W pracy przedstawiono protokół precyzyjnego dostarczania naczyniowych komórek macierzystych pod kontrolą USG do ściany naczynia aorty. Technika ta skutecznie celuje w ścianę naczynia i wspomaga naprawę naczyń w tętniakach i rozwarstwieniach aorty.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
W pracy przedstawiono protokół precyzyjnego dostarczania naczyniowych komórek macierzystych pod kontrolą USG do ściany naczynia aorty. Technika ta skutecznie celuje w ścianę naczynia i wspomaga naprawę naczyń w tętniakach i rozwarstwieniach aorty.
Tętniaki aorty i pęknięcia rozwarstwień są zagrażającymi życiu nagłymi przypadkami sercowo-naczyniowymi. Wczesna profilaktyka i kontrola postępu choroby mają zasadnicze znaczenie dla poprawy wyników leczenia pacjentów. Naczyniowe komórki macierzyste odgrywają kluczową rolę w naprawie urazów naczyniowych w różnych chorobach naczyniowych. Jednak terapie iniekcji donaczyniowych komórek macierzystych napotykają wyzwania związane z zapewnieniem skutecznego wszczepienia egzogennych komórek macierzystych w ścianie naczynia.
Aby zbadać bardziej skuteczne i minimalnie inwazyjne podejście do dostarczania komórek macierzystych w chorobach aorty, opracowaliśmy technologię precyzyjnego dostarczania komórek macierzystych pod kontrolą ultradźwięków. W szczególności technika ta wykorzystywała system obrazowania ultrasonograficznego z kolorowym Dopplerem o ultrawysokiej rozdzielczości w celu precyzyjnego zlokalizowania ściany naczyniowej aorty wstępującej w mysich modelach choroby aorty. Następnie wstrzyknięto 1 × 106 mNaczyniowe komórki macierzyste znakowane wiśnią zmieszane z 25 μl Matrigel za pomocą igły 29 G. Postęp choroby monitorowano za pomocą ultrasonografii małych zwierząt. Na koniec aorta została pobrana i przeanalizowana za pomocą obrazowania 3D za pomocą mikroskopu arkuszowego światła w celu śledzenia wstrzykniętych naczyniowych komórek macierzystych.
Powyższe wyniki pokazują, że wstrzyknięte naczyniowe komórki macierzyste zostały dokładnie dostarczone do ściany naczyniowej aorty wstępującej przy minimalnej inwazyjności, co skutecznie wspomaga naprawę naczyń w tętniakach i rozwarstwieniach aorty. Ta technologia dostarczania komórek macierzystych pod kontrolą ultradźwięków oferuje obiecującą, minimalnie inwazyjną metodę przeszczepu komórek macierzystych, potencjalnie kontrolując postęp tętniaków i rozwarstwień aorty oraz innych powiązanych chorób sercowo-naczyniowych w klinikach w przyszłości.
Tętniaki i rozwarstwienia aorty (AAD) są powszechnymi i wysoce śmiertelnymi chorobami sercowo-naczyniowymi, zwykle charakteryzującymi się podstępnym początkiem i szybkim postępem. Częstość występowania AAD waha się od 1,3% do 8%, przy czym szacuje się, że każdego roku na całym świecie umieraod 150 000 do 200 000 1,2. Ze względu na ostry początek i subtelne objawy kliniczne, wielu pacjentów znajduje się w stanie krytycznym w momencie postawienia diagnozy, tracąc optymalne okno leczenia. Chociaż leczenie farmakologiczne, takie jak blokery β-adrenergiczne i blokery receptora angiotensyny, może do pewnego stopnia spowolnić ekspansję tętniaka, terapie te zapewniają przede wszystkim ulgę objawową i nie wykazano, aby skutecznie zapobiegały wystąpieniu lub progresji AAD3.
Obecnie postępowanie kliniczne opiera się głównie na interwencjach chirurgicznych, w tym rekonstrukcji korzenia aorty, endoprotezoplastyki aorty wstępującej, chirurgii Bentalla i wewnątrznaczyniowej naprawy tętniaków aorty 4,5. Jednak w przypadku pacjentów z genetycznym AAD, szczególnie tych, którzy nie osiągnęli jeszcze wskazań chirurgicznych, brakuje skutecznych metod leczenia etiologicznego, a podejścia farmakologiczne mają trudności z kontrolowaniem długoterminowego postępu choroby. U pacjentów z zespołem Marfana (MFS), chociaż leczenie może opóźnić rozszerzenie aorty, badania wskazują, że niektóre osoby doświadczają szybszego tempa rozszerzania się aorty i są bardziej narażone na rozwarstwienie aorty5. W związku z tym zapewnienie skutecznych interwencji tym pacjentom, którzy nie spełniają jeszcze kryteriów chirurgicznych, pozostaje poważnym wyzwaniem klinicznym. Opracowanie bardziej ukierunkowanych strategii terapeutycznych stało się kluczową kwestią, którą należy się zająć w leczeniu chorób aorty.
