Мы описываем мышиную модель послеоперационной кишечной непроходимости, полученной с помощью кишечных манипуляций. Функция желудочно-кишечного транзита, патологические изменения и активация иммунных клеток оценивались через 24 ч после операции.
Методическая статья
* These authors contributed equally
Мы описываем мышиную модель послеоперационной кишечной непроходимости, полученной с помощью кишечных манипуляций. Функция желудочно-кишечного транзита, патологические изменения и активация иммунных клеток оценивались через 24 ч после операции.
Большинство пациентов испытывают послеоперационную кишечную непроходимость (ПОИ) после операции, что связано с повышенной заболеваемостью, смертностью и временем госпитализации. POI является следствием механических повреждений во время хирургического вмешательства, в результате чего нарушается моторика в желудочно-кишечном тракте. Механизмы POI связаны с аберрантной чувствительностью нейронов, нарушением барьерной функции эпителия и усилением местного воспаления. Однако детали остаются загадкой. Таким образом, экспериментальные модели мышей имеют решающее значение для выяснения патофизиологии и механизма повреждения POI, а также для разработки новых методов лечения.
Здесь мы представляем мышиную модель POI, сгенерированную с помощью кишечных манипуляций (ВМ), которая похожа на клиническую хирургию; Это достигается механическим повреждением тонкого кишечника путем массажа живота 1-3 раза ватным тампоном. Задержка желудочно-кишечного транзита через 24 ч после операции, что оценивалось с помощью зондирования FITC-декстрана и флуоресцентного детектирования сегментарного пищеварительного тракта. Кроме того, исследовали отек тканей подслизистой оболочки и инфильтрацию иммунных клеток с помощью окрашивания гематоксилином и эозином и проточной цитометрии. Правильное давление внутримышечного в/м и гиперемическое воздействие на кишечник имеют решающее значение для процедуры. Эта мышиная модель POI может быть использована для изучения механизмов повреждения кишечника и восстановления после абдоминальной хирургии.
Послеоперационная кишечная непроходимость (ПОИ) — это синдром, который представляет собой серьезную проблему в области здоровья человека, особенно при ведении пациентов, перенесших абдоминальную операцию. Характеризуясь замедленным восстановлением перистальтики желудочно-кишечного тракта, POI способствует более длительному пребыванию в больнице и увеличению расходов на здравоохранение, однако не существует установленного определения, этиологии или лечения1. Недавние исследования пролили свет на ключевую роль иммунных клеток в прогрессировании POI 2,3,4, однако необходимы дальнейшие исследования для выяснения основных механизмов.
В этом протоколе мы представляем мышиную модель POI, индуцированную интраабдоминальной хирургией, которая в точности имитирует влияние абдоминальной хирургии на пищеварительный тракт. Наша цель состояла в том, чтобы предоставить стандартизированный метод моделирования POI у мышей, что позволило бы исследователям исследовать его патофизиологию и изучить новые терапевтические вмешательства.
Обоснование разработки и использования этого метода заключается в потребности в надежных доклинических моделях для изучения POI. Традиционные подходы к изучению POI часто не имеют трансляционной релевантности или не учитывают сложное взаимодействие факторов, способствующих заболеванию. Вводя мышиную модель, которая точно повторяет клинический сценарий, исследователи могут более точно исследовать механизмы, лежащие в основе POI, и протестировать потенциальные терапевтические вмешательства в контролируемых экспериментальных условиях.
По сравнению с альтернативными методами, мышиная модель POI, представленная в этом протоколе, имеет ряд преимуществ. Первоначально мы объединили наши экспериментальные результаты с последними достижениями, чтобы создать стандартизированный и воспроизводимый протокол для индуцирования POI у экспериментальных животных. Этот протокол способствует последовательной оценке функции желудочно-кишечного транзита. Во-вторых, использование гистологического окрашивания и проточной цитометрии позволило оценить набухание тканей, пролиферацию и активацию иммунных клеток, что дало ценную информацию о воспалительных процессах, лежащих в основе POI5.
