$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Limfa przepływa z jelita cienkiego w jednokierunkowym procesie, który zaczyna się od pojedynczych mleczanów, które znajdują się w każdym kosmku jelita cienkiego1. Mleczaki są stosunkowo przepuszczalne dla płynów, makrocząsteczek i komórek, a zatem tworzenie limfy rozpoczyna się wraz z wejściem tych czynników do mleczanu. Początkowa limfa w mlekach przepływa następnie z jelita przez sieć mikronaczyń limfatycznych, zbierając (aferentne) naczynia limfatyczne, szereg węzłów chłonnych krezkowych i ostatecznie naczynia limfatyczne zawęzłowe (odprowadzające). W obrębie węzłów limfa przechodzi przez szereg zatok szpikowych, w których zachodzi wymiana z komórkami odpornościowymi rezydującymi w węzłach, a także materiałem wchodzącym do węzła z krwi. Cała limfa wypływająca z jelita cienkiego ostatecznie zbiega się w odprowadzającym górnym przewodzie chłonnym krezkowym, a następnie w cisterna chyli. Cisterna chyli zbiera również limfę odprowadzającą tkanki obwodowe ogona, okolice jelitowe, wątrobowe i lędźwiowe oraz łączy się z przewodem limfatycznym klatki piersiowej wraz z limfą ze śródpiersia i czaszkowych części ciała. Przewód chłonny piersiowy opróżnia limfę bezpośrednio do układu żylnego na styku lewej żyły szyjnej wewnętrznej i podobojczykowej. Opisany tu protokół, który umożliwia pobieranie limfy bezpośrednio z górnego przewodu chłonnego krezkowego, ułatwia tym samym analizę różnych czynników przechodzących bezpośrednio z jelita do krążenia ogólnoustrojowego (ogólnego) poprzez jelitowy układ limfatyczny.
Główne funkcje fizjologiczne przypisane układowi limfatycznemu jelit to utrzymanie równowagi płynów, ułatwienie wchłaniania lipidów i cząsteczek lipofilowych oraz umożliwienie odpowiednich odpowiedzi immunologicznych1. Komórki nowotworowe i wirusy rozprzestrzeniają się również przez limfatyczne jelita2-4, a kluczowe zmiany zachodzą w obrębie układu limfatycznego w kilku patologiach zapalnych i metabolicznych5-7. Kaniulacja krezkowego przewodu chłonnego w celu zebrania limfy w obrębie krezki umożliwia analizę przepływu płynu luzem przez limfy jelitowe, a także ilościowe określenie stężenia i szybkości transportu różnych komórek i cząsteczek. Można również ocenić zmiany w stężeniu lub pasażu tych czynników w odpowiedzi na różne wyzwania (np. diety, antygeny, leki) oraz w modelach chorobowych (np. zapalenie jelita grubego, HIV, cukrzyca). Chociaż niemożliwe jest dokładne opisanie każdego składnika limfatycznego, który może być tutaj analizowany i porównywany, limfa krezkowa w uproszczeniu składa się z fazy wodnej, lipidowej i komórkowej. Składniki będące przedmiotem zainteresowania w fazie wodnej obejmują peptydy i białka, takie jak antygeny lub tolerogeny8, przekaźniki immunologiczne, takie jak cytokiny i mediatory komórek tucznych9 oraz mediatory metaboliczne, takie jak inkretyny10. Frakcja komórkowa limfy krezkowej zawęzłowej składa się prawie w całości (ponad 99%) z limfocytów11. Różne komórki odpornościowe (komórki dendrytyczne, komórki tuczne itp.) dostają się do węzłowej limfy krezkowej, ale pozostają w węźle12. Jeśli interesujące są komórki w limfie doprowadzającej, możliwe jest pobranie tych komórek poprzez usunięcie węzłów chłonnych krezki na kilka dni przed kaniulacją węzła chłonnego krezki12. W ten sposób doprowadzające i odprowadzające przewody limfatyczne są bezpośrednio połączone, a komórki limfatyczne w limfie doprowadzającej przechodzą bezpośrednio do krezkowego przewodu chłonnego. W ten sposób można zbadać tranzyt i fenotyp różnych komórek odpornościowych przechodzących przez limfatyczne jelita. Być może najczęstszym powodem pobierania limfy krezkowej do tej pory jest jednak badanie przetwarzania jelitowego, wchłaniania i transportu lipidów pokarmowych i cząsteczek lipofilowych10.
