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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
조직화학적 및 면역조직화학적 분석과 결합된 대동맥동 및 상행 대동맥의 정밀 절단을 사용하여 마우스 모델에서 죽상경화성 병변을 정량화하고 특성화하는 절차를 설명합니다.
죽상동맥경화증은 대동맥에 생기는 질환으로 심근경색과 뇌졸중의 주요 원인입니다. 이 질병의 분자 및 세포 병태생리학 연구를 용이하게 하기 위해 여러 가지 다른 마우스 모델이 개발되었습니다. 이 원고에서는 쥐, 대동맥동, 상행 대동맥에서 죽상경화성 병변의 정량화 및 특성화를 위한 구체적인 기술을 설명합니다. 이 절차의 장점은 병변의 단면적과 총 부피를 정확하게 측정하여 여러 치료 그룹 간의 죽상경화성 진행을 비교하는 데 사용할 수 있다는 것입니다. 이것은 판막 첨판을 해부학적 랜드마크로 사용하고 절편 각도를 신중하게 조정함으로써 가능합니다. 또한 죽상경화성 진행을 특성화하기 시작하는 데 사용할 수 있는 기본 염색 방법에 대해서도 설명합니다. 연구자가 특별히 관심을 갖는 항원을 조사하기 위해 추가로 수정할 수 있습니다. 설명된 기술은 일반적으로 기존 및 새로 생성된 다양한 식이 및 유전자 유도 죽상 형성 모델에 적용할
수 있습니다.지난 20년 동안 식이 및/또는 유전자 조작을 통한 죽상경화증에 취약한 마우스 모델의 개발과 사용은 죽상경화성 병변 발달과 관련된 분자 및 세포 메커니즘에 대한 이해를 크게 높였습니다1-3. 죽상동맥 형성에 대한 우리의 지식과 이해의 상당 부분은 아포지단백 (Apo)-E 결핍4 마우스, 죽상경화성 병변이 자발적으로 발생하고 저밀도 지단백 수용체(LDLR) 결핍 5 죽상동맥경화증이 다이어트를 유발하는 생쥐. 이러한 모델의 중요한 장점은 통제된 식단 및 환경 조건 하에서 유전적으로 정의된 비교적 많은 수의 동물을 연구할 수 있다는 것입니다. 또한, 이러한 마우스 균주 중 일부에서 발생하는 진행성 죽상경화성 병변은 지질로 채워진 괴사 코어와 섬유성 캡을 포함하는 인간 피험자에서 관찰된 것과 매우 유사한 것으로 보입니다. 죽상동맥경화증은 이러한 마우스 모델에서 빠르게 진행되므로 지방 줄무늬에서 진행된 플라크에 이르기까지 병변 발달을 몇 주에 걸쳐 연구하는 것이 매우 가능합니다. 또한, 당뇨병6, 이상지질혈증7, 비만8, 고혈압9, 담배연기10, 좌식 환경11 등 인간의 심혈관 질환에 대한 알려진 위험 요인은 병변 발생을 더욱 가속화하는 것으로 나타났습니다.
모든 죽상동맥경화증이 앓기 쉬운 마우스 모델은 아닐지라도 대부분의 경우, 병변 발생은 대동맥동에서 먼저 감지될 수 있습니다. 발병 시간은 마우스 균주와 식단에 따라 다릅니다. 병변의 크기가 커짐에 따라 상행 대동맥을 따라 자라는 경향이 있습니다. ApoE-/- 및 LDLR-/- 마우스에서 후속 병변 발달은 대동맥궁, 하행 대동맥 및 기타 더 큰 동맥12-14의 대동맥 분기점에서 감지될 수 있습니다. Beverly Paigen 박사와 동료들은 식이요법에 의한 죽상동맥경화증의 초기 모델을 개발하는 것 외에도 쥐 모델에서 병변 측정의 표준이 된 대동맥동에서 죽상경화성 병변의 정량화를 위한 분석을 확립했습니다15. 수년에 걸쳐 이 기술은 개선되고 자세히 설명되었습니다16. 여기에서는 마우스의 죽상경화성 병변을 정량화하고 특성화하기 위한 "Paigen 방법"의 수정된 버전을 제시합니다. 특정 혈관 영역에서 정의되고 고정된 방향으로 연속 대동맥 단면을 분석하면 정확한 데이터 수집이 용이하고 다양한 치료 그룹에서 병변 발달의 변화를 정확하게 감지할 수 있습니다. 여기에 제시된 방법은 이전 기술을 기반으로 합니다. 구체적으로, 우리는 조직화학(histochemistry)과 면역조직화학(immunohistochemistry)의 조합을 사용하여 연속적인 절편을 검사함으로써 면적, 부피, 괴사 및 세포 함량 측면에서 병변의 특성화가 어떻게 가능한지 설명합니다.
