Tutaj prezentujemy solidną metodę perfuzji in situ wątroby myszy do badania ostrej i bezpośredniej regulacji metabolizmu wątroby bez naruszania architektury wątroby, ale przy braku czynników pozawątrobowych.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy solidną metodę perfuzji in situ wątroby myszy do badania ostrej i bezpośredniej regulacji metabolizmu wątroby bez naruszania architektury wątroby, ale przy braku czynników pozawątrobowych.
Wątroba pełni wiele funkcji, w tym metabolizm składników odżywczych. W przeciwieństwie do innych modeli badań wątroby in vitro i in vivo, izolowana perfuzja wątroby pozwala na badanie biologii i metabolizmu wątroby w całej wątrobie z nienaruszoną architekturą wątroby, oddzieloną od wpływu czynników pozawątrobowych. Perfuzje wątroby zostały pierwotnie opracowane dla szczurów, ale metoda została dostosowana również do myszy. Tutaj opisujemy protokół perfuzji in situ wątroby myszy. Wątroba jest perfundowana przednio przez żyłę wrotną za pomocą natlenionego buforu wodorowęglanu Krebsa-Henseleita, a wyjście jest pobierane z żyły głównej dolnej nadwątrobowej z zaciskaniem żyły podwątrobowej dolnej w celu zamknięcia obwodu. Za pomocą tej metody można ocenić bezpośrednie działanie badanego związku na wątrobę ze szczegółową rozdzielczością czasową. Czynność wątroby i jej żywotność są stabilne przez co najmniej 3 godziny, co pozwala na włączenie kontroli wewnętrznej do tego samego eksperymentu. Możliwości eksperymentalne z wykorzystaniem tego modelu są liczne i mogą wnioskować o wgląd w fizjologię wątroby i choroby wątroby.
Wątroba jest niezbędnym organem w metabolizmie. Odgrywa kluczową rolę w kontroli bilansu energetycznego całego organizmu poprzez regulację metabolizmu glukozy, lipidów i aminokwasów. Wzrost liczby chorób wątroby na całym świecie staje się głównym globalnym obciążeniem zdrowotnym i potrzebna jest większa wiedza na temat patofizjologii i jej konsekwencji dla funkcji wątroby.
Różne modele in vitro zostały opracowane do badań nad wątrobą, aby uzupełnić badania in vivo. Szeroko stosowane są izolowane i hodowane hepatocyty pierwotne od gryzoni i ludzi. Komórki niemiąższowe można oddzielić od hepatocytów za pomocą wirowania różnicowego i gradientowego, a kokultura różnych typów komórek jest przydatna do badania przesłuchów międzykomórkowych1. Chociaż pierwotne ludzkie hepatocyty są uważane za złoty standard w testowaniu toksyczności leków, kilka badań wykazało, że hepatocyty szybko deróżnicują się w hodowli tkankowej, co powoduje utratę funkcji wątroby2,3,4. Hodowla hepatocytów w systemie sferoidalnym 3D łagodzi odróżnicowanie, jest bardziej stabilna i wydaje się naśladować wątrobę in vivo w większym stopniu niż tradycyjne systemy hodowli 2D5. Precyzyjnie wycięte plastry wątroby to kolejny dobrze sprawdzony model in vitro, który utrzymuje nienaruszoną architekturę tkanki i zawiera komórki niemiąższowe obecne w liver6. Bardziej zaawansowane modele in vitro obejmują wątrobę na chipie7 i organoidy wątrobowe8. Jednak przy wszystkich tych podejściach dochodzi do utraty integralności strukturalnej i dynamiki przepływu, w tym wektorowego przepływu żyły wrotno-wątrobowej, co prawdopodobnie wpływa na możliwość uogólnienia.