Po spożyciu, lipidy dietetyczne są trawione (na przykład z trójglicerydów do kwasów tłuszczowych i monoglicerydów, fosfolipidów do kwasów tłuszczowych i lizofosfolipidów, a ester cholesterolu do kwasów tłuszczowych i cholesterolu, itd.) i rozpraszane w świetle jelita do małych struktur miceli i pęcherzyków poprzez dodanie amfifilów z żółci (fosfolipidy, cholesterol i sole żółciowe) oraz działanie enzymów trzustkowych10,13. Stąd są wchłaniane do enterocytów. Część wchłoniętych składników jest ponownie estryfikowana do wytworzenia trójglicerydów, fosfolipidów i estrów cholesterolu w komórkach absorpcyjnych (enterocytach). Te ponownie estryfikowane lipidy są składane z kombinacji egzogennie spożytych składników lipidowych i endogennych składników lipidowych z wydzielanej żółci, puli lipidów błony śluzowej lub dopływu krwi jelitowej13. Stąd estryfikowane lipidy są albo przechowywane w enterocytach, albo łączone w lipoproteiny jelitowe (chylomikrony, lipoproteiny o bardzo niskiej gęstości (VLDL)) wraz z różnymi apoproteinami i innymi cząsteczkami lipofilowymi (np. witaminami)10,13. Po wyjściu z enterocytów lipoproteiny są specyficznie transportowane z jelita do krążenia ogólnoustrojowego przez krezkowy układ limfatyczny, ponieważ mleczan jelitowy jest bardziej przepuszczalny dla ich wejścia niż naczynia włosowate krwi jelitowej. Część wchłoniętych składników lipidowych jest również transportowana z jelita do krążenia ogólnoustrojowego przez naczynia włosowate krwi i żyłę wrotną w postaci pojedynczych, niezwiązanych z lipoproteinami cząsteczek14 . Ogólnie rzecz biorąc, droga transportu żyły wrotnej jest tylko znaczącym graczem w wchłanianiu lipidów o krótkiej i średniej długości łańcucha.
Gromadzenie limfy krezkowej umożliwia zatem ocenę transportu lipoprotein i związanych z nimi składników (lipidów, cząsteczek lipofilowych, białek apo) z jelita. Lipoproteiny można określić ilościowo i scharakteryzować z tą zaletą, że lipoproteiny limfatyczne krezki są na ogół w stanie początkowym, ponieważ nie zostały w znacznym stopniu zmodyfikowane przez enzymy ogólnoustrojowe, takie jak lipazalipoproteinowa 15. Podczas gdy model szczura kaniulowany limfą krezkową był być może historycznie najszerzej opisany do analizy transportu lipidów / lipoprotein z jelita, obszarem rosnącego zainteresowania jest rola limfów w transporcie leków lipofilowych, proleków i innych ksenobiotyków13,16, na czym skupia się opisywany tutaj model. Leki lipofilowe (zazwyczaj te z logarytmem P > 5 i rozpuszczalnością w długołańcuchowych trójglicerydach > 50 mg/g, chociaż wyjątki są oczywiste)17,18, proleki19 i inne ksenobiotyki13,16 mogą uzyskać dostęp do limfy jelitowej biernie lub aktywnie integrując się ze szlakami transportu lipoprotein jelitowych19.
