De getoonde techniek voor in vivo bioluminescentie levende en nabije infrarood beeldvorming van optische neuritis en encefalitis bij de experimentele autoimmune encefalomyelitis (EAE) model voor multiple sclerose in SJL / J muizen.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
De getoonde techniek voor in vivo bioluminescentie levende en nabije infrarood beeldvorming van optische neuritis en encefalitis bij de experimentele autoimmune encefalomyelitis (EAE) model voor multiple sclerose in SJL / J muizen.
Experimentele auto-immune encefalomyelitis (EAE) in SJL / J-muizen is een model voor relapsing-remitting multiple sclerose (RRMS). Klinische EAE scores beschrijven motorische functie zijn eenvoudig uitlezen van de immuun-gemedieerde ontsteking van het ruggenmerg. Echter, scores en lichaamsgewicht niet mogelijk een in vivo bepaling van hersenontsteking en optische neuritis. Dit laatste is een vroege en frequente manifestatie bij ongeveer 2/3 van MS. Hier tonen wij werkwijzen voor bioluminescentie en nabij infrarood levende imaging beoordelen EAE opgewekt optische neuritis, hersenontsteking en bloed-hersenbarrière (BBB) verstoringen in levende muizen met een in vivo beeldvormingssysteem. Een lichtgevende substraat geactiveerd door oxidases voornamelijk toonde oogzenuwontsteking. Het signaal was specifiek en kon de visualisatie van medicatie effecten en ziekte tijdsverloop, waarbij de klinische scores parallel. Gepegyleerd fluorescente nanodeeltjes die in de vasculatur geblevene voor langere tijd werden gebruikt om de integriteit van BBB beoordelen. Nabij infrarood beeldvorming onthulde een BBB lek op het hoogtepunt van de ziekte. Het signaal was het sterkst rond de ogen. Een bijna-infrarood substraat voor matrix metalloproteïnasen werd gebruikt om EAE opgewekt inflammatie. Auto-fluorescentie bemoeid met het signaal, waarbij spectrale ontmenging voor de kwantificering. Overall, bioluminescentie een betrouwbare methode om EAE-geassocieerde optische neuritis en medicatie effecten ingeschat en was superieur aan het nabije infrarood technieken wat betreft signaal specificiteit, robuustheid, gemak van kwantificering en kosten.
Multiple sclerose wordt veroorzaakt door de auto-immuun-gemedieerde aanval en vernietiging van de myeline-omhulling in de hersenen en het ruggenmerg1. Met een totale incidentie van ongeveer 3,6 gevallen per 100.000 mensen per jaar bij vrouwen en ongeveer 2,0 bij mannen, is MS de op een na meest voorkomende oorzaak van neurologische handicaps bij jonge volwassenen, na traumatische verwondingen2,3. De pathologie van de ziekte wordt veroorzaakt door genetische en omgevingsfactoren4, maar is nog steeds niet volledig begrepen. Autoreactieve T-lymfocyten komen het centrale zenuwstelsel binnen en veroorzaken een inflammatoire cascade die focale infiltratie veroorzaakt in de witte stof van de hersenen, het ruggenmerg en de oogzenuw. In de meeste gevallen zijn deze infiltraties aanvankelijk omkeerbaar, maar de persistentie neemt toe met het aantal terugvallen. Er zijn een aantal knaagdiermodellen ontwikkeld om de pathologie van de ziekte te bestuderen. De terugkerende-remitterende EAE in SJL/J-muizen en de primaire-progressieve EAE in C57BL6-muizen zijn de meest populaire modellen.
De klinische EAE-scores, die de omvang van de motorische functiedeficiënten beschrijven, en het lichaamsgewicht zijn de gouden standaard om de ernst van EAE te beoordelen. Deze klinische tekenen komen overeen met de omvang van immuuncel-infiltratie en myeline-vernietiging in het ruggenmerg en voorspellen matig de effectiviteit van medicijnbehandeling bij mensen5. Deze tekens weerspiegelen echter voornamelijk de vernietiging van de ventrale vezelbanen in het ruggenmerg. Momenteel is er geen eenvoudige, niet-invasieve, betrouwbare en reproduceerbare methode om in vivo herseninfiltratie en optische neuritis in levende muizen te beoordelen.
De in vivo beeldvorming komt overeen met de 3 "R" principes van Russel en Burch (1959), die een Vervanging, Reductie en Verfijning van dierproeven6 claimen, omdat beeldvorming de resultaten van één dier op verschillende tijdstippen verhoogt en een vermindering van het totale aantal mogelijk maakt. Momenteel wordt ontsteking of myeline-status voornamelijk ex vivo beoordeeld via immunohistologie, FACS-analyse of verschillende moleculair-biologische methoden7, die allemaal geëuthaniseerde muizen vereisen op specifieke tijdstippen.
