Het huidige protocol beschrijft een eenvoudige techniek voor de intravitale beeldvorming van de borstklier van de zogende muis door middel van laserscanning, confocale en multifotonenmicroscopie.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Het huidige protocol beschrijft een eenvoudige techniek voor de intravitale beeldvorming van de borstklier van de zogende muis door middel van laserscanning, confocale en multifotonenmicroscopie.
De borstklier vormt bij uitstek een model voor het onderzoeken van epitheelfuncties, waaronder weefselremodellering, celpolariteit en secretoire mechanismen. Tijdens de zwangerschap breidt de klier zich uit van een primitieve ductale boom ingebed in een vetkussen tot een sterk vertakt alveolair netwerk dat klaar is voor de vorming en afscheiding van colostrum en melk. Na de bevalling levert de klier alle voedingsstoffen die nodig zijn voor neonatale overleving, inclusief membraangecoate lipidedruppeltjes (LD's), eiwitten, koolhydraten, ionen en water. Verschillende melkcomponenten, waaronder lactose, caseïnemicellen en magere melkeiwitten, worden gesynthetiseerd in de alveolaire cellen en uitgescheiden uit blaasjes door exocytose aan het apicale oppervlak. LD's worden getransporteerd van syntheseplaatsen in het ruwe endoplasmatisch reticulum naar de celtop, bedekt met celmembranen en uitgescheiden door een uniek apocrien mechanisme. Andere voorgevormde bestanddelen, waaronder antilichamen en hormonen, worden door transcytose van de serosale zijde van het epitheel naar melk getransporteerd. Deze processen zijn vatbaar voor intravitale microscopie omdat de borstklier een huidklier is en daarom direct toegankelijk is voor experimentele manipulatie. In dit artikel wordt een eenvoudige procedure beschreven om de kinetiek van LD-secretie in situ, in real-time, te onderzoeken bij levend verdoofde muizen. Boor-dipyrromethene (BODIPY)665/676 of monodansylpentaan worden gebruikt om de neutrale lipidefractie van transgene muizen te labelen, die ofwel oplosbaar EGFP (versterkt groen fluorescerend eiwit) tot expressie brengen in het cytoplasma, ofwel een membraangericht peptide dat is gefuseerd met EGFP of tdTomato. De membraan-gelabelde fusie-eiwitten dienen als markers van celoppervlakken en de lipidekleurstoffen lossen LD's ≥ 0,7 μm op. Time-lapse-beelden kunnen worden opgenomen met standaard confocale laserscanmicroscopie tot een diepte van 15-25 μm of met multifotonenmicroscopie voor beeldvorming dieper in het weefsel. De borstklier kan tijdens de operatie worden gebaad met farmacologische middelen of fluorescerende kleurstoffen, waardoor een platform wordt geboden voor acute experimentele manipulaties indien nodig.
Intravitale microscopie van de borstklier van muizen krijgt steeds meer aandacht als een krachtige methode voor het analyseren van een hele reeks biologische verschijnselen, waaronder de oorsprong en differentiatie van stamcellen 1,2, de progressie van uitgezaaide tumoren 3,4,5 en de rol van ductale macrofagen tijdens de ontwikkeling en involutie van de borst6. Door de ontwikkeling van Intravitale Subcellulaire Microscopie (ISMic)7 is het onderzoek uitgebreid naar membraanverkeer en secretoire mechanismen tijdens lactatie 8,9, en oxytocine-gemedieerde contractie van myoepitheelcellen 9,10. Er zijn twee hoofdmethoden ontwikkeld die gebruik maken van de toegankelijkheid van de klier tussen de huid en de lichaamswand.
Bij de eerste benadering wordt een raam van acryl of glas in de huid gestoken en vastgezet met een metalen borgring 1,3,11. De muizen verdragen de operatie goed en verschillende verschijnselen kunnen met tussenpozen gedurende meerdere weken bij hetzelfde dier worden geanalyseerd. Deze methode is vooral nuttig gebleken voorhet traceren van de afstamming 1,12 en het monitoren van de invasie en progressie van borsttumoren in situ 3,11. Resolutie onder het niveau van de hele cel is echter moeilijk gebleken omdat de klier nog steeds aan de lichaamswand is bevestigd en dus onderhevig is aan bewegingsartefacten veroorzaakt door ademhaling en hartslag.
