Ten protokół opisuje metodę wstrzykiwania plazmidowego DNA do nerki myszy przez miedniczkę nerkową w celu wytworzenia ekspresji transgenu specyficznie w nerce.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje metodę wstrzykiwania plazmidowego DNA do nerki myszy przez miedniczkę nerkową w celu wytworzenia ekspresji transgenu specyficznie w nerce.
Hydrodynamiczne iniekcja tworzy lokalne, wysokociśnieniowe środowisko do transfekcji różnych tkanek plazmidowym DNA i innymi substancjami. Na przykład hydrodynamiczne wstrzykiwanie żył ogonowych jest dobrze znaną metodą, za pomocą której można transfekować wątrobę. Manuskrypt ten opisuje zastosowanie zasad hydrodynamiki poprzez wstrzyknięcie do nerki myszy bezpośrednio plazmidowego DNA w celu ekspresji genów specyficznych dla nerek. Myszy są znieczulane, a nerka jest odsłaniana przez nacięcie boku, a następnie szybkie wstrzyknięcie roztworu zawierającego plazmidowe DNA bezpośrednio do miedniczki nerkowej. Igła jest utrzymywana na miejscu przez dziesięć sekund, a miejsce nacięcia jest zszywane. Następnego dnia obrazowanie żywych zwierząt, Western blot lub immunohistochemia mogą być użyte do zbadania ekspresji genów lub inne testy dostosowane do wybranego transgenu są używane do wykrywania białka będącego przedmiotem zainteresowania. Opublikowane metody przedłużania ekspresji genów obejmują integrację transgenu za pośrednictwem transpozonów i leczenie cyklofosfamidem w celu zahamowania odpowiedzi immunologicznej na transgen.
Technika hydrodynamicznego wstrzykiwania żył ogonowych stała się powszechnie stosowanym sposobem na osiągnięcie wysokiego poziomu ekspresji genów w wątrobie myszy1,2. Nerki są również transfekowane tą techniką na znacznie niższym poziomie, około 100-krotnie mniej3. Opisana tutaj hydrodynamiczna iniekcja do miednicy nerkowej zapewnia prosty sposób kontrolowania swoistości ekspresji narządów za pomocą środków fizycznych przy użyciu tych samych zasad hydrodynamicznych, które zostały wcześniej ustalone w wątrobie4,5, muscle6 i innych narządach7,8. Metoda ta polega na transfekcji komórek u żywych zwierząt in vivo, wykorzystując ciśnienie i prędkość do wtłaczania płynu zawierającego DNA do komórek, jednocześnie wywołując uszkodzenie narządu, które jest szybko rozwiązywane9. Korzystając z dobrze znanych technik chirurgicznych do wizualizacji nerki za pomocą nacięcia bocznego10 wraz z pojedynczym wstrzyknięciem za pomocą strzykawki insulinowej, odkryliśmy udaną transfekcję różnych typów komórek nerkowych, głównie fibroblastów śródmiąższowych, kanalików i przewodu zbiorczego11. Sekcja tych myszy wykazała, że inne narządy nie są transfekowane na wystarczająco wysokim poziomie, aby można je było uwidocznić za pomocą technik obrazowania lucyferazy11. Ponieważ technika ta nie jest wirusowa, użycie plazmidowego DNA do transfekcji pozwala na szybkie i łatwe przygotowanie odczynników wymaganych do wstrzyknięcia.
