Pokazujemy metodę wykonywania mikroskopii przyżyciowej śledziony przy użyciu transgenicznych pasożytów malarii GFP oraz ilościowe określenie ruchliwości pasożytów i przepływu krwi w tym organie.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Pokazujemy metodę wykonywania mikroskopii przyżyciowej śledziony przy użyciu transgenicznych pasożytów malarii GFP oraz ilościowe określenie ruchliwości pasożytów i przepływu krwi w tym organie.
Pojawienie się mikroskopii przyżyciowej w eksperymentalnych modelach malarii u gryzoni umożliwiło znaczny postęp w wiedzy na temat interakcji pasożyt-gospodarz 1,2. Tak więc obrazowanie in vivo pasożytów malarii w stadiach pre-erytrocytarnych ujawniło aktywne wnikanie pasożytów do węzłów chłonnych skóry 3, całkowity rozwój pasożyta w skórze 4 i tworzenie się merosomu pochodzącego z hepatocytów w celu zapewnienia migracji i uwalniania merozoitów do krwiobiegu 5. Co więcej, rozwój poszczególnych pasożytów w erytrocytach został niedawno udokumentowany za pomocą obrazowania 4D i podważył nasz obecny pogląd na eksport białka w malarii 6. W ten sposób obrazowanie przyżyciowe radykalnie zmieniło nasz pogląd na kluczowe wydarzenia w rozwoju Plasmodium. Niestety, ze względu na ograniczenia techniczne brakuje badań nad dynamicznym przechodzeniem pasożytów malarii przez śledzionę, główny narząd limfatyczny doskonale przystosowany do usuwania zakażonych czerwonych krwinek.
Korzystając z mysiego modelu malarii Plasmodium yoelii u myszy Balb/c, wdrożyliśmy obrazowanie intrażyciowe śledziony i odnotowaliśmy różnicową przebudowę śledziony oraz przyleganie pasożytniczych czerwonych krwinek (pRBC) do komórek barierowych pochodzenia fibroblastycznego w czerwonej miazdze podczas infekcji nieśmiertelnym pasożytem linii P.yoelii 17X, w przeciwieństwie do infekcji śmiertelnym pasożytem P.yoelii 17XL linii 7. Aby dojść do tych wniosków, opracowano specjalną metodologię wykorzystującą bezpłatne oprogramowanie ImageJ, aby umożliwić scharakteryzowanie szybkiego trójwymiarowego ruchu pojedynczych pRBC. Wyniki uzyskane za pomocą tego protokołu pozwalają na określenie prędkości, kierunkowości i czasu przebywania pasożytów w śledzionie, przy czym wszystkie parametry dotyczą przestrzegania zaleceń in vivo. Ponadto przedstawiamy metodologię oznaczania ilościowego przepływu krwi za pomocą mikroskopii przyżyciowej i stosowania różnych barwników w celu uzyskania wglądu w złożoną strukturę mikrokrążenia śledziony.
Oświadczenie etyczne
Wszystkie badania na zwierzętach zostały przeprowadzone w obiektach dla zwierząt Uniwersytetu w Barcelonie, zgodnie z wytycznymi i protokołami zatwierdzonymi przez Komitet Etyki ds. Eksperymentów na Zwierzętach Uniwersytetu w Barcelonie CEEA-UB (Protokół nr DMAH: 5429). Samice myszy Balb/c w wieku 6-8 tygodni uzyskano z Charles River Laboratories.
Ta metoda została użyta w badaniach opisanych w 7.
1. Zakażenie zwierząt transgenicznymi pasożytami z zielonym białkiem fluorescencyjnym (GFP)
2. Znakowanie czerwonych krwinek za pomocą FITC i iniekcji do kontroli zwierząt
3. Zabiegi chirurgiczne
4. Obrazowanie żywych pasożytów w śledzionie
5. Mikroskopia przyżyciowy mikrokrążenia śledziony i akwizycja obrazu do pomiaru przepływu krwi
6. Przetwarzanie obrazu i analiza ilościowa ruchliwości pasożytów za pomocą oprogramowania ImageJ
7. Obliczanie objętościowego przepływu krwi
8. Analiza statystyczna
9. Reprezentatywne wyniki
Obrazowanie przyżyciowe pasożytów GFP w śledzionie ujawniło różnice w mobilności między dwoma szczepami pasożytów. Analiza ilościowa parametrów ruchliwości pojedynczych pasożytów wykazała zmniejszoną prędkość, brak kierunkowości i wydłużony czas przebywania pasożytów myszy zakażonych szczepem 17X. Co więcej, objętościowy przepływ krwi w naczyniach nie uległ zmianie między szczepami 7. Procedurę techniczną przedstawiono na rysunku 1A. Rycina 1B przedstawia ogólny widok normalnej śledziony myszy, której wstrzyknięto erytrocyty znakowane FITC, z powiększeniem na czerwoną miazgę, a innym na naczynie (Rysunek 1B, powiększenie odpowiednio 1 i 2). Unaczynienie zostało potwierdzone przez wstrzyknięcie 70 kDa Dextran-Texas Red wraz z kontrastem odbicia erytrocytów. Inne barwniki fluorescencyjne podsumowane w Tabeli 1 mogą być używane do uzyskania informacji o obrazowanym narządzie, takie jak Hoechst (Figura 1C, 1D).
Obrazowanie w czasie rzeczywistym pasożytów szczepu 17XL i 17X jest prezentowane na filmach 1 i 2, a niektóre 17X-pRBC (Film 2) pokazują zachowanie toczącego się koła. Ilościową analizę parametrów mobilności uzyskano poprzez śledzenie poszczególnych pasożytów za pomocą kolorowych obrazów kodowanych Z. Rysunek 2A przedstawia projekcję Z stosu kolorów kodowanego Z, w której zakreślona cząstka wydaje się poruszać w różnych płaszczyznach. Ryciny 2B i 2C reprezentują ślady różnych pasożytów w infekcji 17X i 17XL, odpowiednio. Wyniki dotyczące kierunkowości i czasu przebywania wszystkich oznaczonych ilościowo cząstek przedstawiono jako mapę rozkładu gęstości populacji pasożytów odpowiednio na rysunkach 2D i 2E. Aby monitorować przepływ krwi w śledzionie za pomocą mikroskopii przyżyciowej, zmierzono smugi uzyskane w obrazach xt centralnego światła naczyń wynikających z ruchu erytrocytów w celu obliczenia prędkości 11. Zdjęcia przedstawiają skan xy naczynia (rysunek 2F) z odpowiadającym mu skanem linii xt (rysunek 2G).
Sonda fluorescencyjna Lokalizacji Wzbudzenie 1 fotonu (nm) Wzbudzenie 2 fotonów (nm) Wykryta emisja (nm) Ilość/ waga myszy Hoechst 33342 powiedział: Sonda wiążąca DNA z permetyką błonową. Znakuje jądra wszystkich komórek (żywych i martwych) po wstrzyknięciu dożylnym. Rejon 405 TGL 800 szt. Wymiary: 410-480 12,5 g/kg Jodek propidyny Sonda wiążąca DNA z nieprzepuszczalną błoną. Znakuje jądra komórek z naruszoną błoną (komórki apoptotyczne i martwicze). Okręg wyborczy 561 TGL 800 szt. Nr kat. 570-650 szt. 250 mg/kg 70 000 mol wt Dekstran fluorescencyjny (FITC, Texas Red) Marker fazy płynnej, który zwiększa kontrast osocza. FITC 488 Czerwień teksańska 594 800 szt. 500-540Tabela 1. Sondy fluorescencyjne do mikroskopii przyżyciowej. Niezbędne barwniki fluorescencyjne o różnych lokalizacjach, które można wykorzystać do znakowania śledziony in vivo. Podano zakresy wzbudzenia/emisji (Exc/em) do stosowania z mikroskopią jednofotonową (lub dwufotonową). Wskazaną dawkę rozpuszcza się w 0,1-0,2 ml buforu soli fizjologicznej i wstrzykuje do żyły ogonowej myszy. [ND: Nie określono w tym badaniu.

Rysunek 1. Mikroskopia przyżyciowa śledziony. A. Mikroskop konfokalny Leica TCS-SP5 z jedną myszką umieszczoną na stoliku mikroskopu. Mysz ma dolną część śledziony odsłoniętą i uszczelnioną szkiełkiem nakrywkowym. Ur. Obraz reprezentatywnego obszaru śledziony niezakażonego zwierzęcia, któremu wstrzyknięto erytrocyty znakowane FITC i 70 kDa Dextran-Texas Red w celu uwidocznienia układu naczyniowego. Pokazane są odbicia (żółty), dekstran (niebieski) i FITC-RBC (zielony). Powiększenia w białych pudełkach reprezentują obszary otwartego obiegu (1) i zamkniętego (2). Otwarty obieg (C) i zamknięty obieg (D) barwiony dekstranem 70 kDa (czerwony) i Hoechst 33342 (niebieski).

Rysunek 2. Kwantyfikacja ruchliwości pasożyta i przepływu krwi. A-C. Ilościowa analiza ruchu cząstek w czterech wymiarach (4D) jest ułatwiona dzięki zastosowaniu przetwarzania obrazu oznaczonego kolorami. ZA. Śledzenie przeprowadzono za pomocą informacji o głębi z kolorowych obrazów zakodowanych w Z, reprezentowanych za pomocą projekcji maksymalnej intensywności na pięciu różnych głębokościach. Biały prostokąt reprezentuje tę samą cząstkę w różnych Z w jednym punkcie czasowym. Różne pozycje wynikają z upływów czasu między akwizycją różnych obrazów Z. Kod głębokości: żółty (0 μm), pomarańczowy (2 μm), różowy (4 μm), niebieski (6 μm), zielony (8 μm). B, C. Projekcje czasowe ruchu cząstek w każdym przedziale czasowym oznaczone jako: szary (0-2,4 s), cyjan (2,4-4,8 s), magenta (4,8-7,0 s), czerwony (7,0-9,4 s) i żółty (9,4-11,8 s). Biała linia reprezentuje ręczne śledzenie 4D cząstek pasożytów GFP 17X (11,8 s) (B) i 17XL (4,8 s) (C) za pomocą MTrackJ. D,E. Rozkład gęstości cząstek GFP według wartości kierunkowości (D) i czasu przebywania (E). Dane odpowiadają 120 cząstkom każdej linii pasożytów i 100 krwinkom czerwonym znakowanym FITC z trzech niezależnych eksperymentów analizowanych za pomocą testu równości median. Mediany 17X/17XL/FITC-RBC wynoszą 0,53/0,75/0,85 (D) i 4,61/0,67/0,9 s (E). Różnice między dwiema liniami w (D) i (E) są istotne statystycznie (P < 0,001). Różnice między erytrocytami znakowanymi FITC a pasożytami 17XL nie są statystycznie istotne (P > 0,05). F,G. Pomiary przepływu krwi w śledzionie. Reprezentacja obrazu xy (F) i obrazu xt (G) z liniowego skanu centralnego światła tego samego naczynia (biała linia). Naczynie śledziony z widocznym osoczem z dekstranem 70 kDa (czerwony), pRBC (zielony) i odbiciem erytrocytów (niebieski).
Filmy 1 i 2. Obrazy z mikroskopii przyżyciowej w trybie poklatkowym mysiej śledziony zakażonej 17XL (1) lub 17X (2) transgenicznymi pasożytami GFP przy 10% parazytemii (projekcja Z-max). Autofluorescencja pasożyta i tkanek jest pokazana odpowiednio na zielono i czerwono. Podziałka liniowa wynosi 10 μm, a przedział czasu jest podany w sek.
Kliknij tutaj, aby obejrzeć film 1.
Kliknij tutaj, aby obejrzeć film 2.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Zastosowanie mikroskopii przyżyciowej śledziony w tym modelu malarii u gryzoni otworzyło możliwość zbadania dynamicznego przechodzenia pasożytów przez ten narząd, który do tej pory był uważany za "czarną skrzynkę" ze względów technicznych. W tym przypadku włożono duży wysiłek w dostosowanie metody ilościowej, która umożliwia analizę porównawczą różnych linii pasożytów na poziomie pojedynczym i populacji. W przeciwieństwie do innych tkanek i komórek, które zostały wcześniej zobrazowane w malarii 3,5, obrazowan...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Nie stwierdzono konfliktu interesów.
Jesteśmy szczególnie wdzięczni S. Graewe i V. Heusslerowi za wstępne szkolenie i ciągły wkład w mikroskopię przyżyciową pasożytów malarii, J. Burnsowi za przekazanie transgenicznych pasożytów GFP, A. Boschowi (Confocal Unit, CCiT-UB, IDIBAPS) za pomoc w analizie obrazu i kwantyfikacji oraz P. Astola za pomoc techniczną. Dziękujemy R. Tousowi i I. Caraltowi za produkcję wideo. MF jest stypendystą Stypendium Naukowego Generalności Katalonii. HAP jest profesorem naukowym ICREA. Prace w laboratorium HAP są finansowane ze środków Siódmego Programu Ramowego Wspólnoty Europejskiej (7PR/2007-2013) na podstawie umowy o grant nr 242095, przez Fundację Prywatną CELLEX (Katalonia, Hiszpania) oraz przez hiszpańskie Ministerstwo Nauki i Innowacji (SAF2009-07760).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Mikroskop konfokalny Leica TCS-SP5 | Numer | seryjny TCS-SP5 Numer seryjny 5100000419 | |
| Ketamina (Ketolar 50 mg/ml) | Pfizer Pharma GmbH | 631028 | |
| Midazolam 15 mg/3 ml | Normon | 838193 | |
| 70 000 MW Dekstran, sprzężony z Texas Red | Molecular Probes, Life Technologies | D1830 | |
| Izotiocyjanian fluoresceiny, izomer I (FITC) | Sigma-Aldrich | F7250 | |
| H– CHST 33342 | Sigma-Aldrich | H1399 | |
| Bejca Giemsa | Sigma-Aldrich | GS1 | Roztwór roboczy ma 10% stężenia w wodzie destylowanej |
| Super Glue-3 Loctite | Loctite | 9975-0880 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie