Stimulatie van de nervus vagus heeft bewezen een sterke werkzaamheid te hebben bij het verminderen van perifere ontsteking. Hier presenteren we een gewijzigd protocol voor vagusnerfstimulatie dat verdere onderzoeken naar de cholinerge ontstekingsremmende mechanismen in beperkte ontstekingsreacties mogelijk maakt.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Verhoogde Recovery Time en verminderde LPS Administration aan de Nervus Vagus Stimulatie Mechanismen in Limited ontstekingsreacties Studie
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Ontsteking is een lokale reactie op infectie en weefselschade, gemedieerd door geactiveerde macrofagen, monocyten en andere immuuncellen die cytokinen en andere ontstekingsmediatoren afgeven. Al lange tijd worden humorale en cellulaire mechanismen bestudeerd op hun rol bij het reguleren van de immuunrespons, maar recente ontwikkelingen op het gebied van immunologie en neurowetenschappen hebben ook specifieke neurale mechanismen onthuld met interessant therapeutisch potentieel. De zogenaamde cholinerge anti-inflammatoire route (CAP) is beschreven als een zeer krachtige manier om aangeboren immuunresponsen en ontstekingen te beheersen. In de vroege jaren 2000 ontwikkelden Tracey en medewerkers een techniek die de nervus vagus stimuleert en het effect van de route nabootst. De methodologie is gebaseerd op de elektrische stimulatie van de nervus vagus op lage spanning en frequentie, om eventuele bijwerkingen van overstimulatie, zoals deregulering van de hartslagvariabiliteit, te voorkomen. Elektrische apparaten voor stimulatie zijn nu beschikbaar, waardoor het eenvoudig wordt om de methodologie in het laboratorium op te zetten. Het doel van dit onderzoek was om de mogelijke betrokkenheid van prostaglandinen in de CAP te onderzoeken. Helaas, op basis van eerdere pogingen, slaagden we er niet in om het oorspronkelijke protocol te gebruiken, omdat de geïnduceerde ontstekingsreactie ofwel te hoog was of niet geschikt voor enzymatische metabolisme-eigenschappen. De verschillende instellingen van het oorspronkelijke chirurgische protocol bleven grotendeels onveranderd, maar de omstandigheden met betrekking tot inflammatoire inductie en het tijdstip vóór het doden werden verbeterd om aan onze doeleinden te voldoen (d.w.z. om de betrokkenheid van de CAP bij meer beperkte ontstekingsresponsen te onderzoeken).
De aangepaste versie van het oorspronkelijke protocol, hier gepresenteerd, omvat een langere tijdsspanne tussen de stimulatie van de nervus vagus en de analyse, wat geassocieerd is met een lagere inductie van ontstekingsreacties. Bovendien kwamen we, terwijl we het niveau van lipopolysacchariden (LPS) om te injecteren verlaagden, ook nieuwe observaties tegen over mechanistische eigenschappen in de milt.
Inleiding
Aangeboren immuniteit zorgt voor een onmiddellijke eerste verdedigingslinie tegen infecties en ziekten in een breed scala van organismen. Het initieert niet alleen de primaire immuunrespons op de dreiging weg te nemen, maar het speelt ook een centrale rol in het activeren en het opleiden van de adaptieve immuniteit die verricht secundaire immuunreacties in een pathogeen-specifieke wijze. Ontsteking wordt georkestreerd door een overvloed aan cytokines en chemokines, die op hun beurt hebben de mogelijkheid om andere immuuncellen te trekken naar de plaats van infectie en de kardinale tekenen van ontsteking, zoals roodheid, zwelling, pijn, verlies van functie, en koorts veroorzaken . De duur en intensiteit van de ontsteking hangt af van verschillende factoren, maar de oplossing van de ontsteking en homeostase te herstellen is een belangrijke stap om het ontstaan van chronische ontstekingsziekten voorkomen. Recente ontwikkelingen op het gebied van neurologie en immunologie hebben specifieke neurale mechanismen ontrafeld met een enorm therapeutisch potentieel te infl controleammation zowel in het centrale zenuwstelsel en in de periferie. Een van deze mechanismen is het cholinerge anti-inflammatoire pathway (CAP), ook bekend als inflammatoire reflex, die wordt aangedreven door het autonome zenuwstelsel 4, 5.
