Cała opieka nad zwierzętami była zgodna z wytycznymi Uniwersytetu Maryland w Baltimore oraz zatwierdzonymi protokołami Instytucjonalnego Komitetu ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt.
1. Przygotowanie roztworów
UWAGA: Przygotuj rozwiązania z wyprzedzeniem. W doświadczeniach stosuje się dwa rodzaje roztworów podstawowych: (1) roztwory soli fizjologicznej (PSS) do superfuzatu kąpielowego oraz (2) roztwory Tyrode'a do perfuzatu światła. Ciągłe bulgotanie z CO2 jest potrzebne do utrzymania pH PSS. Roztwór Tyrode'a buforowany przez HEPES jest używany w świetle zamiast PSS, aby uniknąć przedostawania się pęcherzyków do naczyń, ponieważ pęcherzyki uszkadzają komórki śródbłonka7 i blokują przepływ.
- Roztwór PSS: Patrz wzór i skład roztworu PSS w Tabeli 1. Przygotować 10 l roztworu podstawowego PSS wolnego od Ca2+ i glukozy i przechowywać w temperaturze pokojowej. Na 1 godzinę przed zabiegiem należy wyjąć 1 l roztworu podstawowego i bąbelkować 5% CO2 (74% N2 i 21% O2 ), aby utrzymać pH roztworu na poziomie ~7,4. Dodać 1,8 g glukozy i 1,8 ml CaCl2 (1 M bulionu)8,
UWAGA: Dodaj Ca2+ tylko po bulgotaniu, gdy pH wynosi ~ 7,4, w przeciwnym razie Ca2+ zostanie wytrącony.
- Roztwór Tyrode'a: Patrz wzór i skład roztworu Tyrode'a w Tabeli 1. Przefiltrować roztwór (0,22 μm) i przechowywać w temperaturze 4 °C do wykorzystania w przyszłości9.
- Roztwór Tyrode'a z BDM (monoksymem 2,3-butanodionu): Dodaj BDM jako odwracalny inhibitor miofilamentów, aby zapobiec skurczowi miocytów10. Odważyć 600 mg BDM i dodać do 200 ml roztworu Tyrode'a. Mieszaj roztwór z BDM, aż do całkowitego rozpuszczenia. Nie jest wymagana dalsza filtracja.
- Roztwór Tyrode zawierający BDM należy przechowywać w temperaturze 4 °C do wykorzystania w przyszłości.
2. Przygotowanie komory
- Zarówno komorę preparacyjną, jak i komorę doświadczalną należy wcześniej pokryć polidimetylosiloksanem (PDMS) zgodnie z instrukcjami dostarczonymi przez producenta.
- Napełnij komorę sekcyjną roztworem Tyrode'a zawierającym BDM.
- Włącz chłodziarkę na 1 godzinę przed zabiegiem. Ustaw temperaturę na 4 °C.
3. Przygotowanie kaniuli
- Włącz ściągacz do mikropipet. Wybierz ustawienia zgodnie z instrukcjami producenta.
- Weź czystą rurkę ze szkła borokrzemianowego (zewnętrzna i wewnętrzna średnica użytych szklanych rurek wynosiła odpowiednio 1,2 mm i 0,69 mm).
- Włóż szklaną rurkę do rowkowanych zacisków ściągacza do pipet Sutter z platynowym żarnikiem grzewczym w kształcie litery U.
- Aktywuj ściągacz, aby wytworzyć dwie kaniule, każda z długą, cienką końcówką.
- Odetnij końcówkę każdej kaniuli za pomocą cienkich nożyczek pod mikroskopem preparacyjnym, aby uzyskać ostateczną średnicę końcówki około 100 do 150 μm.
- Wypoleruj końcówkę przeciętej kaniuli, aby lekko zaokrąglić ostre krawędzie.
- Zegnij kaniulę wzdłuż trzonu za pomocą drutu platynowego (podgrzewanego z precyzyjną kontrolą) umieszczonego z boku wału około 2 mm od końcówki. Kąt zgięcia w kaniuli powinien wynosić około 45°.
- Włóż otwarty koniec kaniuli do uchwytu komory miografu ciśnieniowego i dokręć złączkę. Podłączyć strzykawkę o pojemności 5 ml wypełnioną roztworem Tyrode do drugiej strony złączki. Podłącz kaniulę do mikromanipulatora zamontowanego na komorze (patrz Rysunek 1 i Rysunek 2).
- Napełnij kaniulę roztworem Tyrode'a za pomocą strzykawki (5 ml), przepłukując ją, rurkę i łącznik pęcherzyków powietrza.
- Przed zabiegiem kaniulacji zmierz ciśnienie perfuzji wewnątrz kaniuli w danym zakresie przepływu (od 50 do 300 μl/min, Rysunek 3). Rób to tylko wtedy, gdy używana jest nowa kaniula.
UWAGA: Ciśnienie perfuzji wewnątrz kaniuli jest proporcjonalne do przepływu i jest dopasowane liniowo (Rysunek 3).
