Este protocolo descreve um modelo de camundongo neonatal de enterocolite necrosante (NEC) e subsequente isolamento de células imunes da lâmina própria do intestino delgado murino neonatal.
Artigo de método
Este protocolo descreve um modelo de camundongo neonatal de enterocolite necrosante (NEC) e subsequente isolamento de células imunes da lâmina própria do intestino delgado murino neonatal.
A enterocolite necrosante (ECN) é uma doença inflamatória grave do intestino neonatal, afetando principalmente prematuros. A NEC é caracterizada por lesão epitelial, disbiose microbiana e uma resposta imune desregulada, muitas vezes resultando em necrose intestinal e inflamação sistêmica. Modelos murinos experimentais que recapitulam os principais aspectos da doença humana têm sido essenciais para avançar nossa compreensão dos mecanismos que impulsionam a doença e informam o desenvolvimento terapêutico. Este protocolo descreve um modelo de camundongo neonatal bem estabelecido de enterocolite necrosante (NEC) utilizando alimentação com fórmula, hipóxia intermitente, administração oral de lipopolissacarídeo (LPS) e bactérias entéricas cultivadas de uma criança com NEC. Essa combinação induz de forma confiável características histológicas, transcricionais e imunológicas consistentes com NEC em bebês humanos e tem sido fundamental em várias descobertas importantes no campo. Além disso, este protocolo descreve o isolamento de células imunes da lâmina própria do intestino delgado de camundongos neonatais. O isolamento de células da lâmina própria permite o perfil detalhado das células imunes por meio de citometria de fluxo, facilitando a análise de populações de células inatas e adaptativas no intestino.
A enterocolite necrosante (ECN) é uma doença inflamatória grave do intestino que afeta quase exclusivamente neonatos prematuros. Aproximadamente 7%-8% dos recém-nascidos de muito baixo peso (<1500 g) serão afetados pela ECN, e as taxas de mortalidade associadas à doença podem se aproximar de 50% em neonatos que necessitam de intervenção cirúrgica1. A patogênese da ECN permanece incompletamente compreendida; no entanto, as evidências atuais sugerem que a ECN surge da confluência de múltiplos fatores, incluindo uma barreira intestinal imatura, sinalização imunológica desregulada e um microbioma disbiótico 2,3,4. A convergência desses fatores pode iniciar e exacerbar respostas inflamatórias no intestino, principalmente por meio da ativação do receptor toll-like 4 (TLR4), resultando em dano epitelial e vários tipos de morte celular, incluindo apoptose e necrose 5,6. O objetivo deste protocolo é apresentar um modelo de camundongo reprodutível e fisiologicamente relevante de NEC que recapitula a inflamação intestinal e a pneumatose intestinal (gás dentro da parede intestinal) observadas em neonatos humanos, permitindo a investigação mecanicista da patogênese da doença. Além disso, este protocolo descreve o isolamento de células imunes da lâmina própria do intestino delgado de camundongos neonatais, permitindo que os pesquisadores realizem o perfil de células imunes por meio de citometria de fluxo.
Em comparação com modelos animais maiores, como ratos ou leitões neonatais 7,8, os modelos de camundongos neonatais oferecem várias vantagens distintas, incluindo menor custo, maior acesso a animais transgênicos e a capacidade de realizar experimentos em coortes maiores. Os modelos murinos de NEC utilizam principalmente uma combinação de alimentação com fórmula, estresse pelo frio e hipóxia para simular a complexa fisiopatologia da NEC observada em pacientes humanos 7,8,9. No entanto, muitos modelos murinos de ECN são limitados por sua dependência de grandes estressores microbianos ou alterações artificiais da microbiota, o que pode comprometer sua relevância clínica. Em contraste, o modelo descrito neste protocolo supera essas limitações integrando vários fatores-chave implicados na patogênese da ECN em bebês humanos10,11. Especificamente, este modelo combina estresse hipóxico, que tem sido implicado na interrupção da integridade da barreira intestinal 3,12, com administração oral de fórmula infantil suplementada com lipopolissacarídeo (LPS), um ligante TLR4 bem caracterizado que induz inflamação intestinal, bem como microbioma disbiótico clinicamente relevante com bactérias entéricas cultivadas de um paciente com NEC totalis, a forma mais grave da doença, caracterizada por pan-necrose do intestino10,13. Ao integrar esses estressores clinicamente relevantes e específicos da doença, nosso modelo reflete com precisão as características clínicas e moleculares da NEC. Além disso, para fornecer aos investigadores uma estrutura para interrogar os mecanismos imunomediados subjacentes à patogênese da NEC, este protocolo descreve o isolamento de células da lâmina própria do intestino delgado murino neonatal para análise de citometria de fluxo. Como o principal local da atividade imune da mucosa intestinal, a lâmina própria contém um repertório dinâmico de células imunes residentes e infiltrantes que desempenham um papel central na inflamação associada à ECN14. A citometria de fluxo fornece uma plataforma robusta e escalável para caracterizar essas populações de células imunes com alta resolução, permitindo a análise detalhada dos fenótipos celulares, quantificação das respostas imunes e identificação de assinaturas imunológicas implicadas na patogênese da ECN15.
O modelo NEC murino descrito neste protocolo complementa os modelos in vitro , permitindo o estudo das interações hospedeiro-microbioma, respostas imunes e sinalização inflamatória dentro do ambiente complexo do intestino neonatal. Ele reproduz aspectos-chave da patogênese da NEC que não podem ser modelados in vitro, tornando-se uma ferramenta valiosa para elucidar os mecanismos da doença e avaliar estratégias terapêuticas. Embora as diferenças específicas da espécie continuem sendo uma limitação, este modelo oferece uma plataforma robusta e acessível para avançar nossa compreensão da NEC e acelerar o desenvolvimento de intervenções direcionadas.
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Todos os métodos foram realizados de acordo com as diretrizes éticas fornecidas pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais (IACUC) da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill School of Medicine. Os camundongos foram criados, mantidos e alojados de acordo com os procedimentos descritos no Guia para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório sob uma proposta de estudo aprovada pelo IACUC (protocolo nº 24-114) da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill School of Medicine. Camundongos C57BL/6J foram utilizados para todos os experimentos descritos neste estudo. Os filhotes foram iniciados no modelo no dia 4 pós-natal, pesando entre 1,8-2,3 g; animais fora dessa faixa de peso foram excluídos. As coortes experimentais tiveram uma distribuição sexual equilibrada, com machos e fêmeas compreendendo aproximadamente 50% dos animais tratados. Os reagentes e os equipamentos utilizados estão listados na Tabela de Materiais.
1. Modelo murino do NEC
NOTA: O estoque bacteriano entérico é produzido pela obtenção do conteúdo entérico de uma criança que teve a forma mais grave de ECN, NEC totalis 13,16. O conteúdo entérico é cultivado durante a noite a 1 x g por 16 h a 37 ° C, centrifugado a 3000 x g por 10 min a 4 ° C e ressuspenso em glicerol a 50%. Alíquotas de 20 μL são pipetadas em criogenias e armazenadas a -80 °C para armazenamento de longo prazo. Os tempos de cultura selecionados neste protocolo foram escolhidos para eficiência do fluxo de trabalho. Esses pontos de tempo podem ser ajustados conforme necessário para acomodar programações de laboratório individuais sem afetar o modelo geral. Além disso, esse protocolo foi otimizado para uma capacidade máxima de 40 mouses, mas pode ser ampliado conforme necessário.
2. Isolamento de células imunes da lâmina própria
NOTA: Este protocolo é otimizado para o isolamento de células da lâmina própria de camundongos neonatais com aproximadamente uma semana de idade. Se forem necessárias amostras de referência para a citometria de fluxo espectral, podem ser utilizados desmame (semanas pós-natais 3-4). Para amostras de desmame, dobrar todos os volumes de reagentes especificados no protocolo.
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O modelo murino neonatal de ECN descrito neste protocolo replica as principais características da doença. A análise de sobrevida de Kaplan-Meier (Figura 1A) revelou uma redução significativa na sobrevida no grupo de tratamento com NEC em comparação com os controles alimentados com barragens (9/21 vs. 8/8; p = 0,0063). A inspeção macroscópica dos intestinos dos camundongos submetidos ao modelo (Figura 1B) demonstrou cara...
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Este protocolo integra um modelo murino neonatal fisiologicamente relevante de NEC com isolamento de células imunes de lâmina própria, fornecendo uma plataforma abrangente para investigar as respostas imunes da mucosa durante a inflamação intestinal. Ao combinar exposições clinicamente relevantes, como microbioma entérico de casos de NEC humanos, estresse hipóxico e alimentação com fórmula, este modelo recapitula a patogênese complexa e multifatorial observada na doença humana
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Os autores declaram não haver conflito de interesse relacionado a este manuscrito.
Este manuscrito foi apoiado por R01DK124614, R01HD105301, DP1DK140012, Chan Zuckerberg Initiative Grant número 2022-316749, Yang Biomedical Scholar Award e o Departamento de Pediatria da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| 1 mL Syringe-Tuberculin Slip Tip | Becton Dickinson | 309659 | Syringe for formula feeding |
| 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 Scientific | J |
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