Patogeneza AAD polega przede wszystkim na rozległej apoptozie komórek mięśni gładkich (SMC) i ścieńczeniu pożywki, co prowadzi do kruchości strukturalnej ściany aorty. W szczególności postępująca utrata aortalnych SMC jest cechą charakterystyczną AAD, objawiającą się apoptozą SMC, degradacją macierzy zewnątrzkomórkowej (ECM), infiltracją komórek odpornościowych i zwiększonym stresem oksydacyjnym2. Naczyniowe komórki macierzyste to rodzaj dorosłych komórek macierzystych znajdujących się w ścianie naczynia, zdolnych do różnicowania się w SMC lub komórki śródbłonka. W normalnych warunkach fizjologicznych komórki macierzyste pozostają w stanie spoczynku, ale w warunkach patologicznych ulegają aktywacji, ulegając samoodnowie i różnicowaniu, aby przyczynić się do naprawy tkanek6. Ostatnie badania podkreśliły kluczową rolę komórek macierzystych ściany naczyniowej w uszkodzeniu naczyń krwionośnych, szczególnie w przebudowie przeszczepów żyłowych, miażdżycy, restenozy, nadciśnieniu tętniczym oraz w chorobach lub stanach patologicznych, takich jak AAD 7,8,9,10,11,12,13.
Podczas gdy istniejące technologie dostarczania komórek macierzystych – takie jak miejscowe wstrzyknięcie specyficzne dla tkanek i ogólnoustrojowy wlew dożylny – są stosunkowo zaawansowane, dostarczanie komórek macierzystych do ściany aorty stanowi poważne wyzwanie14,15. Szybki przepływ krwi w aorcie, w połączeniu z dynamicznym skurczem i rozluźnieniem ściany naczynia, utrudnia osiągnięcie efektywnego dostarczania komórek i zapewnienie długotrwałego przeżycia przeszczepionych komórek w tkance naczyniowej.
W tym badaniu opisujemy nowatorską, zamkniętą technikę iniekcji błony epi ściany naczynia, która umożliwia minimalnie inwazyjne, precyzyjnie ukierunkowane dostarczanie komórek macierzystych ściany naczyniowej pod kontrolą ultradźwięków. Takie podejście ma tę zaletę, że jest łatwe do wykonania, bez konieczności torakotomii lub laparotomii, i pozwala uniknąć związanych z tym powikłań. Pozwala również na większą elastyczność podczas procesu wstrzykiwania, umożliwiając docelowe stężenie komórek macierzystych w pożądanym obszarze, jednocześnie minimalizując odpowiedzi immunologiczne i inne skutki uboczne. Co więcej, postępy w technologii optycznego oczyszczania tkanek pozwalają obecnie na obrazowanie w rozdzielczości subkomórkowej całego ciała myszy, oferując szerokie zastosowania w trójwymiarowej rekonstrukcji struktur tkankowych o wysokiej rozdzielczości, badaniu mechanizmów patologicznych, modelowaniu chorób i badaniach przesiewowych leków. W połączeniu z mikroskopią arkuszową technologii tej zapewnia obrazowanie 3D o wysokiej rozdzielczości przestrzennej16. Korzystając z tego podejścia, możemy śledzić wstrzyknięte naczyniowe komórki macierzyste i obserwować ich zdolność migracyjną. W związku z tym dostarczanie komórek macierzystych pod kontrolą ultradźwięków stanowi obiecującą, minimalnie inwazyjną metodę przeszczepu komórek macierzystych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie procedury doświadczalne prowadzone są zgodnie z regulaminem Komisji Badań nad Zwierzętami Stołecznego Uniwersytetu Medycznego i są zatwierdzane przez Komisję ds. Dobrostanu i Etyki Zwierząt Stołecznego Uniwersytetu Medycznego.
1. Przygotowanie wstrzykiwanych naczyniowych komórek macierzystych
UWAGA: Aby zweryfikować stan po wstrzyknięciu i działanie naczyniowych komórek macierzystych, komórki Sca1 + izoluje się za pomocą selekcji kulek immunomagnetycznych, jak opisano wcześniej 17,18,19, transfekuje się lentiwirusem przenoszącym reporter mCherry w celu późniejszej obserwacji lokalizacji i dystrybucji komórek, a następnie hoduje się. Komórki z pasaży 5 lub wcześniejszych z dobrymi warunkami wzrostu i ekspresją Sca1 + znakowaną mCherry są wykorzystywane do kolejnych eksperymentów20.