Bij de tweede benadering wordt de klier chirurgisch blootgesteld op een huidflap met intact vaatstelsel en gestabiliseerd op de microscooptafel met afstandhouders 4,9,13. Een deel van de klier wordt zo effectief gescheiden van de buikwand en bewegingsartefacten worden geminimaliseerd. In de meeste gevallen wordt het blootgestelde parenchym direct op het dekglaasje geplaatst met de buikzijde van de muis naar beneden op een omgekeerde microscoop. In een recente wijziging werd de muis op zijn rug op een rechtopstaande microscoop geplaatst en werd de blootgestelde klier beschermd in een met vloeistof gevulde cel die was verzegeld met een dekglaasje2. Deze laatste configuratie geeft toegang tot het parenchymale oppervlak voor experimentele manipulatie tijdens beeldvorming. Resolutie tot <1 μm maakt in beide gevallen analyse van intracellulaire processen mogelijk, zoals geïllustreerd door het volgen van lipidedruppeltjes (LD's) in borstepitheelcellen9.
Het huidige protocol beschrijft een eenvoudige methode voor de intravitale beeldvorming van borstepitheelcellen op subcellulair niveau, met behulp van de biogenese, het transport en de secretie van LD's tijdens borstvoeding als voorbeeld. Deze benadering is breed toepasbaar op vele andere processen, waaronder het transport en de afscheiding van melkeiwitten14, de transcytose van eiwitten van de serosale zijde van het epitheel naar het alveolaire lumen15,16 en de hermodellering van de klier tijdens involutie17,18.
Muizen die een fluorescerend eiwit tot expressie brengen, hebben de voorkeur voor de meeste intravitale experimenten om de selectie van geschikte gebieden voor beeldvorming te vergemakkelijken en als morfologische referentiemarker. Er is een breed scala aan geschikte transgene en knock-in-muizen beschikbaar, die fluorescerende eiwitmarkers tot expressie brengen in cellulaire compartimenten, cytoskeletelementen, membranen en organellen19. In de gegeven voorbeelden werd de EGFPcyto FvB-muis gebruikt, waarin versterkt groen fluorescerend eiwit (EGFP) is gericht op het cytoplasma in de meeste cellen20 (aangeduid als EGFP-cyto), en de C57BL/6J Tomaat (mT/mG) muis21, een dubbele fluorescerende Cre-lijn die codeert voor tdTomato- en EGFP-genen. EGFP-expressie wordt mogelijk gemaakt door Cre-gemedieerde excisie van het tdTomato-gen. Beide fluoroforen zijn in de meeste cellen gericht op het plasmamembraan via een sequon die is afgeleid van het MARCKS-eiwit21. In dit werk worden muizen die de rode tdTomato-fluorofoor tot expressie brengen, aangeduid met tdTomato-membr (mT), en muizen die EGFP tot expressie brengen, na excisie van het tdTomato-gen worden aangeduid met EGFP-membr (mG).
Muizen hebben vijf paar borstklieren aan weerszijden van de ventrale middellijn, drie in het thoracale gebied (genummerd 1-3) en twee in het liesgebied (genummerd 4-5) (Figuur 1A). Voor ISMic zijn de liesklieren het meest toegankelijk en het gemakkelijkst te stabiliseren, omdat ze het verst verwijderd zijn van wereldwijde bewegingen die verband houden met ademhaling en hartslag in de thorax.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Alle dierproeven zijn goedgekeurd door het Institutional Animal Care and Use Committee van het Center for Cancer Research, het National Cancer Institute, de National Institutes of Health in overeenstemming met de gids voor de verzorging en het gebruik van proefdieren van de Amerikaanse National Research Council, het beleid van de Amerikaanse volksgezondheidsdienst inzake humane zorg en het gebruik van proefdieren, en de Gids voor de verzorging en het gebruik van proefdieren. Voor dit werk werden de klieren nummer 4 van vrouwelijke primipare muizen (leeftijd 4-5 maanden, dag 10 van de lactatie) chirurgisch geprepareerd in de rechterrugligging (Figuur 1A).
1. Voorbereiding van dieren
2. Chirurgische ingreep
3. Voorbereiding van de beeldvorming
4. Microscopie
5. Euthanasie
6. Creatie van real-time video's
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Melk wordt uitgescheiden door gepolariseerde alveolaire epitheelcellen, die zich tijdens de zwangerschap onderscheiden van de knoppen van een uitgebreide ductulaire boom26 (Figuur 2A). Voorlopers voor melksynthese worden geassimileerd via basale/laterale membranen en voltooide producten worden uitgescheiden over het apicale oppervlak in een centrale "melkruimte". De basale zijde van elke alveolus is bedekt met een stellate reeks myoep...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Of een een- of multifotonenmicroscoop moet worden gebruikt, hangt af van de vragen die worden gesteld, de aard en locatie van het af te beelden weefsel en de vereiste resolutie. Multifotonmicroscopen zijn gebaseerd op het genereren van twee of meer laagenergetische fotonen in het nabij-infrarood, die weefsels tot een grotere diepte kunnen doordringen met minder fototoxiciteit dan microscopen met één foton29,30. Bovendien wordt de...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Geen van de auteurs heeft tegenstrijdige belangen te verklaren.
