Dit artikel presenteert een protocol voor de nauwkeurige echogeleide afgifte van vasculaire stamcellen aan de aortavaatwand. De techniek richt zich effectief op de vaatwand en bevordert vasculair herstel bij aorta-aneurysma's en dissecties.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Dit artikel presenteert een protocol voor de nauwkeurige echogeleide afgifte van vasculaire stamcellen aan de aortavaatwand. De techniek richt zich effectief op de vaatwand en bevordert vasculair herstel bij aorta-aneurysma's en dissecties.
Aorta-aneurysma's en dissectieruptuur zijn levensbedreigende cardiovasculaire noodgevallen. Vroege preventie en beheersing van ziekteprogressie zijn essentieel voor het verbeteren van de patiëntresultaten. Vasculaire stamcellen spelen een cruciale rol bij het herstel van vasculaire letsels bij verschillende vaatziekten. Intravasculaire stamcelinjectietherapieën stuiten echter op uitdagingen bij het waarborgen van efficiënte implantatie van exogene stamcellen in de vaatwand.
Om een effectievere en minimaal invasieve benadering te onderzoeken voor het toedienen van stamcellen bij aortaaandoeningen, hebben we een echogeleide, precisiegerichte stamcelafgiftetechnologie ontwikkeld. In het bijzonder maakte de techniek gebruik van een ultra-hoge resolutie Doppler-echografiesysteem voor kleine dieren om de vaatwand van de stijgende aorta nauwkeurig te lokaliseren in muismodellen voor aortaaandoeningen. Vervolgens werden 1 × de 106 mCherry-gelabelde vasculaire stamcellen gemengd in 25 μL Matrigel geïnjecteerd met behulp van een naald van 29 G. De progressie van de ziekte werd gevolgd door echografie van kleine dieren. Ten slotte werd de aorta geoogst en geanalyseerd met behulp van 3D-beeldvorming met een lichtmicroscoop om geïnjecteerde vasculaire stamcellen te volgen.
De bovenstaande resultaten tonen aan dat de geïnjecteerde vasculaire stamcellen nauwkeurig werden afgeleverd in de vaatwand van de aorta ascendens met minimale invasiviteit, waardoor vasculair herstel bij aorta-aneurysma's en dissecties effectief werd bevorderd. Deze echogeleide stamcelafgiftetechnologie biedt een veelbelovende, minimaal invasieve methode voor stamceltransplantatie, die in de toekomst mogelijk de progressie van aorta-aneurysma's en dissecties en andere gerelateerde hart- en vaatziekten in klinieken kan beheersen.
Aorta-aneurysma's en -dissecties (AAD) zijn veel voorkomende en zeer dodelijke hart- en vaatziekten, die doorgaans worden gekenmerkt door een verraderlijk begin en snelle progressie. De incidentie van AAD varieert van 1.3% tot 8%, met naar schatting 150,000 tot 200,000 sterfgevallen wereldwijd per jaar 1,2. Vanwege het acute begin en de subtiele klinische symptomen verkeren veel patiënten op het moment van diagnose in kritieke toestand, waardoor het optimale venster voor behandeling ontbreekt. Hoewel farmacologische behandelingen, zoals β-adrenerge blokkers en angiotensinereceptorblokkers, de uitbreiding van het aneurysma tot op zekere hoogte kunnen vertragen, bieden deze therapieën voornamelijk symptomatische verlichting en is niet aangetoond dat ze het ontstaan of de progressie van AAD3 effectief voorkomen.
Momenteel berust de klinische behandeling voornamelijk op chirurgische ingrepen, waaronder reconstructie van de aortawortel, vervanging van de aorta, Bentall-chirurgie en endovasculaire reparatie van aorta-aneurysma's 4,5. Voor patiënten met genetische AAD, met name degenen die de chirurgische indicaties nog niet hebben bereikt, ontbreken echter effectieve etiologische behandelingen en hebben farmacologische benaderingen moeite om de ziekteprogressie op lange termijn onder controle te houden. Bij patiënten met het syndroom van Marfan (MFS) kan medische behandeling de verwijding van de aorta weliswaar vertragen, maar studies geven aan dat sommige personen een snellere snelheid van aorta-expansie ervaren en een hoger risico lopen op aortadissectie5. Daarom blijft het bieden van effectieve interventies voor deze patiënten, die nog niet aan de chirurgische criteria voldoen, een belangrijke klinische uitdaging. Het ontwikkelen van meer gerichte therapeutische strategieën is een belangrijk probleem geworden dat moet worden aangepakt bij de behandeling van aortaaandoeningen.
