このプロトコルは、壊死性腸炎(NEC)の新生児マウスモデルと、その後の新生児マウス小腸からの固有層免疫細胞の単離の概要を説明します。
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このプロトコルは、壊死性腸炎(NEC)の新生児マウスモデルと、その後の新生児マウス小腸からの固有層免疫細胞の単離の概要を説明します。
壊死性腸炎 (NEC) は、新生児腸の重度の炎症性疾患であり、主に早産児に影響を及ぼします。NEC は、上皮損傷、微生物の腸内細菌叢の異常、および免疫応答の調節不全を特徴とし、多くの場合、腸の壊死や全身性炎症を引き起こします。ヒトの病気の重要な側面を要約する実験的なマウスモデルは、病気を引き起こし、治療法の開発に情報を提供するメカニズムの理解を進める上で不可欠でした。このプロトコルは、粉ミルク、断続的低酸素症、リポ多糖類(LPS)の経口投与、およびNECの乳児から培養した腸内細菌を利用した壊死性腸炎(NEC)の確立された新生児マウスモデルを記述しています。この組み合わせは、ヒト乳児のNECと一致する組織学的、転写的、免疫学的特徴を確実に誘導し、この分野における複数の重要な発見の基礎となっています。さらに、このプロトコルは、新生児マウスの小腸固有層からの免疫細胞の単離を記述する。固有層細胞単離により、フローサイトメトリー による 詳細な免疫細胞プロファイリングが可能になり、腸内の自然細胞集団と適応細胞集団の両方の分析が容易になります。
壊死性腸炎 (NEC) は、ほぼ独占的に未熟児に影響を与える重度の腸の炎症性疾患です。超低出生体重児 (<1500 g) の約 7%-8% が NEC の影響を受け、外科的介入を必要とする新生児では、この疾患に関連する死亡率が 50% に近づく可能性があります1。NEC の病因は完全には理解されていません。しかし、現在の証拠は、NEC が未熟な腸バリア、調節不全の免疫シグナル伝達、および生物異常マイクロバイオーム 2,3,4 などの複数の要因の合流から生じることを示唆しています。これらの因子の収束は、特にトール様受容体 4 (TLR4) の活性化を通じて、腸内の炎症反応を開始および悪化させ、上皮損傷とアポトーシスや壊死を含むさまざまな種類の細胞死を引き起こす可能性があります 5,6。このプロトコルの目的は、ヒト新生児に観察される腸の炎症と腸の気腫症(腸壁内のガス)を要約し、疾患の病因のメカニズムの調査を可能にする、再現性があり生理学的に関連するNECのマウスモデルを提示することです。さらに、このプロトコルは、新生児マウスの小腸固有層からの免疫細胞の単離を記述しており、研究者はフローサイトメトリーを介して免疫細胞プロファイリングを実行できます。
新生ラットや子豚などの大規模な動物モデルと比較して7,8、新生マウスモデルには、低コスト、トランスジェニック動物へのアクセスの増加、より大きなコホートで実験を実行できることなど、いくつかの明確な利点があります。マウスNECモデルは、主に粉ミルクの摂食、寒冷ストレス、および低酸素症の組み合わせを利用して、ヒト患者で観察されるNECの複雑な病態生理学をシミュレートします7,8,9。しかし、NEC の多くのマウス モデルは、広範な微生物ストレッサーまたは微生物叢の人為的な変化への依存によって制限されており、臨床的関連性が損なわれる可能性があります。対照的に、このプロトコルに記載されているモデルは、ヒト乳児のNEC病因に関与するいくつかの重要な要因を統合することにより、これらの制限を克服します10,11。具体的には、このモデルは、腸のバリアの完全性を破壊することに関与している低酸素ストレス 3,12 と、腸の炎症を誘発する十分に特徴付けられた TLR4 リガンドであるリポ多糖類 (LPS) を添加した乳児用調製粉乳の経口投与、および臨床的に関連する腸内細菌異常マイクロバイオームを組み合わせたものです。腸の汎壊死を特徴とする最も重篤な形態の疾患10,13。これらの臨床的に関連する疾患特異的なストレッサーを統合することにより、私たちのモデルは NEC の臨床的および分子的特徴を正確に反映します。さらに、NEC 病因の根底にある免疫介在メカニズムを調査するためのフレームワークを研究者に提供するために、このプロトコルは、フローサイトメトリー分析のために新生児マウス小腸から固有層細胞を単離することを概説します。腸粘膜免疫活性の主要な部位として、固有層には、NEC 関連炎症で中心的な役割を果たす常在免疫細胞と浸潤免疫細胞の動的なレパートリーが含まれています14。フローサイトメトリーは、これらの免疫細胞集団を高分解能で特徴付けるための堅牢でスケーラブルなプラットフォームを提供し、細胞表現型の詳細な分析、免疫応答の定量化、およびNECの病因に関与する免疫学的シグネチャの同定を可能にします15。
このプロトコルで概説されているマウスNECモデルは、新生児腸の複雑な環境内での宿主とマイクロバイオームの相互作用、免疫応答、および炎症シグナル伝達の研究を可能にすることにより、 in vitro モデルを補完します。これは、 in vitro ではモデル化できない NEC 病因の重要な側面を再現するため、疾患メカニズムを解明し、治療戦略を評価するための貴重なツールとなります。種固有の違いは依然として制限ですが、このモデルは、NEC の理解を深め、的を絞った介入の開発を加速するための堅牢でアクセスしやすいプラットフォームを提供します。
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すべての方法は、ノースカロライナ大学チャペルヒル医学部の施設動物管理および使用委員会 (IACUC) によって提供された倫理ガイドラインに従って実施されました。マウスは、ノースカロライナ大学チャペルヒル医学部のIACUC(プロトコル番号24-114)によって承認された研究提案に基づいて、実験動物のケアと使用のためのガイドに記載されている手順に従って飼育、維持、および飼育されました。C57BL/6Jマウスを、本研究で記載したすべての実験に使用した。子犬は生後4日目にモデルで開始され、体重は1.8〜2.3gでした。この体重範囲外の動物は除外されました。実験コホートはバランスの取れた性分布をしており、オスとメスがそれぞれ治療動物の約50%を占めていました。使用する試薬と機器は 、材料表に記載されています。