Izolowana perfundowana wątroba szczura została po raz pierwszy opisana przez Claude'a Bernarda w 1855 roku9, i jest nadal używana w różnych dziedzinach nauki do badań nad biologią wątroby, toksykologią i patofizjologią. Zalety perfundowanej wątroby w porównaniu z wyżej wymienionymi modelami in vitro obejmują utrzymanie architektury wątroby, przepływu naczyniowego, polarności i strefowości hepatocytów oraz interakcji między hepatocytami a komórkami niemiąższowymi. W porównaniu z badaniami in vivo, perfundowana wątroba pozwala na badanie metabolizmu wątroby w sposób izolowany, unikając czynników pozawątrobowych przenoszonych przez krew i z pełną kontrolą nad warunkami eksperymentalnymi. Na przestrzeni lat wprowadzono kilka modyfikacji w celu ulepszenia modelu perfuzji wątroby szczura10,11,12,13. Chociaż myszy były wykorzystywane do izolowanych badań nad perfuzją wątroby, dostępna jest mniejsza literatura. W tym miejscu przedstawiamy metodę perfuzji in situ wątroby myszy poprzez kaniulację żyły wrotnej i żyły głównej nadwątrobowej dolnej w celu zbadania ostrych i bezpośrednich odpowiedzi metabolicznych na substraty metaboliczne i hormony mierzone w wątrobowym wycieku żylnym z wątroby myszy w czasie rzeczywistym.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie eksperymenty na zwierzętach zostały przeprowadzone za zgodą duńskiego Inspektoratu Eksperymentów na Zwierzętach przy Ministerstwie Środowiska i Żywności Danii (pozwolenie 2018-15-0201-01397) oraz lokalnej komisji etycznej, zgodnie z dyrektywą UE 2010/63/UE, wytycznymi National Institutes of Health (publikacja nr 85-3) oraz zgodnie z przepisami prawa duńskiego regulującymi eksperymenty na zwierzętach (1987). Jest to procedura terminalna, a przyczyną śmierci jest upuszczenie krwi oraz perforacja przepony w głębokiej anestezji.
1. Zwierzęta doświadczalne
2. Przygotowania przedoperacyjne
3. Obsługa i perfuzja
UWAGA: Ilustracja układu perfuzyjnego wykorzystanego w tym badaniu znajduje się na Rysunku 1.

Rycina 1: Ilustracja układu perfuzyjnego. (A) Stół operacyjny jest uniesiony na statywie trójnogim i podgrzany do 37 °C. Bufor perfuzyjny jest napowietrzany (95% O2, 5% CO2), pompowany za pomocą perystaltycznej pompy rolkowej i podgrzewany w wymienniku ciepła z wbudowaną pułapką pęcherzykową. System składa się ponadto z manometru i pompy wrzecionowej do regulacji ciśnienia perfuzji. Ciśnienie perfuzji jest stale rejestrowane i wizualizowane za pomocą przetwornika na komputerze PC w programie do zapisu ciśnienia. (B) Czerwona ramka obejmuje połączenia kurków trójdrożnych. Pierwszy kurek trójdrożny jest otwarty dla infuzji związku testowego za pomocą pompy strzykawkowej, a drugi jest zamknięty. Trzeci jest otwarty dla ciągłych pomiarów ciśnienia. Czwarty kurek może być wykorzystany do pobierania próbek wejściowych, np. do analizy gazowej w perfundowanej wątrobie. Złącza mogą być modyfikowane zgodnie z potrzebami dla konkretnych eksperymentów wymagających większej lub mniejszej liczby linii infuzyjnych. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 2: Zdjęcia jamy brzusznej myszy przed i w trakcie perfuzji wątroby. (A)Zielona kropka wskazuje położenie końcówki cewnika żyły wrotnej. Ważne jest, aby końcówka cewnika znajdowała się tuż poniżej miejsca rozgałęzienia żyły wrotnej na lewą i prawą żyłę wrotną wątrobową, ale powyżej odgałęzienia trzustkowo-dwunastniczego, aby uniknąć wycieku. Żółta kropka wskazuje prawidłowe miejsce założenia zacisku naczyniowego na podwątrobowym odcinku żyły głównej dolnej, pomiędzy prawą żyłą nerkową a wątrobą, aby zapobiec cofaniu się krwi do perfundowanej wątroby. (B, C) Perfundowana wątroba myszy z dwoma cewnikami wprowadzonymi do żyły wrotnej (B) oraz nadwątrobowego odcinka żyły głównej dolnej (C) i zaciskiem naczyniowym na podwątrobowym odcinku żyły głównej dolnej (B). Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
4. Eksperyment
5. Pomiary biochemiczne
6. Analiza danych
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Do określenia, czy dany bodziec lub substrat prowadzi do uwalniania interesującej nas cząsteczki, wymagana jest stabilna linia bazowa. Na Rysunku 3A przedstawiono przykład pomyślnie przeprowadzonego eksperymentu. Produkcja mocznika w perfundowanej wątrobie jest mierzona w odstępach 2 min i przedstawiona jako średnia ± SEM. Okresy bazowe poprzedzające każdy z dwóch okresów stymulacji są stabilne. Średnią produkcję mocznika podczas dwóch okresów stymulacji oraz...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyizolowana perfundowana wątroba myszy jest silnym narzędziem badawczym do badań nad dynamiką i mechanizmami molekularnymi metabolizmu wątrobowego. Możliwość pobierania próbek z minuty na minutę zapewnia szczegółową ocenę bezpośredniego wpływu badanego związku na wątrobę. W porównaniu z badaniami in vivo, perfundowana wątroba pozwala na badanie metabolizmu wątroby w sposób izolowany, z pominięciem czynników pozawątrobowych przenoszonych przez krew i z pełną kontrolą nad warunkami doświadczalnymi. Zaletą perfuzji...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują brak konfliktu interesów istotnego dla tego artykułu.