2. Przygotowanie przedoperacyjne myszy
3. Iniekcja komórek ściany naczyniowej pod kontrolą ultradźwięków
UWAGA: Wszystkie zabiegi ultrasonograficzne wykonywane są przy użyciu systemu obrazowania ultrasonograficznego i oprogramowania (patrz Tabela materiałów). Stosować sondy o częstotliwości środkowej 40 MHz i igły 29 G.
4. Oczyszczanie tkanki naczyniowej
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Podawanie komórek macierzystych naczyń pod kontrolą ultradźwięków
W niniejszym badaniu iniekcję pod kontrolą ultradźwięków przeprowadzono przy użyciu systemu obrazowania kolorowego Dopplera dla małych zwierząt (Rysunek 1A,B). Podczas procedury myszy unieruchomiono na podgrzewanej platformie ultradźwiękowej, dokonując w razie potrzeby korekt ustawienia platformy i głowicy ultradźwiękowej (Rysunek 1C).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
AAD spowodowane mutacjami genetycznymi są klasyfikowane jako dziedziczne AAD, wśród których MFS jest najbardziej rozpowszechniony. AAD stanowi najbardziej zagrażające życiu powikłanie MFS22. Aby zbadać ten stan, zastosowaliśmy dobrze znany mysi model MFS (myszy Fbn1C1041G/+), który spontanicznie rozwija tętniaki aorty, co czyni go idealnym do badań wczesnej interwencji. Model ten pozwala również uniknąć dodatkowych uszkodzeń tkanek i zmienności eksperymentalnej związanych z inn...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają do zadeklarowania konfliktu interesów.
Prace te były wspierane przez grant z National Science and Technology Major Project (2023ZD0503304), Narodowej Fundacji Nauk Przyrodniczych Chin (32271231) oraz Narodowego Kluczowego Programu Badawczo-Rozwojowego Chin (2023YFC3606500). Dziękujemy dr Chao Zheng za wsparcie techniczne w obrazowaniu 3D.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 0,1% roztwór żelatyny | OriCell | GLT-11301 powiedział: | |
| Mikroprobówki 1,5 ml | Axygen (Axigen) | MCT-150-C | |
| 10 μ Końcówki do pipet L | Wybór laboratoryjny | T-001-10 | |
| 1000 μ Końcówki do pipet L | Wybór laboratoryjny | T-001-1000 | |
| Probówka wirówkowa 15 ml | Wybór laboratoryjny | CT-002-15A | |
| 200 μ Końcówki do pipet L | Wybór laboratoryjny | T-001-200 | |
| 5 ml mikroprobówka wirówkowa | Ostrze biologiczne | Zobacz materiał BS-50-M | |
| Probówka wirówkowa 50 ml | Wybór laboratoryjny | CT-002-50A | |
| Antypiryna | Macklin powiedział: | A800873 | |
| Zestaw MicroBead Anti-SCA-1 | Miltenyi Biotec | 130-123-124 | |
| System Bruker Luxendo MuVi -SPIM | |||
| Płyta CD31 | R& D | AF3628 powiedział: | Stosunek rozcieńczenia 1:100 |
| SZEŚCIENNY-L | Roztwór do oczyszczania tkanek | ||
| SZEŚCIENNY-RA | Współczynnik załamania światła - rozwiązanie dopasowujące | ||
| DMEM (DMEM) | Kontroler ATCC (Kontroler T | 30-2002 | |
| przeciwciało wtórne przeciwko kozom osła, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A11055 | Stosunek rozcieńczenia 1:800 |
| FBS (Sieć Usługowa | Corning | 35-076-CV | |
| HBLV-mcherry-PURO | HANBIO | ||
| Probówki homogenizatora | Wybór laboratoryjny | HGT-003-200 | |
| Aparatura do wstrzykiwania igieł pod kontrolą obrazu | Dźwięki wizualne | ||
| Strzykawka insulinowa | BD | 328421 | |
| Izofluran | Ameixin (Ameixin) | LAT-YFW | |
| Mikroskopy z arkuszami świetlnymi | Bruker Luxendo | MuVi-SPIM | |
| Matrigel | Corning | 356234 | |
| Przetwornik Microscan MS400 | Dźwięki wizualne | ||
| Platforma do obsługi myszy i monitorowania fizjologicznego | Dźwięki wizualne | ||
| N-butylodietanoloamina | Macklin | N802391 | |
| Nikotynamid | Macklin powiedział: | N814605 | |
| PBS | Ostrze biologiczne | BL302A | |
| Maść okulistyczna Puralube | EQUL (Równość) | 1703321138 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | Zobacz materiał T9284 | |
| Roztwór niebieskiej plamy trypanowej | Solarbio (Słoneczna Biologia) | Zobacz materiał C0040 | |
| Trypsyna-EDTA | Gibco (firma Gibco) | 25200-072 | |
| System lmagowania Vevo 2100 | yiswelsonics powiedział: | ||
| Zintegrowany system szynowy Vevo II | yiswelsanics powiedział: |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.