1. マウスNECモデル
注: 腸内細菌ストックは、最も重度の NEC を患った乳児から腸内内容物を得ることによって生成されます (NEC 合計は13,16)。腸溶内容物を1 x gで37°Cで16時間一晩培養し、3000 x g で4°Cで10分間遠心分離し、50%グリセロールに再懸濁します。20 μLのアリコートをクライオバイアルにピペッティングし、長期保存のために-80°Cで保存します。このプロトコルで選択された培養時間は、ワークフローの効率のために選択されました。これらの時点は、モデル全体に影響を与えることなく、個々のラボのスケジュールに合わせて必要に応じて調整できます。さらに、このプロトコルは最大容量 40 匹のマウスに最適化されていますが、必要に応じてスケールアップできます。
2.固有層免疫細胞の分離
注:このプロトコルは、約1週間齢の新生マウスから固有層細胞を単離するために最適化されています。スペクトルフローサイトメトリーに参照サンプルが必要な場合は、離乳(生後3〜4週)を使用できます。離乳サンプルの場合は、プロトコルで指定されたすべての試薬量を2倍にします。
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このプロトコルに記載されている NEC の新生児マウス モデルは、この疾患の主要な特徴を再現しています。カプラン・マイヤー生存分析(図1A)は、ダム給餌対照と比較してNEC治療群の生存率の有意な減少を明らかにしました(9/21対8/8; p = 0.0063)。モデルにかけられたマウスの腸の肉眼的検査(図1B)は、腸の膨満、気泡、目に見える 腸の気腫症 (腸壁内のガスの蓄積)など、NECの特徴的な特徴を示しました。H&E染色 による 組織学的評価により、NEC様腸損傷を有する動物における絨毛破壊の斑状領域の存在と正常な腸構造の破壊がさらに確認されました。さらに、炎症遺伝子発現の分子分析により、ヒトの疾患にも関連している主要な炎症誘発性マーカーの強力なアップレギュレーションが実証されました。ダムで育てられた対照マウスと比較して、実験的NECに曝露されたマウスは、 Il1b (...
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このプロトコルは、NEC の生理学的に関連する新生児マウス モデルと固有層免疫細胞単離を統合し、腸の炎症中の粘膜免疫応答を調査するための包括的なプラットフォームを提供します。このモデルは、ヒトNEC症例からの腸内マイクロバイオーム、低酸素ストレス、粉ミルク摂取などの臨床的に関連する曝露を組み合わせることにより、ヒトの疾患で観察される複雑で多因子の病因を要約します10,13。このアプローチにより、同じ腸組織からの転写分析やプロテオミクス分析とともに詳細な免疫表現型解析が可能になり、NEC の病態生理学と潜在的な治療法の評価に関する独自の洞察が得られます。ここでは、結果を最適化し、モデルの翻訳的関連性と実行の成功を最大化するために研究者が対処すべき重要な考慮事項と制限について説明します。
このプロトコルには、実験のばらつきを減らし、全体的な死亡率を減らし、サンプルの品質を向上させるために最適化が必要な可...
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著者は、この原稿に関連する利益相反はないことを宣言します。
この原稿は、R01DK124614、R01HD105301、DP1DK140012、Chan Zuckerberg Initiative Grant number 2022-316749、Yang Biomedical Scholar Award、およびノースカロライナ大学チャペルヒル校小児科によって支援されました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1 mL Syringe-Tuberculin Slip Tip | Becton Dickinson | 309659 | フォーミュラミルク投与用シリンジ |
| 1.5 mL semi-micro Disposable Cuvettes | BRAND GMBH + CO KG | 759085D | |
| 1.7 ml Microtubes Clear | Axygen - Corning Inc. | MCT-175-C | ノンパイロジェニック& 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 | 血清チューブ |
| 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 | 子犬用ミルク |
| 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 | マウス用インキュベーター |
| 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、透明、目盛付き、滅菌済み |
| NanoDrop OneC Microvolume UV-Vis Spectrophotometer | ThermoFisher Scientific | ND-ONEC-W | |
| Ohaus scout portable balance | Fisher Scientific | 302530 |
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