Badania i Nicolai J. Wewer Albrechtsen były wspierane przez Novo Nordisk Foundation Excellence Emerging Investigator Grant - Endokrynologia i Metabolizm (nr wniosku. NNF19OC0055001), Europejska Fundacja Badań nad Cukrzycą Future Leader Award (NNF21SA0072746) oraz Niezależny Fundusz Badawczy Dania, Sapere Aude (1052-00003B). Centrum Badań nad Białkami Fundacji Novo Nordisk jest wspierane finansowo przez Fundację Novo Nordisk (umowa o grant NNF14CC0001). Rysunek 1B został stworzony przy użyciu biorender.com. Dziękujemy dr Rune E. Kuhre (Novo Nordisk A/S) za owocne dyskusje na temat perfundowanej wątroby myszy.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 3-drożny kran | BD | 394601 | |
| Dieta hodowlana Altromin | Altromin Spezialfutter | 1319 | |
| Chlorek wapnia dwuwodny (CaCl2· 2H2O) | Sigma | C8106 | |
| Cewniki (0,7 mm) | BD | 381812 | |
| Bibuła filtracyjna (wielkość porów 2,0 i #181; m) | Zestaw do | Millipore AP2029325 | |
| QuantiChromTM | DIGL-100 | Protokół niskiego stężenia | |
| Ketamina | MSD Zdrowie zwierząt | 511485 | 90 mg / kg |
| Ligatura (sterylny jedwab) | Agnthos | 14739 | |
| Siarczan magnezu (MgSO4) | Sigma | 230391 | |
| Nieestryfikowany tłuszcz zestaw kwasów | Fujifilm Wako Chemicals | NEFA-HR(2) | |
| Stół operacyjny, podgrzewany na statywie, typ 873 | Harvard Bioscience, Inc. | ||
| Chlorek potasu (KCl) | Sigma | P9541 | |
| Diwodorofosforan potasu (KH2PO4) | Merck | 1.04877 | |
| Pompa rolkowa, z czterema kanałami | Harvard Bioscience, Inc. | 730100 | |
| Elegancka taśma | Mediq danmark | 4001910 | |
| Wodorowęglan sodu (NaHCO3) | Sigma | S5761 | |
| Chlorek sodu (NaCl) | Sigma | S1679 | |
| Cyrkulator termostatyczny | Harvard Bioscience, Inc. | 730125 | Pojemność wanny 3 l, 230 V/50 Hz |
| Wężyk | Tygon | E3603 | Średnica wewnętrzna 1,59 mm, średnica zewnętrzna 3,18 mm |
| Uniwersalny system perfuzyjny | Harvard Bioscience, Inc. | 732316 | Jednostka podstawowa uniper UP-100, typ 834 |
| Vamin | Fresenius Kabi | B05ABA01 | Mieszane aminokwasy |
| Adapter zacisku naczynia | Deutsche Biomedical | DBC1002 | |
| Zaciski do naczyń | Deutsche Biomedical | DBC1005 | |
| Windkessel | Harvard Bioscience, Inc. | ||
| Xylazine | Rompun Vet | 530701 | 10 mg/kg |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.