1. Uitrusting
De belangrijkste componenten van een contractie meetinrichting zijn schematisch getoond in figuur 2A).
- Een weefsel bad. Het weefsel bad onderhoudt een zuurstofrijk fysiologische oplossing bij warme temperatuur. Voor muizen trachea ringen we een 10 ml weefsel bad dat een watermantel bevat voor rondvoeren van een opwarming oplossing, een gefrit glas inlaat bubble zuurstof (95% / 5% O 2 / CO 2 mengsel) en in-en uitlaatpoorten te veranderen oplossingen. Een reservoir PSS oplossing opgeslagen constante borrelen van 95% / 5% O 2 / CO 2 mengsel in een 37 ° C waterbad (niet getoond). Voor oplossing uitwisseling wordt PSS oplossing gepompt het reservoir aan het weefsel baduitloop (onder poort) bij ongeveer 100 ml per minuut relatief snelle oplossing uitwisseling mogelijk. De oplossing uitlaat is door middel van een overloop-poort (bovenste poort) die constant volume (~ 10 ml) kan in het weefsel bath tijdens oplossingspolymerisatie uitwisseling. We maken gebruik van een Haake verwarmingscirculatiepomp om warm water te pompen door het weefsel bad jas (tot 37 ° C te houden). Weefsel baden kan worden verkregen bij een aantal leveranciers en komen in een verscheidenheid van formaten en stijlen aan de experimentele behoeften van de onderzoeker te passen.
- Een krachtopnemer. Te isometrische spanning meten, de luchtpijp buis schroefdraad op L-vormige einden van twee staven aan (figuur 2A). Men dient een roestvrij stalen type dat geschikt biologisch materiaal. De topstang is via een klem om een isometrisch krachtopnemer. De onderste stang houdt de trachea op een vaste positie en is bevestigd op een micrometer voor aanpassing van passieve spanning en / of spierlengte. Samentrekking van de trachea ontstaat spanning op de krachtopnemer, die wordt omgezet in een spanningssignaal van de voorversterker. De onderste stang kan ook worden geconfigureerd om twee rechthoekige platina platen (4 mm van elkaar) t zijn hoed flank van de luchtpijp (Figuur 2B). De platina platen worden aangesloten op een Grass S88 stimulator dat de levering van een elektrisch veld in de luchtpijp kan. Open draden en soldeer worden bekleed met Sylgard (Sylgard 184 siliconenelastomeer, Dow Corning Corp, Midland, MI), om lekkage van metalen te voorkomen in de badoplossing.
- A / D omzetter, computer en acquisitie software. Signalen van de voorversterker is opgenomen op een MacLab 8 A / D-systeem. Dit is een oudere versie van de huidige ADInstrument Powerlab hardware. We maken gebruik van het programma Grafiek (ADInstruments) die continue registratie van de spanning kan gedurende het experiment. Spanning generatie trachea spier is vrij langzaam, en daarom vinden we dat de verwerving van 100 punten per seconde voldoende is. De spanning meting wordt gekalibreerd met bekende gewichten (tot 5 gram) voor elk experiment. Vergelijkbare systemen zijn beschikbaar van andere venders (bijv. Biopac, GW Instruments).
titel "> 2. Luchtpijp Isolatie
- Voor isolatie weefsel de krachtopnemer is gekalibreerd bekende gewichten en het weefsel bad gevuld met normale PSS (zie Tabel I). De lucht wordt ingesteld op een lichtstroom van O 2 / CO 2 te verkrijgen.
- Luchtpijpen van twee maand of oudere muizen optimaal zijn. Jongere dieren worden gebruikt, maar luchtpijpen verkregen uit deze vereisen een grotere vaardigheid te monteren op de krachtopnemer draden vanwege hun kleine omvang. Voorafgaand aan de dissectie, worden muizen diep gesedeerd met isofluraan. Het juiste niveau van sedatie is bereikt, wanneer een teen-snuifje met een pincet niet in staat is om een reactie uit te lokken. Muizen worden onmiddellijk opgeofferd door cervicale dislocatie Een belangrijke opmerking:. We hebben gezien dat Avertin (tribroomethanol), een kalmerend middel vaak gebruikt in muizen, sterk relaxerend effect op gladde spieren heeft dan ook en mag niet worden gebruikt voor de luchtpijp krimp studies.
