RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
pl_PL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Techniki obrazowania małych zwierząt pozwalają na seryjne badania diagnostyczne i interwencje terapeutyczne in vivo. W ostatnim czasie zakres zastosowań znacznie się poszerzył i obecnie obejmuje ocenę rozwoju guza jelita grubego, gojenie się ran oraz monitorowanie stanu zapalnego. Protokół ten ilustruje te różnorodne potencjalne zastosowania endoskopii mysiej skóry.
Modele mysie są powszechnie używane do badania patogenezy chorób człowieka oraz do oceny procedur diagnostycznych, jak również interwencji terapeutycznych przedklinicznie. Jednak prawidłowa ocena zmian patologicznych często wymaga analizy histologicznej, a gdy jest wykonywana ex vivo, wymaga śmierci zwierzęcia. Dlatego w konwencjonalnych warunkach eksperymentalnych rzadko możliwe są wewnątrzindywidualne badania kontrolne. W ten sposób rozwój endoskopii mysiej u żywych myszy umożliwia badaczom po raz pierwszy zarówno bezpośrednią wizualizację błony śluzowej przewodu pokarmowego, jak i powtórzenie procedury w celu monitorowania zmian. Istnieje wiele zastosowań endoskopii mysiej in vivo, w tym badanie stanów zapalnych jelit lub gojenia się ran, wielokrotne wykonywanie biopsji błony śluzowej oraz miejscowe podawanie środków diagnostycznych lub terapeutycznych za pomocą miniaturowych cewników iniekcyjnych. Ostatnio obrazowanie molekularne rozszerzyło możliwości obrazowania diagnostycznego, umożliwiając specyficzne wykrywanie różnych cząsteczek docelowych za pomocą specjalnych fotosond. Podsumowując, endoskopia mysia stała się nowatorską, najnowocześniejszą technologią diagnostycznego eksperymentalnego obrazowania in vivo i może znacząco wpłynąć na badania przedkliniczne w różnych dziedzinach.
Modele zwierzęce znacznie wzbogaciły nasze zrozumienie licznych patologii jelitowych. Mysz laboratoryjna (Mus musculus) stała się głównym modelem zwierzęcym w badaniach biomedycznych ze względu na obfitość informacji genetycznych i genomicznych i jest łatwo dostępna w szczepach transgenicznych i nokautowych. Oprócz lepszego zrozumienia patogenezy chorób, modele zwierzęce są również wykorzystywane do testowania kandydatów na leki, a także do przedklinicznych interwencji diagnostycznych lub terapeutycznych. Jednak pomimo różnorodności modeli mysich naśladujących chorobę ludzką, wiele opcji diagnostycznych i interwencyjnych, które są rutynowo stosowane w opiece nad pacjentem, nie jest dostępnych dla myszy. W związku z tym strategie nadzoru mające na celu monitorowanie przebiegu choroby mysiej lub skutków interwencji terapeutycznych są często ograniczone do pośrednich obserwacji lub analiz pośmiertnych. Chociaż istnieją nieinwazyjne procedury monitorowania żywotności myszy, takie jak wskaźniki aktywności choroby, kwantyfikacja utraty lub przyrostu masy ciała, analizy krwi, moczu i kału, są to tylko wskaźniki pośrednie i są obciążone zmiennością międzyosobniczą. Ponadto analizy pośmiertne zapobiegają obserwacjom podłużnym w powtarzających się punktach czasowych. Zaawansowane techniki obrazowania do monitorowania aktywności choroby u myszy zostały wprowadzone dopiero niedawno 1,2. Chociaż te techniki obrazowania pozwalają na powtarzalne analizy, zapewniają jedynie opisowy i często nieprecyzyjny obraz jelit, nie umożliwiają bezpośredniej wizualizacji błony śluzowej ani nie umożliwiają interwencji diagnostycznych lub terapeutycznych, takich jak pobieranie biopsji lub miejscowe i dośluzówkowe stosowanie kandydatów na leki.