4. Ekstrakcja serca myszy
- Umieść mysz C57BL/6 (dowolnej płci, w wieku 8-16 tygodni) w pudełku anestezjologicznym, które jest podłączone do zbiorników z izofluranem i tlenem.
- Włącz butlę z tlenem i rozpocznij przepływ izofluranu. Odczekaj ~5 min, aż mysz zostanie w pełni znieczulona.
- Po ustaleniu znieczulenia wyjmij mysz z pudełka anestezjologicznego i wstrzyknij heparynę IP (do jamy otrzewnej, 360 jednostek, 0,5 ml / mysz), aby uniknąć tworzenia się skrzepów krwi w naczyniach krwionośnych. Następnie włóż mysz z powrotem do pudełka anestezjologicznego.
- Po 10 minutach od wstrzyknięcia heparyny należy przesunąć mysz do podgrzewanego łóżka w pozycji leżącej na plecach i ustabilizować jej łapki za pomocą taśmy do etykietowania. Trzymaj mysz w pełnym znieczuleniu izofluranem za pomocą stożka nosowego.
- Podnieś skórę brzucha myszy nad przeponę za pomocą kleszczy i użyj nożyczek chirurgicznych, aby przeciąć i odsłonić przeponę.
- Przetnij przeponę i mostek. Otwórz skrzynię.
- Wypreparuj serce z jamy klatki piersiowej, przecinając jak najbliżej grzbietowej ściany klatki piersiowej.
- Umieść serce w lodowatym roztworze Tyrode'a zawierającym 30 mM BDM.
- Oczyść serce, aby usunąć tkanki łączne, takie jak płuca.
- Przenieś serce do wstępnie schłodzonej komory preparacyjnej wypełnionej roztworem Tyrode'a zawierającym 30 mM BDM.
5. Przygotowanie i kaniulacja tętnicy przegrody międzygrodowej
- Włącz serwopompę. Ustaw serwopompę w tryb "przepływu". Pozwól mu pracować z dużą prędkością, aż rurka zostanie wypełniona roztworem Tyrode, który zostanie użyty do perfuzji światła naczyniowego. Upewnij się, że w rurkach nie ma pęcherzyków. Następnie zmniejsz prędkość.
- Przypnij serce do PDMS, unikając uszkodzenia środkowej części serca.
- Usuń zarówno prawy, jak i lewy przedsionek. Rozetnij prawą komorę i usuń prawą wolną ścianę komory za pomocą mikroskopu preparacyjnego.
- Odsłoń i zidentyfikuj tętnicę przegrodową. Umieść nylonową nić (o średnicy 30 μm) pod tętnicą przegrodową i zawiąż luźny węzeł do wykorzystania w przyszłości.
UWAGA: Tętnicę przegrodową można łatwo zidentyfikować za pomocą mikroskopu preparacyjnego. Tętnica przegrodowa jest w większości przypadków główną tętnicą na przegrodzie wychodzącą z prawej tętnicy wieńcowej.
- Usuń wolną ścianę lewej komory za pomocą cienkich nożyczek.
- Przenieść preparat mięśni brodawkowatych do komory doświadczalnej, w której umieszczono kaniulę. Komora jest wypełniona roztworem Tyrode'a zawierającym BDM. Dno tej komory pokryte jest cienką (~2 mm) warstwą PDMS.
- Dostosuj położenie kaniuli (za pomocą mikromanipulatora), aby umożliwić kaniulację tętnicy przegrodowej. Zaciśnij węzeł.
- Przymocuj mięsień brodawkowaty za pomocą małych szpilek do dna komory, tak aby obiektyw mikroskopu miał wyraźny widok na naczynia krwionośne. Zwróć uwagę na kąt i położenie kaniuli i upewnij się, że końcówka kaniuli jest równoległa do ściany tętnicy.
- Przetestuj kaniulację poprzez stopniowe wypychanie roztworu ze strzykawki przez kaniulę. Jeśli wszystkie pierwiastki funkcjonują prawidłowo, resztki krwi w mięśniu brodawkowatym opuszczą tkankę na początku tego procesu i później będzie widoczny tylko roztwór Tyrode'a.
6. Stabilizacja preparatu
- Włącz pompę perystaltyczną, która dostarczy roztwór do superfuzji. Następnie należy stale przelać preparat w kąpieli za pomocą wstępnie zagazowanego PSS z szybkością 3-4 ml/min.
- Włącz regulator temperatury roztworu do superfuzji. Ustawić temperaturę superfusatu kąpieli na ~35-37 °C.
- Podłącz kaniulę do serwopompy. Odczytaj ciśnienie wyświetlane na sterowniku serwomechanizmu ciśnienia.
- Monitoruj przepływ i ciśnienie. Przepływ (μl/min) i ciśnienie perfuzji tętniczej (mm Hg) są digitalizowane za pomocą digitizera i rejestrowane za pomocą odpowiedniego oprogramowania (Rysunek 2).
- Dostosuj przepływ, aby ustawić ciśnienie ~10 mmHg i pozwól mu pracować przez ~10 minut.