- De huid (en bont) wordt verwijderd uit thorax naar de keel. RIBS gesneden uit de bodem van het borstbeen, lateraal (aan beide zijden) naar de top van het hart. Het borstbeen en de ribben worden dan naar voren getrokken naar de keel naar het hart / longen, thymus, luchtpijp (ventrale) en de slokdarm (bevestigd aan - en dorsaal van trachea) te onthullen.
- In de luchtpijp wordt uitgesneden door te snijden onder de bronchiale bifurcatie en boven de keelholte. De trachea wordt geplaatst in een ijskoude zuurstof (95/5) PSS oplossing (samenstelling zie tabel I).
- In de luchtpijp wordt doorsneden schoon van de omliggende weefsels. Tijdens het reinigen kan de luchtpijp worden gehouden in de keelholte of onder de bifurcatie. Voorzichtigheid is echter geboden worden genomen niet rechtstreeks de tang van toepassing op de luchtpijp zelf. Fijne schaar kan worden afgesneden omringende weefsels, maar de snede moet worden altijd evenwijdig aan de trachea te beschadigen. Dit deel van de procedure wordt vergemakkelijkt indien de trachea preparaat vastgemaakt onder de bifurcatie en boven de keelholte op een Sylgard bekleed schaal (Sylgard 184 SiliconeElastomeer, Dow Corning Corp, Midland, MI).
- Na het verwijderen van het omliggende weefsel, wordt de luchtpijp afgesneden onder de keelholte en boven de bronchiale bifurcatie en voorzichtig gemonteerd op de krachtopnemer draden.
- De trachea wordt schroefdraad dan twee L-vormige metalen uitsteeksels (Figuur 2A). Een uitsteeksel is verbonden met een kracht-verplaatsing transducer voor continue registratie van isometrische spanning. Een uitsteeksel is verbonden met een micrometer. Het weefsel bad wordt vervolgens verhoogd zodat de trachea wordt ondergedompeld in PSS. Montage van de trachea worden uitgevoerd zo snel mogelijk de tijd die trachea wordt gehouden buiten PSS minimaliseren. Met wat oefening kun montage van de luchtpijp worden gedaan binnen een minuut, maar wij in het algemeen te voorkomen keer langer dan 3 minuten om het verlies van levensvatbaarheid te voorkomen.
- De micrometer wordt aangepast langzaam naar een passieve spanning van ~ 10 mN (~ 1 gram-force) te verkrijgen. De optimale rust spanning werd empirisch bepaald en we hebben gemerkt dat passieve spanning van ~ 5-10 mN resulteert in een gelijkwaardige, maximale respons op hoge kalium stimulatie. Dit komt overeen met een aantal andere studies passieve spanning in dit bereik 16,17,18 gebruiken. In de eerste 5-10 minuten, trachea passieve spanning de neiging om enigszins dalen (spanningsrelaxatie verschijnsel) en micrometer wordt gebruikt om de passieve spanning ~ 10 mN in evenwicht regelen. De trachea mag evenwicht ten minste 1 uur voor experimentele problemen.
3. Hoog kalium Stimulatie
Na equilibrering wordt de luchtpijp tweemaal gechallenged met een hoog kaliumgehalte PSS oplossing (67 mM KCl, Tabel I). De krimp vereist in het algemeen ~ 5-10 minuten te bereiken steady-state op welk moment de weefsel bad is meerdere malen gespoeld met een normale PSS om volledig te ontspannen de luchtpijp. Het kalium contractie een keer herhaald, en derde (indien nodig) tot reproduceerbare weeën verkregen.
4. Contractie Evoked door elektrische stimulatie
In de luchtpijp wordt geflankeerd door twee rechthoekige platina platen (elektroden) die elektrisch veld stimulatie (EFS) maken het mogelijk aan de voorbereiding. De contractie reactie EFS is een functie van frequentie en spanning. Het wordt ook beïnvloed door fysische parameters zoals het gebied van de elektroden en de onderlinge afstand. De kracht kenmerken van de stimulator ook van invloed zijn de reacties zodanig dat bij hogere spanningen en de huidige uitgangen van de stimulator kan zijn maximum bereiken. De kenmerken van een EFS-systeem moet worden bepaald door het onderzoeken van de spier contractie de reacties op verschillende prikkels duur, frequentie, spanningen en pulsduren. Voor onze experimentele opstelling, hebben we ontdekt dat elektroden gescheiden door ~ 4 mm, en het stimuleren amplitude van 44 V (0,5 ms pulsen) en 30 Hz zijn optimaal om reproduceerbare bijna-maximale contractiele respons te bereiken.
