Tutaj prezentujemy protokół do dożylnego obrazowania przeszczepionego lewego płuca myszy za pomocą mikroskopii dwufotonowej. Stanowi to cenne narzędzie do badania dynamiki i interakcji komórkowych w czasie rzeczywistym po przeszczepie płuc u myszy.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy protokół do dożylnego obrazowania przeszczepionego lewego płuca myszy za pomocą mikroskopii dwufotonowej. Stanowi to cenne narzędzie do badania dynamiki i interakcji komórkowych w czasie rzeczywistym po przeszczepie płuc u myszy.
Powikłania po przeszczepie płuc są w dużej mierze związane z reakcją układu odpornościowego gospodarza na przeszczep. Takie odpowiedzi immunologiczne są regulowane przez przesłuchy między komórkami dawcy i biorcy. Lepsze zrozumienie tych procesów opiera się na wykorzystaniu przedklinicznych modeli zwierzęcych i jest wspomagane przez możliwość badania transportu komórek odpornościowych wewnątrz przeszczepu w czasie rzeczywistym. Przyżyteczna mikroskopia dwufotonowa może być stosowana do obrazowania tkanek i narządów na głębokości do kilkuset mikronów przy minimalnym fotouszkodzeniu, co daje dużą przewagę nad jednofotonową mikroskopią konfokalną. Selektywne wykorzystanie myszy transgenicznych z ekspresją białka fluorescencyjnego specyficzną dla promotora i/lub adoptywnym transferem komórek znakowanych barwnikiem fluorescencyjnym podczas przyżyciowej mikroskopii dwufotonowej pozwala na dynamiczne badanie pojedynczych komórek w ich środowisku fizjologicznym. Nasza grupa opracowała technikę stabilizacji płuc myszy, która umożliwiła nam zobrazowanie dynamiki komórkowej w płucach naiwnych i ortotopowo przeszczepionych przeszczepach płuc. Technika ta pozwala na szczegółową ocenę zachowania komórek w obrębie układu naczyniowego i śródmiąższu, a także na badanie interakcji między różnymi populacjami komórek. Procedury tej można się łatwo nauczyć i dostosować do badania mechanizmów immunologicznych, które regulują reakcje zapalne i tolerogenne po przeszczepie płuc. Można go również rozszerzyć o badanie innych patogennych chorób płuc.
Przeszczep płuc jest ostatnią opcją dla wielu pacjentów cierpiących na schyłkową niewydolność płuc; jednak długoterminowe przeżycie po przeszczepie płuc jest słabe w porównaniu z innymi przeszczepami narządów litych. Przeżywalność po 5 latach wynosi tylko ~60%-70%1, w porównaniu do 80%-90% w hearts2 i 85%-90% w nerkach3. Wiele powikłań po przeszczepie płuc, takich jak pierwotna dysfunkcja przeszczepu, odrzucenie za pośrednictwem przeciwciał i przewlekła dysfunkcja alloprzeszczepu płuc, wynika z odpowiedzi immunologicznej gospodarza na przeszczep allogeniczny. Na przykład, nasza grupa wykazała, że neutrofile są szybko rekrutowane do alloprzeszczepu płuc po indukowanym przeszczepem uszkodzeniu niedokrwienno-reperfuzyjnym i tworzą dynamiczne skupiska otaczające monocyty krwi4. Przesłuch między komórkami dawcy i biorcy jest odpowiedzialny za szkodliwe odpowiedzi alloimmunologiczne5,6,7, a możliwość badania tych dynamicznych interakcji komórkowych w żywym modelu zwierzęcym jest nieoceniona.
Mikroskopia dwufotonowa pozwala na obrazowanie przyżyciowe o wysokiej rozdzielczości na głębokości do kilkuset mikronów przy minimalnym fotowybielaniu tkanek8,9. Jest stosowany w różnych tkankach i miejscach anatomicznych, w tym w korze nowej10,11, skin12,13 i kidney14,15. Ostatnio został dostosowany do niestatycznych narządów, takich jak płuca i serce4,16,17. W tym protokole opisujemy technikę obrazowania stabilizowanych, wentylowanych i perfundowanych przeszczepów płuc po mysim ortotopowym przeszczepie lewego płuca. Kluczową zaletą modelu przeszczepu jest możliwość oddzielnej manipulacji genetycznej dawcą i biorcą. Poszczególne populacje komórek można wizualizować za pomocą transgenicznych szczepów myszy z ekspresją białek fluorescencyjnych knock-in, adoptywnym transferem komórek znakowanych fluorescencyjnie5 lub dożylnym wstrzyknięciem przeciwciał znakowanych fluorescencyjnie w celu związania markerów specyficznych dla komórki4,16,17,18.
