Este estudo demonstra a indução da endometriose usando marcação ex vivo com nanopartículas de sílica dopadas com Cy5.5, permitindo a visualização fluorescente de lesões endometrióticas sem manipulação genética.
Artigo de método
* These authors contributed equally
Este estudo demonstra a indução da endometriose usando marcação ex vivo com nanopartículas de sílica dopadas com Cy5.5, permitindo a visualização fluorescente de lesões endometrióticas sem manipulação genética.
A endometriose é um distúrbio ginecológico comum caracterizado pelo crescimento de tecido semelhante ao endométrio fora da cavidade uterina, levando a inflamação crônica, dor pélvica e infertilidade. Modelos de camundongos confiáveis são essenciais para investigar os mecanismos moleculares, hormonais, imunológicos e ambientais que sustentam o desenvolvimento e a progressão da doença. Métodos convencionais para identificar lesões endometrióticas frequentemente dependem de camundongos fluorescentes repórteres geneticamente modificados, que são demorados e caros para serem produzidos. Aqui, apresentamos uma abordagem simples e não genética para induzir e visualizar endometriose em camundongos marcando ex vivo fragmentos de tecido uterino doado com nanopartículas de sílica dopadas com Cy5.5 antes do transplante. As nanopartículas apresentam propriedades fisicoquímicas favoráveis, alta estabilidade de fluorescência e citotoxicidade mínima, permitindo a marcação eficiente do tecido uterino sem comprometer procedimentos experimentais. Após a implantação intraperitoneal em camundongos receptores, lesões endometrióticas marcadas com Cy5.5 podem ser facilmente distinguidas dos tecidos do hospedeiro ao redor usando imagens por fluorescência. Esse protocolo oferece um método reprodutível e versátil para visualização e rastreamento de lesões, facilitando estudos de patogênese da endometriose e a avaliação pré-clínica de estratégias diagnósticas e terapêuticas sem a necessidade de manipulação genética.
A endometriose é uma doença ginecológica comum na qual células que revestem o endométrio crescem fora do útero. As lesões endometrióticas resultantes levam a uma condição inflamatóriacrônica 1, e mulheres afetadas frequentemente apresentam dor pélvica einfertilidade 2. A disfunção nas células estromais e epiteliais do endométrio aumenta a sobrevivência e o desenvolvimento de lesões endometrióticas 3,4,5,6. Esse transtorno comum afeta aproximadamente 11% das mulheres apenas nos EUA. É uma das principais causas de infertilidade e dorpélvica 7, e sua prevalência aumenta para 50%–60% em mulheres com dor pélvica crônica einfertilidade 8,9,10,11,12,13. O custo anual estimado para diagnosticar e tratar a endometriose ultrapassa US$ 22 bilhões nosEstados Unidos, 14,15. Os tratamentos atuais incluem remoção cirúrgica das lesões ou indução de um estado hipoestrogênico. No entanto, a recidiva após a cirurgia é comum, e as terapias existentes frequentemente sãoineficazes 9,16. O diagnóstico é tipicamente estabelecido apenas por meio de visualização cirúrgica e verificaçãohistológica 17,18. Além disso, a endometriose frequentemente não é diagnosticada ou mal diagnosticada, com um atraso diagnóstico de 9–11 anos19,20. Esse atraso impõe um peso emocional e financeiro significativo tanto aos pacientes quanto ao sistema de saúde20,21. Portanto, há uma necessidade urgente de desenvolver métodos não invasivos tanto para o diagnóstico quanto para o tratamento da endometriose.
Modelos in vitro avançaram a pesquisa sobre endometriose. No entanto, eles continuam limitados em sua capacidade de replicar plenamente a complexidade da doença. Um grande desafio está na natureza multifatorial da endometriose, que envolve interações intrincadas entre hormônios, inflamação, células imunológicas, nervos e diversos tipos celulares dentro de um ambiente tridimensional dinâmico. Além disso, os sistemas in vitro não capturam as flutuações naturais dos hormônios esteroides ovarianos, limitando a capacidade de estudar os efeitos da doença no trato reprodutor 21,22,23. Assim, um modelo de endometriose induzida usando camundongos intactos oferece uma plataforma versátil para investigar os papéis individuais e interativos do sistemaimunológico 24, doshormônios 25,26 e dos fatoresambientais 27,28 no desenvolvimento da endometriose e seus impactos no trato reprodutivo29. Além disso, o uso de modelos de camundongos transgênicos, nos quais genes específicos são seletivamente deletados ou superexpressos no endométrio, permite aos pesquisadores elucidar os papéis de vias moleculares distintas no desenvolvimento e progressão da endometriose. No entanto, distinguir com precisão lesões endometrióticas dos tecidos do hospedeiro ao redor continua sendo um desafio técnico significativo.
Nanopartículas de sílica dopadas com corantes são sondas versáteis e robustas para rastreamento celular e bioimagem. São simples de sintetizar, altamente dispersivos, fotostáveis, biocompatíveis e eficientes na marcação celular30,31. A espinha dorsal de sílica estabiliza fluoróforos hidrofóbicos dentro da matriz, tornando-os repórteres moleculares fluorescentes eficientes e de alto rendimento quântico (QY). Ao longo dos anos, tais nanopartículas fluorescentes de sílica foram amplamente adotadas como marcadores ex vivo brilhantes e duráveis para células e estruturas de tecido antes do transplante e subsequente da imagem invivo 32,33,34,35. Aqui, descrevemos um procedimento detalhado para indução de endometriose em camundongos com marcação ex vivo, utilizando nanopartículas de sílica dopadas com Cy5.5, como usado em uma publicaçãoanterior 35, possibilitando sua aplicação como marcadores de imagem estáveis para o rastreamento de lesões.
Todos os procedimentos com animais foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidado e Uso de Animais (IACUC) da Universidade do Missouri (Protocolo nº 65323) e realizados de acordo com as diretrizes institucionais e regulamentos nacionais aplicáveis para o cuidado e uso de animais de laboratório.
1. Preparação do conjugado Cy5.5-APTES
2. Síntese de nanopartículas de sílica dopadas com Cy5.5
3. Purificação e dispersão
4. Indução de endometriose usando marcação ex vivo com nanopartículas de sílica dopadas com Cy5.5
Nanopartículas de sílica dopadas com corantes podem ser usadas como sondas de imagem para aplicações de marcação celular. Nanopartículas de sílica dopadas com corante Cy5.5 (Cy5.5-SiNPs) foram sintetizadas em duas etapas usando um processo de sol de sílica e funcionalizadas com o corante fluorescente ciana Cy5.5 usando química do silano (Figura 1). A microscopia eletrônica de transmissão (MET) revelou nanopartículas esféricas uniformes com diâmetros de 156,67 ± 15,23 nm (Figura 1A). O espalhamento dinâmico da luz (DLS) demonstrou que as nanopartículas sintetizadas (SiNPs e Cy5.5-SiNPs) eram coloidalmente estáveis, com diâmetros hidrodinâmicos (Hd) de 130,67 ± 3,20 nm (PDI = 0,152 ± 0,009) e 185,9 ± 5,44 nm (PDI = 0,14 ± 0,009), respectivamente (Figura 1B). Os potenciais zeta dos SiNPs nus e Cy5,5-SiNPs foram, respectivamente, −32,39 ± 3,55 mV e −50,53 ± 2,47 mV, respectivamente (Figura 1C). A espectroscopia de fotoluminescência (comprimento de onda de excitação = 680 nm; comprimento de onda de emissão = 710 nm) confirmou a incorporação bem-sucedida de Cy5.5 nas nanopartículas de sílica, e os Cy5.5-SiNPs apresentaram fluorescência característica (Figura 1D). A conjugação bem-sucedida do corante foi ainda confirmada pelo espectro da fotoluminescência. Além disso, o rendimento quântico (QY) dos SiNPs Cy5.5 (φ = 0,31) foi comparável ao do corante livre Cy5.5 (φ = 0,23)36.
Para avaliar a biocompatibilidade de nanopartículas, 12Z células epiteliais endometriais foram incubadas durante a noite com Cy5.5-SiNPs em DMEM a 37 °C abaixo de 5% de CO₂. A viabilidade celular foi avaliada usando um ensaio MTT após o tratamento, com concentrações de nanopartículas de 0, 0,5, 1, 2,5, 5 e 10 μg/mL (Figura 1E). Não foi observada citotoxicidade em concentrações de até 10 μg/mL. Células incubadas com 5 μg/mL de Cy5.5-SiNPs apresentaram captação eficiente de nanopartículas, com microscopia de fluorescência demonstrando localização de partículas na região perinuclear (Figura 1F). Em contraste, nenhuma fluorescência de Cy5.5 foi detectada em células controle não tratadas. Os Cy5.5-SiNPs preparados também demonstraram estabilidade aquosa, com diâmetros hidrodinâmicos variando de 170–190 nm em água desionizada e mantendo intensidade de fluorescência estável por sete dias, conforme determinado por DLS e imagem de fluorescência, respectivamente (Figuras 1G, H).
Para estabelecer a adequação das nanopartículas de sílica dopadas com Cy5.5 para a marcação de tecidos ex vivo , suas propriedades de fluorescência foram validadas antes da indução da endometriose. Imagens do IVIS demonstraram emissão robusta de fluorescência das suspensões de nanopartículas, enquanto nenhum sinal de fluorescência detectável foi observado no controle negativo contendo apenas água, confirmando a especificidade e sensibilidade da detecção de fluorescência Cy5.5 (Figura 2).
A concentração e o tempo de incubação para a marcação ex vivo dos fragmentos de tecido uterino foram posteriormente otimizados. Fluorescência foi detectada em fragmentos de tecido uterino incubados com nanopartículas de sílica dopadas com Cy5,5 a 20% (v/v) por 3 horas a 37 °C abaixo de 5% deCO235. Imagens de IVIS confirmaram sinais de fluorescência fortes e consistentes provenientes dos fragmentos de tecido marcados. Esses resultados demonstram que nanopartículas de sílica dopadas com Cy5.5 marcam eficientemente fragmentos de tecido uterino sem modificação genética (Figura 3).
A capacidade dos fragmentos de tecido uterino marcados por nanopartículas de sílica dopada com Cy5.5 de induzir endometriose e facilitar a identificação de lesões foientão avaliada 35. Fragmentos de tecido marcados foram injetados na cavidade peritoneal dos camundongos receptores, e a progressão da doença foi monitorada por um mês. No ponto final experimental, lesões endometrióticas foram facilmente identificadas dentro da cavidade peritoneal. Lesões Cy5.5-positivas foram claramente distinguidas dos tecidos do hospedeiro ao redor por imagem IVIS e microscopia de fluorescência, permitindo a identificação rápida e inequívoca da lesão. A fluorescência Cy5.5 nas lesões foi ainda confirmada por microscopia de fluorescência.
Esses resultados demonstram que a marcação ex vivo com nanopartículas de sílica dopadas com Cy5.5 apoia a indução bem-sucedida da endometriose e possibilita a visualização confiável de lesões endometrióticas in vivo (Figura 4).

Figura 1: Caracterização física de nanopartículas de sílica dopadas com Cy5.5 (Cy5.5-SiNPs). (A) Imagem representativa de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) de Cy5.5-SiNPs. Diâmetro da partícula = 156,67 ± 15,23 nm. Barra de escala = 100 nm. (B) Medições de espalhamento dinâmico da luz (DLS) dos diâmetros hidrodinâmicos dos SiNPs (130,67 ± 3,20 nm, PDI = 0,152 ± 0,009) e Cy5,5-SiNPs (185,9 ± 5,44 nm, PDI = 0,14 ± 0,009). (C) Medições do potencial zeta de SiNPs (−32,39 ± 3,55 mV) e Cy5,5-SiNPs (−50,53 ± 2,47 mV), demonstrando a diminuição do potencial zeta após a conjugação Cy5,5. (D) Perfil de fluorescência de Cy5.5-SiNPs (comprimento de onda de excitação = 680 nm; comprimento de onda de emissão = 710 nm). Inset: Imagens em campo claro e fluorescência de Cy5.5-SiNPs dispersas em água. (E) Ensaio de viabilidade de células MTT em células 12Z tratadas com Cy5.5-SiNPs em concentrações de 0, 0,5, 1, 2,5, 5 e 10 μg/mL. (F) Captação celular de Cy5.5-SiNPs por células 12Z. As células foram tratadas com PBS (controle) ou Cy5.5-SiNPs. Azul = DAPI; vermelho = Cy5.5-SiNPs. Barra de escala = 200 μm. (G) Estabilidade do tamanho dos Cy5.5-SiNPs armazenados em água por 7 dias, demonstrando nenhuma mudança significativa no diâmetro hidrodinâmico. (H) Estabilidade da fluorescência dos Cy5.5-SiNPs armazenados em água por 7 dias, demonstrando nenhuma mudança significativa na intensidade de fluorescência. Inserção: Imagens representativas de fluorescência adquiridas nos dias 1, 3 e 6. NS = não significativo. Os valores são apresentados como média ± SD. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2: Confirmação das nanopartículas de sílica dopadas com Cy5.5. (A) Imagem representativa das nanopartículas de sílica dopadas com Cy5.5. (B) Detecção de fluorescência de Cy5.5 a partir de nanopartículas de sílica dopadas com Cy5.5 usando imagem IVIS. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Figura 3: Marcagem ex vivo de fragmentos de tecido uterino com nanopartículas de sílica dopadas com Cy5.5. O painel esquerdo mostra fragmentos de tecido uterino controle não tratados, e o painel direito mostra fragmentos de tecido uterino marcados com nanopartículas de sílica dopadas com Cy5.5. A fluorescência Cy5.5 foi detectada por meio de imagens IVIS. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.

Figura 4: Detecção de lesões endometrióticas marcadas com nanopartículas de sílica dopadas com Cy5.5. (A) Imagem IVIS da cavidade peritoneal. (B) A microscopia de fluorescência de lesões endometrióticas marcadas com Cy5.5 permite a identificação clara dentro da cavidade peritoneal. (C) Imagens representativas de microscopia de fluorescência de lesões endometrióticas. Fluorescência amarela indica o sinal Cy5.5, e núcleos foram contra-coloridos com DAPI. (D) Imagem representativa de uma lesão endometriótica. A seta indica nanopartículas de sílica dopadas com corante Cy5.5. Por favor, clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.
O presente estudo apresenta uma abordagem baseada em nanopartículas de sílica dopada com Cy5.5 como um método prático e eficiente para visualizar lesões endometrióticas em modelosmurinos 35. Essa estratégia oferece várias vantagens, incluindo sua simplicidade, flexibilidade e natureza não genética, eliminando a necessidade de gerar animais repórteres transgênicos. Comparado às abordagens convencionais de visualização, como modelos de camundongos repórteres fluorescentes, esse método reduz a complexidade técnica enquanto mantém uma eficiência robusta de rotulagem, ampliando assim seu acesso para pesquisas em endometriose. Além disso, as nanopartículas de sílica fornecem uma plataforma estável para incorporar corantes fluorescentes e para sua retenção eficiente no tecido, apoiando assim a identificação de lesões reprodutíveis.
Distinguir lesões endometrióticas do tecido do hospedeiro ao redor é essencial para estudar o início e progressão da doença em modelos camundongos. Os camundongos repórteres Rosa26 mTmG expressam ubiquitamente uma proteína fluorescente de tomate (mT) direcionada a membranas como dímero tandem, que é convertida em proteína fluorescente verde (mG) direcionada pela membrana após excisão mediada por Cre em tecidos alvoespecíficos 37. Embora numerosos modelos transgênicos de camundongos estejam disponíveis para investigar a função gênica na endometriose, gerar animais repórteres fluorescentes é trabalhoso e demorado. Em contraste, a marcação ex vivo com nanopartículas de sílica dopadas com Cy5.5 oferece uma alternativa rápida, flexível e não genética para visualização de lesões, mantendo-se compatível com uma ampla gama de modelos de camundongos existentes.
A implementação bem-sucedida desse protocolo depende do controle cuidadoso de vários parâmetros experimentais críticos. Durante a síntese de nanopartículas, concentração do catalisador, composição do solvente, taxa de adição do TEOS, condições de mistura e eficiência de lavagem influenciam diretamente o tamanho das partículas, a intensidade da fluorescência e a reprodutibilidade da marcação. O método Stöber oferece uma abordagem simples, escalável e reprodutível para sintetizar nanopartículas de sílica fluorescente com controle preciso sobre o tamanho das partículas e a incorporação de corantesestáveis 38,39,40,41. Comparado aos métodos de microemulsão reversa, a abordagem de Stöber minimiza os desafios de purificação associados a surfactantes, preservando a fluorescência de Cy5.5 sob condições de reaçãosuaves 39,40,41,42. Aumentar a concentração do catalisador geralmente aumenta o tamanho dapartícula 40, enquanto uma taxa de adição TEOS mais rápida promove a nucleação, resultando em partículasmenores 41. Uma lavagem cuidadosa é essencial para remover reagentes não reagidos e melhorar a estabilidade das nanopartículas durante o armazenamento.
Vários fatores adicionais são importantes para alcançar a marcação reprodutível ex vivo e o estabelecimento de lesões ex vivo. Tamanho uniforme dos fragmentos de tecido uterino, dispersão homogênea de nanopartículas e condições consistentes de incubação melhoram a eficiência da marcação e reduzem a variabilidade experimental. Processar tecidos de controle não marcados em paralelo também é essencial para distinguir a verdadeira fluorescência Cy5.5 da autofluorescência tecidual e dos sinais de fundo inespecíficos. Durante a indução da lesão, a preparação hormonal consistente de camundongos doadores, a implantação suave de fragmentos de tecido marcados e o cuidado pós-operatório adequado minimizam traumas tecituais e inflamações inespecíficas, melhorando assim a reprodutibilidade da formação da lesão.