5. Contractie Evoked door cholinerge en dopaminerge stimulatie
De reactie van de trachea om exogeen toegepast verbindingen ofwel geëvalueerd door toevoeging van een enkele dosis van het geneesmiddel van belang of door meerdere toevoeging van het geneesmiddel in een cumulatieve dosis wijze. Voor de luchtpijp, ons laboratorium routinematig gebruikt carbachol aan cholinerge receptoren te activeren, omdat, in tegenstelling tot acetylcholine, carbachol is niet afgebroken door acetylcholinesterase. Een redelijke dosis-respons loopt van 10 -8 tot 10 -5 M carbachol. Montage van de Log [carbachol]-contractiel response curve een Hill-type vergelijking kan een schatting van EC 50 (half-maximale effectieve concentratie) dat een maat is voor de gevoeligheid van tracheale contractie tot de cholinerge agonist 19. Het is vermeldenswaard dat een bepaalde dosis van carbachol een iets grotere reactie in een enkele dosis dan als onderdeel van een cumulatieve dosis-respons curve geeft.
6. Representatieve resultaten
Een voorbeeld van een contractiele gevolg van de hoge kalium is weergegeven in figuur 3A. De contractie bereikt een maximum binnen ongeveer 10 minuten, maar kan een kleine daling daarna te laten zien. Tijdens de vroege wash-out van hoge kalium, kan de spier laten een tijdelijke toename in contractie dat is te wijten aan een daling van de temperatuur als het kleine volume van de niet-verwarmde PSS oplossing in de oplossing lijnen tijdelijk de voorbereiding perfuses. Dit kan worden geminimaliseerd door met een minimale dood volume in de buis verbinden van de verwarmde PSS reservoir en weefsels bad, en door uitwisseling oplossing relatief snel (in het algemeen we oplossingen pompen 100 ml / min). Elke voorbereiding zal een aantal verschillen in contractiele respons als gevolg van verschillen in spiermassa of schade opgelopen tijdens de dissectie. Figuur 3B toont twee luchtpijpen van verschillende spiermassa uitgedaagd met een hoge kalium en carbachol. Hoewel de cholinerge-opgeroepen contracties verschillen, zijn dey is gelijk na normalisatie naar de reactie met hoog kaliumgehalte oplossing (Figuur 3C).
Figuur 4 toont een voorbeeld van een carbachol (cholinerge) opgeroepen contractie enkelvoudige doses (A) en cumulatieve groei (B). De carbachol oplossingen worden direct toegevoegd aan het bad en het borrelde gas helpt bij het snel mengen. Opgemerkt dat de toevoeging van een enkele dosis (bijvoorbeeld 1 pm, figuur 4A) een iets groter dan de reactie equivalenten tijdens een cumulatieve dosis-response curve (1 uM, Figuur 4B). Figuur 4C toont een grafiek van contractie als functie van carbachol concentraties met gegevens van Figuur 4B. Effecten van carbachol verzadigen op 10 -5 M concentratie. Hoewel cholinerge agonisten initieert krimp door calcium release mechanismen, wordt een substantieel onderdeel van de krimp ook gemedieerd door depolarisatie enactivering van voltage-afhankelijke calciumkanalen 20.
Figuur 5A toont een voorbeeld van EFS-opgeroepen contracties. Luchtpijpen worden gestimuleerd met behulp van 0,5 milliseconde duur, 40 volt pulsen tot contracties een plateau te bereiken (zie kader a1). Een verhoging stimulatie frequenties veroorzaakt een verhoogde contractiele reactie (frekwentiekarakteristiek is weergegeven in figuur 5B). Elektrisch veld stimulatie is gebleken voornamelijk wekken contracties door activering presynaptische zenuwen. Dit blijkt uit het effect van botulinum toxine, een blocker van neurotransmitters die de meerderheid van de EFS-opgeroepen contracties van de luchtpijp 21 blokkeert. Bovendien tetrodotoxine, een agent die blokken Na + kanalen ook activiteit van de nervus remt en elimineert de reactie van de luchtpijp naar EFS.

Figuur 1. Schema thij grote signaal transductie in een geïsoleerde trachea voorbereiding. Afgebeeld is een cholinerge axon terminal innerveren een tracheale gladde spiercellen. De belangrijkste signaalwegen zijn M3-en M2-muscarine acetylcholine receptor activering (mAChR) die calcium vrijstelling veroorzaken door middel van IP3 receptoren (M3) en vermindering van cAMP (M2). M2-receptoren (en sommige bijdragen van de M3-receptoren) ook leiden tot cholinerge-opgeroepen depolarisatie dat L-type voltage-afhankelijke calciumkanalen en calcium influx activeert. Gemeenschappelijke contractiele agenten en hun effectoren zijn: 1. hoog kalium (depolariseren gladde spiercellen en cholinerge axon), 2. elektrisch veld stimulatie (EFS, depolariseert cholinerge axon) en 3. exogene toepassing van cholinerge middelen zoals acetylcholine of carbachol (activeert muscarinereceptoren rechtstreeks).

Figuur 2. Schema van apparatuur die wordt gebruikt om de weeën te meten tracheale. A. De krachtopnemer, micrometer en weefsel bad gemonteerd zijn op het ondersteunen van stangen met schroef klemmen. De tracheale ring is voorzien van schroefdraad op de bovenste en onderste staven. In het diagram, wordt het weefsel bad gepositioneerd onder de bereiding (dat wil zeggen bij de montage van de luchtpijp naar de krachtopnemer). Tijdens de contractie studies, wordt het weefsel bad verticaal verplaatst naar de voorbereiding baden. B. elektrisch veld stimulatie onder stang aangepast twee platina platen die zijdelings zijn bevestigd aan de trachea bedrijf draad omvat. De platina platen zijn verbonden door elektrische draden een stimulator.

Figuur 3. Voorbeelden van hoge kalium (67 mM) contractiele respons van de luchtpijp. (A) toont dubbele, reproduceerbare reacties op hoge kalium. (B) Voorbeelden van contractiele respons op carbachol van twee verschillende luchtpijpen. (C) De reacties op de luchtpijpen in B zijn vergelijkbaar wanneer normaliserend de hoge kalium respons.

Figuur 4. Voorbeelden van carbachol geïnduceerde contracties. (A) carbachol geïnduceerde contracties enkelvoudige doses, gevolgd door uitwassen. (B) Voorbeeld cumulatieve dosis-response curve voor trachea in A. (C) Piek contracties van B uitgezet als functie van carbachol concentratie.

Figuur 5. Voorbeelden van contracties opgeroepen door elektrisch veld stimulatie. (A) elektrisch veld stimulatie van trachea krimp met 0,5 ms puls, 40 volt, en verschillende stimulatie frequenties zoals aangegeven. Inzet is het tijd-uitgebreide krimp bij 30 Hz. (B) Peak contracties van A zijn plotted als functie van stimulatie frequenties.
Normaal PSS
| Zout | Conc. (MM) | Bedrag (g / 2 L) |
| NaCl | 119 | 13,91 |
| KCl | 4,7 | 0,7 |
| KH 2 PO 4 | 1,18 | 0,32 |
| MgSO 4 x 7H 2 O | 1,17 | 0,58 |
| NaHCÛ3 | 18 | 3,02 |
| EDTA | 0,026 | 0,1 ml 0,5 M |
| Glucose | 11 | 3,96 |
| Sucrose | 12,5 | 8,56 |
| CaCl2 | 2 | 400 ml 10 mM |
Hoge K + PSS (NACl en KCl aanpassingen)
| Zout | Conc. (MM) | Bedrag (g / 2 L) |
| NaCl | 56,7 | 6,628 |
| KCl | 67 | 9,991 |
. Tabel 1 Recept voor PSS-oplossingen. Opmerking: Oplossingen worden vers gemaakt per week, met ultrapuur water van goede kwaliteit, en worden opgeslagen in een koelkast niet langer dan 5 dagen om te voorkomen dat vervuilende groei.