Summary

השתלת קרנית עכברית: דגם לחקר הצורה נפוצה ביותר של Solid השתלות איברים

Published: November 17, 2014
doi:

Summary

Mice have been used as a model for studying many forms of transplantation, including corneal transplantation. We describe in this report a murine model for both acute and late-term corneal transplantation.

Abstract

Corneal transplantation is the most common form of organ transplantation in the United States with between 45,000 and 55,000 procedures performed each year. While several animal models exist for this procedure and mice are the species that is most commonly used. The reasons for using mice are the relative cost of using this species, the existence of many genetically defined strains that allow for the study of immune responses, and the existence of an extensive array of reagents that can be used to further define responses in this species. This model has been used to define factors in the cornea that are responsible for the relative immune privilege status of this tissue that enables corneal allografts to survive acute rejection in the absence of immunosuppressive therapy. It has also been used to define those factors that are most important in rejection of such allografts. Consequently, much of what we know concerning mechanisms of both corneal allograft acceptance and rejection are due to studies using a murine model of corneal transplantation. In addition to describing a model for acute corneal allograft rejection, we also present for the first time a model of late-term corneal allograft rejection.

Introduction

השתלת קרנית היא אחד מהסוגים המוצלחים והנפוצים ביותר של השתלה שבוצעו בבני אדם. הסיבות לכך שניתוח זה מבוצע הן תוצאה של פציעה, מחלה זיהומית 1, או צורות אחרות של מחלה בקרנית שאינה מדבקת 2. דמויות מעין הבנק האגודה של אמריקה עולות כי מעל 46,000 בוצעו בשנת 2011 (ראה באתר אינטרנט בכתובת: restoresight.org/eye_banks/eye_banks.html). אינדיקציה להצלחתו היא ששיעורי כישלון שנה אחת עבור שתלי קרנית אלוגנאית נעים 10-15% ולאחר 5 שנים של ההצלחה היא בעודף של 70% 3-8. מחקרים רבים הראו, ההצלחה של allografts קרנית קשורה באופן ישיר לעובדה כי העין היא אתר מועדף אימונולוגית. גורמים אחראים למצב הקרניות כאתר זכות חיסוני כוללים חוסר של שני כלי הדם והלימפה בקרנית, היעדר יחסי של תאי הצגת אנטיגן, גורמים המיוצר על ידי הקרנית שsuppresזה funtions מפעיל חיסוני 9-15, ביטוי נמוך של MHC אנטיגנים 16, ואת הביטוי של מקאל 17-20.

עם זאת, למרות גורמים אלה, גורם שתלים אלה להצלחה, הם עוברים דחייה 3-7. כתוצאה מכך, הבנת מנגנונים אלה שמתווכים דחייה זו, כמו גם בדיקת טיפולים שונים למניעת דחייה היא בעל חשיבות קריטית. לצורך כך, אנו מתארים כאן מודל עכברי של השתלת קרנית שכבר בשימוש במשך 20 שנים כדי ללמוד השתלת קרנית בסביבה ניסויית מבוקרת. מאז תגובות השתלה כרוכות בגורמים רבים ושונים הפועלים בקונצרט שאולטימטיבי לקבוע אם הרקמה המושתלת נכשלת או מצליחה, שלא ניתן להבין את החשיבות של גורמים אלה בכל דגם במבחנה. כתוצאה מכך, מחקרים שנערך בבעלי חיים שלמים נדרשים כדי לקבוע מה גורמים חשובים להצלחה או או failuמחדש של רקמה מושתלת.

בעוד מינים אחרים של בעלי חיים שימשו במחקר השתלה קרנית, יש במודל העכברי מספר יתרונות בהשוואה לשימוש במינים אחרים. הראשון הוא קיומה של זנים רבים של עכברים המבטאים את גנים מושתלים מסוימים או היו ממוקד-גן לחוסר ביטוי של גורמים חיסוניים ספציפיים שתפקידה בהשתלה ניתן ללמוד טוב יותר. בנוסף, יש חומרים כימיים רבים (שני גורמים רקומביננטי ונוגדנים המנטרלים את הגורמים) שהם ספציפיים לעכברים ושאינם קיימים למינים רבים אחרים של בעלי חיים. בגלל קיומם של גורמים אלה, מודל זה כבר נעשה שימוש נרחב כדי לזהות גורמים רלוונטיים מעורבים בתגובה החריפה של קרנית שתל 15, 17,18,20 -29. יתר על כן, רבים מן הגורמים המעורבים בהשתלת קרנית ידוע גם להיות פונקציונלי בהשתלה של רקמות אחרות.