Apesar dessas vantagens, várias limitações devem ser consideradas. A persistência e estabilidade do sinal de fluorescência in vivo podem variar após a implantação devido à remodelação tecidual, proliferação celular e liberação imunomediada. Como um marcador fluorescente exógeno, espera-se que o sinal Cy5.5 diminua gradualmente à medida que as células marcadas se dividem, limitando potencialmente a viabilidade de estudos longitudinais de longo prazo. Além disso, a variabilidade na preparação do tecido e na absorção de nanopartículas pode influenciar a eficiência da rotulagem entre os experimentos, destacando a importância de procedimentos experimentais padronizados.
Embora o presente estudo foque na detecção de lesões ex vivo, o Cy5.5 é um corante fluorescente de vermelho distante/infravermelho próximo (NIR) que minimiza a autofluorescência tecidual e permite uma penetração mais profunda de fótons. Essas propriedades ópticas tornam o Cy5.5 bem adequado para aplicações de imagem in vivo. Assim, a estratégia de marcação de nanopartículas de sílica dopada com Cy5.5 de alto rendimento quântico fornece uma plataforma robusta para o rastreamento longitudinal não invasivo de lesões usando fluorescência NIR e imagemfotoacústica 43,44.
Estudos futuros devem focar em melhorar a durabilidade da fluorescência e otimizar ainda mais a consistência da rotulagem entre condições experimentais. A avaliação sistemática da retenção de sinais ajudará a definir a janela de imagem ideal para estudos longitudinais, enquanto o aprimoramento contínuo do design e das condições de marcação de nanopartículas pode aumentar a sensibilidade e estender a aplicabilidade dessa abordagem a outros modelos de doenças. No geral, essa estratégia baseada em nanopartículas oferece uma alternativa rápida, reproduzível e versátil às abordagens de marcação genética para visualizar lesões endometrióticas e deve facilitar estudos mecanicistas e a avaliação pré-clínica de estratégias diagnósticas e terapêuticas.
Os autores não têm nada a revelar.
Esse trabalho foi apoiado pelo Instituto Nacional Eunice Kennedy Shriver de Saúde Infantil e Desenvolvimento Humano (NICHD) (R01HD108895 a T.K. e J.W.J.).
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| (3-Aminopropyl)triethoxysilane (APTES) | Sigma-Aldrich | 440140 | Pureza ≥99% |
| 17β-Estradiol | MilliporeSigma | E8875 | Pureza ≥98% |
| Ammonium hydroxide | Fisher Scientific | A669S-500 | Solução de hidróxido de amônio a 28% |
| BD Autoclip Wound Closing System | BD | 427631 | Grampos cirúrgicos para feridas |
| Clear glass threaded vial | Fisherbrand | FS60910A-3 | Frasco de vidro transparente roscado de 11,1 mL |
| Cyanine 5.5 NHS ester | Sigma-Aldrich | GEPA15502 | Corante fluorescente infravermelho próximo |
| Ethanol, absoluto | Fisher Scientific | BP2818 | Grado de biologia molecular |
| Fetal bovine serum (FBS) | Gibco | 16000044 | Suplemento para cultura celular |
| High-speed centrifuge | Beckman Coulter Life Sciences | Avanti J-E | Centrífuga de alta velocidade |
| In vivo imaging system | PerkinElmer | IVIS Spectrum | Sistema de imagem por fluorescência |
| Isoflurane | Baxter | NDC1001-9-360-60 | Anestésico inalatório |
| Magnetic stir bar | Fisherbrand | 14-513-64 | 8 mm |
| Magnetic stir plate | Chelmsford | SP88854200 | Agitador magnético de velocidade variável |
| Refrigerated centrifuge | Eppendorf | 5427 R | Equipado com rotor FA-45-48-11 |
| RPMI-1640 medium | Gibco | 11835-030 | Meio de cultura celular |
| Sesame oil | MilliporeSigma | S3547 | Veículo para preparação de estradiol |
| Tetraethyl orthosilicate (TEOS) | Sigma-Aldrich | 86578 | Pureza ≥99% |
| Triethylamine (TEA) | Sigma-Aldrich | T0886 | Pureza ≥99% |
| Ultrasonic bath | Fisherbrand | CPX1800H | Para dispersão de nanopartículas por sonicação |
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