В более широком контексте литературы создание мышиной модели POI способствует расширению объема исследований, направленных на понимание патофизиологии этого состояния. Преодолевая разрыв между фундаментальной наукой и клинической практикой, доклинические модели играют ключевую роль в разработке новых терапевтических стратегий для POI6. Кроме того, доступность стандартизированных моделей на животных повышает воспроизводимость и сопоставимость результатов исследований в различных лабораториях. Тем не менее, эта модель POI основана на механической стимуляции во время хирургической процедуры. Другие формы кишечной непроходимости, вызванной стимуляцией, могут не подходить для этой модели. Кроме того, при планировании экспериментов с использованием этой модели исследователи должны учитывать такие факторы, как правила благополучия животных, этические соображения и доступность ресурсов.
Подводя итог, можно сказать, что внедрение мышиной модели POI означает заметный прогресс в доклинических исследованиях этого изнурительного состояния. Кроме того, мы использовали окрашивание H&E и проточную цитометрию для оценки набухания тканей, а также пролиферации и активации иммунных клеток. Создание мышиной модели POI облегчило бы открытие механизмов POI и способствовало бы разработке новых методов лечения POI.
Процедуры по уходу за животными и экспериментальные процедуры проводились в соответствии с Руководящими принципами по уходу за животными и их использованию (Китай) и были одобрены Комитетом по этике Пекинской больницы дружбы (No 20-2056). Для исследования использовали мышей C57BL/6 (в возрасте 8-12 недель).
1. Подготовка к операции
2. Анестезия
3. Хирургия
4. Анализ желудочно-кишечного транзита
5. Заделка парафина и окрашивание гематоксилином и эозином (HE)
6. Выделение иммунных клеток и проточная цитометрия
В этом протоколе POI был вызван хирургическим путем с помощью кишечных манипуляций (ВМ), что аналогично эффекту клинической хирургии. В фиктивной группе разрез был сделан без в/м. Мышей POI умерщвляли через 24 часа после операции POI вместе с мышами с фиктивной контрольной группой. Критическая функция пищеварительного тракта, транзитная функция содержимого, определялась путем зондирования ФИТК-декстрана. Модель POI была признана успешной, поскольку интенсивность FITC увеличивалась в проксимальном отделе тонкой кишки (рис. 2B). Средние GC были рассчитаны для количественной оценки транзитной дисфункции IM и указания на согласованность операции (Рисунок 2C).
Окрашивание HE указывает на морфологию различных сегментов пищеварительного тракта (рис. 3). Подслизистая оболочка и слой гладкой мускулатуры двенадцатиперстной кишки и подвздошной кишки опухли через 24 ч после индукции ПОИ (рис. 3A, B). По сравнению с таковыми у фиктивных мышей, окрашивание двенадцатиперстной кишки методом HE выявило повышенную инфильтрацию иммунных клеток у мышей POI (рис. 3A).
Многоцветный проточный цитометрический анализ является основным методом анализа соотношения, состояния и функции иммунных клеток. Кишечную ткань расщепляли коллагеназой и дезоксирибонуклеазой и разделяли на одноклеточную суспензию для проточной цитометрии. Стратегия гейтирования была использована для определения пропорций CD3 Т-клеток и родственных субпопуляций среди LPL (рисунок 4A). Маркер активации и адгезии CD69, а также экспрессия CD4 Т-клеток, CD8 Т-клеток и gd Т-клеток повышаются у мышей POI (рис. 4B)7. Аналогичным образом, доля субпопуляции CD44+ PD-1+ (активация, терминальная дифференцировка и маркер истощения) показала тенденцию к увеличению (рисунок 4C)7. В дополнение к лимфоцитам, доля субпопуляций миелоидных клеток (нейтрофилов, дендритных клеток и макрофагов) также увеличивается после операции по внутримышечному вему мышлению (рис. 4D)8.

