Ten protokół opisuje noworodkowy model mysiego nektyzującego enterokolitisu (NEC) oraz późniejsze izolację komórek odpornościowych z blaszki właściwej jelita cienkiego noworodków.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje noworodkowy model mysiego nektyzującego enterokolitisu (NEC) oraz późniejsze izolację komórek odpornościowych z blaszki właściwej jelita cienkiego noworodków.
Nekrotyzujące zapalenie jelit (NEC) to ciężka choroba zapalna jelit noworodków, dotykająca głównie niedorozwiniętych płodów. NEC charakteryzuje się uszkodzeniem nabłonka, dysbiozą mikrobiomu i dysregulowanym odpowiedzią immunologiczną, często prowadzącymi do martwicy jelit i ogólnoustrojowego stanu zapalnego. Eksperymentalne modele na myszach, które odzwierciedlają kluczowe aspekty ludzkiej choroby, odegrały istotną rolę w poszerzaniu naszego rozumienia mechanizmów choroby i informowaniu rozwoju terapii. Ten protokół opisuje dobrze ugruntowany noworodkowy model myszy z nekrotyzującym zapaleniem jelit (NEC) wykorzystujący karmienie mieszanką, okresową niedotlenię, doustne podawanie lipopolisacharydu (LPS) oraz bakterie jelitowe hodowane z organizmu niemowlęcia z NEC. To połączenie niezawodnie wywołuje cechy histologiczne, transkrypcyjne i immunologiczne zgodne z NEC u ludzkich niemowląt i było fundamentem wielu kluczowych odkryć w tej dziedzinie. Dodatkowo, ten protokół opisuje izolację komórek immunologicznych z blaszki właściwej jelita cienkiego noworodków myszy. Izolacja komórek blaszki właściwej umożliwia szczegółowe profilowanie komórek immunologicznych poprzez cytometrię przepływową, ułatwiając analizę zarówno komórek naturalnych, jak i adaptacyjnych populacji wewnątrz jelit.
Nekrotyzujące zapalenie jelit (NEC) to ciężka choroba zapalna jelit, która prawie wyłącznie dotyka wcześniaków. Około 7%-8% niemowląt z bardzo niską masą urodzeniową (mniej niż 1500 g) zostanie dotkniętych NEC, a wskaźniki śmiertelności związanej z chorobą mogą sięgać 50% u noworodków, które wymagają interwencji chirurgicznej1. Patogeneza NEC pozostaje niedostatecznie zrozumiana; jednakże, obecne dowody sugerują, że NEC powstaje z połączenia wielu czynników, w tym niedojrzałej bariery jelitowej, dysregulacji sygnalizacji immunologicznej i dysbiozy mikrobiomu2,3,4. Zbieżność tych czynników może inicjować i zaostrzyć reakcje zapalne w jelitach, najbardziej zauważalne poprzez aktywację receptora podobnego do Toll 4 (TLR4), prowadząc do uszkodzenia nabłonka i różnych rodzajów śmierci komórkowej, w tym apoptozy i nekrozy5,6. Celem tego protokołu jest przedstawienie reprodukowalnego i fizjologicznie odpowiedniego modelu NEC u myszy, który naśladuje zapalenie jelit i pneumatosis intestinalis (gaz w ścianie jelita) obserwowane u ludzkich noworodków, umożliwiając badanie mechanizmu patogenezy choroby. Ponadto, ten protokół opisuje izolację komórek odpornościowych z blaszki właściwej jelita cienkiego noworodków myszy, umożliwiając badaczom przeprowadzenie profilu komórek odpornościowych poprzez cytometrię przepływową.
