1. Myszowy model ostrego zapalenia jelita grubego indukowanego DSS
- Dodać dekstran siarczan sodu (DSS) do autoklawowanej wody pitnej do pożądanej stężenia końcowego (1-5%) (mas/obj) (np. aby przygotować 5% roztwór DSS, należy dodać 25 g proszku DSS do 500 mL autoklawowanej wody). Roztwór zapasowy można przechowywać w temperaturze pokojowej do jednego tygodnia lub w 4°C do czasu użycia.
- W komorze z laminarnym przepływem powietrza przelać roztwór zapasowy DSS do probówek Falcon o pojemności 50 mL (jedna probówka na każdą klatkę). Roztwór zapasowy należy zachować do uzupełniania probówek w razie potrzeby.
- Zastąpić wodę pitną w każdej klatce z myszami roztworem DSS (w probówkach Falcon 50 mL) (Czas trwania zależy od zastosowanego schematu podawania DSS. Na przykład w przypadku samców myszy C57BL/6 w wieku 6-8 tygodni podajemy 5% roztwór DSS przez łącznie pięć dni). Myszy nie powinny mieć dostępu do żadnego innego źródła wody. Myszom z grupy kontrolnej podaje się autoklawowaną wodę pitną bez DSS.
- Ważić myszy codziennie i zapisywać ilość DSS spożytego w ciągu dnia. Uzupełnić każdą probówkę do 50 mL po odczytaniu poziomu DSS. Służy to pomiarowi przybliżonej objętości DSS spożytej na klatkę i na mysz przez cały czas trwania eksperymentu. W naszych badaniach stosujemy 5% roztwór DSS przez 5 dni u samców myszy C57BL/6. Przy tym konkretnym schemacie DSS znaczny spadek masy ciała, zmiana konsystencji stolca i oznaki krwi w kale są widoczne już w 3. dniu. Podczas podawania DSS myszy wykazują wyraźny spadek masy ciała (około 5-10% masy początkowej w 5. dniu), przy czym spadek masy ciała powyżej 20% masy początkowej wraz z odwodnieniem i biegunką jest istotnym wskaźnikiem fizjologicznym świadczącym o tym, że zwierzę osiągnęło lub zbliża się do punktu końcowego. Jeśli po 5 dniach podawania 5% DSS zwierzę otrzyma dostęp do normalnej wody, wyzdrowieje w ciągu 7 dni. Wszystkie eksperymenty powinny zostać zatwierdzone przez instytucjonalną komisję etyki ds. zwierząt i być zgodne z zatwierdzonym Protokołem Wykorzystania Zwierząt (AUP).
- W trakcie trwania eksperymentu można oceniać wskaźnik aktywności choroby (DAI), aby ocenić kliniczny postęp zapalenia jelita grubego. DAI jest łączną punktacją obejmującą spadek masy ciała w porównaniu z masą początkową, konsystencję stolca oraz krwawienie. Punktację definiuje się następująco: spadek masy ciała: 0 (brak spadku), 1 (1-5%), 2 (5-10%), 3 (10-20%) i 4 (>20%); konsystencja stolca: 0 (normalna), 2 (stolce luźne) i 4 (biegunka); oraz krwawienie: 0 (brak krwi), 1 (Hemoccult dodatni), 2 (Hemoccult dodatni i widoczne krwawienie w odchodach) i 4 (silne krwawienie, krew wokół odbytu). Punktację DAI można przeprowadzać codziennie podczas leczenia DSS.
- W wybranym punkcie czasowym zważyć i poświęcić myszy. Myszy można uśmiercić poprzez zwichnięcie karku po inhalacji izofluranem lub inną metodą zatwierdzoną przez instytucjonalną pracownię zwierząt.
2. Pobranie próbek tkanki okrężnicy
- Odsłoń stronę brzuszną zwierzęcia i zwilż okolicę brzucha 70% roztworem etanolu. Na tym etapie zapoznaj się z Tabelą 1 i odnotuj u każdego zwierzęcia wszelkie oznaki krwawienia z odbytnicy (obecność krwi w otworze odbytu) lub wypadania odbytnicy.