Aby ustabilizować płuco podczas obrazowania, protokół ten polega na przyklejeniu płuca do szkła nakrywkowego, podczas gdy inne grupy opisały stabilizację ssania za pomocą specjalnie zaprojektowanego odwracalnego urządzenia próżniowego19. Nasz protokół ma kilka zalet, w tym większy obszar obrazowania i względną łatwość konfiguracji przy użyciu powszechnie dostępnych materiałów w laboratorium mikroskopowym (w tym szkła nakrywkowego i kleju). Ponieważ ta technika klejenia ogranicza płuca na górnej powierzchni, oczekuje się, że zmniejszy ruchy wentylacyjne i umożliwi głębsze obrazowanie. Ta technika obrazowania przyżyciowego pozwala na szczegółową obserwację zachowania i interakcji komórek odpornościowych w czasie rzeczywistym, co przyczynia się do badania mechanizmów immunologicznych, które regulują reakcje zapalne i tolerogenne po przeszczepie płuc.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury obchodzenia się ze zwierzętami zostały przeprowadzone zgodnie z wytycznymi National Institutes of Health Care and Use of Laboratory Animals i zatwierdzone przez Institutional Animal Care and Use Committee w Washington University School of Medicine.
1. Znieczulenie i intubacja
UWAGA: Ortotopowy przeszczep lewego płuca myszy jest wykonywany, jak opisano wcześniej20,21. Płuca myszy C57BL/6 (B6) o gramaturze 20-25 g są przeszczepiane biorcom witaminy B6 o tej samej płci i wieku. Klasa B6. Myszy reporterowe LysM-GFP są wykorzystywane jako biorcy w wybranych eksperymentach mających na celu wizualizację infiltracji neutrofili do przeszczepów płuc. Myszy biorcy można obrazować bezpośrednio po przeszczepie płuc.
2. Chirurgiczne przygotowanie lewego płuca do obrazowania
3. Przygotowanie komory obrazowania
UWAGA: Komora obrazowania jest budowana na zamówienie (zobacz Rysunek 2A). Ta komora obrazowania składa się z płyty podstawy i płyty górnej, pomiędzy którymi mysz jest umieszczona i zabezpieczona sprężynowymi po obu stronach (Rysunek 2B). Na górnej płycie znajduje się okrągłe wycięcie o średnicy ~2 cm. W tym otworze z przodu górnej płyty umieszczono odpowiednio duży pierścień uszczelniający, który będzie chronił soczewkę obiektywu (Rysunek 2C). Szkło nakrywkowe o wymiarach 24 mm x 50 mm przykleja się do tylnej części górnej płyty za pomocą smaru o wysokiej podciśnieniowości, co zapewnia wodoszczelne uszczelnienie. To szkło nakrywkowe będzie służyć jako okienko obrazowania, przylegając do płuca poniżej i utrzymując media obrazowe (tj. wodę) powyżej. Upewnij się, że smar próżniowy nie dostał się do okrągłego okienka obrazowania. Szkło nakrywkowe będzie wymieniane przy każdym nowym eksperymencie obrazowania. Płyta podstawy jest podgrzewana do temperatury 35-37 °C za pomocą sondy temperatury termopary ( Rysunek 2A).
4. Obrazowanie dwufotonowe
UWAGA: Do mikroskopii przyżyciowej powinien być używany mikroskop pionowy o stałym stopniu widzenia z obiektywem zanurzeniowym w wodzie >o aperturze numerycznej (NA) 20x lub 25x. Poniżej znajduje się konfiguracja użyta w tym badaniu dla B6 do B6. Przeszczep lewego płuca LysM-GFP z znakowaniem naczyń krwionośnych q-dot 655 nm. Stosując ten protokół, konfigurację mikroskopu, laserów i filtrów dichroicznych można dostosować w zależności od potrzeb konkretnego eksperymentu i zastosowanych reporterów fluorescencyjnych.
5. Akwizycja wideo
UWAGA: Następujące parametry mogą być dostosowane w zależności od konkretnego eksperymentu. Kroki 5.1-5.3 opisują konkretne parametry używane dla B6 do B6. Mysi przeszczep lewego płuca Lysm-GFP, który może być używany jako przewodnik referencyjny.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Po 1 h zimnego przechowywania niedokrwiennego w temperaturze 4 ˚C, ortotopowo przeszczepiliśmy lewe płuco od myszy B6 do myszy B6.LysM-GFP4, a następnie przeprowadziliśmy obrazowanie dwufotonowe in vivo, zgodnie z powyższym opisem. Obrazowanie wykonano w dwóch punktach czasowych po przeszczepieniu – 2 h (Rysunek 3A) oraz 24 h (Rysunek 3B). Naczynia krwionośne są znakowane na czerwono za pomocą kropek kwantowych (q-dots) wstrzykniętych bez...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wzbudzenie dwufotonowe zostało po raz pierwszy opisane w jej pracy doktorskiej przez Marię Göppert-Mayer w 1931 roku, która później otrzymała Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za opisanie struktury powłoki jądrowej22,23. Tradycyjna mikroskopia fluorescencyjna opiera się na wzbudzeniu pojedynczych fotonów, przy czym długości fal wzbudzenia są krótsze i mają wyższą energię niż fale emisyjne. W przeciwieństwie do mikroskopii jednofotonowej, mikroskopia dwufotonowa p...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie informują o żadnych istotnych ujawnieniach.
Ta praca jest wspierana przez granty z NIH 1P01AI11650 i Fundacji na rzecz Szpitala Żydowskiego Barnes. Dziękujemy Rdzeniowi Obrazowania In Vivo w Washington University School of Medicine.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 0,75% powidon-jod | Aplicare | NDC 52380-0126-2 | Do środka dezynfekującego |
| 1-calowy cewnik dożylny 20G | Terumo | SROX2025CA | Do rurki dotchawiczej (ETT) |
| 1-calowa taśma jedwabna | Durapore | 3M ID 7100057168 | Aby zabezpieczyć mysz w pozycji |
| 20-krotne zanurzenie w wodzie długa soczewka obiektywu | Olympus | N20X-PFH | |
| 3M Klej | VetbondMedi-Vet.com | 10872 | Do przyklejania szkła nakrywkowego do płuc |
| 655 nm niedocelowych kropek kwantowych | ThermoFisher | Q21021MP | Do znakowania naczyń krwionośnych |
| 70% etanolu | Sigma Aldrich | EX0281 | Do środka dezynfekującego |
| Argent High Temp Fine Tip Długopis kauteryczny | McKesson | 231 | |
| O-ring (2 cm) | Sklep z narzędziami | Nie dotyczy Do | obrazowania na zamówienie komora |
| Śruba (2) | Sklep z narzędziami | Nie dotyczy Do | komory obrazowania |
| Mosiężna nakrętka kciukowa (2) | Sklep z narzędziami | Nie dotyczy Do | komory obrazowania zbudowanej na zamówienie |
| Buprenorfina 1,3 mg / ml | Fidelis Zdrowie zwierząt | NDC 86084-100-30 | Do kontroli bólu |
| Chameleon tytanowo-szafirowy femtosekundowy laser impulsowy | Coherent | N/A | |
| Szkło nakrywkowe (24 mm x 50 mm) | Thomas Scientific | 1202F63 | Do niestandardowej komory obrazowania |
| Zakrzywiony zacisk na komary (1) | Fine Science Tools | 13009-12 | |
| Dwukanałowy sterownik grzałki | Warner Instruments | TC-344B | |
| Precyzyjne nożyczki (1) | Fine Science Tools | 15040-11 | |
| Mikroskop pionowy stojący | Olympus | BX51WI | |
| Gaza (przycięta do 1 cm x 3 cm) | McKesson | 476709 | Do umieszczenia pod lewym płucem |
| Smar wysokopróżniowy | Dow Corning | N/A | Do przyklejenia szkła nakrywkowego do górnej płyty |
| Izofluran 1% | Sigma Aldrich | 26675-46-7 | Do znieczulenia |
| Chlorowodorek ketaminy 100 mg/ml | Vedco | NDC 50989-996-06 | Do znieczulenia |
| Blacha (3 cm x 7 cm) | Sklep z narzędziami | N/A | Do zbudowanej na zamówienie komory obrazowania |
| Spiczaste aplikatory z bawełnianą końcówką | Solon | 56225 | Do manipulowania płucami i do sekcji |
| Maszynka do strzyżenia Power Pro Ultra | Oster | 078400-020-001 | |
| Puralube Maść do oczu weterynarza | Medi-Vet.com | 11897 | Aby zapobiec wysuszeniu oczu |
| Respirator dla małych zwierząt | Harvard Aparatura | 55-0000 | |
| Kleszcze proste (1) | Fine Science Tools | 91113-10 | |
| Trzykanałowy sterownik migawki | Uniblitz | VMM-D3 | Skaner rezonansowy |
| x.y.z Optyczny silnik krokowy | Prior Scientific | OptiScan II | |
| Ksylazyna 20 mg / ml | Akorn | NDC 59399-110-20 | Do kontroli bólu |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.