Ostatnio opracowano systemy endoskopowe o wysokiej rozdzielczości do stosowania u żywych myszy 3,4. Po raz pierwszy te techniki endoskopowe umożliwiają bezpośrednią wizualizację patologii choroby jelita grubego, takich jak gojenie się ran lub zapalenie jelit, zapewniając obiektywny stan w czasie rzeczywistym, umożliwiając badania podłużne na tym samym zwierzęciu w powtarzających się punktach czasowych. Oprócz umożliwienia wielokrotnych biopsji u pojedynczej myszy, systemy endoskopowe mogą być również stosowane do terapeutycznego wpływania na odrębny guz lub zlokalizowany stan zapalny poprzez umożliwienie bezpośredniego zastosowania substancji w obszarze zainteresowania. Ponadto, ponieważ substancje terapeutyczne i kontrolne mogą być dostarczane bezpośrednio do obszaru zainteresowania, można to zrobić za pomocą tej samej myszy, z wyłączeniem zmienności międzyosobniczej. Systemy te zostały obecnie wykorzystane do oceny stanu zapalnego jelita grubego, gojenia się ran, laparoskopowych biopsji wątroby i ortotopowej indukcji guzów wątroby 8 i rozwoju guza przy użyciu różnych systemów punktacji, takich jak mysi endoskopowy wskaźnik nasilenia zapalenia jelita grubego (MEICS) 5-7. MEICS składa się z pięciu parametrów do oceny stanu zapalnego: pogrubienie ściany jelita grubego, zmiany wzoru naczyniowego, obecność fibryny, ziarnistość powierzchni błony śluzowej i konsystencja stolca.
W tym protokole opisujemy zastosowanie sztywnej endoskopii w mysich modelach gojenia się ran jelitowych, stanów zapalnych i raka jelita grubego. Po pierwsze, pokazujemy endoskopową ocenę gojenia się ran i zapalenia okrężnicy, a także podłużną ocenę aktywności zapalenia jelita grubego i badanie rakogenezy w jelicie grubym. Poza opisowym zastosowaniem endoskopii mysiej podajemy szczegółowe instrukcje dotyczące korzystania z oprzyrządowania endoskopowego do uzyskiwania biopsji oraz miejscowego i dośluzówkowego stosowania różnych składników będących przedmiotem zainteresowania (np. kandydatów na leki lub komórek nowotworowych). Na koniec demonstrujemy zastosowanie mysiej endoskopii fluorescencyjnej, która wykorzystuje wyrafinowane techniki obrazowania molekularnego, w leczeniu guzów jelita grubego.
Wszystkie eksperymenty na zwierzętach zostały zatwierdzone przez Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz (LANUV) zgodnie z niemiecką ustawą o ochronie zwierząt.
1. Materiały i konfiguracja eksperymentalna
2. Wyposażenie techniczne
3. Znieczulenie zwierząt
4. Kolonoskopia
5. Po kolonoskopii
Monitorowanie in vivo gojenia się ran jelitowych
Podczas rutynowej endoskopii rany błony śluzowej indukowano mechanicznie za pomocą miniaturowych kleszczyków biopsyjnych o średnicy 3 French (równej 1 mm; Rysunek 1A). Następnie gojenie się ran monitorowano za pomocą codziennych badań endoskopowych i określano ilościowo poprzez pomiar resztkowej powierzchni rany za pomocą oprogramowania do edycji obrazu, np. ImageJ (ryc. 1B). Indywidualne zamknięcie rany w czasie jest wyrażone ilorazem rzeczywistej powierzchni rany / początkowej powierzchni rany. Na przykład w 3. dniu po powstaniu rany wyleczono 41% ± 4,1% powierzchni rany, podczas gdy w 7. dniu rana była zwykle całkowicie zagojona (ryc. 1C). Dodatkowo, pod koniec eksperymentu, rany mogą zostać wycięte w celu oceny histologicznej ex vivo. Przedstawiono reprezentatywne obrazy łożysk ran barwionych hematoksyliną i eozyną (H&E) w dniu 0 i 5 (ryc. 1D).
Endoskopowa terapia iniekcyjna dośluzówkowa
W celu dośluzówkowego podawania środków farmakologicznych do kanału roboczego endoskopu wprowadzono elastyczną rurkę (średnica 0,96 mm) z kaniulą przymocowaną do końca (30 G) (ryc. 2A). Po dośluzówkowym umieszczeniu igły ostrożnie wstrzyknięto maksymalnie 50 μl. Wskazując na skuteczne zastosowanie dośluzówkowe, uniesienie błony śluzowej okrężnicy można łatwo zaobserwować makroskopowo (ryc. 2B, C).
