV(PDsEV)を検出します。また、PLAPは、子癇前症と正常血圧妊娠におけるPDsEV貨物の変化とその影響を識別するのに役立ちます10,11,12,13,14,15。
胎盤は、子癇前症16またはこの疾患に関連する脳合併症の病態生理学に必要な成分として認識されています17,18,19。しかし、この遠隔器官が脳循環の変化をどのように誘発するかは不明です。sEVは、ドナー細胞からレシピエント細胞に生理活性成分を転移する能力があるため、細胞間コミュニケーションにおいて極めて重要な役割を果たすため6,20,21、胎盤sEVを脳内皮細胞を含む母体内皮機能障害の生成と関連付ける研究が増えています21,22,23,24 25,26子癇前症の女性。したがって、脳内皮機能の低下は、子癇前症に関連する脳血管合併症の重要な要素である血液脳関門(BBB)の破壊につながる可能性があります3,27。
それにもかかわらず、子癇前症の女性の血清に曝露されたラットの脳血管28または子癇前症の女性の血漿に曝露されたヒト脳内皮細胞29を使用した前臨床所見では、循環因子がBBBの破壊を誘発することが報告されています。子癇前症中に母体循環に存在するBBBに害を及ぼす可能性のあるいくつかの候補があるにもかかわらず、炎症性サイトカイン(すなわち、腫瘍壊死因子)18,28または血管調節因子(すなわち、血管内皮増殖因子(VEGF))29,30,31、または酸化リポタンパク質(oxo-LDL)32,33などの酸化分子34、それらのどれも胎盤とBBBの間の直接的な接続を確立しません。最近、低酸素胎盤から単離されたsEVは、妊娠していない雌マウスのBBBを破壊する能力を示しました25。胎盤sEVは、BBBを破壊する能力を持つリストされた循環因子のほとんどを運ぶ可能性があるため、sEVは、損傷した胎盤を接続し、有害な循環因子のキャリアとなり、子癇前症でBBBを破壊するのに適した候補と考えられています。
このプロトコルにより、低酸素条件下で培養した胎盤外植片から単離されたsEVが、子癇前症中の脳合併症の病態生理学を理解するためのプロキシとして、妊娠していない雌マウスのBBBを破壊できるかどうかを調べることができます。
この研究は、ヘルシンキ宣言に明記された原則に従い、それぞれの倫理審査委員会の承認の下で実施されました。以前に報告されたように、すべての人間の参加者は、サンプル収集の前にインフォームドコンセントを行いました25。さらに、ビオビオ大学の生命倫理およびバイオセーフティ委員会は、このプロジェクトを承認しました(Fondecyt助成金1200250)。動物実験は、実験における動物の使用における3つのRの基本原則35、および米国国立衛生研究所が発行した実験動物のケアと使用に関するガイドラインの推奨事項に従って実施されました。動物はビオビオ大学のビバリウムで適切な環境で飼育されました。新鮮な胎盤(n = 4)は、正期産(妊娠38〜41週)の正常な妊娠の母親(28〜31歳)から選択的帝王切開後1時間以内に取得されました。.帝王切開は、以前に報告されたように、チリのチランにあるHerminda Martin Clinical Hospitalで実施されました25。in vivoモデルを適用するために、4-6ヶ月齢の雌の妊娠していないマウス(C57BLACK/6系統)を用いた。(1)対照群(無治療)、(2)正常酸素由来sEV(sEVs-Nor)、(3)低酸素培養胎盤由来sEV(sEVs-Hyp)の3つの実験群に分けられ、in vivoでのBBBの破壊評価に用いられた25。注入された溶液はすべて無菌でした。また、sEVの調製は、汚染を避けるために、無菌状態およびクラスIIのバイオセーフティフードの下で行われました。
1.胎盤培養外植片
2. 胎盤由来sEVの単離
3.マウス注射
4.急速マウス昏睡および行動スケール(RMCBS)
5. エヴァンの青色血管外漏出の解析
このプロトコルは、低酸素状態で培養された胎盤に由来するsEVsが、妊娠していないマウスのBBBを破壊する能力を評価します。この方法により、正常状態と病理学的状態における胎盤と脳の間の潜在的な接続をよりよく理解することができます。特に、この方法は、子癇前症における脳合併症の発症における胎盤sEVの関与を分析するためのプロキシを構成する可能性があります。
sEVs-Norを注射したマウスとは対照的に、sEVs-Hypを注射したマウスは、24時間まで神経学的スコアの漸進的な低下を示し(表1)、sEVs-Hypが脳機能を損なう能力を示唆しています。
また、sEVs-Hypを注射した群のマウスの脳は、sEVs-Norを注射したマウスまたは対照マウスから単離したマウスよりも高い新鮮重量(それぞれ0.51±0.008;0.46±0.008;0.47±0.01g)を有しており、これは脳浮腫の肉眼的指標を構成する可能性がある45。
この発見と互換性があり、このプロトコルにより、エヴァンの青色の血管外漏出をBBBの破壊の指標として識別できます。この点で、sEVs-Hypを注射したマウスの脳は、sEVs-Nor群の脳よりもEvanの青色血管外漏出が高かった(図5A)。
sEVs-Hypによって誘導されるBBBの破壊の根本的なメカニズムは、このプロトコルでは分析されていませんが、結果は、sEVs-Hypを注入したマウスが、BBBが最も影響を受けた領域(すなわち、後部領域)でCLND-5のタンパク質量の減少を示したことも示しています(図5B)。したがって、sEVs-hypは、この重要な内皮タイトジャンクションタンパク質の機能発現を損なう可能性があります。

図1:胎盤外植片培養および細胞外小胞分離プロトコル。 (A)正常な胎盤外植片培養。(B)外植片は、胎盤小細胞外小胞(sEV)の生合成のために2つの条件に分布しています。ノルモキシア(sEVs-Nor、8%O2)または低酸素(sEVs-Hyp、1%O2)を18時間。 (C)馴化培地を回収し、濾過し、遠心分離して細胞破片を除去する。(D)sEVは超遠心分離によって単離されます。(E)sEVは、ナノトラッキング分析とウェスタンブロットを使用して特性評価されます。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。

図2:血液脳関門破壊プロトコルの in vivo 評価。 妊娠していないC57BL6/Jマウス(生後4〜6ヶ月)を使用します。(A)外頸静脈を介して、動物は正常酸素性(sEVs-Nor、8%O2)または低酸素性(sEVs-Hyp、1%O2)胎盤培養から単離されたsEV(総タンパク質200μg)を投与された。RMCBSは、注射後0〜24時間で監視されます。(B)sEVs注射の6時間後、脳を抽出し、タンパク質抽出のために9つのセグメントに分割します。クローディン 5(CLDN5)は、これら 9 つのセクションのホモジネートで分析されます。(C)Evanの青色血管外漏出解析(sEVs注入後24時間)は、9つのセグメントのそれぞれで眼窩後穿刺注入後に分析されました。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。

図3:Evanの青色染料と心臓内灌流プロトコルの写真ドキュメンタリー。 (A)マウスは、眼窩後注射でエヴァンの青色を投与された。(写真左)エヴァンズブルーの注射前と注射後(右)の動物(右)。(B)リン酸緩衝液(1x PBS)およびパラホルムアルデヒド(4%PFA)の心臓内灌流を実施するための開胸術。左心室は針の先で尖っています。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。

図4:sEV注入後のEvanの青色血管外漏出の解析。 (A)Evanの青色血管外漏出を示す脳全体の代表的な画像。破線は、脳全体から得られた9つのセクションを表しています。(B)脳マウススライサーを用いて解剖した脳。(C)sEVs注射後24時間における脳スライスの代表画像。コントロール(CTL)、正常酸素状態(sEVs-Nor)または低酸素状態(sEVs-Hyp)の胎盤。スケールバー = 0.4 cm。 (D) ImageJを用いた脳スライスのデジタルアウトライン。(E)青チャンネルのヒストグラム。75 から 110 の間の値は、エヴァンの青色の血管外漏出に関連しています。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。

図5:胎盤外植片から単離されたsEVを注射したマウスにおけるEvanの青色血管外漏出とクローディン-5レベル。 (A)脳切片全体を考慮したエヴァンの青色(EB)血管外漏出の割合。コントロール(CTL、青)、正常酸素状態(sEVs-Nor、赤)または低酸素状態(sEVs-Hyp、緑)の胎盤。(B)9つの脳切片におけるクローディン5(CLDN5)の相対レベルは、3つの実験グループから得られた。β-アクチンはローディングコントロールとして使用されます。値は四分位範囲±平均値です。各ドットは、個々の実験対象を表します。*p < 0.05、**p < 0.005。p < 0.0001 です。p < 0.001;ANOVA検定とそれに続くBonferroni事後検定。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
| 時間(h) | コントロール | sEVs-ノルモクシア | sEV-低酸素症 | ANOVA(分散分析) |
| 0 | 18.75 ± 0.250 | 18.5±0.288 | 18.75 ± 0.250 | NSの |
| 3 | 18.5±0.866 | 17±0.707 | 13.25 ± 1.750*α | 0.006 |
| 6 | 19.25 ± 0.750 | 17±0.577 | 11.75 ± 1.250*α | 0.002 |
| 12 | 18.5±0.645 | 16.75±1.109 | 13 ± 0.816*α | 0.001 |
| 24 | 19.5±0.288 | 17.75 ± 0.250 | 10.25 ± 0.853*α | <0.0001 |
| *p <対照に対して0.01。αp < 0.01 対 sEVs-Normoxia | ||||
表1:sEVs注射後24時間後の急速マウス昏睡および行動スケール(RMCBS)。 スコアはSEM±平均値として表されます。 20に最も近い動物のスコアは標準であり、スコアが低いほどCNSの機能障害が高くなります。
この研究は、低酸素状態で培養した胎盤外植片から分離されたsEVがげっ歯類の血液脳関門の破壊に及ぼす潜在的な害に関する新たな洞察を明らかにしています。病理学的メカニズムは、後脳領域25におけるCLND-5の減少を含む。
以前の研究では、子癇前症の個人からの血漿sEVがさまざまな臓器の内皮機能障害を誘発することが明らかになりました in vitroモデル46,47。この研究では、特に血液脳関門を精査し、この重要な障壁を破壊する低酸素培養胎盤から分離されたsEVに新しい視点を提供しました。これらの発見は、sEVが子癇前症のような正常なシナリオと病理学的シナリオの両方で胎盤と脳の間のコミュニケーションチャネルとして機能する可能性があるという新しい研究領域を導入します。
提示されたプロトコルは単純ですが、いくつかの重要なステップについて言及する必要があります。このプロトコルでは、分娩後1時間以内に新鮮な胎盤が必要です。また、組織の劣化を防ぐために、培養期間を24時間を超えて延長することはお勧めしません。このプロトコルは、マウス胎盤によって産生されるsEVからの潜在的な汚染を軽減します。Evanの青色血管外漏出のデジタル解析には時間がかかります。さらに、エヴァンの青い染色は、脳の切片化後はあまり目立ちません。したがって、ポジティブコントロールを使用して青の範囲を識別するための初期設定が推奨されます。エヴァンの青色注射を受けていないマウスの脳などのネガティブコントロールも採用できます。実験群のブラインド分析は、潜在的な観察者のバイアスを回避するために不可欠です。
このプロトコルでは、いくつかの課題が発生する可能性があります。重大な制限は、ヒト胎盤と注射マウスの両方に由来する生物学的多様性にあります。Evanの青色血管外漏出実験の再現性を確保するために、ヒト胎盤から単離されたsEV用量を確立することが提案されています。総タンパク質200μgの用量を選択しました。ただし、この量は、小胞の純度、頸静脈注射の有効性、エヴァンの青色投与、循環器系からのクリアランス、および特に、その内容物を考慮したsEVの生物学的影響に基づいて変動する可能性があります。
ヒト胎盤由来のsEVが血液脳関門を破壊する細胞メカニズムについては、さらなる実験が必要である。それにもかかわらず、この方法は関連性があり、胎盤と脳の間の潜在的なコミュニケーションを示唆しており、さらなる調査が必要です。したがって、今後の研究が奨励されており、sEVとその血液脳関門との相互作用、およびそれらの貨物が神経組織に与える影響に焦点を当てています。血液脳関門障害が母体の脳に永続的な影響をもたらすかどうかは、さらなる検討が必要である。
著者は、宣言すべき利益相反を持っていません。
著者らは、貴重な情報を提供してくれたGRIVAS Healthの研究者に感謝します。また、産婦人科の助産師と臨床スタッフは、チリのチヤン病院に所属しています。Fondecyt Regular 1200250によって設立されました。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 成体マウス脳スレーサーマトリックス3Dプリント | オープンアクセスファイル | 成体マウス | 成体マウス脳スライサー。PLAフィラメントで印刷されています。 |