- Zwiększ przepływ roztworu luminalnego, aby ciśnienie w tętnicy wynosiło ~60 mmHg. Uzyskaj końcowe ciśnienie perfuzji samej tętniczki, odejmując spadek ciśnienia kaniuli (Rysunek 3).
UWAGA: Jeśli wybrany jest tryb "ciśnienia" na serwosterowniku ciśnienia, ciśnienie światła jest ustawiane na ~60 mmHg dla tych eksperymentów. Następnie monitoruj zmianę przepływu.
- Pozwól próbce ustabilizować się przez ~ 30-60 minut, monitorując poziom przepływu i/lub ciśnienia. Stopniowy wzrost ciśnienia tętniczego obserwuje się zwykle na początku perfuzji po kanelulacji. Nowy stan ustalony ustabilizuje się sam w ciągu około 30 minut (Rysunek 4).
- Rozpocznij eksperyment po ustabilizowaniu się ciśnienia perfuzji (przy stałym przepływie).
7. Ładowanie preparatu fluorescencyjnie znakowaną aglutyniną z kiełków pszenicy (WGA)
- Przygotować roztwór Tyrode'a zawierający sprzężony z Alexa-Fluor-488 WGA, dodając 100 μg sprzężonego WGA do 5 ml roztworu Tyrode'a.
- Ostrożnie zmienić perfuzat z normalnego roztworu Tyrode'a na taki, który zawiera fluorescencyjnie znakowany WGA. Ważne jest, aby ostrożnie zmienić perfuzat, aby nie zostały wprowadzone pęcherzyki.
- Po ~30 minutach perfuzji WGA lub gdy roztwór WGA ma się skończyć, zmień perfuzat z powrotem na normalny roztwór Tyrode.
8. Obrazowanie konfokalne tętniczek i naczyń włosowatych
- Włącz system mikroskopu konfokalnego z dyskiem Nipkow.
- Użyj mikroskopu, aby zlokalizować tętnicę przegrody za pomocą obiektywu o małej mocy (4x) w trybie światła przechodzącego.
UWAGA: Tętnicę przegrodową można zlokalizować, postępując zgodnie z położeniem kaniuli.
- Rozpocznij obrazowanie konfokalne za pomocą konfokalnego dysku wirującego i wybierz laser wzbudzający 488 nm, 40-krotne powiększenie obiektywu i dostosuj intensywność lasera oraz częstotliwość próbkowania (10 - 500 ms na obraz).
- Ustaw górną i dolną pozycję obrazowania dla mikroskopu konfokalnego, aby zdefiniować zakres obrazowania i wprowadzić parametry obrazowania z-stack
.
- Ustaw rozmiar kroku zgodnie z zaleceniami dla używanego systemu lub ustaw rozmiar kroku zgodnie z potrzebami.
- Wybierz ustawienie stosu z i/lub ustawienia szeregów czasowych.
- Wybierz lub ustaw nowy folder do przechowywania nowego obrazu.
- Kliknij "Uruchom", aby rozpocząć nagrywanie obrazowania do przyszłej analizy (Rysunek 5).
9. Przykładowy eksperyment z rozszerzaczem naczyń krwionośnych: rozszerzenie naczyń krwionośnych wywołane pinacidylem (Wideo 1).
- Przygotować roztwór podstawowy pinacidylu (100 mM w DMSO) i przechowywać w temperaturze 4 °C.
- Przygotuj 10 ml roztworu Tyrode'a. Dodać 10 μl roztworu podstawowego pinacidilu, aby uzyskać końcowe stężenie pinacidylu 100 μM.
- Wyobraź sobie mięsień brodawkowaty w małym powiększeniu (obiektyw 4x), aby uwzględnić tętnicę przegrodową i tętniczki rozgałęzione.
- Zmienić roztwór luminalny na roztwór zawierający pinacidil.
10. Przykładowe eksperymenty kontroli przepływu krwi: wzrost ciśnienia perfuzji tętniczej wywołany przez zwężający naczynia krwionośne przy stałym przepływie (Rysunek 6)
- Przygotować roztwór podstawowy endoteliny-1 (ET-1) (10 μM) i przechowywać w temperaturze -20 °C.
- Przygotuj 10 ml roztworu Tyrode'a. Dodać 10 μl roztworu podstawowego ET-1 (10 μM), aby uzyskać końcowe stężenie ET-1 10 nM.
- Zapisz ciśnienie światła przy stałym przepływie i zobrazuj mięsień brodawkowaty.
- Zamień roztwór luminalny na roztwór zawierający ET-1.
11. Przykładowe obrazy naczyń włosowatych z perycytami (Rysunek 7)
- Poświęć transgeniczną mysz NG2DsRedBAC, jak opisano w sekcji 4 niniejszego protokołu.
- Wyodrębnij serce, kanuluj tętnicę przegrodową i załaduj próbkę sprzężonym WGA Alexa-Fluor-488 zgodnie z protokołami 5-7.
- Zobrazuj mięsień brodawkowaty przy wzbudzeniu 488 nm i 560 nm oraz emisji 510-525 nm, 575-625 nm za pomocą konfokalu. Ciśnienie w tętniczce wyniesie około 40 mmHg.