W porównaniu z większymi modelami zwierzęcymi, takimi jak noworodki szczurów czy świń7,8, noworodkowe modele mysze oferują kilka wyraźnych zalet, w tym niższy koszt, większy dostęp do zwierząt transgenicznych i możliwość przeprowadzania eksperymentów na większych kohortach. Murynowe modele NEC głównie wykorzystują kombinację karmienia mieszankami, stresu zimna i niedotlenienia, aby symulować złożoną patofizjologię NEC obserwowaną u ludzkich pacjentów7,8,9. Jednakże, wiele muzynych modeli NEC jest ograniczone przez ich uzależnienie od szerokiego spektrum czynników mikrobiologicznych lub sztucznych zmian mikrobiomu, co może obniżyć ich znaczenie kliniczne. W przeciwieństwie do tego, model opisany w tym protokole przeciwdziała tym ograniczeniom poprzez integrację kilku kluczowych czynników zaangażowanych w patogenezę NEC u ludzkich niemowląt10,11. Konkretnie, ten model łączy stres hipoksyczny, który został zaangażowany w zakłócenie integralności bariery jelitowej3,12, z doustnym podaniem mieszanek dla niemowląt uzupełnionych lipopolisacharydem (LPS), dobrze scharakteryzowanym ligandem TLR4, który indukuje zapalenie jelit, jak również klinicznie istotną dysbiozę mikrobiomu z enterycznymi bakteriami hodowlanymi od pacjenta z NEC totalis, najcięższej postaci choroby, charakteryzującej się opanowującą martwicą jelit10,13. Poprzez integrację tych klinicznie istotnych i specyficznych dla choroby czynników stresowych, nasz model dokładnie odzwierciedla kliniczne i molekularne cechy NEC. Ponadto, aby zapewnić badaczom ramę do badania mechanizmów pośredniczących w odpowiedzi immunologicznej leżących u podstaw patogenezy NEC, ten protokół opisuje izolację komórek blaszki właściwej z jelita cienkiego noworodków myszy do analizy cytometrii przepływowej. Jako główne miejsce aktywności immunologicznej błony śluzowej jelit, blaszka właściwa zawiera dynamiczny repertuar komórek odpornościowych stałych i napływowych, które odgrywają centralną rolę w zapaleniu związanym z NEC14. Cytometria przepływowa zapewnia solidną i skalowalną platformę do charakteryzacji tych populacji komórek odpornościowych z wysoką rozdzielczością, umożliwiając szczegółową analizę fenotypu komórek, ilościową ocenę odpowiedzi immunologicznych i identyfikację podpisów immunologicznych zaangażowanych w patogenezę NEC15.
Muzyny model NEC opisany w tym protokole uzupełnia modele in vitro poprzez umożliwienie badania interakcji gospodarz-mikrobiom, odpowiedzi immunologicznych i sygnalizacji zapalnej w złożonym środowisku jelita noworodków. Odtwarza kluczowe aspekty patogenezy NEC, które nie mogą być modelowanie in vitro, co czyni go cennym narzędziem do wyjaśniania mechanizmów choroby i oceny strategii terapeutycznych. Mimo że gatunkowe różnice specyficzne dla gatunku pozostają ograniczeniem, ten model oferuje solidną i dostępną platformę do poszerzenia naszego zrozumienia NEC i przyspieszenia rozwoju ukierunkowanych interwencji.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie metody zostały przeprowadzone zgodnie z wytycznymi etycznymi określonymi przez Komitet ds. Opieki nad Zwierzętami i Wykorzystywania (IACUC) na Uniwersytecie Karoliny Północnej w Szkole Medycznej w Chapel Hill. Myszy były hodowane, utrzymywane i przetrzymywane zgodnie z procedurami opisanymi w Przewodniku po Opiece nad Zwierzętami Laboratoryjnymi zgodnie z wnioskiem zgłoszeniowym zatwierdzonym przez IACUC (protokół nr 24-114) Uniwersytetu Karoliny Północnej w Szkole Medycznej w Chapel Hill. Do wszystkich eksperymentów opisanych w niniejszym badaniu wykorzystano myszy C57BL/6J. Szczenięta rozpoczęto w modelu w 4. dniu po urodzeniu, ważące między 1,8-2,3 g; zwierzęta spoza tego zakresu wagi zostały wykluczone. Wszystkie eksperymentalne grupy miały zrównoważoną dystrybucję płci, przy czym samce i samice stanowiły około 50% traktowanych zwierząt. Stosowany sprzęt i materiały są wymienione w Tabeli Materiałów.