Technika kaniulacji krezkowej limfy szczura ma więc wiele zastosowań. Bollman i wsp. Po raz pierwszy opisał technikę kaniulacji krezkowego przewodu chłonnego u szczurów w 1948roku. Od tego czasu opisano szereg wariacji na temat tego modelu. Na przykład pobranie może nastąpić, gdy szczur jest znieczulony różnymi środkami znieczulającymi21,22 lub w stanie przytomności, gdy jest skrępowany15 lub swobodnie się porusza23,24. Szczurom można podawać różne roztwory nawadniające i inne substancje, takie jak lipidy i preparaty leków, w różnym tempie do żołądka, jelita lub pozajelitowo (zwykle 0-5 ml/godz.)25. W niektórych badaniach kaniulowany jest klatka piersiowa, a nie krezkowy przewód chłonny, aby oszacować transport z jelita przez układ limfatyczny, chociaż może to zawyżać tranzyt z jelita cienkiego, w zależności od czynnika zainteresowania, ponieważ przewód limfatyczny klatki piersiowej otrzymuje również limfę z innych regionów22,26. Modele kaniulacji limfatycznej opisano również u kilku innych gatunków, w tym myszy15,27, świnek miniaturowych12, owiec28,29, świń30 i psów31. Jednak model szczura jest najczęściej i najczęściej cytowany. Szczegółowe protokoły kaniulacji krezkowego przewodu chłonnego, a następnie pobrania limfy u przytomnych25 lub znieczulonych22 szczurów i myszy15,27 zostały opublikowane wcześniej, a zainteresowany czytelnik jest kierowany do tych protokołów. Ten protokół jest pierwszym, który demonstruje tę technikę w formie wizualizacji.
Model szczura z kaniulacją limfatyczną ma przewagę nad większymi modelami zwierzęcymi pod względem kosztów, łatwości operacji i względów etycznych. W porównaniu z modelem mysim, operacja kaniulacji krezki limfatycznej jest również łatwiejsza u szczurów, chociaż model mysi umożliwia bardziej szczegółowe badania na zwierzętach transgenicznych27. Niemniej jednak istnieją pewne ograniczenia modelu szczurzego, szczególnie te związane z różnicami w fizjologii, które ograniczają ekstrapolację na inne sytuacje przedkliniczne i kliniczne. Na przykład u szczurów przepływ żółci jest stały i niezależny od przyjmowania pokarmu, podczas gdy u wyższych gatunków pokarm lub lipidy stymulują przepływ żółci32. Stwarza to wyzwania związane z uzyskaniem reprezentatywnych środowisk przed- i poposiłkowych u szczurów, które odzwierciedlają to, co obserwuje się u większych gatunków i ludzi. W przypadku badań nad dostarczaniem leków, większe gatunki mogą być również preferowane przy ocenie transportu limfatycznego po podaniu realistycznych postaci dawkowania u ludzi25. W niedawnym badaniu stwierdzono, że tempo transportu lipidów w limfie krezkowej jest porównywalne u różnych gatunków (mysz, szczur, pies) po podaniu równoważnej masy i rodzaju lipidu, co daje pewną pewność w ekstrapolacji danych dotyczących transportu lipidów między gatunkami27. Jednak transport modelowego leku lipofilowego, halofantryny, plasował się w kolejności wielkości zwierzęcia (tj. pies > szczur > mysz). W związku z tym może być wymagany czynnik skalujący w celu ekstrapolacji danych dotyczących transportu limfatycznego leków od szczurów do innych gatunków.