De pathogenese van AAD omvat voornamelijk uitgebreide apoptose van gladde spiercellen (SMC's) en verdunning van de media, wat leidt tot structurele kwetsbaarheid van de aortawand. In het bijzonder is het progressieve verlies van aorta-SMC's een kenmerk van AAD, gemanifesteerd door SMC's apoptose, afbraak van extracellulaire matrix (ECM), infiltratie van immuuncellen en verhoogde oxidatieve stress2. Vasculaire stamcellen zijn een type volwassen stamcellen die zich in de vaatwand bevinden en in staat zijn om te differentiëren in SMC's of endotheelcellen. Onder normale fysiologische omstandigheden blijven stamcellen in rust, maar onder pathologische omstandigheden worden ze geactiveerd en ondergaan ze zelfvernieuwing en differentiatie om bij te dragen aan weefselherstel6. Recente studies hebben de nadruk gelegd op de cruciale rol van vasculaire wandstamcellen bij vasculair letsel, met name bij de hermodellering van adertransplantaten, atherosclerose, restenose, hypertensie en bij ziekten of pathologische aandoeningen zoals AAD 7,8,9,10,11,12,13.
Hoewel bestaande technologieën voor de toediening van stamcellen - zoals weefselspecifieke lokale injectie en systemische intraveneuze infusie - relatief geavanceerd zijn, brengt de afgifte van stamcellen aan de aortawand aanzienlijke uitdagingen met zich mee14,15. De snelle bloedstroom in de aorta, in combinatie met de dynamische samentrekking en ontspanning van de vaatwand, maakt het moeilijk om een efficiënte celafgifte te bereiken en de overleving van getransplanteerde cellen in het vaatweefsel op lange termijn te garanderen.
In deze studie beschrijven we een nieuwe, gesloten epi-membraaninjectietechniek in de vaatwand die minimaal invasieve, nauwkeurig gerichte toediening van vaatwandstamcellen onder echografische begeleiding mogelijk maakt. Deze aanpak biedt het voordeel dat ze gemakkelijk uit te voeren is, zonder dat thoracotomie of laparotomie nodig is, en vermijdt de bijbehorende complicaties. Het zorgt ook voor meer flexibiliteit tijdens het injectieproces, waardoor de gerichte concentratie van stamcellen in het gewenste gebied mogelijk is, terwijl immuunresponsen en andere bijwerkingen worden geminimaliseerd. Bovendien maakt de vooruitgang in de optische opruimingstechnologie van weefsel nu beeldvorming met subcellulaire resolutie van het hele lichaam van muizen mogelijk, wat brede toepassingen biedt voor driedimensionale reconstructie van weefselstructuren met hoge resolutie, onderzoek naar pathologische mechanismen, ziektemodellering en screening van geneesmiddelen. In combinatie met light-sheet microscopie zorgt deze technologie voor 3D-beeldvorming met een hoge ruimtelijke resolutie16. Met deze aanpak kunnen we de geïnjecteerde vasculaire stamcellen volgen en hun migratievermogen observeren. Echogeleide stamcelafgifte is dus een veelbelovende minimaal invasieve methode voor stamceltransplantatie.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Alle experimentele procedures worden uitgevoerd in overeenstemming met de voorschriften van de Animal Research Committee van Capital Medical University en zijn goedgekeurd door de Animal Welfare and Ethics Committee van Capital Medical University.
1. Preparaat van geïnjecteerde vasculaire stamcellen
OPMERKING: Om de toestand na injectie en de effecten van vasculaire stamcellen te verifiëren, worden Sca1+-cellen geïsoleerd met behulp van immunomagnetische kralenselectie zoals eerder beschreven 17,18,19, getransfecteerd met een lentivirus dat de mCherry-reporter draagt voor latere observatie van de cellocatie en -verdeling, en vervolgens gekweekt. Cellen uit passages 5 of eerder met goede groeiomstandigheden en mCherry-gelabelde Sca1+-expressie worden gebruikt voor volgende experimenten20.
2. Preoperatieve preparatie van muizen
3. Echogeleide injectie van vaatwandcellen
OPMERKING: Alle echografieprocedures worden uitgevoerd met behulp van een echografiesysteem en software (zie de materiaaltabel). Gebruik sondes met een middenfrequentie van 40 MHz en er worden naalden van 29 G gebruikt.
4. Verduidelijking van het vaatweefsel
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Echogeleide afgifte van vasculaire stamcellen
In deze studie werd echogeleide injectie uitgevoerd met behulp van een kleurendoppler-echografiesysteem voor kleine dieren (Figuur 1A,B). Tijdens de procedure werden de muizen geïmmobiliseerd op een verwarmd ultrasoon platform, waarbij indien nodig aanpassingen aan het platform en de ultrasone sonde werden aangebracht (Figuur 1C).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
AAD's veroorzaakt door genetische mutaties worden geclassificeerd als erfelijke AAD, waarvan MFS de meest voorkomende is. AAD vertegenwoordigt de meest levensbedreigende complicatie van MFS22. Om deze aandoening te onderzoeken, gebruikten we een gerenommeerd muismodel van MFS (Fbn1C1041G/+ muizen), dat spontaan aorta-aneurysma's ontwikkelt, waardoor het ideaal is voor vroege interventiestudies. Dit model omzeilt ook de extra weefselbeschadiging...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben geen belangenconflicten te melden.
Dit werk werd ondersteund door een subsidie van het National Science and Technology Major Project (2023ZD0503304), de National Natural Science Foundation of China (32271231) en het National Key Research and Development Program of China (2023YFC3606500). We danken Dr. Chao Zheng voortechnische ondersteuning bij 3D-beeldvorming.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 0.1% Gelatin solution | OriCell | GLT-11301 | |
| 1.5 mL microtubes | Axygen | MCT-150-C | |
| 10 μL pipette tips | Labselect | T-001-10 | |
| 1000 μL pipette tips | Labselect | T-001-1000 | |
| 15 mL centrifuge tube | Labselect | CT-002-15A | |
| 200 μL pipette tips | Labselect | T-001-200 | |
| 5 mL micro-centrifuge tube | biosharp | BS-50-M | |
| 50 mL centrifuge tube | Labselect | CT-002-50A | |
| Antipyrine | Macklin | A800873 | |
| Anti-Sca-1 MicroBead Kit | Miltenyi Biotec | 130-123-124 | |
| Bruker Luxendo MuVi -SPIM system | |||
| CD31 | R&D | AF3628 | Verdunningsverhouding 1:100 |
| CUBIC-L | weefselklaringsoplossing | ||
| CUBIC-RA | brekingsindex-aanpassingsoplossing | ||
| DMEM | ATCC | 30-2002 | |
| donkey anti-goat secondary antibody, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A11055 | Verdunningsverhouding 1:800 |
| FBS | Corning | 35-076-CV | |
| HBLV-mcherry-PURO | HANBIO | ||
| Homogenizer tubes | Labselect | HGT-003-200 | |
| Image-Guided Needle Injection Apparatus | Visualsonics | ||
| Insulin Syringe | BD | 328421 | |
| Isoflurane | Ameixin | LAT-YFW | |
| Light-Sheet Microscopes | Bruker Luxendo | MuVi-SPIM | |
| Matrigel | Corning | 356234 | |
| Microscan MS400 transducer | Visualsonics | ||
| Mouse Handling and Physiological Monitoring Platform | Visualsonics | ||
| N-Butyldiethanolamine | Macklin | N802391 | |
| Nicotinamide | Macklin | N814605 | |
| PBS | biosharp | BL302A | |
| Puralube ophthalmic ointment | EQUL | 1703321138 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T9284 | |
| Trypan Blue Stain Solution | Solarbio | C0040 | |
| Trypsin-EDTA | Gibco | 25200-072 | |
| Vevo 2100 lmaging System | yiswelsonics | ||
| Vevo Integrated Rail System II | yiswelsanics |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.