McMaster University Animal Research Ethics Board는 여기에 설명된 모든 절차를 사전 승인했습니다.
1. 심장과 대동맥 수확
2. 대동맥의 준비
3. 대동맥 절편
4. 죽상경화성 병변의 염색 및 정량화
죽상경화성 병변은 다양한 기법을 사용하여 다양한 방법으로 분석할 수 있습니다. 가장 기본적인 분석에는 병변 단면적 측정이 포함됩니다. 병변 부위를 정확하게 비교하기 위해서는 병변 측정의 시작점이 샘플마다 일관되어야 합니다. 이는 방향 전환을 위해 판막 리플렛을 사용하여 촉진됩니다. 병변 부위의 정확한 식별 및 정량화를 용이하게 하기 위해 일부 단면은 hematoxylin 및 eosin으로 염색됩니다. 여기에는 지정된 시간 동안 일련의 용액에 슬라이드를 담그는 것이 포함되며, 이는 조직을 파라핀화/염색합니다.
헤마톡실린 및 에오신 염색을 위한 프로토콜:
5. 죽상경화성 병변의 추가 특성화
죽상경화성 발달 단계에 관한 구체적인 세부 사항은 특정 세포 유형 또는 마커에 대한 항체로 염색하여 결정할 수 있습니다. 파라핀 절편에 대한 면역조직화학(Immunohistochemistry)은 주변의 염색되지 않은 조직의 맥락에서 특정 세포 유형 또는 마커를 식별하는 데 사용되는 표준 기술입니다. 항원 검출은 일반적으로 양고추냉이 과산화효소 기질을 사용하여 이루어집니다.
면역형광 염색은 형광단 접합 항체를 사용하며 형광 현미경과 검출을 위한 적절한 필터가 필요합니다. 이 기술을 사용하면 두 개(또는 그 이상)의 항원을 동시에 염색할 수 있습니다.
면역조직화학 염색을 위한 일반 프로토콜:
6. 면역형광 염색을 위한 일반 프로토콜
면역형광 염색을 위해 약간의 변경이 있는 유사한 프로토콜을 따를 수 있습니다.
5주 된 LDLR-/- 생쥐에게 10주 동안 표준 식단 또는 고지방 식단을 먹였습니다. 마우스를 제물로 바치고 상기한 바와 같이 포르말린을 관류시켰다. 대동맥동(aortic sinus)의 단면을 준비하고 헤마톡실린(hematoxylin)과 에오신(eosin)으로 염색하여 병변 면적과 부피를 측정했습니다(그림 4). 생쥐에게 표준 차우 식단을 먹일 때 죽상 경화성 발달은 매우 제한적이며 생후 15주에는 감지되지 않을 수 있습니다. 고지방 식단은 이 모델에서 죽상형성을 현저히 가속화하고 괴사성 무세포 코어와 섬유성 캡을 포함하는 큰 진행성 병변의 형성을 유도합니다.
죽상경화성 병변은 병변 발달 단계를 정의하는 특정 세포 유형 및 요인의 존재에 대한 염색으로 추가로 특성화할 수 있습니다. 인막으로의 단핵구 침투는 죽상형성의 가장 초기 사건 중 하나입니다. 내막 단핵구(Intimal monocyte)는 세포 파편과 지질을 삼키는 대식세포(macrophage)로 분화합니다. 거품 세포(foam cell)로 알려진 지질이 충혈된 대식세포는 동맥 벽에 "지방 줄무늬"를 만듭니다.