Ocena in vivo eksperymentalnego zapalenia jelita grubego
Po indukcji zapalenia jelita grubego myszy wykazywały utratę masy ciała od dnia 3, przy czym maksymalna utrata masy ciała o 19% wystąpiła w dniu 7 (ryc. 3A). Oprócz codziennego pomiaru masy ciała, aktywność choroby monitorowano za pomocą powtarzalnych endoskopii i makroskopowej kwantyfikacji stanu zapalnego za pomocą mysiego endoskopowego wskaźnika nasilenia zapalenia jelita grubego (MEICS). Zgodnie z utratą masy ciała, wynik MEICS został zwiększony w dniu 7 po rozpoczęciu DSS, co wskazuje na masywne uszkodzenie zapalne błony śluzowej okrężnicy, które uległo złagodzeniu w dniu 13 (Figura 3B). W celu korelacji ex vivo uszkodzeń histologicznych określono ilościowo zmiany zapalne odcinków okrężnicy wybarwionych H&E zgodnie z 11 punktacją Dielemana. W dniu 7 po rozpoczęciu DSS uszkodzenie histologiczne było znacznie wyższe u myszy leczonych DSS w porównaniu z grupą kontrolną, co znalazło odzwierciedlenie w denudacji nabłonka, owrzodzeniach błony śluzowej, a także zwiększonym nacieku neutrofili i uległo znacznej poprawie w dniu 13 (Figura 3C, E). Ponadto ocena histologiczna biopsji błony śluzowej, rutynowo uzyskiwana podczas badań endoskopowych, potwierdziła zaawansowany etap zapalenia jelita grubego w dniu 7 (ryc. 3F-H).
Endoskopia fluorescencyjna guzów jelita grubego
Około 80 dni po indukcji guza przez OZUŚ i trzech cyklach DSS (ryc. 4A) endoskopowo obserwowano mnogie guzy okrężnicy (ryc. 4C), a także makroskopowe objawy przewlekłego stanu zapalnego, takie jak ziarnista błona śluzowa (ryc. 4B) 10. Ocena histologiczna guzów jelita grubego za pomocą barwienia H&E ujawniła gruczolaki z neoplazją śródnabłonkową o wysokim stopniu złośliwości i bez niej. W związku z tym model AOM-DSS przypomina doskonały model do badania molekularnych procesów kancerogenezy 12, a także do oceny nowych urządzeń diagnostycznych13. Obrazowanie fluorescencyjne ukierunkowane na określone cząsteczki umożliwia obrazowanie molekularne in vivo za pomocą "metod fotograficznych" 14,15. Aby wykazać wykonalność FE, użyliśmy FITC, powszechnie stosowanego fluorochromu. W celu specyficznej detekcji FITC system filtrów pasmowoprzepustowych w połączeniu ze źródłem światła zapewniał określoną długość fali wzbudzenia (490 nm; Rysunek 4D). W celu dokładnego wykrycia właściwej dla FITC długości fali emisji (525 nm), drugi filtr pasmowoprzepustowy został umieszczony między głowicą kamery a endoskopem (rysunek 4E). FE bez aplikacji znacznika nie wykrył żadnego specyficznego sygnału i nie miał interakcji z tkanką okrężnicy lub autofluorescencją kału (Figura 4F, G). W przeciwieństwie do tego, bezpośrednio po dożylnym zastosowaniu FITC-dextran, fluorochrom można zaobserwować na błonie śluzowej okrężnicy i można go wykorzystać do oceny zwiększonego unaczynienia w obszarach przewlekłego stanu zapalnego (ryc. 4H), a także złośliwej błony śluzowej (ryc. 4I). W związku z tym kwantyfikacja intensywności fluorescencji za pomocą oprogramowania do edycji obrazu wykazała znacznie zwiększony wychwyt fluorochromu w tkance złośliwej w porównaniu z niedotkniętą błoną śluzową okrężnicy (Figura 4K).

