Niniejszy protokół opisuje łatwą technikę obrazowania gruczołu sutkowego myszy w okresie laktacji za pomocą skaningu laserowego, mikroskopii konfokalnej i wielofotonowej.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Niniejszy protokół opisuje łatwą technikę obrazowania gruczołu sutkowego myszy w okresie laktacji za pomocą skaningu laserowego, mikroskopii konfokalnej i wielofotonowej.
Gruczoł sutkowy stanowi model par excellence do badania funkcji nabłonka, w tym przebudowy tkanek, polaryzacji komórek i mechanizmów wydzielniczych. W czasie ciąży gruczoł rozszerza się z prymitywnego drzewa przewodowego osadzonego w poduszce tłuszczowej do silnie rozgałęzionej sieci pęcherzyków płucnych przygotowanej do tworzenia i wydzielania siary i mleka. Po porodzie gruczoł dostarcza wszystkie składniki odżywcze niezbędne do przeżycia noworodka, w tym kropelki lipidów pokryte błoną (LD), białka, węglowodany, jony i wodę. Różne składniki mleka, w tym laktoza, micele kazeinowe i białka mleka odtłuszczonego, są syntetyzowane w komórkach pęcherzyków płucnych i wydzielane z pęcherzyków przez egzocytozę na powierzchni wierzchołkowej. LD są transportowane z miejsc syntezy w szorstkiej retikulum endoplazmatycznym do wierzchołka komórki, pokryte błonami komórkowymi i wydzielane przez unikalny mechanizm apokrynowy. Inne wstępnie uformowane składniki, w tym przeciwciała i hormony, są transportowane z surowiczej strony nabłonka do mleka przez transcytozę. Procesy te są podatne na mikroskopię przyżyciową, ponieważ gruczoł sutkowy jest gruczołem skórnym, a zatem jest bezpośrednio dostępny do manipulacji eksperymentalnej. W tym artykule opisano łatwą procedurę badania kinetyki wydzielania LD in situ, w czasie rzeczywistym, u żywych znieczulonych myszy. Bor-dipyrrometen (BODIPY) 665/676 lub monodansylpentan są używane do znakowania neutralnej frakcji lipidowej myszy transgenicznych, które albo wyrażają rozpuszczalny EGFP (wzmocnione białko zielonej fluorescencji) w cytoplazmie, albo peptyd ukierunkowany na błonę połączony z EGFP lub tdTomato. Białka fuzyjne znakowane błoną służą jako markery powierzchni komórek, a barwniki lipidowe rozwiązują LD ≥ 0,7 μm. Obrazy poklatkowe można rejestrować za pomocą standardowej laserowej skaningowej mikroskopii konfokalnej do głębokości 15-25 μm lub za pomocą mikroskopii wielofotonowej w celu obrazowania głębiej w tkance. Gruczoł sutkowy może być kąpany w środkach farmakologicznych lub barwnikach fluorescencyjnych przez cały czas trwania operacji, zapewniając platformę do ostrych manipulacji eksperymentalnych w razie potrzeby.
Mikroskopia przyżyciowa gruczołu sutkowego myszy przyciąga coraz większą uwagę jako skuteczna metoda analizy całego szeregu zjawisk biologicznych, w tym pochodzenia i różnicowania komórek macierzystych1,2, progresja nowotworów przerzutowych3,4,5oraz rola makrofagów przewodowych w rozwoju i inwolucji sutka6. Dzięki rozwojowi Intravital Subcellular Microscopy (ISMic)7, badania zostały rozszerzone na ruch błonowy i mechanizmy wydzielnicze podczas laktacji8,9, oraz skurcz komórek mioepitelialnych za pośrednictwem oksytocyny9,10. Opracowano dwie główne metody, które wykorzystują dostępność gruczołu między skórą a ścianą ciała.
W pierwszym podejściu, akrylowe lub szklane okno jest wkładane do skóry i zabezpieczane metalowym pierścieniem ustalającym1,3,11. Myszy dobrze znoszą operację, a różne zjawiska mogą być analizowane okresowo u tego samego zwierzęcia przez kilka tygodni. Ta metoda okazała się szczególnie przydatna do śledzenia linii1,12 oraz monitorowania inwazji i progresji guzów sutka in situ3,11. Jednak rozdzielczość poniżej poziomu całej komórki okazała się trudna, ponieważ gruczoł jest nadal przyczepiony do ściany ciała, a zatem podlega artefaktom ruchowym spowodowanym oddychaniem i biciem serca.
W drugim podejściu, gruczoł jest chirurgicznie odsłonięty na płatku skóry z nienaruszonym unaczynieniem i ustabilizowany na stoliku mikroskopu za pomocą przekładek4,9,13. W ten sposób część gruczołu jest skutecznie oddzielona od ściany brzucha, a artefakty ruchowe są zminimalizowane. W większości przypadków odsłonięty miąższ umieszcza się bezpośrednio na szkiełku nakrywkowym myszą brzuszną stroną do dołu pod odwróconym mikroskopem. W niedawnej modyfikacji mysz umieszczono na wznak na pionowym mikroskopie, a odsłonięty gruczoł zabezpieczono w komórce wypełnionej płynem, uszczelnionej szkiełkiem nakrywkowym2. Ta ostatnia konfiguracja umożliwia dostęp do powierzchni miąższowej w celu eksperymentalnej manipulacji podczas obrazowania. Rozdzielczość do <1 μm, w obu przypadkach, pozwala na analizę procesów wewnątrzkomórkowych, czego przykładem jest śledzenie kropelek lipidów (LD) w komórkach nabłonka sutka9.