대식세포/발포세포는 F4/8017, CD6818, Mac-3 (CD107)19 및 MOMA-220을 포함한 특정 대식세포 마커에 대한 항체로 염색하여 병변 발달의 모든 단계에서 검출할 수 있습니다(그림 5). 혈관 평활근 세포(VSMC)는 건강한 동맥의 내측층에 국한되어 있습니다. VSMC는 진행된 병변이 발생하는 동안 내막에서 이동하고 증식하도록 유도됩니다. VSMC는 알파 액틴21에 대한 항체로 염색하여 식별할 수 있습니다(그림 5).

그림 1. 심장과 대동맥동이 삽입되고 절편화될 수 있도록 준비합니다. A) 쥐의 심장은 좌우 심방의 아래쪽 끝을 연결하는 직선을 따라 가로로 절단됩니다. 심장의 정점(상단) 부분은 대동맥동에서 죽상동경화증을 검사하고 정량화하기 위해 처리됩니다. B) 절개된 심장의 상행 대동맥과 대동맥동(as)의 방향을 보여주는 절단된 모습. C) 심장 내부에서 본 대동맥동. 3개의 대동맥 판막 첨판이 식별됩니다(검은색 화살표).D-E) 파라핀 왁스를 밤새 녹이고 (F) 조직을 포함하는 곰팡이에 붓습니다. G) 금형은 라벨이 붙은 플라스틱 카세트로 덮고 (H) 얼음으로 냉각하여 굳힙니다. I-J) 고체 파라핀 블록이 금형에서 분리되어 절단할 준비가 됩니다.

그림 2. 마이크로톰을 사용한 조직 절편. A) 절편 중 절단 각도를 조정할 수 있는 표본 홀더. B) 절개된 심장을 포함하는 파라핀 블록. 절편은 절개된 심장의 안쪽 면(if)에서 진행되며, 이는 파라핀 블록에서 완전히 노출되어야 합니다. C) 절편 직전에 얼음 위에서 시편을 냉각합니다. 냉각은 파라핀 블록을 수축시키고 결과 섹션의 품질을 향상시킵니다. D) 마이크로톰 설정. 4-5μm 두께의 단면은 염색 및 분석에 이상적입니다.

그림 3. 대동맥동의 수직 단면을 얻기 위해 마이크로톰 절단 각도를 조정합니다. A) LDLR-/- 마우스의 대동맥동(aortic sinus)의 일련의 단면. 두 개의 부분 판막 첨판이 섹션 "a"(화살표)에서 볼 수 있습니다. 절단 각도는 세 개의 밸브 첨판이 모두 각 섹션("c")(화살표)에서 동일하게 보일 때까지 "ab" 및 "bc"로 조정됩니다. 정상적인 상황에서 절단 각도는 광학 현미경으로 얼룩지지 않은 부분을 보면서 조정됩니다. 표시된 부분은 선명도를 높이기 위해 얼룩이 져 있습니다. B) 슬라이드 #1에서 슬라이드 #10까지 10개의 유리 슬라이드에 라벨을 붙이고 4μm 두께의 섹션(S-1에서 S-10)을 각 슬라이드의 상단 부분에 연속적으로 수집합니다. 그런 다음, 10개의 후속 섹션의 다음 시리즈가 동일한 패턴에 따라 수집됩니다: S-11에서 S-20까지; S-21에서 S-30; S-31에서 S-40까지 죽상경화성 병변이 더 이상 관찰되지 않을 때까지. 헤마톡실린 및 에오신 염색을 수행하여 분석 중인 슬라이드의 각 섹션에서 죽상경화성 병변을 시각화합니다.