De auteurs bedanken Sherry Rausch en Samri Gebre (National Cancer Institute, NIH) voor het beheer en de verzorging van dieren en James Mather voor hun hulp bij het produceren van een reeks plastic afstandhouders. Dit onderzoek werd [deels] ondersteund door het Intramural Research Program van de NIH.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 488 laser | Melles-Griot | - | CW laser 50 mW |
| 60x PLAPON oil immersion objective (NA 1.42) | Olympus | 1-U2B933 | Lens Confocal microscope |
| 633 laser | Melles-Griot | - | CW He-Ne laser 12 mW |
| 63x objective (NA 1.40, HC PL APO CS2) | Leica | 11506350 | Lens Two-photon microscope |
| BA 410-460 nm | Chroma | - | Band-pass filter |
| BA 495-540 nm | Chroma | - | Band-pass filter |
| BA 505-605 nm | Chroma | - | Band-pass filter |
| BA 655-755 nm | Chroma | - | Band-pass filter |
| Boron-dipyrromethane (BODIPY) 665/676 | Thermo Fisher Scientific | B3932 | Lipid peroxiation sensor |
| Carbomer-940 | Snowdrift Farm | 739601480651 | Gel |
| Catheter | Terumo | SV27EL | Winged infusion sets |
| Cauterizer | Braintree Scientific, Inc | GEM 5917 | Cautery system |
| CMV-Cre mouse | Jackson lab | 006054 | Mouse line |
| Coverslip | Bioptechs | - | 30mm diameter coverlip for inverted microscope |
| Curity 4x4 inch all purpose sponge gauze | Covidien | 9024 | Sponge |
| EGFPcyto mouse | Jackson lab | 003291 | Mouse line |
| Fiji/ImageJ software | Open source | - | Free software tool |
| Fine forceps | Braintree Scientific, Inc | FC003 8 | Tissue forceps |
| Fluoview 1000 microscope | Olympus | FV1000 | Confocal microscope |
| FluoView software | Olympus | - | Confocal microscope and Two-photon microscope |
| Hand-held electric razor | Braintree Scientific, Inc | CLP-8786-451A | Cordless clipper |
| Heat pad | Braintree Scientific, Inc | DPIP | Heat pad for animals |
| HyD detectors | Leica | - | Leica 4Tune spectral detector |
| Imaris software | Bitplane / Oxford instruments | - | Commercial software tool |
| Ingisht X3 tunable laser | Spectra Physics | Insight X3 | Tunable Pulse-Laser |
| Isoflurane | VetOne | 13985-046-40 | Anesthetic |
| Ketamine | VetOne | 13985-702-10 | Anesthetic |
| LAS X Software | Leica | - | Two-photon microscope software tool |
| Mai-Tai tunable laser | Spectra Physics | Mai-Tai | Laser |
| MetaMorph | Molecular Devices | - | Commercial software tool |
| Monodansylpentane AUTODOT | Abcepta | Sm1000a | Lipid droplet dye |
| MPE-RS microscope | Olympus | IX70 | Two-photon microscope |
| mT/mG mouse | Jackson lab | 007676 | Mouse line |
| Objective heater | Bioptechs | 150819 | Objective heater for both confocal and two-photon microscopes |
| Oxygen-saturated respiration chamber | Patterson Scientific | 78933385, SAS3 and EVAC4 | Gas Anesthesia and evacuation system |
| Parafilm | Heathrow Scientific | HS234526B | Semi-transparent, flexible, thermoplastic film |
| PMT detector | Olympus | - | Descanned detectors |
| PMT detector | LSM-Technology | Custom built | Non-Descanned Detectors |
| Pump | Harvard Apparatus | 703602, 704402 | Nanomite injector and controller |
| Saline | Quality Biological | 114-055-721EA | Normal saline |
| Sharp blunt-ended scissors | Braintree Scientific, Inc | SCT-S 508 | Surgical scissors |
| Syringe | Covidien | 22-257-150 | 1mL tuberculin syringe |
| TCS SP8 Dive Spectral microscope | Leica | SP8 | Two-photon microscope |
| Tweezers | Braintree Scientific, Inc | FC032 | Tissue forceps |
| Xylazine | VetOne | 13985-704-10 | Anesthetic |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.