1. Murzyński model NEC
UWAGA: Bakteryjne zasoby są produkowane poprzez uzyskanie treści jelitowych od niemowlęcia, które miało najcięższą formę NEC, NEC totalis13,16. Treść jelitowa jest hodowana w temperaturze 1 x g przez 16 h w 37 °C, następnie wirowana w temperaturze 3000 x g przez 10 min w 4 °C i ponownie zawieszana w 50% glicerolu. Alikwoty 20 μL są nakłuwane do kriowialek i przechowywane w temperaturze -80 °C w celu długotrwałego przechowywania. Wybrane czasy hodowli w tym protokole zostały wybrane ze względu na efektywność przepływu pracy. Te punkty czasowe mogą być dostosowywane w razie potrzeby, aby dostosować się do indywidualnych harmonogramów laboratorium bez wpływu na ogólny model. Ponadto ten protokół został zoptymalizowany dla maksymalnej pojemności 40 myszy, ale może być skalowany w razie potrzeby.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Neonatalny model mysi NEC opisany w tym protokole rekonstruuje kluczowe cechy choroby. Analiza przeżywalności Kaplana-Meiera (Rysunek 1A) ujawniła znaczące zmniejszenie przeżywalności w grupie leczonych NEC w porównaniu z kontrolami karmionymi przez matki (9/21 vs. 8/8; p = 0,0063). Ogólne sprawdzenie jelit myszy poddanych modelowi (Rysunek 1B) wykazało charakterystyczne cechy NEC, w tym rozdęcie jelit, bąbelki powietrza i widoczne pneumatosis intes...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ten protokół integruje fizjologicznie odpowiedni noworodkowy mysi model NEC z izolacją komórek odpornościowych z blaszki właściwej, zapewniając kompleksową platformę do badania odpowiedzi immunologicznych błony śluzowej podczas stanu zapalnego jelit. Łącząc klinicznie istotne ekspozycje, takie jak mikrobiom jelitowy z przypadków ludzkiej NEC, stres hipoksyczny i karmienie mieszankami, model ten odwzorowuje złożoną i wieloczynnikową patogenezę obserwowaną w chorobie u ludzi10,
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują, że nie ma żadnego konfliktu interesów związanego z tym pismem.
Niniejszy rękopis został wsparty przez R01DK124614, R01HD105301, DP1DK140012, Grant Inicjatywy Chan Zuckerberg o numerze 2022-316749, Nagrodę Yang Biomedical Scholar oraz Wydział Pediatrii Uniwersytetu Karoliny Północnej w Chapel Hill.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 1 mL Syringe-Tuberculin Slip Tip | Becton Dickinson | 309659 | Strzykawka do karmienia preparatem |
| 1.5 mL semi-micro Disposable Cuvettes | BRAND GMBH + CO KG | 759085D | |
| 1.7 ml Microtubes Clear | Axygen - Corning Inc. | MCT-175-C | Nonpryogenic & Rnase-/Dnase-free |
| 5% Oxygen, Balance Nitrogen Certified Reference Material, Size 200 High Pressure Steel Cylinger, CGA 580 | Airgas | X02NI95C2003186 | |
| Anti-Mo CD16/CD32 Purified Clone: 93 | eBioscience Inc. | 14-0161-85 | |
| Anti-Mouse CD16/CD32 Purified Clone: 93 | eBioscience Inc. | 14-0161-86 | |
| APC anti-mouse Ly-6C Clone: HK1.4 Isotype: Rat IgGc | BioLegend | 128015 | |
| autoMACS Rinsing Solution | Miltenyi Biotec | 130-091-222 | |
| BB515 Rat Anti-CD11b Clone: M1/70 | BD Biosciences | 564455 | |
| BB700 Rat Anti-Mouse CD4 Clone: RM4-5 | BD Biosciences | 566408 | |
| BD Microtainer SST | Becton Dickinson | 365867 | Serum Tube |
| BIOTIX Rainin LTS Compatible Racked Filter Tips, p1200 | Fisher Scientific | 12-111-365 | |
| BIOTIX Rainin LTS Compatible Racked Filter Tips, p20 | Fisher Scientific | 12-111-366 | |