Rysunek 1. Endoskopowe monitorowanie gojenia się ran nabłonkowych in vivo oraz ilościowa i histologiczna ocena gojenia się ran. Po wytworzeniu ran okrężnicy można łatwo wykryć granicę rany i zamknięcie rany. Obszar rany (białe strzałki) jest oceniany podczas codziennych endoskopii kontrolnych w celu ilościowego śledzenia gojenia się rany nabłonkowej (A-C). Ex vivo rany zostały wycięte i wybarwione H&E w celu analizy histologicznej gojenia się ran (D). Skale są definiowane przez przedstawiony pasek podziałki. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rycina 2. Terapia iniekcyjna dośluzówkowa pod kontrolą endoskopii. Pod kontrolą wzrokową końcówkę igły (A) miękko umieszcza się w błonie śluzowej okrężnicy i wstrzykuje 50 μl rozpuszczonych substancji (B). Następnie można rozpoznać wyraźny lifting błony śluzowej (gwiazdka) bez żadnych oznak ostrego krwawienia (C). Skale są definiowane przez przedstawiony pasek podziałki. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rycina 3. Endoskopowa ocena przebiegu eksperymentalnego zapalenia jelita grubego DSS. Przebieg zapalenia jelita grubego oceniano na podstawie zmian masy ciała, badań endoskopowych, a także analizy histologicznej zapalnych odcinków jelita grubego i biopsji endoskopowych. Wraz z masywną utratą masy ciała i zaawansowanym uszkodzeniem histologicznym w 7 dniu (A, C, E; powiększenie 10X), badania endoskopowe i ocena histologiczna uzyskanych biopsji wykazały oznaki ciężkiego stanu zapalnego (B, D, G, H; powiększenie 5X i 10X), natomiast w 13 dobie po rozpoczęciu DSS zmiany zapalne uległy znacznej poprawie. Skale są definiowane przez przedstawiony pasek podziałki. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rycina 4. FE guzów jelita grubego. Po indukcji rakotwórczości jelita grubego przez OZUŚ i cyklicznym podawaniu DSS przez 11 tygodni (A), endoskopia światłem białym wykryła ziarnistą błonę śluzową wskazującą na przewlekłe zapalenie jelita grubego (B) i liczne zmiany w obrębie promienia środkowego (C), które zostały zdiagnozowane jako gruczolaki z neoplazją śródnabłonkową wysokiego stopnia za pomocą barwienia H&E ex vivo (G). Podczas gdy wizualizacja przewlekłego stanu zapalnego (H) i guzów (I) była łatwo możliwa przy użyciu ukierunkowanego na FE FITC, FE bez aplikacji znacznika nie pozwalała na ostateczne wykrycie guza (F, G). W związku z tym kwantyfikacja intensywności fluorescencji była znacznie zwiększona w obrębie tkanki nowotworowej w porównaniu z niedotkniętą błoną śluzową okrężnicy, co wykazano za pomocą profili skali szarości (E, F). Aby przełączyć się w tryb fluorescencji podczas kolonoskopii światłem białym, do źródła zimnego światła dodatkowo podłącza się specjalny filtr pasmowoprzepustowy, aby zapewnić określoną długość fali wzbudzenia (np. 490 nm dla FITC; Filtr ten ułatwia przełączanie (biała strzałka) między trybem światła białego a trybem fluorescencji (D). Aby uchwycić określoną długość fali emisji (np. 525 nm dla FITC), drugi filtr pasmowo-przepustowy jest umieszczany między endoskopem a głowicą kamery za pomocą złącza bagnetowego (E). Skale są definiowane przez przedstawiony pasek skali. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 5. Eksperymentalne ustawienie endoskopowego stanowiska roboczego. Endoskopowe stanowisko robocze (A) składa się z następujących elementów: teleskopu prostego (0°, średnica: 1,9 mm, długość: 10 cm; B), osłona endoskopowa (9 Charr.) bez (C) i z kanałem roboczym (D), kamerą (E) i kleszczami biopsyjnymi (F). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Techniki obrazowania małych zwierząt pozwalają na seryjne badania diagnostyczne i interwencje terapeutyczne in vivo. W ostatnim czasie zakres zastosowań znacznie się poszerzył i obecnie obejmuje ocenę rozwoju guza jelita grubego, gojenie się ran oraz monitorowanie stanu zapalnego. Protokół ten ilustruje te różnorodne potencjalne zastosowania endoskopii mysiej skóry.