Użyliśmy miejscowych iniekcji hydrodynamicznych, aby wyrazić przeciwutleniającą S-transferazę glutationu A4, receptor insulinopodobnego czynnika wzrostu-1 oraz hormon erytropoetynę w nerkach, wszystkie z oczekiwanymi efektami biologicznymi11,12,13. Przeprowadzono szczegółową ocenę drogi podania, objętości wstrzyknięcia, dawki DNA i wyboru promotora11. Ponadto wykazano, że zarówno system transpozonów piggyBac, jak i leczenie cyklofosfamidem w celu stłumienia reakcji immunologicznej na transgen poprawiają długoterminowe wyniki ekspresji genów11. Inni badacze z powodzeniem zastosowali podejście do żyły nerkowej u szczurów, osiągając wysoką skuteczność transfekcji przez okresy dłuższe niż jeden miesiąc14. Jednak genetyczna korekta fenotypów naśladujących ludzką chorobę jest zwykle najpierw wykonywana na myszach jako dowód koncepcji, ponieważ większość modeli genetycznych ssaków to modele mysie. Porównaliśmy wstrzyknięcie do żyły nerkowej z wstrzyknięciem do miedniczki nerkowej i stwierdziliśmy, że wstrzyknięcie do miedniczki nerkowej było lepsze niż w żyle nerkowej pod względem ekspresji genów (około dziesięciokrotnie wyższej) i przeżycia11. Miedniczka nerkowa jest idealną drogą wejścia do nerki, ponieważ jest wystarczająco elastyczna, aby tolerować wahania w produkcji moczu i często jest w stanie zachować swoją integralność strukturalną nawet po rozszerzeniu podczas wodonercza. Dodatkowo wstrzyknięcie do miedniczki nerkowej umożliwiło dostęp do nerki bez przebijania torebki nerkowej, co pozwoliło na widoczne zatrzymanie wstrzykniętego płynu przez nerkę lepiej niż wstrzyknięcie śródmiąższowe. Inne narządy myszy nie mają innej drogi wejścia niż układ krwionośny, ale przestrzeń moczowa nerki jest idealnym miejscem wstrzyknięcia. Dodatkowo wstrzyknięcie do żyły nerkowej powodowało wyciek krwi do jamy brzusznej. Całkowita objętość nerek myszy typu dzikiego została oszacowana za pomocą rezonansu magnetycznego na około 0,2cm3, więc objętość pojedynczej nerki jest w przybliżeniu równa ilości płynu wstrzykniętego przez hydrodynamiczne wstrzyknięcie miedniczki nerkowej (100 μL)15. W niniejszym dokumencie udostępniliśmy wszystkie szczegółowe niuanse protokołu hydrodynamicznego wstrzykiwania do miednicy nerkowej w celu uzyskania powtarzalnej transfekcji nerki.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie opisane tutaj metody zostały zatwierdzone przez Instytucjonalne Komisje ds. Opieki i Wykorzystania Zwierząt (IACUCs) Baylor College of Medicine oraz Vanderbilt University Medical Center.
1. Przygotowanie roztworu DNA do iniekcji
2. Przeprowadzenie zabiegu hydrodynamicznego wstrzyknięcia do miedniczki nerkowej

Rycina 1. Prawidłowe miejsce nacięcia i rozmieszczenie igły podczas hydrodynamicznych iniekcji do miednicy nerkowej. A) Nacięcie (czerwona linia) powinno znajdować się około 1 cm od kręgosłupa i około 1 cm poniżej klatki piersiowej myszy. B) Po odsłonięciu nerki poprzez nacięcie boku, miednica nerkowa powinna być widoczna jako mała, żółtawiejsza, przejrzysta/biała kropka w połowie długości nerki. Iniekcja nie powinna naruszać żyły nerkowej, tętnicy nerkowej ani moczowodu. Igłę strzykawki insulinowej wprowadza się bezpośrednio do miednicy nerkowej, jak pokazano, na głębokość około 0,5 cm i szybko wciska tłok w czasie 2-3 s. Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 2. Kroki chirurgiczne niezbędne do wykonania hydrodynamicznej iniekcji plazmidowego DNA do miednicy nerkowej. A) Pinceta zaciska skórę, umożliwiając chirurgowi wykonanie skalpelem nacięcia boku o długości ~1 cm, najpierw przez warstwę skóry, a następnie przez warstwę mięśniową. B) Przy użyciu dwóch par zamkniętych pęset do rozszerzenia rany operacyjnej, jeśli to możliwe, wizualizuje się nerkę w jamie brzusznej. C) Poprzez delikatny ucisk brzucha, bez bezpośredniego dotykania narządów, nerka zostaje odsłonięta przez nacięcie boku. D) Tkanka tłuszczowa jest delikatnie oddzielana od nerki, przy jak najmniejszym jej naruszaniu, aby uzyskać dostęp do miednicy nerkowej. E) Naciskając prawą stronę lewej nerki w celu lepszej wizualizacji miednicy nerkowej, strzykawkę trzyma się kciukiem na tłoku, a igłę ostrożnie, lecz pewnie wprowadza do miednicy nerkowej. F) Po iniekcji trwającej <3 s, w obszarach nerki, które przyjęły główną część wstrzykniętego roztworu, można zaobserwować przejaśnienia. G) Do wykonania 2-4 niezależnych węzłów w warstwie mięśniowej stosuje się sterylne fioletowe wchłanialne szwy vicryl. H) Do wykonania 2-4 niezależnych węzłów w warstwie skóry stosuje się sterylne niebieskie niewchłanialne szwy nylonowe. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
| Przyczyna | Początek | Liczba dotkniętych myszy | Objawy | Działanie natychmiastowe | Rozwiązanie długofalowe | ||
| Zanieczyszczenie DNA endotoksynami | 6-40 h po iniekcji. | Prawdopodobnie każda mysz, której podano zanieczyszczony preparat DNA. | Problemy z oddychaniem, oznaki silnego bólu, niewydolność narządowa, śmierć. | Eutanazja dotkniętych myszy. Testowanie każdego wstrzykiwanego komponentu na obecność endotoksyn przy użyciu testu LAL (Limulus Amebocyte Lysate). | Stosowanie zestawów do maxiprepu wolnych od endotoksyn oraz wyłącznie sterylnego i nowego sprzętu laboratoryjnego lub takiego, który był traktowany NaOH. Używanie zakupionego komercyjnie, przetestowanego pod kątem endotoksyn buforu do rozcieńczania DNA. | ||
| Przedawkowanie znieczulenia | W trakcie operacji, przed lub po iniekcji DNA. | Może dotyczyć tylko młodszych, mniejszych lub chudszych myszy. | Zatrzymanie oddechu podczas przebywania na podgrzewaczu, oddawanie moczu. | Zmniejszenie dawki znieczulenia dla pozostałych myszy. | Ponowna weryfikacja przygotowania i protokołu pod kątem dokładności dawkowania. Wykluczenie osobników niedorozwiniętych („runts”). Konsultacja z weterynarzem, jeśli zastosowano odpowiednią dawkę. | ||
| Pęcherzyk powietrza w strzykawce lub igle użytej do iniekcji | Bezpośrednio po iniekcji do miedniczki nerkowej. | Chyba że wszystkie strzykawki zostały napełnione niedbale, dotyczy to tylko jednej myszy. | Łapanie powietrza. | Sprawdzenie pozostałych strzykawek pod kątem obecności pęcherzyków powietrza. | Staranne przygotowanie strzykawek, opukiwanie strzykawki w celu usunięcia pęcherzyków z dna. Poprawa oświetlenia w celu lepszej wizualizacji pęcherzyków. | ||
| Rozszerzenie miejsca operacyjnego | 12-72 h po iniekcji | Jedna lub więcej myszy. Czasami cała klatka. | Ziejąca rana, zazwyczaj brak innych objawów dyskomfortu | Powtórne zaszycie w celu starannego zamknięcia rany pod znieczuleniem izofluranem z zachowaniem techniki sterylnej. Może być wymagane przemycie solą fizjologiczną lub usunięcie brzegów rany nożyczkami. | Jeśli u wszystkich myszy szwy są bardzo krótkie lub brakujące, może to oznaczać, że jedna mysz je usuwa, w związku z czym należy rozdzielić zwierzęta. Poprawa techniki szycia. Stosowanie niezależnych węzłów. | ||