Momenteel wordt gedacht dat ontstekingsmediatoren activeren gevoelszenuwen en stuurt signalen over de stand van de ontsteking aan het centrale zenuwstelsel. Een reflex reactie wordt vervolgens geactiveerd door de efferente nervus vagus. Een uitgebreide studie van de anatomische gegevens van het GLB een parasympathische sympathische model bestaat uit twee zenuwen, de nervus vagus zenuw en milt respectievelijk 6 geopenbaard. In het GLB, de geactiveerde cholinergische efferente nervus vagus eindigt de coeliakie-mesenterische ganglion, wat resulteert in de activatie van de adrenerge milt zenuw door een mechanisme dat nog moet worden onderzocht. De milt zenuw aldus geactiveerd is bekend binnenzijdevate in de nabijheid van immuuncellen in de witte pulp, marginale zone, en rode pulp van de milt, de opdrachtgever en dwingende orgaan van de kap 7, 8. Norepinefrine (NE) vanaf de milt zenuwuiteinden bindt aan de overeenkomstige β 2 adrenerge receptoren tot expressie gebracht op milt T-lymfocyten. Dit induceert choline acetyl transferase (ChAT) gemedieerde acetylcholine (ACh) afgifte, die op zijn beurt α7 nicotinische acetylcholinereceptoren (α7nACh) met macrofagen, waardoor cytokineproductie en inflammatie 2 beperkend activeert. Daarom is het nu duidelijk dat het zenuwstelsel in staat is om de ontsteking te regelen in de perifere weefsels en om de lokale immuun homeostase te herstellen.
Zoals de naam van het pad doet vermoeden, ACh systeem is van cruciaal belang voor de werking van deze neuro-immuun regulerende route. Interessant is dat de mechanismen die betrokken zijn bij de activering vanGLB lijken verschillend in de periferie en in het centrale zenuwstelsel te zijn. Hoewel het belang van nicotinereceptoren (α7nAChR) in de milt is eerder aangetoond 9, muscarinereceptoren (mAChR) zijn verplicht voor de centrale activering van de route 10, 11. Recenter perifere toediening van een centraal werkende M1 muscarinische agonist significant onderdrukt serum en milt tumornecrosefactor α (TNFa) bij muizen dodelijke endotoxemie, een handeling die vereist intact nervus vagus zenuw en milt 12 signalering. We hebben onlangs aangetoond dat muizen die prostaglandine E2 (PGE2) waren niet in staat te reageren op nervus vagus stimulatie en niet down-reguleren van de door LPS geïnduceerde afgifte van cytokinen in het serum en milt 3. Daarom zou het GLB ook worden gereguleerd door andere dan de belangrijkste ACh pathw systemenay.
De nervus vagus is zo genoemd vanwege de zwervende natuurlijk in het lichaam, innerveren hoofdorganen zoals de lever, longen, milt, nieren en darmen 13. Gezien deze grote innervatie en de zeer potente immunosuppressieve effect van de nervus vagus, kan het therapeutisch potentieel van het GLB uiteenlopende ontstekingsaandoeningen dekken. De nervus vagus kan elektrisch (of mechanisch) geactiveerd, met controle over de spanning en frequentie, en in tegenstelling tot conventionele behandeling, zonder drugs toegevoegd aan het lichaam. Trials zijn momenteel aan de gang in reumapatiënten, bijvoorbeeld, om de klinische betekenis van VNS te testen in de behandeling van chronische ontsteking 14. Al met al, de neuro-immuun communicatie en regulering van de ontsteking worden momenteel onderzocht, waarbij een mogelijke alternatieve behandeling voor conventionele therapie zal bieden. Daarom is onderzoek van de nervus vagus stimulatien effect in de verschillende geïnnerveerde organen, maar ook de karakterisering van de mogelijke therapeutische werking in diermodellen van chronische ontsteking, zou zeker inzichten geven en hopen op nieuwe potentiële therapeutische doelen.
De originele methodologie ontwikkeld door Tracey en collega's 4 kon niet worden toegepast op ons vakgebied van het onderzoek als gevolg van overstimulatie van de ontstekingsreactie (door middel van een dodelijke dosis van LPS) en een te korte tijd bereik tussen CAP activering en het uitlezen. In de huidige papier, zullen we de wijzigingen in het oorspronkelijke protocol presenteren, vergelijk de twee verschillende methodes op cytokine niveaus, en markeert een nieuwe en tegenover observatie op het doel orgaan (de milt).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Alle dierlijke experimenten werden uitgevoerd volgens de richtlijnen voor de verzorging en gebruik van dieren door de lokale ethische commissie op Karolinska Institutet, Stockholm goedgekeurd. De lokale ethische commissie volgt de richtlijnen van de Europese Unie over de verzorging van dieren.