Dziękujemy Sonji Dufentester i Elke Weber za fachową pomoc techniczną. Dziękujemy Faekah Gohar za korektę manuskryptu i Stefanowi Brücknerowi za wsparcie w zakresie informatyki medycznej. Prace te zostały wsparte interdyscyplinarnym grantem Else-Kröner-Fresenius-Stiftung (2012_A94). D. Bettenworth był stypendystą naukowym na Wydziale Lekarskim Westfälische Wilhelms-Universität Münster. M. Brückner był wspierany przez rotacyjną pozycję "Gerok" Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG SFB1009B8). Dziękujemy Heike Blum za ilustrację kreskówki z myszką.
| Odczynniki | |||
| Dieta bez lucerny | Harlan Laboritories, Madison, USA | 2014 | |
| Azoksymetan (AOM) | Sigma-Aldrich, Deisenhofen, Niemcy | A5486 | |
| Maść do oczu Bepanthen | Bayer, Leverkusen, Niemcy | 80469764 | |
| Siarczan dekstranu sodu (DSS) | TdB Konsulatancje, Uppsala, Szwecja | DB001 | |
| Eosin | Sigma-Aldrich, Deisenhofen, Niemcy | E 4382 | |
| Kwas etylenodiaminotetraoctowy (EDTA) | Sigma-Aldrich, Deisenhofen, Niemcy | E 9884 | |
| Probówka Falcon 50 ml | BD Biosciences, Erembodegem, Belgia | 352070 | |
| Florene 100 V/V | Abbott, Wiesbaden, Niemcy | B506 | |
| Haematoxylin | Sigma-Aldrich, Deisenhofen, Niemcy | HHS32-1L | |
| Izopentan (2-metylobutan) | Sigma-Aldrich, Deisenhofen, Niemcy | M32631-1L | |
| Błękit metylenowy | Merck, Darmstadt, Niemcy | 1159430025 | |
| O.C.T. Tissue Tek compound | Sakura, Zoeterwonde, Holandia | 4583 | |
| Omnican F - canula | Braun, Melsungen, Niemcy | 9161502 | |
| Sól fizjologiczna buforowana fosforanami, PBS | Lonza, Verviers, Belgia | 4629 | |
| Chlorek sodu 0,9% | Braun, Melsungen, Niemcy | 5/12211095/0411 | |
| Dieta standardowa | Altromin, Lage, Niemcy | 1320 | |
| Tissue-Tek Cryomold | Sakura, Leiden, Holandia | 4566 | |
| Vitro – Clud | R. Langenbrinck, Teningen, Niemcy | 04-0002 | |
| Sprzęt | |||
| AIDA Control | Karl Storz - Endoskope, Tuttlingen, Niemcy | 20 096020 | |
| Filtr pasmowo-przepustowy | Semrock, Rochester, Stany Zjednoczone | HC 716/40 | |
| Filtr pasmowo-przepustowy | Semrock, Rochester, Stany Zjednoczone | HC 809/81 | |
| Kleszcze do biopsji, 3 Fr., 28 cm | Karl Storz - Endoskope, Tuttlingen, Niemcy | 61071ZJ | |
| Dell Monitor | Dell, Frankfurt nad Menem, Niemcy | U2412Mb | |
| Osłona egzaminacyjna, 9 Fr.Karl | Storz - Endoskope, Tuttlingen, Niemcy | 61029D | |
| Osłona egzaminacyjna, 9 Fr.Karl | Storz - Endoskope, Tuttlingen, Niemcy | światłowodowy61029C | |
| , 3.5 mm | Karl Storz - Endoskope, Tuttlingen, Niemcy | 69495NL | |
| Fluorescein Blue System filtracyjny | Karl Storz - Endoskope, Tuttlingen, Niemcy | 20100032 | |
| Filtr barierowy fluoresceinowy | Karl Storz - Endoskope, Tuttlingen, Niemcy | 20100033 | |
| Przełącznik nożny | Karl Storz - Endoskope, Tuttlingen, Niemcy | 20010430 | |
| Teleskop HOPKINS, 1,9 mm, długość 10 cm | Karl Storz - Endoskope, Tuttlingen, Niemcy | 1830231 | |
| SCB D-light P | Karl Storz - Endoskope, Tuttlingen, Niemcy | 20 133720 | |
| SCB tricam SL II | Karl Storz - Endoskope, Tuttlingen, Niemcy | 20 2230 20 | |
| Zestaw przewodów VETPUMP II | Karl Storz - Endoskope, Tuttlingen, Niemcy | 69811 | |
| Tricam PDD PAL | Karl Storz - Endoskope, Tuttlingen, Niemcy | 20221037 | |
| UniVet Porta | Groppler Medizintechnik, Deggendorf, Niemcy | BKGM 0451 | |
| Vetpump 2 | Karl Storz - Endoskope, Tuttlingen, Niemcy | 69321620 | |