| Przepuklina w miejscu operacyjnym | 48+ h po iniekcji | Jedna lub więcej myszy. | Widoczne uwypuklenie w miejscu operacyjnym. | Pod znieczuleniem izofluranem i z zachowaniem techniki sterylnej nacięcie zagojonej skóry w celu odsłonięcia przepukliny warstwy mięśniowej. Przywrócenie narządów do otrzewnej, zszycie warstwy mięśniowej szwami wchłanialnymi i zamknięcie miejsca operacyjnego. | Świadczy to o niewłaściwym zszyciu warstwy mięśniowej. Poprawa techniki szycia. Stosowanie niezależnych węzłów. | ||
| Niewydolność nerek | 48+ h po iniekcji | Jedna lub więcej myszy. | Utrata masy ciała >20%, możliwość wystąpienia stanu mocznicowego, zgarbiona postawa | Podawanie soli fizjologicznej oraz zwiększenie lub przedłużenie analgezji. Jeśli nie zaobserwowano poprawy, należy poświęcić dotknięte myszy. | Zmiana stanu chorobowego zwierzęcia w celu zmniejszenia jego nasilenia. Zmiana transgenu na słabszy lub indukowalny. Wykonanie iniekcji u myszy na wcześniejszym etapie progresji choroby. | ||
| Ropień lub infekcja | Od kilku dni do kilku tygodni po operacji | Jedna lub więcej myszy. | Wyczuwalny ropień lub oznaki sepsy | Eutanazja dotkniętych myszy. Zlecenie sekcji zwłok w celu potwierdzenia podejrzenia infekcji. | Może to wystąpić, gdy warunki chirurgiczne i iniekcje nie są wystarczająco sterylne. Przedstawiona procedura dotyczy myszy z prawidłowym układem odpornościowym, jednak należy zachować dodatkowe środki ostrożności w przypadku zwierząt z immunosupresją, np. leczonych cyklofosfamidą. | ||
Tabela 1. Tabela potencjalnych problemów zdrowotnych występujących podczas protokołu iniekcji do miedniczki nerkowej. Chociaż wymienione problemy zdrowotne nie są częste, w trakcie procedury może dojść do szeregu błędów popełnionych przez badacza. Niniejsza tabela może pomóc w zapobieganiu i diagnozowaniu problemów zdrowotnych, a także we wdrażaniu potencjalnych środków zaradczych, aby zapobiec wystąpieniu takich problemów w przyszłości. Wraz z nabytą praktyką badacze powinni spodziewać się rzadkiego występowania problemów zdrowotnych oraz śmiertelności wynikającej z procedury.
3. Ocena wydajności wstrzykiwania i efektów transgenu
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Technika operacyjna i iniekcyjna są proste w wykonaniu po opanowaniu metody i nie wymagają zaawansowanego sprzętu ani kosztownych materiałów. Osoby rozpoczynające pracę z chirurgią nerek metodą nacięcia bocznego powinny zaplanować jeden dzień treningowy na kilku myszach przeznaczonych do eutanazji, przy czym zwierzęta te nie powinny być wybudzane po operacji, ponieważ pierwsza próba może zająć znacznie więcej czasu niż zwykle. Z kolei badacze zaznajomieni z podobnymi technikami mogą uznać...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
W protokole tym opisano solidną metodę osiągania powtarzalnej ekspresji genów specyficznie w nerkach. W rękach umiarkowanie doświadczonego chirurga stwierdziliśmy, że odsetek myszy transfekowanych tą techniką mieści się w zakresie 50-100%, w zależności od wieku myszy i czułości odczytu transgenu. Poziom ekspresji genu lucyferazy utrzymywał się powyżej tła przez kilka miesięcy u myszy otrzymujących transpozony piggyBac i całkowicie utrzymywał się przez kilka tygodni u myszy z obniżoną odpornością otrzymujących te...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia i deklarują, że nie mają konfliktu interesów.
