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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Mostramos uma técnica para in vivo bioluminescência vivo e no infravermelho próximo de imagem de neurite óptica e encefalite no modelo de encefalomielite autoimune experimental (EAE) para a esclerose múltipla em ratinhos SJL / J.
Encefalomielite auto-imune experimental (EAE) em murganhos SJL / J é um modelo para a esclerose múltipla recorrente-remitente (EMRR). pontuações de EAE clínica que descrevem os défices de função de motor são leituras básicas da inflamação mediada por imune da medula espinhal. No entanto, a pontuação e peso corporal não permitem uma avaliação in vivo de inflamação do cérebro e neurite óptica. O último é uma manifestação precoce e frequente em cerca de 2/3 dos pacientes com EM. Aqui, mostramos métodos para a bioluminescência e imagens ao vivo do infravermelho próximo para avaliar EAE evocado neurite óptica, inflamação do cérebro, e barreira sangue-cérebro interrupção (BBB) em ratos vivos utilizando um sistema de imagem in vivo. Um substrato bioluminescente activado por oxidases mostrou principalmente neurite óptica. O sinal foi específico e permitiu a visualização de efeitos da medicação e cursos tempo de doença, que em paralelo os escores clínicos. nanopartículas fluorescentes peguilados que permaneceram dentro da vasculature por períodos de tempo prolongados foram usadas para avaliar a integridade da BHE. No infravermelho próximo de imagem revelou uma fuga de certificação no pico da doença. O sinal foi mais forte em torno dos olhos. Um substrato de infravermelho próximo para metaloproteinases de matriz foi usada para avaliar a inflamação evocados-EAE. Auto-fluorescência interferiu com o sinal, o que requer a separação espectral para efeitos de quantificação. Em geral, imagem de bioluminescência foi um método fiável para avaliar a neurite óptica e efeitos de medicação associada a EAE e foi superior ao das técnicas de infravermelho próximo, em termos de especificidade do sinal, robustez, facilidade de quantificação, e custo.
A esclerose múltipla é causada pelo ataque autoimune e destruição da bainha de mielina no cérebro e na medula espinhal1. Com uma incidência geral de cerca de 3,6 casos por 100.000 pessoas por ano em mulheres e cerca de 2,0 em homens, a EM é a segunda causa mais comum de incapacidade neurológica em adultos jovens, depois de lesões traumáticas2,3. A patologia da doença é contribuída por fatores genéticos e ambientais4, mas ainda não é completamente compreendida. Os linfócitos T autorreativos entram no sistema nervoso central e desencadeiam uma cascata inflamatória que causa infiltrados focais na substância branca do cérebro, medula espinhal e nervo óptico. Na maioria dos casos, esses infiltrados são inicialmente reversíveis, mas a persistência aumenta com o número de recidivas. Vários modelos de roedores foram desenvolvidos para estudar a patologia da doença. O EAE remitente-recorrente em camundongos SJL / J e o EAE primário-progressivo em camundongos C57BL6 são os modelos mais populares.
Os escores clínicos de EAE, que descrevem a extensão dos déficits da função motora e o peso corporal, são os padrões-ouro para avaliar a gravidade do EAE. Esses sinais clínicos concordam com a extensão da infiltração de células imunes e destruição de mielina na medula espinhal e predizem moderadamente a eficácia do tratamento medicamentoso em humanos5. No entanto, esses sinais refletem principalmente a destruição dos tratos de fibras ventrais na medula espinhal. Atualmente, não existe um método fácil, não invasivo, confiável e reprodutível para avaliar a infiltração cerebral in vivo e a neurite óptica em camundongos vivos.
A imagem in vivo concorda com os 3 princípios "R" de Russel e Burch (1959), que reivindicam uma colocação de R, Redução e refinamento de Respecização de experimentos com animais6, porque a imagem aumenta as leituras de um animal em vários pontos de tempo e permite uma redução dos números gerais. Atualmente, a inflamação ou o estado de mielina são avaliados principalmente ex vivo por meio de imuno-histoquímica, análise FACS ou diferentes métodos biológicos moleculares7, todos exigindo camundongos eutanasiados em pontos de tempo específicos.
Várias sondas de sistema de imagem in vivo foram desenvolvidas para avaliar a inflamação na pele, articulações e sistema vascular. As técnicas dependem da ativação de substratos fluorescentes bioluminescentes ou infravermelhos próximos por peroxidases teciduais, incluindo mieloperoxidase (MPO), metaloproteinases de matriz (MMPs)8 e catepsinas9 ou ciclooxigenase2. Essas sondas foram validadas principalmente em modelos de artrite ou aterosclerose9,10. Uma sonda sensível à catepsina também tem sido usada para imagens tomográficas moleculares de fluorescência de EAE11. As MMPs, particularmente MMP2 e MMP9, contribuem para a interrupção da BHE mediada por protease na EAE e são reguladas positivamente em locais de infiltração de células imunes12, sugerindo que essas sondas podem ser úteis para imagens de EAE. O mesmo vale para sondas à base de peroxidase ou catepsina. Tecnicamente, a imagem da inflamação no cérebro ou na medula espinhal é substancialmente mais desafiadora porque o crânio ou a coluna absorvem sinais bioluminescentes e infravermelhos próximos.
Além dos indicadores de inflamação, foram descritos produtos químicos fluorescentes, que se ligam especificamente à mielina e podem permitir a quantificação da mielinização13. Descobriu-se que uma sonda fluorescente de infravermelho próximo, iodeto de 3,3'-dietiltiatricarbocianina (DBT), liga-se especificamente a fibras mielinizadas e foi validada como uma ferramenta quantitativa em modelos de camundongos de defeitos primários de mielinização e em desmielinização evocada por cuprizona14. Na EAE, o sinal DBT estava bastante aumentado, refletindo a inflamação das fibras de mielina5.
Uma característica adicional da EAE e da EM é a quebra da BHE, resultando em aumento da permeabilidade vascular e extravasamento de células sanguíneas, fluido extracelular e macromoléculas para o parênquima do SNC. Isso pode levar a edema, inflamação, danos aos oligodendrócitos e, eventualmente, desmielinização15,16. Portanto, a visualização do vazamento de BHE usando sondas fluorescentes, como albumina de soro bovino marcada com fluorocromo5, que normalmente se distribuem muito lentamente do sangue para o tecido, pode ser útil para avaliar EAE.
No presente estudo, avaliamos a utilidade de diferentes sondas em EAE e mostramos o procedimento para a técnica bioluminescente mais confiável e robusta. Além disso, discutimos os prós e contras das sondas de infravermelho próximo para a atividade de MMP e integridade BBB.
1. EAE Indução em SJL / J Mice
2. Bioluminescent and Imaging Near-infrared de neurite óptica e Cérebro Inflamação
3. As análises da imagem
Curso de tempo de bioluminescência de neurite óptica
O sinal da sonda de bioluminescência inflamação era a mais forte em torno dos olhos e ocorreu exclusivamente em ratinhos EAE com neurite óptica. Um sinal ocorreu em nenhum dos ratinhos não-EAE nem os ratinhos não injectados com a sonda de inflamação. O sinal desapareceu quando os ratos recuperaram. Assim, o sinal é específico para a neurite óptica, e o pico do sinal é paralelo ao pico das pontuações de EAE clínica. A Figura 1 mostra dois exemplos de ratinhos SJL / J fotografadas no dia 10 e 14 após a indução da EAE. O sinal bioluminescente foi o mais alto no dia 10 e desapareceu quando os murganhos começaram a recuperar. Os cursos de tempo das pontuações clínicas combinava com o desaparecimento do sinal bioluminescente (exemplo-1) ou precedido (exemplo-2) o declínio das pontuações.