OPMERKING: De belangrijkste wijzigingen van het oorspronkelijke protocol zijn de hersteltijd na operatie (6 uur versus 1 uur) en het niveau van LPS geïnjecteerde (2 mg / kg versus 15 mg / kg). Anders, de verschillende instellingen met betrekking tot de operatie zelf zijn niet gewijzigd.
1. Voorbereiden van het materiaal voor de stimulatie
- Zet de computer en het data-acquisitiesysteem verbonden met de stimulerende elektrode (figuur 1A).
- Voer het Erken programma.
- Bereid een voorraadoplossing van LPS in een concentratie van 5 mg / ml in 1 x PBS, hoeveelheid, en slaan bij -20 ° C. Op de dag van het experiment, ontdooien een portie en het opstellen van een adeQuate monster van LPS (0,5 mg / ml) om ongeveer 100 pl te injecteren in het dier, afhankelijk van het gewicht.
2. De voorbereiding van de Animal voor Anesthesie
- Gebruik C57BL / 6 muizen. Handhaaf ze onder geconditioneerde omstandigheden met een 12-uur licht / donker-cyclus, voeden standaard voor knaagdieren, en geef ze water ad libitum.
- Voer een operatie aan muizen die ongeveer 25 g wegen op de dag van het experiment.
OPMERKING: Wanneer ontstekingsreacties worden opgewekt, is het vooral belangrijk om regelmatige controles en observaties van de klinische reacties in de dieren te voeren. Premature euthanasie door CO 2 inhalatie is nodig als het dier staat niet de ethische criteria voldoet. - Stel de verdoving machine.
- Zorg ervoor dat de slang goed is aangesloten en niet is beschadigd in any way. Zorg ervoor dat de geventileerde ruimte goed werkt. Sluit de sleutel filter om de isofluraan fles en vul de vaporizer met voldoende isofluraan.
- Open de gastoevoer (lucht en zuurstof) en zorg ervoor dat de flessen bevatten voldoende gas voor het experiment. Een drieweg-verbindingselement kan dan de isofluraan stroom naar de aanzuigkamer of masker.
- Draai de drieweg-verbindingselement aan de inductie kamer. Kies een muis van de kooi en plaats het dier in de kamer. Regel de stroomregelaar tot 1,0 l / min zuurstof en 1,0 l / min lucht. Pas de isofluraan concentratie 4-5%.
- Wanneer het gewenste niveau van anesthesie is bereikt, wanneer de gewenste mate van anesthesie is bereikt, scheren de chirurgische en schuif het dier uit de kamer naar het masker. Draai de drie-weg connector om het masker flow. Regel de stroomregelaar tot 0,25 l / min zuurstof en 0,25 l / min lucht.
- Pas de isofluraan concentratie 1,5-2,5%. Controleer het niveau van de anesthesie door reflex controle en ademfrequentie voor aanvang van de chirurgische procedure.
- Bevestig de poten van de muis om de werkbank met plakband. Zorg ervoor dat de neus van het dier is nog steeds zorgvuldig gepositioneerd in het masker.
3. Chirurgie en stimulatie van de nervus vagus
- Ontsmet de chirurgische gebied met 70% ethanol.
- Met behulp van een scalpel zorgvuldig insnijden van de huid ter hoogte van de hals (incisie van ongeveer 1 tot 1,5 cm).
Opmerking: In het protocol eindigt hier de chirurgische ingreep voor SHAM geopereerde dieren. Inderdaad is aangetoond dat alleen aanraken van de zenuw met een metaalhulpmiddel al stimuleert deze enigszins. Daarom, om een meer nauwkeurige chirurgie controle dier krijgen bij het gebruik van een kleine hoeveelheid van LPS, stop de operatie bij deze stap. - Met behulp van een microscoop (12,5X doelstelling), isoleer het linker nervus vagus van de halsslagader met behulp ontleden tang. Eerst zoekt u de sternocleidomastoideus door het verwijderen van huid en vet lagen, en vervolgens terug te trekken ingelasten de tang achter zowel de zenuw en de slagader gebracht.
Opmerking: De volgende stap is zeer lastig, omdat de zenuwen en slagader nauw aan elkaar gehecht. Daarom is het heel gemakkelijk om het schip te snijden en dood van het dier. Echter, door het plaatsen van de pincet voorzichtig tussen de zenuw en slagader, ze uiteindelijk scheiden, en het is mogelijk om de zenuwen te isoleren. - Elektrode (Figuur 1B) onder de nervus vagus. De naaldelektrode is vrij lang, zelfs indien de zenuw enigszins verplaatst tijdens de stimulatie, zal het altijd in contact met de elektrode.
- Voer een intraperitoneale (ip) injectie van LPS (2 mg / kg) met behulp van een injectiespuit (de uitgelezen op cytokine niveaus, dat wil zeggen, het downreguleren effect te meten).
- Wacht 5 minuten alvorens de stimulatie.
- Stimuleren van de nervus vagus gedurende 5 minuten bij 5 V en 1 Hz door op de startknop het bevestigen programma.
- Opnieuwbewegen de elektrode en de wond hechten van het dier met chirurgische hechtdraad.
- Spuit een Niet-prikkende Barrièrefilm (NSBF) op de wond om de genezing te verbeteren en te beschermen tegen infecties.
4. Herstel van de Animal
- Na de operatie, zet het dier terug naar zijn kooi te ontwaken en herstel. Onder infra-rood licht om lichaamstemperatuur te handhaven, zorg ervoor om het dier te controleren totdat het volledig bewustzijn is hersteld.
- Liet het dier herstellen in zijn kooi 6 uur vóór opoffering voor analyse.
NB Het effect van de nervus vagus stimulatie is zeer snel en is ook aangetoond langdurig (tot 48 uur) te worden, zodat de hersteltijd kan de experimentator worden ingesteld volgens de eisen van de studie.
5. Opoffering voor verdere analyse
- Plaats het dier in een kooi verbonden met een CO2-toedieningsinrichting.
- Stel de inrichting op een 5-min cyclus van CO2 inhalatie.
- Wanneer euthanasie wordt uitgevoerd, verzamelt de organen plaats en direct invriezen op droog ijs voor verdere analyse (bijvoorbeeld de meting van cytokine niveaus in milt extracten met een muis TH1 / TH2 9-Plex bepaling) 3.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Niveau van TNFa en interleukine-1β (IL-1β) na het verhogen van de Time Lapse na de operatie en verlaging van de dosis van LPS
Zoals eerder aangegeven, via het oorspronkelijke protocol VNS verlaagde de gehalten van TNFa (169,3 ± 24,9 pg / mg in SHAM versus 39,7 ± 10,8 pg / mg VNS, p <0,001) en IL-1β (360,0 ± 40,21 pg / mg SHAM versus 191,7 ± 27,2 pg / mg VNS, p <0,01) in de milt na intraperitoneale LPS-injectie (15 mg / kg) ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Sinds de ontdekking in de vroege jaren 2000, de mechanismen van het GLB zijn grondig bestudeerd. We hebben nu een goed beeld van de route, en in het bijzonder, het doelorgaan, de milt, waar de NE, geheugen T-cellen, Ach, en macrofagen werk als een zeer efficiënte team het neerwaarts reguleren van ontstekingsmediatoren 2. We hebben onlangs gepubliceerde gegevens over het belang van een functionele prostaglandinesysteem bij muizen, met name PGE2, wat uiteraard een verplicht onderdeel ACh...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
De studie werd ondersteund door de Zweedse Onderzoeksraad, de Zweedse Reumatiek Vereniging, Karolinska Instituut Stichtingen, Stockholm County Raad, de Wallenberg Stichting, en de GV 80 Jaar Stichting voor onderzoek. De auteurs willen ook Hannah Aucott bedanken voor het corrigeren van het manuscript.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Computer | Toshiba | - | Elke computer is eigenlijk compatibel |
| MP-150 data acquisition system | Biopac Systems | MP150WSW | |
| Acknowledge software | Biopac Systems | ||
| Mice C57Bl/6 | Charles River | ||
| Anesthetic machine | Simtec Engineering | ||
| Medical oxygen bottle | AGA | 107563 | |
| Medical air bottle | AGA | 108639 | |
| Vetflurane (1,000 mg/g) | Virbac | 137317 | |
| LPS | Sigma-Aldrich | L2630 | |
| Saline | Merck Millipore | 1024060080 | |
| PBS 10x | Sigma-Aldrich | P5493 | Verdund 10 keer voor gebruikte concentratie |
| Syringe (1 ml) | BD Plastipak | 303172 | |
| Needles 23 G | KD-FINE | 900284 | 0,6 x 30 mm (blauw) |
| Microdissecting forceps (curved) | Sigma-Aldrich | F4142 | |
| Dissecting scissors | Sigma-Aldrich | Z265969 | |
| Surgical suture 4-0 | Ethicon | G667G | |
| Euthanasia unit | Euthanex Smartbox | EA-32000 | |
| Cavilon No Sting Barrier Film | 3M Health Care | 3346N | |
| TH1/TH2 9-Plex assay, ultrasensitive kit | MesoScale Discovery | K15013C-1 | |
| Stimulating electrode device | Biopac Systems | STIMSOC | |
| Aesculap Isis shaver | Agnthos | GT420 | |
| R70 | Rodent dieet van Lantmannen, Stockholm, Zweden |
Referenties
- Nathan, C. Points of control in inflammation. Nature. 420 (6917), 846-852 (2002).
- Rosas Ballina, M., et al. Acetylcholine-synthesizing T cells relay neural signals in a vagus nerve circuit. Science. 334 (6052), 98-101 (2011).
- Le Maître, E., et al. Impaired vagus-mediated immunosuppression in microsomal prostaglandin E synthase-1 deficient mice. Prostaglandins Other Lipid Mediat. 121 (Part B), 155-162 (2015).
- Borovikova, L. V., et al. Vagus nerve stimulation attenuates the systemic inflammatory response to endotoxin. Nature. 405 (6785), 458-462 (2000).
- Olofsson, P. S., Rosas-Ballina, M., Levine, Y. A., Tracey, K. J. Rethinking inflammation: neural circuits in the regulation of immunity. Immunol. Rev. 248 (1), 188-204 (2012).
- Pavlov, V. A., Tracey, K. J. Neural circuitry and immunity. Immunol Res. 63 (1-3), 38-57 (2015).
- Huston, J. M., et al. Splenectomy inactivates the cholinergic antiinflammatory pathway during lethal endotoxemia and polymicrobial sepsis. J. Exp. Med. 203 (7), 1623-1628 (2006).
- Rosas-Ballina, M., et al. Splenic nerve is required for cholinergic anti-inflammatory pathway control of TNF in endotoxemia. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 105 (31), 11008-11013 (2008).
- Wang, H., et al. Nicotinic acetylcholine receptor alpha7 subunit is an essential regulator of inflammation. Nature. 421 (6921), 384-388 (2003).
- Pavlov, V. A., et al. Central muscarinic cholinergic regulation of the systemic inflammatory response during endotoxemia. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 103 (13), 5219-5223 (2006).
- Pavlov, V. A., et al. Brain acetylcholinesterase activity controls systemic cytokine levels through the cholinergic anti-inflammatory pathway. Brain Behav. Immun. 23 (1), 41-45 (2009).
- Rosas-Ballina, M., et al. Xanomeline suppresses excessive pro-inflammatory cytokine responses through neural signal-mediated pathways and improves survival in lethal inflammation. Brain Behav. Immun. 44, 19-27 (2014).
- Bellinger, D. L., Lorton, D., Lubahn, D., Felten, D. L. Psychoneuroimmunology. Ader, R., Felten, D. L., Cohen, N. 55, Academic. San Diego. 55-112 (2001).
- Andersson, U., Tracey, K. J. A new approach to rheumatoid arthritis: treating inflammation with computerized nerve stimulation. Cerebrum. 2012, 3(2012).
- Ono, S. J., Nakamura, T., Miyazaki, D., Ohbayashi, M., Dawson, M., Toda, M. Chemokines: Roles in leucocyte development, trafficking, and effector function. J. Allergy Clin. Immunol. 111 (6), 1185-1199 (2003).
- Silvestre-Roig, C., Hidalgo, A., Soehnlein, O. Neutrophil heterogeneity: implications for homeostasis and pathogenesis. Blood. , (2016).
- Matteoli, G., Boeckxstaens, G. E. The vagal innervation of the gut and immune homeostasis. Gut. 62, 1214-1222 (2013).
- Pereira, M. R., Leite, P. E. The involvement of parasympathetic and sympathetic nerve in the inflammatory reflex. J. Cell. Physiol. 231, 1862-1869 (2016).
- Levine, Y. A., et al. Neurostimulation of the cholinergic anti-inflammatory pathway ameliorates disease in rat collagen-induced arthritis. PLoS One. 9 (8), e104530(2014).
- Huston, J. M., et al. Transcutaneous vagus nerve stimulation reduces serum high mobility group box 1 levels and improves survival in murine sepsis. Crit. Care Med. 35 (12), 2762-2768 (2007).
- Yuan, H., Silberstein, S. D. Vagus nerve and vagus nerve stimulation, a comprehensive review: Part II. Headache. 56 (2), 259-266 (2016).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