Nagroda za rozwój kariery od Departamentu ds. Weteranów [BX002797] wspierana przez L.E.W. oraz National Institutes of Health [R01-DK095867] i American Heart Association [15GRNT25700209] wspierały J.C. National Institutes of Health [DK093660], Departament ds. Weteranów [BX002190] i Vanderbilt Center for Kidney Disease wspierały M.H.W. Materiał ten jest wynikiem pracy wspieranej zasobami i wykorzystaniem obiektów w systemie opieki zdrowotnej VA Tennessee Valley.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| AnaSed Xylazine | Patterson Veterinary | 07-808-1947 | Znieczulenie - Substancja niekontrolowana |
| Strzykawka insulinowa BD 0,5 ml 29G 1/2 cala | Cardinal Health | 309306 | Wymagane strzykawki |
| Buprenex | Farmaceuta / weterynarz | Analgezja - substancja kontrolowana | |
| Jednorazowa serweta na ręczniki Dynarex | Thermo Fisher Scientific | 19-310-671 | Umieść na poduszce grzewczej |
| EndoFree Plasmid Maxi Kit | Qiagen | 12362 | Używaj tylko plazmidu DNA wolnego od endotoksyn |
| Endosafe Gel-Clot LAL Szybka kontrola pozytywna | Charles River | PC200 | Kontrola pozytywna do testu endotoksyn |
| Endosafe Gel-Clot LAL Szybka pojedyncza fiolka testowa | Charles River | R13500 | Test endotoksyn |
| Bardzo drobne mikronożyczki preparacyjne | Roboz Surgical Instrument | RS-5882 | Narzędzie chirurgiczne |
| Fisherbrand Instant Sealing Worek do sterylizacji - 9 " | Thermo Fisher Scientific | 01-812-51 | Do autoklawowania narzędzi chirurgicznych |
| Pompa ciepła Gaymar | Paragon Medical | TP-700 | ciepła z obiegiem wody |
| Germinator 500 | Roboz Instrument chirurgiczny | DS-401 | Do ponownego użycia narzędzi chirurgicznych podczas operacji |
| Graefe Kleszcze | Instrument chirurgiczny Roboz | RS-5136 | Narzędzie chirurgiczne |
| Graefe Kleszcze | do tkanek Roboz Instrument chirurgiczny | RS-5153 | Narzędzie chirurgiczne |
| Uchwyt igły Halsey, | instrument chirurgiczny Roboz | RS-7841 | Poduszki |
| grzewcze - 15 "x 21" - potrzebujesz co najmniej 3 | Paragon Medical | TP22G | Do użytku z pompą |
| ciepła GaymarIsoFlo (Isoflurane, USP) | Abbott Animal Health | 5260-04-05 | Do obrazowania i eutanazji |
| System dostarczania izofluranu Isotec Waporyzor | Smiths Medical | VCT3K2 | Do obrazowania i eutanazji |
| Ketamina | Farmaceuta/Weterynarz | Znieczulenie - Substancja kontrolowana | |
| Kimwipes | Kimberly-Clark Professional | 34120 | Tkanki laboratoryjne |
| Oprogramowanie Living Image | Caliper Nauki przyrodnicze | Do obrazowania żywych zwierząt | |
| Lucyferyna | Perkin Elmer | 122796 | Do obrazowania żywych zwierząt |
| Nanodrop 2000 | Thermo Scientific | ND-2000-US-CAN | Spektrofotometr do pomiaru DNA |
| Waciki Prevantics | Thermo Fisher Scientific | 23-100-110 | Do przygotowania chirurgii skóry |
| Szwy Prolene 5-0 Stożek 30" | Thermo Fisher Scientific | NC0256891 | Niewchłanialne szwy do skóry |
| Maść okulistyczna marki Puralube | Patterson Veterinary | 07-888-2572 | Aby utrzymać wilgotność oczu podczas operacji |
| Trans IT - QR Hydrodynamiczne rozwiązanie do dostarczania | Mirus Bio | MIR-5240 | Hydrodynamiczny bufor dostarczający do rozcieńczania DNA |
| Vicryl 5-0 Szwy J303H | Thermo Fisher Scientific | NC9816710 | Wchłanialne szwy do warstwy mięśniowej |
| Wahl Mini Arco Clipper | Med-Vet International | 8787-1550 | Golarka do przygotowania skóry |
| Xenogen IVIS 200 | Caliper Nauki przyrodnicze | Do obrazowania żywych zwierząt |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.