Рисунок 1: Мышиная модель послеоперационной кишечной непроходимости. (A) Схема мышиной модели послеоперационной кишечной непроходимости. (Б) Фиксация мыши после анестезии и бритья. (В) Разрез был открыт и закрыт медицинской стерильной марлей. (D) Кишечные трубки выдавливались из брюшной полости через разрез брюшной полости и обнажались путем помещения их на стерильную марлю. (Д) Вся тонкая кишка подвергалась воздействию увлажненного стерильного ватного тампона. (F) Мышечный слой был закрыт хирургическим швом. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Анализ желудочно-кишечного транзита для оценки функции пищеварительного тракта. Через 22,5 ч после операции фиктивным мышам или мышам с POI вводили раствор FITC-декстрана и умерщвляли через 90 мин. (А) Пищеварительный тракт был разделен на 15 сегментов и пронумерован в соответствии с физиологическим положением. (B) Интенсивность FITC каждого сегмента пищеварительного тракта фиктивных мышей и мышей POI. (C) Геометрические центры введенного FITC-декстрана были рассчитаны и показаны в виде графиков на скрипке. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 3: Типичное окрашивание тонкой кишки мышей POI методом HE. HE-окрашивание поперечных сечений (А) двенадцатиперстной кишки и (В) подвздошной кишки у фиктивных мышей и мышей POI. Масштабные линейки: 100 μм или 25 μм (увеличенное изображение вставки). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 4: Репрезентативный проточный цитометрический анализ иммунных клеток тонкого кишечника мышей POI. (A) Стратегия гейтирования проточной цитометрии для популяций Т-клеток из тканей тонкого кишечника мышей POI через 24 ч после операции. (B) Пропорции активного маркера CD69+ Т-клеток Т-клеток в CD4 Т-клетках, CD8 Т-клетках и gd Т-клетках из тонкой кишки фиктивных мышей и мышей POI. (C) Пропорции активных маркеров CD44+ PD-1+ среди CD4 Т-клеток, CD8 Т-клеток и gd Т-клеток в тонком кишечнике фиктивных мышей и мышей POI. (D) Пропорции нейтрофилов (Ly6G+ CD11b+), дендритных клеток (CD11c+ MHC-II+) и макрофагов (CD11b+ F4/80+) среди CD45+ Aqua- живых иммунных клеток из тонкой кишки фиктивных мышей и мышей POI. Число на каждой панели представляет собой процентное соотношение соответствующих типов ячеек. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
Успех операции зависит от нескольких важнейших этапов. Во-первых, поддержание консистенции во время интрамуральной хирургии кишечника (ВМ) является обязательным для того, чтобы вызвать обширное повреждение тонкой кишки. Надлежащее давление, оказываемое во время процедуры внутримышечного введения, и возникающее в результате гиперемическое воздействие на кишечник имеют решающее значение для успеха операции. Наблюдение за тем, как весь пищеварительный тракт становится розовым и на нем появляются красные геморрагические пятна после растирания ватным тампоном, служило показателем успешной операции. Кроме того, обеспечение того, чтобы среднее значение GC оставалось примерно на уровне 5 после операции, указывает на то, что модель была успешной по сравнению с моделью мышей, прооперированных искусственно. Микроскопическое исследование отека тканей в подслизистой оболочке и инфильтрации иммунных клеток, как показывает окрашивание HE, также служит важным этапом в валидации тяжести POI.
Внесение изменений в протокол может потребоваться для оптимизации результатов или устранения любых возникающих проблем. Например, для точного отображения морфологических изменений в эпителии кишечника рекомендуется встраивание кишечной ткани вместе с ее содержимым с помощью фиксатора Карноя9. Этот уникальный протокол встраивания обеспечивает быструю фиксацию, что имеет важное значение для сохранения морфологии тканей. Однако, если цели исследователя сосредоточены на эпителии или собственной пластинке, рекомендуется использовать усовершенствованную швейцарскую технику прокатывания для встраивания препарата кишечной ткани из воска. Эта методика сжимает межпромежуточное пространство кишечной ткани и обеспечивает равномерное направление ворсинок, способствуя встраиванию всей тонкой кишки в один образец, залитый воском.
Несмотря на свою полезность, протокол имеет ограничения. Одним из ограничений является зависимость от животных моделей, которые могут не полностью воспроизводить сложность человеческой патофизиологии. Кроме того, различия в хирургической технике и индивидуальных реакциях мышей могут привести к вариабельности исходов. Согласно нашему недавнему исследованию, использование непротиворечивого оператора является важным принципом для снижения операторно-зависимой вариативности. Кроме того, Van et al. представили самодельное устройство, способное прикладывать определенный вес к кишечнику, обеспечивая постоянное давление на внутримышечноемыши11. Этот подход действительно оказывается ценным для поддержания согласованности модели.