- Używając standardowych nożyczek sekcyjnych, wykonaj nacięcie wzdłuż linii środkowej brzucha.
- Zlokalizuj okrężnicę i przetnij ją jak najbliżej granicy kolnorektalnej, aby uwolnić dystalną część okrężnicy.
- Ostrożnie i powoli wyciągnij całą okrężnicę, oddzielając ją od otaczającej krezki.
- Przetnij okrężnicę na granicy kolnocekalnej, aby uwolnić proksymalny koniec jelita. Kał można usunąć, płucząc okrężnicę sterylnym PBS za pomocą igły do gavage podłączonej do strzykawki 3 lub 5 mL lub ostrożnie wyciskając go za pomocą zakrzywionej pęsety. Wykorzystując całą okrężnicę, oceń stopień uszkodzeń (zob. sekcję 3.1).
- Pobieranie próbek tkanek do analizy histologicznej i innych testów można przeprowadzić poprzez wycięcie fragmentów okrężnicy o długości od 0,5 cm do 1,0 cm, odnotowując obszar, z którego pochodzi próbka (tzn. proksymalny, środkowy lub dystalny).
- Próbki tkanek przeznaczone do testów można umieścić pojedynczo w probówkach typu eppendorf o pojemności 1,5 mL, zamrozić w ciekłym azocie i przechowywać do czasu użycia w temperaturze -70°C.
3. Ocena stopnia nasilenia zapalenia jelita grubego
- Makroskopową ocenę stopnia nasilenia choroby przeprowadza w punkcie końcowym bezstronny obserwator, korzystając z wcześniej opublikowanego systemu punktacji (Tabela 1).9 Konsystencję kału można ocenić za pomocą pęsety, naciskając na próbkę w celu określenia jej gęstości. Aby ustalić punktację dla krwi w kale, należy zwrócić uwagę na kolor stolca (np. stolec czarny w porównaniu do jasnobrązowego), a następnie potwierdzić wynik testem Hemoccult. Korzystając z systemu punktacji, należy określić wartość dla każdego z parametrów. Końcowy wynik makroskopowy dla każdego zwierzęcia stanowi suma poszczególnych punktów.
- W celu oceny uszkodzeń histologicznych stopnia nasilenia zapalenia jelita grubego należy wyciąć mały fragment (0,5 cm) okrężnicy, umieścić go w kasecie tkankowej i zanurzyć w 10% buforowanym roztworze formaliny. Należy przygotować 5 μm przekroje poprzeczne zatopione w parafinie i zabarwić je hematoksyliną i eozyną (H&E) zgodnie z odpowiednimi procedurami. Fragmenty okrężnicy mogą być pobrane z części proksymalnej, środkowej lub dystalnej jelita grubego.
- Przekroje tkanki okrężnicy zabarwione H&E są oceniane przez oślepionego obserwatora przy użyciu wcześniej opublikowanego systemu według następujących kryteriów: architektura krypt (prawidłowa, 0 – ciężkie zniekształcenie krypt z utratą całych krypt, 3), stopień nacieku komórek zapalnych (prawidłowy, 0 – gęsty naciek zapalny, 3), pogrubienie mięśniowe (podstawa krypty spoczywa na błonie mięśniowej śluzówki, 0 – wyraźne pogrubienie mięśni, 3), ubytek komórek kubkowych (brak, 0 – obecny, 1) oraz ropień krypt (brak, 0 – obecny, 1).7 Wynik uszkodzeń histologicznych jest sumą poszczególnych punktacji. Należy zauważyć, że w przeciwieństwie do ludzkiej wrzodziejącej colitis, ropnie krypt nie są charakterystyczne dla tego modelu i są rzadko spotykane; równie rzadkie są owrzodzenia mikroskopowe. Jeśli zabarwiono wiele przekrojów okrężnicy, do ustalenia końcowego wyniku dla każdego obszaru należy wykorzystać wyniki histologiczne z podobnych przekrojów (np. wynik histologiczny w okrężnicy proksymalnej w porównaniu z wynikiem histologicznym w okrężnicy dystalnej).
4. Przygotowanie roztworów zapasowych odczynników do analiz
- Przygotować 50 mM roztwór buforu fosforanowo-potasowego, dodając roztwór B (K2HPO4, 8,7 g fosforanu dwupodstawnego potasu w 1 L dH2O) do roztworu A (KH2PO4, 6,8 g fosforanu jednopodstawnego potasu w 1 L dH2O) aż do uzyskania pH 6,0. Pozostałe roztwory można przechowywać w lodówce (2-8°C) do późniejszego użycia.
- Przygotować bufor bromek heksadecylotrimetylammonium (HTAB), dodając 5 g HTAB do 1 L buforu fosforanowo-potasowego (50 mM, pH=6,0). Delikatnie podgrzać w celu rozpuszczenia i przechowywać w temperaturze 2-8°C do momentu użycia. W razie potrzeby podgrzać, aby ponownie rozpuścić.
- Przygotować bufor do lizy do homogenizacji tkanek w analizie białek, dodając 10 mL 1M kwasu trys-chlorowodorowego (pH=8,0), 6 mL 5M chlorku sodu i 2 mL Triton X-100 do 182 mL sterylnej wody destylowanej. Triton X-100 jest bardzo lepki w temperaturze pokojowej, dlatego przed użyciem należy go delikatnie ogrzać. Przygotowany bufor do lizy można przechowywać w temperaturze -20°C do momentu użycia.
5. Przygotowanie próbek do analiz
- Przygotowanie próbek do analizy MPO.
- Wyjąć próbki z temperatury -70°C i umieścić na lodzie. Zważyć każdą próbkę po usunięciu widocznych resztek kału lub tłuszczu za pomocą zgiętej pęsety i umieścić ją w 2mL probówce do mikrocentryfugi Eppendorf Safe-Lock (lub dowolnej probówce kompatybilnej z homogenizatorem). Próbki należy przez cały czas przechowywać na lodzie. Należy pamiętać, aby z każdego powtórzenia biologicznego pobierać podobne fragmenty okrężnicy (np. wyłącznie sekcje dystalne lub wyłącznie sekcje proksymalne).
- Do każdej probówki z próbką dodać kulkę do homogenizacji.
- Dodać odpowiednią ilość buforu HTAB w zależności od masy tkanki. Jeśli masa tkanki jest mniejsza niż 25 mg, dodać bufor w stosunku 12,5mg/mL; jeśli masa tkanki wynosi od 25 do 50 mg, dodać w stosunku 25mg/mL. Jeśli masa tkanki jest większa niż 50 mg, dodać bufor w stosunku 50mg/mL.
- Homogenizować za pomocą homogenizatora tkankowego przez 4 min przy 30 Hz. Powtórzyć czynność, jeśli tkanka nie została w pełni zhomogenizowana.
- Usunąć kulkę do homogenizacji i odwirować roztwór przez 6 min (13400 x g, 4°C).
- Zebrać nadsącz i odrzucić powstały osad. Nadsącz można przechowywać w temperaturze -70°C do czasu użycia.
- Przygotowanie próbek do analizy cytokin.
- Powtórzyć kroki 5.1.1. do 5.1.2.
- Do 10 mL przygotowanego buforu do lizy dodać 50 μl koktajlu inhibitorów proteaz (PIC).
- Do każdej próbki, niezależnie od jej masy, dodać 1 mL roztworu PIC i buforu do lizy.
- Homogenizować przez 5 min przy 30 Hz. Powtórzyć czynność, jeśli tkanka nie została w pełni zhomogenizowana.
- Usunąć kulkę do homogenizacji i odwirować roztwór przez 5 min przy 3300 x g.
- Zebrać nadsącz i odrzucić powstały osad. Nadsącz można przechowywać w temperaturze -70°C do czasu użycia.
6. Ilościowe oznaczenie markerów stanu zapalnego
- Oznaczenie aktywności MPO
- Przygotować roztwór dwuchlorku o-dianizydyny (o-dianizydyny), łącząc 16,7 mg dwuchlorku o-dianizydyny, 90 mL dH2O oraz 10 mL buforu fosforanowego potasu. Roztwór ten należy przygotowywać na świeżo do każdego oznaczenia.
- Do płytki 96-dołkowej dodać w trzech powtórzeniach po 7 μL homogenatu tkankowego (przygotowanego w sekcji 5.1).
- Do mieszaniny o-dianizydyny dodać 50 μL rozcieńczonego H2O2 (4 μL 30% H2O2 rozcieńczonego w 96 μL dH2O).
- Za pomocą pipety wielokanałowej dodać 200 μL mieszaniny o-dianizydyny zawierającej H2O2 do każdego dołka.
- Zmierzyć absorbancję przy 450 nm za pomocą spektrofotometru. Wykonać trzy pomiary w odstępach 30 sekund.
- Obliczyć aktywność MPO. Aktywność MPO wyraża się w jednostkach (U) MPO/mg tkanki, gdzie jedną jednostkę MPO definiuje się jako ilość potrzebną do rozkładu 1 μmoL H2O2 na minutę w temperaturze pokojowej. Przyjmując, że jedna jednostka (U) MPO = 1 μmoL rozłożonego H2O2, a 1 μmoL H2O2 powoduje zmianę absorbancji o 1,13 x 10-2 nm/min, jednostki MPO w każdej próbce określa się jako zmianę absorbancji [ΔA(t2-t1)]/Δmin x (1,13 x 10-2). Aby uzyskać jednostki na mg tkanki, należy zastosować stosunek tkanka:bufor. Na przykład, jeśli zastosowano stosunek tkanka:bufor wynoszący 50 mg/mL, w 7 μL homogenatu znajduje się 0,35 mg tkanki. Zatem, aby uzyskać jednostki na mg tkanki, należy podzielić jednostki MPO przez 0,35. Poniżej zamieszczono przykładowe obliczenia z wykorzystaniem wartości absorbancji (nm) (przy założeniu, że próbka została dodana w trzech powtórzeniach):
| Próbka | Czas 0 s | Czas 30 s | Czas 60 s |
| A | 1 | 2 | 3 | 1' | 2' | 3' | 1" | 2'' | 3" |
| | 0.048 | 0.048 | 0.051 | 0.061 | 0.061 | 0.065 | 0.074 | 0.073 | 0.078 |
- Średnia w czasie 0 s = (0,048 + 0,048 + 0,051)/3 = 0,049 nm
- Średnia w czasie 30 s = 0,0623 nm
- Średnia w czasie 60 s = 0,075 nm
- Zmiana absorbancji (ΔA) od 0 do 30 s / mg tkanki (przy założeniu stosunku tkanki do buforu 50 mg/mL) = [(0,0623-0,049)/(1,13 x 10-2)]/0,35 = 3,363
- Zmiana absorbancji (ΔA) od 30 do 60 s / mg tkanki = 3,211
- *Aktywność MPO (U/mg tkanki) = średnia z ΔA(0-30) i ΔA(30-60) = 3,287
- Ilościowe oznaczenie cytokin prozapalnych metodą ELISA
- Poziomy cytokin (IL-1β, IL-6 i TNF-α) określa się przy użyciu dostępnego komercyjnie zestawu do enzymatycznego testu immunoabsorpcyjnego (ELISA) (Quantikine Murine; R&D Systems).
- Wartości absorbancji z każdego testu ELISA są normalizowane przy użyciu metody Bradforda dla każdego próbki i wyrażone w jednostkach pg/mg białka.
7. Reprezentatywne wyniki
Podanie odpowiedniego schematu DSS wywoła ostre zapalenie jelita grubego u myszy. W trakcie leczenia DSS wskaźnik DAI może być wykorzystany do oceny i analizy klinicznego postępu choroby. Zwierzęta leczone DSS wykażą znaczną utratę masy ciała w porównaniu z masą początkową, luźne stolce oraz krwawienie z kału (Rycina 1). Po uśmierceniu i badaniu jelita grubego stopień nasilenia zapalenia jest oceniany makroskopowo na podstawie skrócenia długości jelita grubego, krwawienia z jelita, krwawienia z kału, rozluźnienia konsystencji stolca oraz oznak krwawienia z odbytu w porównaniu z grupą kontrolną leczoną wyłącznie wodą (Rycina 2 i Tabela 1). Przekroje poprzeczne próbek tkanki jelita grubego barwione H&E wykażą wyższe oceny histologiczne dla jelit leczonych DSS w porównaniu z kontrolą leczoną wodą (Rycina 3). Aby dalej scharakteryzować zakres stanu zapalnego u myszy leczonych DSS, można ocenić aktywność MPO w homogenizatach próbek tkanki jelita grubego. Jelita leczone DSS wykażą wyższą aktywność MPO w porównaniu z grupą kontrolną (Rycina 4). Dodatkowo wiąże się to ze zwiększonymi poziomami cytokin prozapalnych (IL-1β, IL-6, TNF-α) (Rycina 5).

Rycina 1. Samce myszy C57BL/6 otrzymywały 5% DSS w wodzie pitnej przez 5 dni. Wskaźniki DAI oceniano codziennie dla każdego zwierzęcia i uśredniano dziennie dla każdej grupy (średnia ± SEM, n=4 myszy/grupa).

Rysunek 2. Myszy C57BL/6 otrzymywały 5% DSS w wodzie pitnej przez 5 dni. Myszy kontrolne otrzymywały wodę bez DSS. Punktację uszkodzeń makroskopowych/stopień ciężkości choroby oceniano metodą ślepej próby w 5. dniu po indukcji zapalenia jelita grubego za pomocą DSS. Okrężnice wyizolowane od myszy, które otrzymały DSS, wykazują wyższe wyniki uszkodzeń makroskopowych (krwawienie z odbytnicy, wypadanie odbytnicy, biegunka, krwawienie z okrężnicy), co wskazuje na większy stopień ciężkości choroby (średnia ± SEM, n=4 myszy/grupa).

Rycina 3. Myszy C57BL/6 otrzymywały 5% roztwór DSS w wodzie pitnej w celu wywołania zapalenia jelita grubego. Myszy kontrolne otrzymywały wodę bez DSS. (A) Ocena histologiczna została przeprowadzona w sposób ślepy na podstawie przekrojów tkanek jelita grubego barwionych H&E, pobranych w 5. dniu po podaniu DSS. (B) Próbki traktowane DSS wykazują większe uszkodzenia histologiczne (większą infiltrację komórkową, większy ubytek komórek kubkowych, większe zniekształcenie/uszkodzenie architektury krypt) w porównaniu do (C) kontroli (średnia ± SEM, n=4 myszy/grupa). Na zdjęciach (B) i (C) gwiazdka (*) oznacza obszar ubytku komórek kubkowych i zniekształcenia architektury krypt; znak kratki (#) oznacza infiltrację komórkową.

Rysunek 4. Wszystkie myszy zostały uśpione w 5. dniu po podaniu DSS, a następnie pobrano próbki tkanki okrężnicy w celu oceny aktywności MPO. Ciężkość zapalenia jelita grubego wywołanego przez DSS wiąże się z wyższymi poziomami aktywności MPO w porównaniu z grupami kontrolnymi (średnia ± SEM, n=4 myszy/grupa).

Rysunek 5. Oprócz wyższych poziomów MPO, ciężkość zapalenia jelita grubego indukowanego DSS wiąże się również ze zwiększonym poziomem cytokin prozapalnych, takich jak IL-1β, IL-6, TNF-α (średnia ± SEM, n=4 myszy/grupa).
| Wynik | Krwawienie z odbytnicy | Wypadanie odbytnicy | Konsystencja stolca | Krew |
| 0 | Brak | Brak | Normalna | Normalna |
| 1 | Czerwona | Objawy wypadania | Miękki | Czerwona |
| 2 | Ciemnoczerwona | Wyraźne wypadanie | Bardzo miękki | Ciemnoczerwona |
| 3 | Krwawienie masywne | Rozległe wypadanie | Biegunka | Czarna |
Tabela 1. Makroskopowy wskaźnik nasilenia choroby