그림 4. 죽상경화성 병변의 정량화. A) 표시된 대로 표준 또는 고지방 사료를 먹인 15주 된 LDLR-/- 마우스의 대표적인 헤마톡실린 및 에오신 염색 대동맥동 단면. 죽상경화성 병변(검은색 점선으로 윤곽선)과 무세포 괴사핵(nc)(빨간색 점선으로 윤곽선) 및 대동맥 판막(v)이 표시됩니다. B) 대동맥동(aortic sinus)과 상행 대동맥(ascending aorta)을 통한 죽상경화성 병변 부위의 정량화(quantification). 각 점은 대동맥동에서 특정 거리에서 결정된 평균 병변 면적(± SEM)을 나타냅니다. 죽상경화성 병변 면적은 ImageJ 소프트웨어를 사용하여 측정합니다. C) 죽상경화성 병변의 부피는 각 상태에 대한 곡선 아래 면적을 계산하여 추정합니다. n=그룹당 5마리의 마우스, *** p<0.001.

그림 5. 죽상경화성 병변의 특성화. 대동맥동(aortic sinus)의 단면은 고지방 사료를 먹인 15주 된 LDLR-/- 마우스로부터 준비하였다. A) 표준 면역조직화학 기법(프로토콜 5 참조)을 사용하여 대식세포/발포세포(Mac-3) 또는 혈관 평활근 세포(안티-알파 액틴)에 대해 절편을 면역염색했습니다. 양성으로 염색된 세포는 화살표로 표시됩니다. 연속된 절편은 대조군으로서 전면역 IgG로 염색하였다.B) 면역형광 기법을 사용하여 대식세포/발포세포(F4/80) 또는 혈관 평활근 세포(항알파 액틴)에 대해 유사한 절편을 면역염색하였다(프로토콜 6 참조). 양성으로 염색된 세포는 화살표로 표시됩니다.
저자는 경쟁하는 금전적 이해관계가 없음을 선언합니다.
조직화학적 및 면역조직화학적 분석과 결합된 대동맥동 및 상행 대동맥의 정밀 절단을 사용하여 마우스 모델에서 죽상경화성 병변을 정량화하고 특성화하는 절차를 설명합니다.
이 연구는 캐나다 보건 과학 연구소(Canadian Institutes of Health Sciences)와 캐나다 당뇨병 협회(Canadian Diabetes Association)의 운영 보조금으로 지원되었습니다. DEV는 Comisión Nacional de Investigación Científica y Tecnológica(칠레 CONICYT)의 장학금으로 지원됩니다.
| LDLR 결핍 마우스 ( D2.129S7(B6)-Ldlrtm1Her/J) | The Jackson Laboratory | stock #002207 | |
| Formalin | Sigma-Aldrich | HT5011 | |
| 조직학 금형 | Ted Pella Inc | 27195 | |
| Paraffin | Paramat | 19286-10 | |
| 코팅 슬라이드 | Fisher | 12-550-15 | |
| 용매 용기 | Tissue Tek II | 4457 | |
| Microtome | Leica | RM22S5 | |
| 수조 | VWR | 80086-982 | |
| 현미경 | 올림푸스 | BX41TF | |
| 카메라 | 올림푸스 | DP72 | |
| ImageJ | NIH | www.rsbweb.nih.gov/ij/ | |
| 프로세서 | Sakura Finetek | VIP6-A1 | |
| 처리 카세트 | VWR | 18000-134 | |
| Preassure Cooker | Nordic Ware | ||
| Coverslip | Fisher | 12-545-M | |
| PBS | Sigma-Aldrich | P3813 | |
| 마이크로톰 블레이드 | Thermo Scientific | 30-518-35 | |
| 안티페이드 마운팅 매체 | Sigma-Aldrich | F-4680 | |
| Xylene 마운팅 중간 | Sigma-Aldrich | 44581 | |
| Aquous 장착 매체 | Sigma-Aldrich | I1161 | |
| Mac-3 anbody | BD Pharmingen | 553322 | |
| DAPI | Sigma-Aldrich | D9542 | |
| F4/80 항체 | Abcam | Ab6640 | |
| Alpha actin 항체 | Santa Cruz Biotechnology | SC-32251 | |
| Mayer’ s 헤마톡실린 | 시그마-알드리치 | E4382 | |
| 에오신 Y | 시그마-알드리치 | MHS16 | |
| DAB (3,3'-디아미노벤지딘) | 다코 | K3468 |