| BIOTIX Rainin LTS Compatible Racked Filter Tips, p200 | Fisher Scientific | 12-111-362 | |
| Brilliant Stain Buffer | BD Biosciences | 563795 | |
| BUV615 Rat Anti-Mouse Ly-6G Clone: 1A8 | BD Biosciences | 751263 | |
| BV650 Rat Anti-Mouse I-A/I-E Clone: M5/114.15.2 | BD Biosciences | 563415 | |
| C57BL/6J Neonatal Mice | The Jackson Laboratory | 000664 | |
| CD45-VioGreen mouse | Miltenyi Biotec | 130-102-412 | |
| CD64 Antibody, anti-mouse, PE-Vio 770, REAfinity Clone REA286 | Miltenyi Biotec | 130-119-659 | |
| CFX Opus Real-Time PC Systems | Bio-Rad | 12011319 | |
| Collagenase Type 4 | Worthington Biochemical Corporation | LS004188 | |
| DL-dithiothreitol | Sigma | D9779-5g | |
| eBioscience FOXP3/Transcription Factor Staining Buffer Set | Life Technologies Corp. | 00-5523-00 | |
| EDTA (0.5M), pH 8.0 | Quality Biological Inc | 351-027-721 | |
| Esbilac Puppy Milk Replacer | Pet-Ag, Inc. | 99502-1 | Puppy Milk |
| Fisherbrand Disposable Cuvettes | Fisher Scientific | 14-955-127 | |
| Fisherbrand Sterile Polystyrene Disposable Serological Pipets with Magnifier Stripe (paper/plastic wrap), 10mL | Fisher Scientific | 13-678-11E | |
| Fisherbrand Sterile Polystyrene Disposable Serological Pipets with Magnifier Stripe (paper/plastic wrap), 25mL | Fisher Scientific | 13-678-11 | |
| Fisherbrand Sterile Polystyrene Disposable Serological Pipets with Magnifier Stripe (paper/plastic wrap), 50mL | Fisher Scientific | 13-678-11F | |
| Fisherbrand Sterile Polystyrene Disposable Serological Pipets with Magnifier Stripe (paper/plastic wrap), 5mL | Fisher Scientific | 13-678-11D | |
| Genie Temp-Shaker 300 | USA Scientific, Inc. | SI-G1600 | |
| gentleMACS Dissociator (protocol; m_intestine-01) | Miltenyi Biotec | 130-093-235 | |
| gentleMACS C Tubes | Miltenyi Biotec | 130096334 | |
| Ghost Dye Red 780 Viability Dye | Tonbo Biosciences | 13-0865-T100 | |
| Glycerol ReagentPlus | Sigma-Aldrich | G7757-500ML | |
| GraphPad Prims Software, Version 10.0 | GraphPad | N/A | |
| Greiner Bio-One Round Bottom Polypropylene Culture Tube with Two-Position Vent Stopper | Fisher Scientific | 07-000-212 | |
| Handi+ Oxygen analyzer | Maxtec | N/A | |
| Hanks' Balanced Salt Solution | Gibco | 141650-095 | |
| HEPES Buffer | Mediatech, Inc. | 25-060-CI | |
| Hypoxia Chamber | Billups-Rothenburg, Inc. | N/A | |
| ImageJ | Schneider et al., 2012 | N/A | |
| Integra Miltex MeisterHand Iris Scissors, 10.2cm | Fisher Scientific | 12-460-655 | |
| Integra Miltex MeisterHand Iris Scissors, 9cm | Fisher Scientific | 12-460-598 | |
| Integra Miltex™ Swiss Jeweler-Style Forceps | Fisher Scientific | 12-460-110 | |
| Isolette Infant Incubator | Air-Shields Vickers | C100-200-2 Series 02 | Incubator for mice |
| Kimtech Science Kimwipes Delicate Task Wipes | Kimberly-Clark | 34120 | |
| LPS | Sigma-Aldrich | L3129-10mg | |
| Luria Broth Broth, Miller Molecular Genetics Powder | Fisher Scientific | BP1426-500 | |
| MACS BSA Stock Solution | Miltenyi Biotec | 130-091-376 | |
| MACSmix Tube Rotator | Miltenyi Biotec | 130-090-753 | |
| Microcentrifuge Tubes | Thermo Scientific | 3451 | 1.5 ml, clear, graduated, sterile |
| NanoDrop OneC Microvolume UV-Vis Spectrophotometer | ThermoFisher Scientific | ND-ONEC-W | |
| Ohaus scout portable balance | Fisher Scientific | 30253024 | |
| Paraformaldehyde | Thermo |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.