Avaliação da Eficácia do Tratamento
sonda inflamação
Os efeitos da medicação (R-flurbiprofeno 5 mg / kg / d), 5 são mostrados na Figura 2. Cinco exemplos das imagens bioluminescentes em cada grupo são apresentados. As pontuações do grupo de veículo e de tratamento foram heterogénea, mas em todos os ratinhos, o sinal bioluminescente no olho mostrando a inflamação no nervo óptico era inferior no grupo medicamento (Figura 2A). A quantificação das contagens totais bioluminescentes em rois confirmada significativa a eficácia do tratamento (Figura 2B, com gráficos de caixas das contagens totais bioluminescentes, desemparelhado 2-tailed t-teste, P <0,05). Os resultados de imagem acordado com o efeito terapêuticos da medicação em termos de escores clínicos e manifestações histopatológicas de EAE na medula espinhal e nervo óptico 5.

Figura 2. A eficácia de medicamentos em ratos EAE-SJL / j utilizando Bioluminescent Imaging. ratinhos SJL / J receberam veículo ou medicamento (R-flurbiprofeno 5 mg / kg / d) a partir de 5 dias após a imunização. As imagens foram capturadas após a injecção da sonda inflamação (100 mL ip) no pico EAE 1 r, n = 10 por grupo. EAE desenvolvido em 7/10 em ambos os grupos, e EAE não-respondedores estavam sem sinal. A) bioluminescência imagens em ratos vivos capturado 5-15 min após a injecção ip de 100 ul do sonda inflamação são apresentados como sobreposições fotografia PseudoColor arco-íris. bares TUS variam de azul (baixo) ao vermelho (alta intensidade). Barra de escala: 1 cm. O pico indivíduodas contagens totais bioluminescentes em rois foi usada para quantificação. ROIs foram restritas à cabeça. Os locais de injecção PLP estavam protegidos com um pano preto. B) Os diagramas de caixa mostrando a quantificação das contagens totais em rois. A caixa representa o intervalo interquartil, a linha é a mediana, e os bigodes mostrar o mínimo ao máximo. As contagens totais diferiu significativamente entre os grupos (teste t de dois lados não emparelhado, P <0,05), demonstrando uma redução de neurite óptica e encefalite em ratinhos que receberam a medicação. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Nanopartículas fluorescentes peguilados
imagens de epifluorescência de nanopartículas do infravermelho próximo revelou fugas vasculares em torno dos olhos e no cérebro em ambos os grou tratamentoPS (Figura 3A, 2 exemplos). As partículas distribuir-se muito lentamente a partir do sangue para o espaço intersticial, excepto para os locais de inflamação, em que o corante se acumula, o que permite uma avaliação da integridade da BHE. O vazamento foi evidente em 3 h e 24 h após a injecção das nanoparticulas, mas foi mais forte no ponto de tempo posterior. Não havia nenhum sinal específico em ratinhos não EAE ou ratos não injectados com nanopartículas (painel da direita). Assim, o sinal era específica. A análise quantitativa da eficácia radiante em rois (Figura 3B) não revelou diferenças significativas entre os grupos de tratamento (n = 3 por grupo, desemparelhado 2-tailed t-teste, P <0,05).

Figura 3. Avaliação de Sangue barreira do cérebro Disruption com peguilado fluorescente nanopartículas. SJL / J ratinhos receberam veículo ou medicamento (R-flurbiprofPT 5 mg / kg / d) a partir de 5 dias após a imunização. As imagens foram capturadas 3 h e 24 h após a injecção de nanopartículas de próximo do infravermelho-marcado (70 ul iv) durante o pico de EAE 1, n = 3 por grupo. EAE não-respondedores estavam sem sinal. A ferramenta de auto-ROI foi usada para a quantificação da eficácia radiante. Os ROIs foram restritas à cabeça. Os locais de injecção PLP foram blindados. A) Exemplos de epifluorescência imagens de ratos vivos, capturado 3 h e 24 h após a injecção de nanopartículas. Imagens de ratos sem EAE ou sem a injecção de nanopartículas foram utilizados como controlos de imagem. Barra de escala: 1 cm. bares TUS variam de vermelho escuro (baixo) para amarelo (alta intensidade). B) Os gráficos de barras que mostram a quantificação da eficácia radiante em rois (média ± DP). Os grupos de tratamento não diferiram significativamente (2 lados teste t não emparelhado). Por favor clique aqui para v IEW uma versão maior desta figura.