Obecny protokół szczegółowo opisuje łatwą metodę obrazowania komórek nabłonka sutka w trybie przyżyciowym na poziomie subkomórkowym, na przykładzie biogenezy, transportu i wydzielania LD podczas laktacji. Podejście to ma szerokie zastosowanie w wielu innych procesach, w tym w transporcie i wydzielaniu białek mleka14, transcytozie białek od strony surowiczej nabłonka do światła pęcherzyka płucnego15,16, oraz przebudowa gruczołu podczas inwolucji17,18.
Myszy wykazujące ekspresję białka fluorescencyjnego są preferowane w większości eksperymentów przyżyciowych, aby ułatwić wybór odpowiednich obszarów do obrazowania i jako morfologiczny marker odniesienia. Dostępna jest szeroka gama odpowiednich myszy transgenicznych i knock-in, które wyrażają fluorescencyjne markery białkowe w przedziałach komórkowych, elementach cytoszkieletu, błonach i organellach19. W podanych przykładach użyto myszy EGFPcyto FvB, w której wzmocnione białko zielonej fluorescencji (EGFP) jest ukierunkowane na cytoplazmę w większości komórek20 (oznaczone EGFPcyto) oraz C57BL/6J Tomato (mT/mG) mouse21, który jest podwójnie fluorescencyjną linią Cre kodującą geny tdTomato i EGFP. Ekspresja EGFP jest możliwa dzięki wycinaniu genu tdTomato za pośrednictwem Cre. Każdy z fluoroforów jest kierowany do błony plazmatycznej w większości komórek za pomocą cekonu pochodzącego z białka MARCKS 21. W tej pracy myszy wykazujące ekspresję czerwonego fluoroforu tdTomato są oznaczone jako tdTomatomembr (mT), a myszy z ekspresją EGFP, po wycięciu genu tdTomato są oznaczone jakoEGFP membr (mG).
Myszy mają pięć par gruczołów sutkowych po obu stronach brzusznej linii środkowej, trzy w okolicy piersiowej (ponumerowane 1-3) i dwie w okolicy pachwinowej (ponumerowane 4-5) (Rysunek 1A). W przypadku ISMic gruczoły pachwinowe są najbardziej dostępne i najłatwiejsze do ustabilizowania, ponieważ znajdują się najdalej od globalnych ruchów związanych z oddychaniem i biciem serca w klatce piersiowej.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury dla zwierząt zostały zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki nad Zwierzętami i Użytkowania Centrum Badań nad Rakiem, Narodowego Instytutu Raka, Narodowych Instytutów Zdrowia zgodnie z Przewodnikiem Amerykańskiej Narodowej Rady ds. Badań Naukowych dotyczącym opieki i użytkowania zwierząt laboratoryjnych, Polityką Służby Zdrowia Publicznego USA dotyczącą humanitarnej opieki i użytkowania zwierząt laboratoryjnych, oraz Przewodnik dotyczący opieki nad zwierzętami laboratoryjnymi i ich wykorzystywania. Na potrzeby tej pracy gruczoły numer 4 samic pierworódek myszy (w wieku 4-5 miesięcy, 10 dzień laktacji) zostały chirurgicznie przygotowane w pozycji leżącej po prawej stronie (Ryc. 1A).
1. Przygotowanie zwierząt
2. Zabieg chirurgiczny
3. Przygotowanie do obrazowania
4. Mikroskopia
5. Eutanazja
6. Tworzenie filmów w czasie rzeczywistym
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Mleko jest wydzielane przez spolaryzowane komórki nabłonka pęcherzyków mlecznych, które różnicują się podczas ciąży z pąków rozległego drzewa przewodowego26 (Rycyna 2A). Prekursory do syntezy mleka są przyswajane przez błony podstawne/boczne, a gotowe produkty są wydzielane przez powierzchnię apikalną do centralnej „przestrzeni mlecznej”. Strona podstawna każdego pęcherzyka jest pokryta gwieździstym układem komórek mioepitelialnych (Rycyna 2A
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
To, czy użyć mikroskopu jedno- czy wielofotonowego, zależy od zadawanych pytań, charakteru i lokalizacji tkanki, która ma być obrazowana, oraz wymaganej rozdzielczości. Mikroskopy wielofotonowe opierają się na generowaniu dwóch lub więcej niskoenergetycznych fotonów w bliskiej podczerwieni, które mogą penetrować tkanki na większą głębokość przy mniejszej fototoksyczności niż mikroskopy jednofotonowe29,30. Ponadto fluorofor jest wzbudzany tylko w punkcie ogniskowy...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Żaden z autorów nie ma sprzecznych interesów, które mógłby zadeklarować.
Autorzy dziękują Sherry Rausch i Samri Gebre (National Cancer Institute, NIH) za zarządzanie i opiekę nad zwierzętami oraz Jamesowi Matherowi za pomoc w produkcji szeregu plastikowych przekładek. Badania te były wspierane [częściowo] przez Intramural Research Program NIH.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 488 laser | Melles-Griot-CW | laser 50 mW | |
| 60x PLAPON obiektyw zanurzeniowy olejek (NA 1.42) | Olympus | 1-U2B933 | Soczewka Mikroskop konfokalny |
| 633 laser | Melles-Griot-CW | He-Ne laser 12 mW | |
| Obiektyw 63x (NA 1.40, HC PL APO CS2) | Obiektyw Leica | 11506350 | Mikroskop dwufotonowy |
| BA 410-460 nm | Chroma | - | Filtr pasmowo-przepustowy |
| BA 495-540 nm | Filtr pasmowo-przepustowy | Chroma-Band-pass | |
| BA 505-605 nm | Chroma-Band-pass | ||
| BA 655-755 nm | Filtr | pasmowo-borowo-dipirometanowy | |
| (BODIPY) 665/676 | Thermo Fisher Scientific | B3932 | Czujnik peroksyjacji lipidów |
| Carbomer-940 | Farma zasp śnieżnych | 739601480651 | Cewnik żelowy |
| Terumo | SV27EL | Zestawy infuzyjne ze skrzydłami | |
| Kauteryzator | Braintree Scientific, Inc | GEM 5917 | System kauteryzacji |
| Mysz CMV-Cre | Jackson lab | 006054 | Linia myszy |
| Szkiełko nakrywkowe | Bioptechs-Średnica | 30 mm warga nakrywkowa do mikroskopu odwróconego | |
| Curity 4x4 calowa uniwersalna gaza gąbkowa | Covidien | 9024 | Gąbka |
| EGFPcyto mysz | Jackson lab | 003291 | Linia myszy |
| Fidżi / ImageJ Oprogramowanie | Open source-Darmowe | narzędzie programowe | |
| Kleszcze precyzyjne | Braintree Scientific, Inc | FC003 8 | Kleszczyki do tkanek |
| Mikroskop Fluoview 1000 | Mikroskop konfokalny | Olympus | FV1000 |
| Oprogramowanie FluoView | Mikroskop konfokalny Olympus i mikroskop dwufotonowy | ||
| Ręczna elektryczna maszynka do golenia | Braintree Scientific, Inc | CLP-8786-451A | Bezprzewodowa maszynka do strzyżenia |
| Poduszka grzewcza | Braintree Scientific, Inc | DPIP | Poduszka termiczna dla zwierząt |
| Detektory HyD Detektor | spektralny Leica-Leica 4Tune | ||
| Oprogramowanie Imaris | Instrumenty Bitplane / Oxford | Komercyjne narzędzie programowe | |
| Przestrajalny laser Ingisht X3 Przestrajalny laser | Spectra Physics | Insight X3 | Przestrajalny laser pulsacyjny |
| VetOne | 13985-046-40 | Ketamina znieczulająca | |
| VetOne | 13985-702-10 | Znieczulenie | |
| LAS X Oprogramowanie | Leica-Dwufotonowy | ||
| przestrajalny Przestrajalny laser Mai-Tai | Fizyka widm | Mai-Tai | Laser |
| MetaMorph | Molecular | Devices-Komercyjne | narzędzie programowe |
| Monodansylpentan AUTODOT | Abcepta | Sm1000a | Barwnik kropelkowy lipidów |
| MPE-RS mikroskop | Olympus | IX70 | Mikroskop dwufotonowy |
| mysz mT/mG | Linia 007676 laboratoryjna Jacksona | Linia myszy | |
| Grzałka obiektywu | Bioptechs | 150819 | Grzałka obiektywu do mikroskopów konfokalnych i dwufotonowych |
| Komora oddechowa nasycona tlenem | Patterson Scientific | 78933385, SAS3 i EVAC4 | System anestezjologii i ewakuacji gazu |
| Parafilm | Heathrow Scientific | HS234526B | Półprzezroczysty, elastyczny detektor PMT z folii termoplastycznej |
| Olympus-Descanned | detektory | ||
| Detektor PMT | Technologia LSM | Niestandardowe | detektory bez skanowania |
| Pompa | Aparatura Harvarda | 703602, 704402 | Wtryskiwacz i kontroler nanomitów |
| soli fizjologicznej | Biologiczne | 114-055-721EA | Sól fizjologiczna |
| Zwykłe nożyczki Ostre nożyczki z końcami | Braintree Scientific, Inc | SCT-S 508 | Nożyczki |
| chirurgiczneStrzykawka | Covidien | 22-257-150 | Strzykawka tuberkulinowa 1 ml |
| TCS SP8 Nurkowanie Mikroskop spektralny | Leica | SP8 | Mikroskop dwufotonowy |
| Pęseta | Braintree Scientific, Inc | FC032 | Kleszczyki do tkanek |
| Ksylazyna | VetOne | 13985-704-10 | Środek znieczulający |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.