Ograniczeniem modeli kaniulacji limfy jest to, że pasywne pobieranie limfy bezpośrednio z przewodu limfatycznego może modyfikować przepływ i transport limfy, ponieważ naczynia limfatyczne działają przeciwko gradientowi ciśnienia, który zmienia się po kaniulacji naczynia33. Model kaniulacji limfatycznej może być również trudny do ustalenia w laboratoriach, które nie są zaznajomione z tą techniką. W ten sposób opisano alternatywne modele. Na przykład pośrednio badano transport czynników przez jelitowy układ limfatyczny, takich jak lipoproteiny i cząsteczki lipofilowe, poprzez pobieranie krwi. Jeden z takich modeli polega na porównaniu stężeń lipidów i/lub leków we krwi po podaniu doustnym w obecności i braku inhibitorów (np. kolchicyny, Pluronu L81, cykloheksymidu) produkcji lipoprotein jelitowych, które blokują transport limfatyczny34. Zaletą modeli, które określają ilościowo transport limfatyczny pośrednio poprzez pobieranie próbek krwi, jest to, że umożliwiają one pewną ocenę transportu limfatycznego u ludzi, ponieważ nie jest wymagana chirurgia inwazyjna35. Jednak inhibitory transportu limfatycznego nie są specyficzne, a czynniki transportowane przez limfy są rozcieńczane i modyfikowane w krążeniu ogólnoustrojowym, co komplikuje takie oceny. Opisano również alternatywy in vitro. Na przykład hodowle komórek caco-2 lub izolowanych enterocytów wykorzystano do bardziej szczegółowego zbadania wydzielania jelitowego cząsteczek, które dostają się do układu limfatycznego36-38. Niedawno opisano również zaawansowany model in vitro, który jest bardziej reprezentatywny dla mikrośrodowiska jelitowegoczłowieka39. W tym modelu warstwa komórek śródbłonka limfatycznego jest współhodowana z komórkami Caco-2, co umożliwia bardziej szczegółową analizę przenoszenia substancji z jelita do układu limfatycznego. Jednak w systemach komórkowych in vitro brakuje przepływu wymiany i transferu, tj. połączenia ze światłem jelita i leżącym pod nim zaopatrzeniem w krew i naczynia limfatyczne. W alternatywnym podejściu, Kassis i in. stworzyli dwukanałowy (szybkie wideo w jasnym polu i fluorescencja) system obrazowania in situ, który umożliwia ilościowe porównania między skurczem naczyń, przepływem limfy i fluorescencyjnymi stężeniami lipidów w krezkowych naczyniach limfatycznych33. Przewagą tego modelu nad wyżej wymienionymi systemami in vitro jest to, że umożliwia on dokładne śledzenie przejścia komórek odpornościowych przez układ limfatyczny. Bezwzględne pomiary masowego transportu lipidów (lub leków) nie są jednak jeszcze ustalone za pomocą metod obrazowania. Opublikowano również podejścia in vitro i in silico do specyficznego przewidywania zakresu lipofilowego transportu leków przez limfę jelitową40-42. Na przykład stwierdzono, że powinowactwo ex vivo kilku związków do chylomikronów osocza dość dobrze koreluje z ich transportem limfatycznym in vivo41. Następnie ta sama grupa stworzyła model in silico, aby przewidzieć powinowactwo leków do chylomikronów w oparciu o wiele właściwości fizykochemicznych40. Holm i wsp. ustanowili również stosunkowo złożony model in silico, aby bezpośrednio przewidzieć transport limfatyczny związków lipofilowych na podstawie deskryptorów molekularnych42. Modele te mogą stanowić użyteczne podejście do przewidywania zakresu transportu limfatycznego nieznanych leków. Walidacja modeli z szeroką gamą leków i w różnych laboratoriach będzie jednak wymagana w celu potwierdzenia ich dokładności i odtwarzalności.
Kaniulacja krezkowego przewodu chłonnego pozostaje zatem jedynym sposobem bezpośredniego badania zawartości limfy drenującej jelito cienkie i szybkości tranzytu złożonego zestawu czynników (komórek, białek, peptydów, lipidów, leków) w limfie w sytuacji in vivo. W niniejszym artykule opisano protokół kaniulacji krezkowego przewodu chłonnego i tętnicy szyjnej, który umożliwia pobranie limfy krezkowej i krwi ogólnoustrojowej od znieczulonych szczurów. Reprezentatywne dane pokazują, w jaki sposób model może być wykorzystany do badania transportu lipidów i leków z jelita przez krezkowy układ limfatyczny. Po tym następuje omówienie trudności, które można napotkać podczas ustanawiania modelu, oraz przewodnik rozwiązywania problemów. Po ustaleniu model staje się potężnym narzędziem do badania transportu limfatycznego w jelitach.