Metaloproteinase de matriz-sensível da sonda
Depois de subtrair o auto-fluorescência, a sonda de imagens de protease MMP-activável revelou a inflamação no cérebro e a medula espinal em ratos EAE (Figura 4A, os exemplos de 4 ratinhos por grupo). Não havia nenhum sinal em ratos não injectados com a sonda, e um sinal fraco ocorreu em um rato sem sintomas clínicos de EAE (não-respondedor). Imagens na Figura 4 mostra o sinal em Ex / Em 640/700 subtraído pela imagem de Ex / Em 675/720. As diferenças entre os tratamentos foram revelados apenas após a análise quantitativa da eficácia radiante em auto-ROIs após a separação espectral (Figura 4B, desemparelhado 2-tailed t-teste, n = 6 e 4, P <0,05).
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Figura 4. Avaliação da metaloproteinase Atividade com sonda de imagem MMP-sensível Near-infrared. ratinhos SJL / J receberam veículo ou medicamento (R-flurbiprofeno 5 mg / kg / d) a partir de 5 dias após a imunização. As imagens foram capturadas em 24 h após a injecção da sonda (150 uL iv) pelo o primeiro pico de EAE, n = 6 e 4. Os locais de injecção foram de PLP blindado. EAE não respondedores e os ratos sem injecções sonda de MMP foram usadas como controlos. Cada 2 imagens foram capturadas pelo Ex / Em 640/700 nm (sinal específico) e 675/720 nm (auto-fluorescência). Usando a ferramenta de separação espectral, a auto-fluorescência foi subtraída e, subsequentemente, a ferramenta de auto-ROI foi utilizada para identificar os locais de actividade de MMP específica. A eficiência total de radiação foi usada para quantificação. A) imagens de epifluorescência exemplares em ratos vivos capturados 24 h após a injeção sonda. As imagens são o resultado de separação espectral (UMX). Barra de escala: 1 cm. bar LUTs gama de vermelho escuro (baixo) para amarelo (alta intensidade). B) Os diagramas de caixa que mostra a quantificação da eficácia radiante total na ROIs. A caixa representa o intervalo interquartil, a linha é a mediana, e os bigodes mostrar o mínimo ao máximo. O asterisco indica uma diferença significativa entre os grupos (teste t não pareado 2 faces, P <0,05). Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.
Mostramos uma técnica para in vivo bioluminescência vivo e no infravermelho próximo de imagem de neurite óptica e encefalite no modelo de encefalomielite autoimune experimental (EAE) para a esclerose múltipla em ratinhos SJL / J.
Esta pesquisa foi apoiada pela Deutsche Forschungsgemeinschaft (CRC1039 A3) e do programa de financiamento da investigação "Landesoffensive zur Entwicklung wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz" (LOEWE) do Estado de Hessen, Centro de Pesquisa para Translational Medicine and Pharmacology TMP ea Else Kröner-Fresenius Foundation (EKFS), Research Training Group Translational Research Innovation - Pharma (TRIP).
| AngioSpark-680 | Perkin Elmer, Inc., Waltham, EUA | NEV10149 | Sonda de imagem, nanopartículas peguiladas, útil para imagens da integridade da barreira hematoencefálica |
| MMP-sense 680 | Perkin Elmer, Inc., Waltham, EUA | NEV10126 Sonda de imagem, ativável por metaloproteinases de matriz, útil para imagens de inflamação Sonda de | |
| inflamação XenoLight RediJect | Perkin Elmer, Inc., Waltham, EUA | 760535 | Sonda de imagem, ativável por oxidases, útil para imagens de inflamação |
| PLP139-151/emulsão CFA | Hooke Labs, St Lawrence, MA | EK-0123 | Kit de indução EAE |
| Toxina de coqueluche | Hooke Labs, St Lawrence, MA | EK-0123 | Kit de indução EAE |
| IVIS Lumina Spectrum | Perkin Elmer, Inc., Waltham, EUA | Sistema de Bioluminescência e Imagem Infravermelha | |
| LivingImage 4.5 software | Perkin Elmer, Inc., Waltham, EUA | CLS136334 | software de análise IVIS |
| Isoflurano | Abbott Labs, Illinois, EUA | 26675-46-7 | Anestesico |