| 抗 &β;-アクチン一次抗体 | Sigma-Aldrich | Clon AC-74 | ローディング制御用抗体(ウェスタンブロット) |
| 抗Claudin5一次抗体 | Santa cruz Biotechnology | sc-374221 | タイトジャンクションタンパク質用一次抗体 CLDN5 of mice BBB (Western blot) |
| BCAタンパク質キット | Thermo Scientific | 23225 | タンパク質濃度測定用キット |
| 培地 #200 500mL | サーモフィッシャーサイエンティフィック | m200500 | 胎盤外植片用培地 |
| D180 CO2 インキュベーター | RWD ライフサイエンス | D180 | 外植片と培養を安定化させる標準インキュベーター sEVs-Nor |
| Evans 青色色素 > 75% 10 g | Sigma-Aldrich | E2129.10G | 血液脳関門破壊をアナリゼする色素 IN VIVO |
| ウシ胎児血清 500 mL | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 16000044 | 培地用添加剤成長因子 200 |
| Himac 超遠心分離機 CP100NX | Himac eppendorf group | 5720410101 | 専用培地用超遠心機 > 1,20,000 x g |
| ImageJ ソフトウェア | NIH | https://imagej.nih.gov/ij/download.html | |
| イソフルラン x 100 mL | USP バクスター | 212-094 | マウス用揮発性吸入麻酔薬 |
| キット CellTiter 96 非放射性 | Promega | 0000105232 | 胎盤外植片のインビトロアッセイ 生存率 |
| マウスIgG 二次抗体 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | MO 63103 | CLDN5(ウェスタンブロット)二次抗体 |
| NanoSight NS300 | マルバーン 分析 | 90278090 | 胎盤外植片からの粒子のナノトラッキング分析 コンディショニング培地 |
| パラホルマルデヒドE 97%溶液 500mL | サーモフィッシャーサイエンティフィック | A11313.22 | 脳組織切片および心内灌流用固定液(希釈後) |
| PBS 1 X pH 7.4 500 mL | サーモフィッシャーサイエンティフィック | 10010023 | 胎盤外植片用洗浄液 |
| ペニシリン-ストレプトマイシン 100x 20 mL | サーモフィッシャーサイエンティフィ | 10378016 | 胎盤外植片用抗生物剤 培養培地 |
| ProOX C21 細胞中心性 O2 および CO2 サブチャンバーコントローラー | BioSpherix | SCR_021131 | ><> |
| ナトリウム チオペンタール 1 g | Chemie | 7061 | 人道的安楽死剤 |
| Somnosuite 低流量麻酔システム | Kent Scientifics | SS-01 | 小型げっ歯類用イソフルラン気化器 |
| 外科用加温プラットフォーム | ケント・サイエンティフィック | A41166 | マウスのメンテナンス麻酔用加温プラットフォーム |
| シリンジフィルター、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、疎水性、0.22 & マイクロ;m、滅菌済み、25 mm | Southern labware | 10026 | 胎盤外植片から採取された製剤培地のろ過 |
| 卓上型高速マイクロ遠心分離機 日立 HIMAC CT15E/CT15RE | 日立メディカルシステム | 6020 | 連続遠心分離機 < 1,20, 000 x g |
| 三眼実体顕微鏡 トランスミッド反射光 10x-160x | Center Medical | 2597 | 脳スライスを登録するための実体顕微鏡 |