Protocol

הערה: מטופלים כל בעלי החיים המשמשים בהליך זה בהתאם לאגודה לחקר חזון הצהרת עיניים לשימוש בבעלי החיים ברפואת עיניים ומחקר חזון, כמו גם את ההנחיות שנקבעו על ידי הוועדה לפיקוח על בעלי החיים באוניברסיטת סנט לואיס. הערה: כל המכשירים ופתרונות כירורגיים הם מעוקרים לפני נ…

Representative Results

המודל העכברי של השתלת קרנית היה בשימוש כבר למעלה מ -20 שנים לאפיין בהצלחה מנגנונים של שני דחיית קרנית שתל 19-23 וקבלת קרנית שתל 13, 15,16,18, 24-27. מודל זה שימש להקמת חשיבות ביטוי מקאל בקבלת שתל קרנית, שבבעלי חיים שאין לי מקאל לא היו מסוגל לקבל allografts קרני 15. כמו כ…

Discussion

המודל העכברי של השתלת קרנית המתוארת כאן מאפשר לחוקר ללמוד דחיית שתל קרנית אדם במודל שהוא ניבוי של מה גורמים הקשורים הטובים ביותר עם ​​שתי הדחייה 15,17,18,20, 26-30 וקבלת 21-25 של קרנית allografts. בשונה השתלת קרנית אנושית, שבו מטופלים מקבלים גם טיפול בסטרואידים מקומי א?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors would like to thank the many individuals who have worked on and perfected this technique and have been responsible for the generation of many manuscripts both in this lab and others. This work was supported by National Institutes of Health Grant EY12707 (PMS) and an unrestricted grant from Research to Prevent Blindness to Department of Ophthalmology.

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
Zeiss Surgical Microscope Zeiss Rebuilt
1 mL Syringe BD 305122
3 mL Syringe BD 309657
10 mL Syringe BD 309602
Vannus Scissors Stortz E-3387
11-0 Sutures Alcon 717939M
Trephine 2.0mm Katena K 2-7520
Trephine 1.5 mm Katena K 2-7510
Tricaine Hydrochloride 0.5% Alcon NDC 0065-0741-12
Healon Abbott Healon OVD
Forceps FST 11251-20
7-0 Sutures Alcon 8065
2.5% Phenylephrine HCl Alcon NDC 61314-342-02
1% Tropicamide Bausch & Lomb NDC-24208-585-59
Hamilton Syringe Hamilton 7654-01
33 gauge needle Hamilton 90033
Cell Strainer (100 μm nylon) BD Falcon 352360
Hemocytometer Cardinal Health B3175
Trypan Blue Sigma T8154

References

  1. Farooq, A. V., Shukla, D. Herpes simplex epithelial and stromal keratitis: an epidemiologic update. Surv. Ophthalmol. , 448-462 (2012).
  2. Gipson, I. K. Age-related changes and diseases of the ocular surface and. Invest. Opthlamol. Vis. Sci. 54, 48-53 (2013).
  3. Edwards, M., et al. Indications for corneal transplantation in New Zealand: 1991-1999. Cornea. 21, 152-155 (2002).
  4. Thompson, R. W., Price, M. O., Bowers, P. J., Price, F. W. Long-term survival after penetrating keratoplasty. Ophthalmol. 110, 1396-1402 (2003).
  5. Williams, K. A., Roder, D., Esterman, A., Muehlberg, S. M., Coster, D. J. Factors predictive of corneal graft survival. Report form the Australian Corneal Graft Registry. Ophthalmology. 99, 403-414 (1992).
  6. Larkin, D. F. Corneal allograft rejection. Br. J. Ophthalmol. 78, 649-652 (1994).
  7. Boisjoly, H. M., et al. Risk factors of corneal graft failure. Ophthalmol. 100, 1728-1735 (1993).
  8. Sugar, A., et al. Recipient Risk Factors for Graft Failure in the Cornea Donor Study. Ophthalmol. 116, 1023-1028 (2009).
  9. Namba, K., Kitaichi, N., Nishida, T., Taylor, A. W. Induction of regulatory T cells by the immunomodulating cytokines alpha-melanocyte-stimulating hormone and transforming growth factor-beta2. J. Leukoc. Biol. 72, 946-952 (2002).
  10. Taylor, A. W., Yee, D. G., Streilein, J. W. Suppression of nitric oxide generated by inflammatory macrophages by calcitonin gene-related peptide in aqueous humor. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 39, 1372-1378 (1998).
  11. Wilbanks, G. A., Mammolenti, M., Streilein, J. W. Studies on the induction of anterior chamber-associated immune deviation (ACAID). III. Induction of ACAID depends upon intraocular transforming growth factor-beta. Eur. J. Immunol. 22, 165-173 (1992).
  12. Volpert, O. V., et al. Inducer-stimulated Fas targets activated endothelium for destruction by anti-angiogenic thrombospondin-1 and pigment epithelium-derived factor. Nat. Med. , 8-349 (2002).
  13. Apte, R. S., Sinha, D., Mayhew, E., Wistow, G. J., Niederkorn, J. Y. Cutting edge: role of macrophage migration inhibitory factor in inhibiting NK cell activity and preserving immune privilege. J. Immunol. 160, 5693-5696 (1998).
  14. Kennedy, M. C., et al. Novel production of interleukin-1 receptor antagonist peptides in normal human cornea. J. Clin. Invest. 95, 82-88 (1995).
  15. Shimmura-Tomita, M., Wang, M., Taniguchi, H., Akiba, H., Yagita, H., Hori, J. Galectin-9-mediated protection from allo-specific T cells as a mechanism of immune privilege of corneal allografts. PLoS One. 8, (2013).
  16. Goldberg, M. F., Ferguson, T. A., Pepose, J. S. Detection of cellular adhesion molecules in inflamed human corneas. Ophthalmol. 101, 161-168 (1994).
  17. Stuart, P. M., Griffith, T. S., Usui, N., Pepose, J. S., Yu, X., Ferguson, T. A. CD95 ligand (FasL)-induced apoptosis is necessary for corneal allograft survival. J Clin Invest. 99, 396-402 (1997).
  18. Yamagami, S., et al. Role of Fas-Fas ligand interactions in the immunorejection of allogeneic mouse corneal transplants. Transplantation. 64, 1107-1111 (1997).
  19. Stuart, P. M., Pan, F., Plambeck, S., Ferguson, T. A. Fas/Fas ligand interactions regulate neovascularization in the cornea. Invest. Ophthalmmol. Vis. Sci. 44, 93-98 (2003).
  20. Stuart, P. M., Yin, X. T., Pan, F., Haskova, Z., Plambeck, S., Ferguson, T. A. Inhibitors of matrix metalloproteinases activity prolong corneal allograft acceptance by increasing FasL expression. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 45, 1169-1173 (2004).
  21. Joo, C. -. K., Pepose, J. S., Stuart, P. M. T-cell mediated responses in a murine model of orthotopic corneal transplantation. Invest.Ophthalmol. Vis. Sci. 36, 1530-1540 (1995).
  22. Sonoda, Y., Sano, Y., Ksander, B., Streilein, J. W. Characterization of cell-mediated immune responses elicited by orthotopic corneal allografts in mice. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 36, 427-434 (1995).
  23. Sano, Y., Osawa, H., Sotozono, C., Kinoshita, S. Cytokine expression during orthotopiccorneal allograft rejection in mice. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 39, 1953-1957 (1998).
  24. Haskova, Z., Usui, N., Ferguson, T. A., Pepose, J. S., Stuart, P. M. CD4+ T cells are critical in corneal but not skin allograft rejection. Transplantation. 69, 483-488 (2000).
  25. Tan, Y., et al. Immunological disruption of antiangiogenic signals by recruited allospecific T cells leads to corneal allograft rejection. J. Immunol. 188, 5962-5969 (2012).
  26. Dana, M. R., Yamada, J., Streilein, J. W. Topical interleukin-1 receptor antagonist promotes corneal transplant survival. Transplantation. 63, 1501-1507 (1997).
  27. Cunnusamy, K., Chen, P. W., Niederkorn, J. Y. IL-17A-dependent CD4+CD25+ regulatory T cells promote immune privilege of corneal allografts. J. Immunol. 186, 6737-6745 (2011).
  28. Fu, H., et al. Arginine depletion as a mechanism for the immune privilege of corneal allografts. Eur. J. Immunol. 41, 2997-3005 (2011).
  29. Medina, C. A., Rowe, A. M., Yun, H., Knickelbein, J. E., Lathrop, K. L., Hendricks, R. L. Azithromycin treatment increases survival of high-risk corneal allotransplants.Cornea. , 32-658 (2013).
  30. Cho, Y. K., Zhang, X., Uehara, H., Young, J. R., Archer, B., Ambati, B. Vascular Endothelial Growth Factor Receptor 1 morpholino increases graft survival in a murine penetrating keratoplasty. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 53, 8458-8471 (2012).
  31. Kim, H. K., Choi, J. A., Uehara, H., Zhang, X., Ambati, B. K., Cho, Y. K. Presurgical corticosteroid treatment improves corneal transplant survival in mice. Cornea. 32, 1591-1598 (2013).
  32. Yamazoe, K., Yamazoe, K., Shimazaki-Den, S., Shimazaki, J. Prognostic factors for corneal graft recovery after severe corneal graft rejection following penetrating keratoplasty. BMC Ophthalmol. 13, 5 (2013).
  33. Panda, A., Vanathi, M., Kumar, A., Dash, Y., Priya, S. Corneal graft rejection. Surv. Ophthalmol. 52, 375-396 (2007).
  34. Patel, S. V. Graft survival and endothelial outcomes in the new era of endothelial keratoplasty. Exp. Eye Res. 95, 40-47 (2012).
  35. Anshu, A., Price, M. O., Tan, D. T., Price, F. W. Endothelial keratoplasty: a revolution in evolution. Surv. Ophthalmol. 57, 236-252 (2013).

Play Video

Cite This Article
Yin, X., Tajfirouz, D. A., Stuart, P. M. Murine Corneal Transplantation: A Model to Study the Most Common Form of Solid Organ Transplantation. J. Vis. Exp. (93), e51830, doi:10.3791/51830 (2014).

View Video