Er zijn een aantal in vivo beeldvormingssysteemsondes ontwikkeld om ontsteking in de huid, gewrichten en het vasculaire systeem te beoordelen. De technieken zijn gebaseerd op de activering van bioluminescente of nabij-infrarood fluorescente substraten door weefselperoxidasen, waaronder myeloperoxidase (MPO), matrix metalloproteïnasen (MMP's)8 en cathepsines9 of cyclooxygenase2. Deze sondes zijn voornamelijk gevalideerd in modellen van artritis of atherosclerose9,10. Een cathepsine-gevoelige sonde is ook gebruikt voor fluorescentie moleculaire tomografische beeldvorming van EAE11. MMP's, met name MMP2 en MMP9, dragen bij aan de protease-gemedieerde BBB-vernietiging in EAE en worden opgereguleerd op plaatsen van immuuncel-infiltratie12, wat suggereert dat deze sondes nuttig kunnen zijn voor EAE-beeldvorming. Hetzelfde geldt voor peroxidase- of cathepsine-gebaseerde sondes. Technisch is beeldvorming van ontsteking in de hersenen of het ruggenmerg aanzienlijk uitdagender omdat de schedel of wervelkolom bioluminescente en nabij-infrarode signalen absorberen.
Naast ontstekingsindicatoren zijn er fluorescente chemicaliën beschreven, die specifiek binden aan myeline en mogelijk een kwantificering van myelinisatie toestaan13. Een nabij-infrarode fluorescente sonde, 3,3'-diethylthiatricarbocyanine jodide (DBT), bleek specifiek te binden aan myelinevezels en werd gevalideerd als een kwantitatief hulpmiddel in muismodellen van primaire myelinisatiedefecten en in door cuprizone opgewekte demyelinisatie14. In EAE was het DBT-signaal eerder verhoogd, wat de ontsteking van de myelinevezels weerspiegelt5.
Een extra kenmerk van EAE en MS is de BBB-breuk, die resulteert in verhoogde vasculaire permeabiliteit en de extravasatie van bloedcellen, extracellulair vocht en macromoleculen in het CNS-parenchym. Dit kan leiden tot oedeem, ontsteking, oligodendrocytenschade en uiteindelijk demyelinisatie15,16. Daarom kan visualisatie van de BBB-lek met behulp van fluorescente sondes, zoals met fluorochroom gelabeld bovien serumalbumine5, die normaal gesproken zeer langzaam van bloed naar weefsel verdergaan, nuttig zijn om EAE te beoordelen.
In de huidige studie hebben we de bruikbaarheid van verschillende sondes in EAE beoordeeld en tonen we de procedure voor de meest betrouwbare en robuuste bioluminescente techniek. Bovendien bespreken we de voor- en nadelen van nabij-infrarode sondes voor MMP-activiteit en BBB-integriteit.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1. EAE inductie in SJL / J muizen
2. Bioluminescent en nabij-infrarood beeldvorming van oogzenuwontsteking en hersenontsteking
3. Afbeelding Analyses
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Tijdsverloop van bioluminescentie van oogzenuwontsteking
De bioluminescentie signaal van de probe ontsteking was de sterkste rond de ogen en traden uitsluitend EAE muizen met neuritis optica. Een signaal deed zich noch in de niet-EAE muizen of muizen niet geïnjecteerd met ontsteking probe. Het signaal verdween toen de muizen hersteld. Dus het signaal specifiek voor optische neuritis, en de piek van het signaal...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De huidige video toont technieken voor bioluminescentie en nabij-infrarood fluorescentie in vivo beeldvorming van EAE in SJL / J muizen. We tonen aan dat bioluminescentie met gebruikmaking van een ontsteking-gevoelige probe toont voornamelijk optische neuritis en kwantificering eens met de klinische evaluatie van EAE ernst en de werking van medicijnen. De bioluminescentie methode niet kon ontsteking van het lumbale ruggenmerg, die een primaire plaats van EAE manifestatie 17 detecteren, w...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen.
Dit onderzoek werd ondersteund door de Deutsche Forschungsgemeinschaft (CRC1039 A3) en de financiering van onderzoek programma "Landesoffensive zur Entwicklung wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz" (LOEWE) van de staat van Hessen, Research Center for Translational Medicine en Farmacologie TMP en de Else Kröner-Fresenius Foundation (EKFS), Research Training Group Translationeel Onderzoek Innovatie - Pharma (TRIP).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| AngioSpark-680 | Perkin Elmer, Inc., Waltham, USA | NEV10149 | Beeldvormingssonde, pegylerde nanodeeltjes, nuttig voor beeldvorming van de integriteit van de bloed-hersenbarrière |
| MMP-sense 680 | Perkin Elmer, Inc., Waltham, USA | NEV10126 | Beeldvormingssonde, activeerbaar door matrix metalloproteïnasen, nuttig voor beeldvorming van ontsteking |
| XenoLight RediJect Inflammation Probe | Perkin Elmer, Inc., Waltham, USA | 760535 | Beeldvormingssonde, activeerbaar door oxidasen, nuttig voor beeldvorming van ontsteking |
| PLP139-151/CFA emulsie | Hooke Labs, St Lawrence, MA | EK-0123 | EAE-inductiekit |
| Pertussis Toxin | Hooke Labs, St Lawrence, MA | EK-0123 | EAE-inductiekit |
| IVIS Lumina Spectrum | Perkin Elmer, Inc., Waltham, USA | Bioluminescentie- en infraroodbeeldvormingssysteem | |
| LivingImage 4.5 software | Perkin Elmer, Inc., Waltham, USA | CLS136334 | IVIS-analysesoftware |
| Isoflurane | Abbott Labs, Illinois, USA | 26675-46-7 | Anestheticum |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.