Этот протокол представляет собой ценный вклад в эту область, обеспечивая стандартизированный метод индукции POI с помощью хирургии внутримышечного в/м у мышей. Разъясняя критические этапы и предлагая модификации для встраивания тканей и выделения иммунных клеток, этот протокол повышает воспроизводимость и надежность моделирования POI. Использование проточной цитометрии 7,8 для анализа иммунных клеток позволяет всесторонне исследовать иммунный ответ, лежащий в основе патогенеза POI, дополняя существующие методы и расширяя наше понимание этого сложного синдрома.
Представленный здесь протокол обещает будущие доклинические исследования, направленные на понимание и лечение POI. Совершенствуя хирургические методы и оптимизируя методы обработки тканей, исследователи могут глубже изучить механизмы, лежащие в основе разработки POI, и определить новые терапевтические мишени. Кроме того, совместимость протокола с проточной цитометрией позволяет проводить углубленное иммунное профилирование, открывая возможности для изучения иммуномодулирующих вмешательств, направленных на облегчение симптомов POI. В целом, протокол закладывает основу для расширения наших знаний о POI и разработки целевых терапевтических стратегий для улучшения результатов лечения пациентов.
Авторам нечего раскрывать.
Мы благодарны Центру лабораторных животных, Пекинскому клиническому научно-исследовательскому институту и Пекинской больнице дружбы за оказание помощи животным. Эта работа была поддержана Национальной программой исследований и разработок в области ключевых технологий (No 2015BAI13B09), Пекинским фондом естественных наук (No 7232035), Национальным фондом естественных наук Китая (No 82171823, 82374190) и выдающимися молодыми учеными из Пекинской больницы дружбы (No yyqcjh2022-4).
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 1 M HEPES | Thermo | 15630080 | |
| APC против мыши I-A/I-E (MHC-II) | Biolegend | 107614 | |
| APC против мыши TCRb | Biolegend | 109212 | |
| APC/Cy7 против мыши CD4 | Biolegend | 100414 | |
| APC/Cy7 против мыши Ly6G | Biolegend | 127624 | |
| Brilliant Violet 421 против мыши CD69 | Biolegend | 104545 | |
| Brilliant Violet 421 против мыши F4/80 | Biolegend | 123132 | |
| Brilliant Violet 785 против мыши/человека CD44 | Biolegend | 103041 | |
| BUV395 против мыши CD8a | BD | 563786 | |
| BUV737 против мыши CD3e | BD | 612771 | |
| коллагеназы IV | Sigma-Aldrich | C5138 | |
| Культуральный микроскоп | CKX53 | Olympus | |
| Deoxyribonucrelative I из поджелудочной железы крупного рогатого скота (DNase I) | Sigma-Aldrich | DN25-5G | |
| DL-Dithiothreitol solution | Sigma-Aldrich | 43816-10ML | |
| EDTA | Sigma-Aldrich | EDS-100G | |
| FITC anti-mouse CD45 | Biolegend | ||
| FITC-dextan (70 кВт) | Sigma-Aldrich | FD70-100MG | желудочно-кишечного тракта |
| HE | solarbio | G1120 | |
| PE анти-мышь CD11b | Biolegend | 101208 | |
| PE анти-мышь PD-1 | Biolegend | 114118 | |
| PE/Cy7 антимышиный CD11c | Biolegend | 117318 | |
| Percoll | GE (Pharmacia) | 17-0891-01 | |
| Symphony A5 Проточный цитометр | BD-Иммунные | клетки Обнаружение и сортировка | |
| клеток Триброметанол | Sigma-Aldrich | T48402 | Анестезия |
| Varioskan LUX | Thermo | N16699 | Многорежимный считыватель микропланшетов |
| Zombie Aqua Фиксируемый набор для определения жизнеспособности | Biolegend | 423102 | флуоресцентный Жизнеспособность красителя |
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение