Summary
Presentamos la ligadura del conducto biliar parcial como modelo quirúrgico de lesión hepática y regeneración en roedores.
Abstract
En roedores, ligadura del conducto biliar completa (cBDL) del conducto biliar común es una técnica quirúrgica establecida para el estudio de colestasis obstructiva, proliferación de conducto biliar. Sin embargo, experimentos a largo plazo pueden conducir a mayor morbilidad y mortalidad. En cepas de ratón seleccione con enfermedad hepática subyacente, se pueden hacer comparaciones significativas aun con la ligadura de un solo lóbulo del hígado, que puede reducir los gastos y pérdidas de animales. Aquí, describimos la ligadura parcial del conducto biliar (pBDL) en el ratón, en el que sólo el conducto biliar hepático izquierdo está ligado, que causa obstrucción biliar en lóbulo izquierdo pero no los lóbulos restantes. Con Técnica Microquirúrgica cuidadosa, pBDL experimentos pueden ser rentables, ya que el lóbulo unligated sirve como un control interno a los lóbulos ligados, cuando se someten a las mismas condiciones en el mismo animal. A diferencia de cBDL, un grupo de control independiente operado simulada no es necesario. pBDL es muy útil para comparar directamente localizada versus efectos sistémicos de la colestasis y otros componentes de la bilis retenida. también puede reutilizar pBDL como un nuevo método para investigar mecanismos relacionados con medicamentos y migración celular.
Introduction
Los modelos quirúrgicos de reparación, como la hepatectomía parcial o ligadura del conducto biliar común (cBDL) y lesión del higado aguda se han utilizado durante décadas en roedores para estudiar la regeneración del hígado y pathobiology1,2. En cBDL, es ligado el conducto colédoco (que drena toda la bilis producida en el hígado), dando por resultado colestasis obstructiva, la inflamación y la fibrosis en las primeras 2-3 semanas después de la cirugía, con eventual progresión a la cirrosis3. Proliferación de conductos biliares, transdiferenciación e inducción de células progenitoras residentes de hígado son también características de cBDL4,5. Aunque cBDL elucida mecanismos específicos de cholangiopathy obstructiva, que están bien caracterizados con resultados reproducibles en ratones de tipo salvaje y en esas tensiones con hígados normales6,7,8, la procedimiento puede ser técnicamente exigente en algunos modelos de ratón transgénico de enfermedades del hígado, que requieren más animales de lo previsto debido a la mayor morbilidad y mortalidad de la obstrucción biliar en el tiempo. Esta técnica también es beneficiosa para el estudio de la enfermedad de ratones transgénicos con base de hígado, que de lo contrario no podría tolerar el estrés de los experimentos de curso prolongado tras cBDL.
pBDL puede proporcionar una alternativa razonable para ayudar a superar algunos de estos retos. PBDL inicial estudios en ratones de tipo salvaje pretenden distinguir localmente actuando y sistémicos mediadores de la inflamación9. En pBDL, cuidadosamente, la confluencia biliar principal de los conductos biliares hepáticos derecho e izquierdos por encima del conducto biliar común se visualiza en el hilum, y sólo el conducto biliar hepático izquierdo se unen para generar una colestasis obstructiva localizada. pBDL ofrece varias ventajas a cBDL. En pBDL, el lóbulo derecho unligated sirve como un control interno idénticamente coincidente para el lóbulo izquierdo ligado, sometido a los mismos efectos sistémicos, tales como estado nutricional o factores de circulación. Aunque estaban presentes mediadores pro-inflamatorios sistémicos, Osawa et al. había observado menos fibrosis y necrosis en los lóbulos unligated, pero aumento de células inflamatorias y expresión de factor de crecimiento β transformador en el lóbulo ligados9.
Más recientemente, se ha redefinido pBDL para estudiar efectos parenquimales hepáticas de bilis retenida10. Utilizando el mismo animal para los grupos experimentales y control interno (unligated "sham"), pBDL mitades con eficacia el número de animales necesarios por experimento, que a su vez es más rentable. Los ratones toleran los efectos de pBDL mucho mejor, para que el momento ideal curso de experimentar (≥2 semanas) pueden lograrse en el lóbulo ligado. Lo más importante, pBDL puede distinguir efectos directos intrahepáticas de colestasis obstructiva y conservan componentes de la bilis en el lóbulo ligado, comparado con el lóbulo de la unligated control. En general, pBDL es un método atractivo para estudiar efectos de lóbulo-específica de la colestasis localizada en el hígado.
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Protocol
Todos los procedimientos se llevaron a cabo con arreglo a las normas éticas del Comité de uso de la Universidad de Pittsburgh y cuidado institucional del Animal.
1. básicas técnicas y procedimientos comunes
- Autoclave equipo microcirugía todos antes de usar.
- Para evitar matar el ratón por la anestesia, revise cuidadosamente su patrón de respiración.
- Toque lo menos posible para evitar dañar órganos y causar sangrado de intestinos y órganos. Presione los puntos sangrantes con torundas de algodón húmedas o esponjas de Gasa.
- Utilizar torundas de algodón húmedas para la suave manipulación de los órganos. Esponjas de gasa húmeda, no tejidos se utilizan en dos tamaños, 3.5 × 3.5 cm y 6.0 × 6,0 cm. usar uno más pequeño para retraer el hígado entero. Use la más grande para envolver los intestinos pequeños y grandes.
2. preparación prequirúrgica
- Utilizar ratones c57/b6 machos, 8-12 semanas de edad (cuando el peso corporal es aproximadamente de 20-35 g) para la ligadura del conducto biliar parcial.
- Permitir que los ratones libre acceso a agua y alimentos hasta la inducción de la anestesia.
3. operación de ligadura de conducto biliar parcial
- Anestesiar el ratón colocando el animal en una cámara de inducción con una mezcla de 1.5-2.0% isoflurano y 1 L/min de oxígeno. Controle con cuidado el animal mediante la observación de la tasa de respiración. Cuando la tasa de respiración de los animales es una respiración por segundo, el ratón está bien anestesiado. Ya que reflejo de retirada del miembro delantero desaparece más rápidamente, pellizcar el pie de extremidades así como para confirmar la ausencia total del reflejo de retirada. Ojos deben lubricarse con un agente lubricante oftálmico para evitar úlceras corneales. Nota que la primera dosis de analgésico puede administrarse pre-operatively para prevenir la estimulación de receptores del dolor.
- Afeitarse la pared abdominal con cortar el pelo y coloque el ratón sobre la mesa quirúrgica bajo el microscopio quirúrgico. Fijar las extremidades a la mesa con cinta adhesiva. Utilizar la inhalación isoflurane para mantener el ratón bajo anestesia general.
- Ajustar el vaporizador de isoflurano e isoflurano de 2.0-3.0% para inducción.
- Utilizando hisopos estériles, desinfectar la pared abdominal primero con 0.3-0.5 mL de povidona-yodo aplicada tópicamente, seguido de etanol al 70%. Animal debe cubrirse con un paño estéril.
- Hacer una incisión abdominal de línea media larga desde el xifoides al pubis con la tijeras y fórceps de Adson. Después de realizar la incisión abdominal, reducir el isoflurano a 0.8-1.0% para el mantenimiento.
- Exponer la cavidad abdominal utilizando un Micro retractor. Sostenga el xifoides con pinzas mosquito y retracción hacia la cabeza del ratón. Fijar las pinzas de mosquito usando arcilla suave.
- Instilar 1-2 mL de precalentado (37 ° C) esterilizada con tampón fosfato salino (PBS) en la cavidad abdominal para evitar lesionar los órganos abdominales. Mantener el intestino con algodón húmedo y suavemente los retraiga hacia la cabeza del ratón. Cortar los ligamentos entre el intestino delgado y el retroperitoneo para evitar lesionar el intestino (figura 1A).
- Envuelva los intestinos delgado y grueso con una esponja de gasa húmeda, no tejida. Colocarlos en la parte caudal de la cavidad abdominal. Intestinos, envueltos en una gasa estéril pueden colocarse en el campo estéril cubierto para evitar la contaminación.
- Suavemente Retire el hígado entero hacia el xifoides usando una esponja pequeña mojada no tejido de gasa para exponer el hilio hepático y ligamento hepato-duodenal (figura 1B).
- Comprobación para confirmar la anatomía del hilio hepático. El conducto biliar común se encuentra en el lado ventral de la vena porta. Confirman lugares de la derecha y el conducto biliar hepático izquierdo, que drenan en la confluencia biliar principal en el hilio hepático.
- Identificar el conducto de bilis hepático izquierdo que drena el lóbulo izquierdo y rodearlo con una sutura de nylon 10-0 usando el lado Romo de una aguja de sutura (figura 2A). Evitar lesionar la superficie hepática, vena porta y arteria hepática.
- Ligar el conducto biliar izquierdo con nylon 10-0. (Figura 2B).
- Coloque los intestinos pequeños y grandes en la misma posición que antes de la operación mediante el uso de torundas de algodón húmedas.
- Confirmar que no existe torsión intestinal y sangrado intrabdominal y cerrar el músculo y la piel en dos capas con vicryl 4-0. Sutura trenzada (Vicryl) fue utilizada para el cierre de la piel, pero monofilamento es preferido para reducir la probabilidad de infección.
Nota: Cerrar fascia sutura continua desde el xifoides al pubis y cerrar la piel sutura continua del pubis al xifoides. - Deje de anestesia después de cerrar la incisión.
4. postoperatorio tratamiento y seguimiento
- Sólo después de la cirugía, pellizcar la piel dorsal del ratón e inyectar Buprenex (0.1 mg/kg) y cefazolina (100 mg/kg) por vía subcutánea, seguido de Buprenex inyección cada 12 h durante 3 días y cefazolina cada 24 h durante 3 días respectivamente11,12 ,13. Nota que la primera dosis de analgésico puede administrarse pre-operatively para prevenir la estimulación de receptores del dolor. Cefazolina y otros antibióticos perioperatorios sólo son necesarios para los animales inmunes suprimidos, como los utilizados en los estudios de trasplante.
Nota: Si la cirugía se realiza con éxito, el mouse generalmente se recupera dentro de 30 minutos actividad de los ratones será casi igual que la condición preoperatoria. - Compruebe los ratones diariamente para detectar cualquier signo de angustia.
- Sacrificar a los ratones por la dislocación cervical bajo anestesia general para procurar hígados y otras muestras de tejidos en puntos de tiempo definido (es decir, 7, 14, 21 días) después de pBDL.
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Representative Results
Para este experimento típico, pBDL fue realizado en ratones transgénicos de triplicado PiZ, que recapitulan la enfermedad del higado humana encontrada en la deficiencia de alfa-1 antitripsina (A1AT). El ratón PiZ overexpresses un transgen consistente en múltiples fragmentos genomic de la DNA que contienen las regiones de codificación del gen mutante de A1AT humano y promotor, junto con intrones y ~ 2 kilobases de upstream y downstream flanqueando las regiones14, 15. A1AT normal es una proteína secretada suero producida en el hígado. La forma mutante de A1AT genera agregados de proteína insoluble que espontáneamente se acumulan en el hígado causando estrés tóxico. Los experimentos utilizaron ratones PiZ machos 3 - meses de edad, que expresan el fenotipo más severo de esta enfermedad, cuando la agregación de proteína alcanza16.
Biochemistries suero hígado compararon pBDL cBDL PiZ ratones (tabla 1)10. Las enzimas hepáticas alanina aminotransferasa (ALT) y aspartato aminotransferasa (AST) son biomarcadores de lesión hepatocelular, mientras que la bilirrubina sérica total (TSB) mide el grado de colestasis. En general, ratones sometidos a pBDL no muestran signos de daño hepático severo o colestasis, como sus valores de suero eran similares a base10. Es importante tener en cuenta que ratones con pBDL fallido (debido a problemas técnicos, como el conducto biliar o lesiones vasculares) mostrará valores de suero similares a ratones cBDL, significativamente elevadas las enzimas hepáticas y TSB. Clínico, ratones con fallido pBDL aparecerán más ictéricos y angustiado, con resultados de fugas biliares, ascitis, peritonitis o hematoma y en última instancia tendrá que ser sacrificado.
Puesto que los ratones sometidos a pBDL desarrollan colestasis obstructiva específica del lóbulo, no adquieren la vesícula distendida, oscurezca, lleno de bilis en cBDL. Sólo el lóbulo ligado aparece más pálido en color, mientras que los lóbulos unligated mantendrá su coloración normal, oscuro, marrón rojizo (figura 3). Hay diferencias en la histología del hígado, conducto biliar mayor proliferación y fibrosis en el lóbulo ligado (figura 4). 10
Tabla 1: Biochemistries representante suero hígado de ligadura del conducto biliar parcial (pBDL) compararon con completar la ligadura del conducto biliar (cBDL) 10 . Cada punto representa 3-4 ratones. Cuenta ratones transgénicos PiZ sobre fondo c57/bl6. Rangos de referencia de laboratorio también se dan en paréntesis. (Peso, tipo de salvaje; TSB, bilirrubina total del suero; ALT, alanino aminotransferasa; Fosfatasa alcalina, fosfatasa alcalina).
Figura 1:exposición de la cavidad abdominal, sistema hepatobiliary. Intestino delgado (A) estén retraídos suavemente para evitar lesiones del intestino, y los ligamentos conectados se cortan de retroperitoneo. (B) hígado se retrae ligeramente para permitir la máxima visualización del árbol biliar en el hilio hepático (flecha). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2 : Ligadura del conducto biliar parcial. (A) el extremo despuntado de la aguja quirúrgica se utiliza para delimitar cuidadosamente la sutura de nylon alrededor de la izquierda biliar hepática, por encima de la confluencia al conducto biliar común (original aumento 40 x). (B) ligadura exitosa del conducto biliar hepático izquierdo, que normalmente drena el lóbulo izquierdo del hígado. Las restantes vías biliares son unligated (original aumento 40 X). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: bruto aspecto del hígado del ratón WT (c57/b6) 14 días después pBDL. Tenga en cuenta que el lóbulo izquierdo ligado aparece más pálido en color (flechas), mientras que los lóbulos unligated conservan su coloración normal, oscuro, marrón rojizo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4 : Lóbulo-específica cambios en secciones de tejido del hígado representativas pBDL día 14 comparación del lóbulo derecho unligated (R) a ligados del lóbulo izquierdo de la (L) en los ratones WT (c57/b6). (A) hematoxilina y eosina (H & E) tinción mostrando aumento biliar proliferación (flechas) en el lóbulo ligado. (B) Sirius rojo mancha que muestra fibrosis tiende un puente sobre que acompaña a la proliferación del conducto biliar en el lóbulo ligado. Histología de la PiZ ratón ha sido previamente reportado10. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Discussion
Aunque cBDL es la técnica experimental más común de colestasis obstructiva, puede presentar múltiples desafíos en roedores. Dependiendo del número de días postoperatorios requeridos para alcanzar un punto final, los animales pueden experimentar una morbilidad significativa y mortalidad as time avanza. El grado de lesión tisular y necrosis biliar es exacerbado cuando se trabaja con algunos modelos de ratón transgénico de enfermedad hepática, que demuestran anormal parénquima hepático y la función al inicio del estudio. En comparación con cBDL, informes de pBDL son limitados, pero esta técnica puede aplicarse como una alternativa en experimentos selectos para reducir los resultados negativos y pérdidas de animales.
También se han reportado variaciones en el método pBDL. En el método de Heinrich et al., una aguja curvada externa se coloca adyacente al conducto biliar común, seguido por la ligadura alrededor del conducto biliar común y la aguja17. Luego se retira la aguja antes de cierre de pared abdominal, dando por resultado flujo biliar limitada a través de un estrechamiento lumen (es decir, obstrucción subtotal) de la vía biliar17. Durante este procedimiento, la vesícula también se retira para evitar colecistitis17. Los autores concluyeron que este método era más beneficioso para el estudio de colestasis aguda en lugar de cambios crónicos17. En contraste, el método pBDL que Describimos aquí es bien controlado, con lóbulos ligados y unligated ("simulado") en el mismo animal, por lo menos animales se requieren por experimento. Ratones transgénicos incluso con severa enfermedad hepática subyacente se pueden sostener para más puntos de la final (2-3 semanas). Debe tenerse cuidado totalmente exponer e identificar el árbol biliar mediante técnicas de microdisección, manipulación limitada de estructuras vasculares y biliares para evitar lesiones.
En el experimento ideal, se cosecharán los tejidos de los lóbulos ligados (izquierda) y unligated (derecha) al mismo tiempo, por lo que las comparaciones directas de la función secretora biliar y transportadores pueden ser hechas usando técnicas histologic y moleculares. Aunque biochemistries suero hígado no reflejará la colestasis severa, el lóbulo ligado demuestra cambios histologic asociados con colestasis obstructiva10. Este modelo es útil para estudiar los efectos directos microambiental de componentes de la bilis retenida (por ejemplo, los ácidos biliares, lípidos, colesterol) dentro del hígado. Como un estudio futuro, se considere pBDL investigar desvío, donde ciertos ácidos biliares y las drogas son reabsorbidas directamente cholangiocytes a hepatocitos18,19cholehepatic. Los ácidos biliares endógenos ineficazmente conjugados por los hepatocitos son absorbidos pasivamente por el epitelio biliar a cholehepatic así el desvío, conduce a hypercholeresis y alkanlinization de la bilis por la secreción de bicarbonato mayor20. Aplicación de la técnica pBDL podría facilitar el descubrimiento de medicamentos mediante la identificación de mecanismos farmacológicos para novela del ácido de bilis terapias bajo investigación para la enfermedad hepática.
Aplicaciones adicionales para pBDL pueden extenderse más allá del árbol biliar. Se ha descrito la reversibilidad cBDL y sus efectos asociados, y esto puede aplicarse también a pBDL con comparación directa al control interno21. Del mismo modo, longitudinal en vivo Bioimagen de expresión reportero fluorescente en hígado de ratón se ha estudiado después cBDL22, con fuertes implicancias para los experimentos pBDL. Además, experimentos roedores pBDL tienen el potencial de incorporar seguimiento de linaje o "homing" de circulación de las células, como células mesenquimales de médula ósea, en el sitio de la lesión hepática, lo que les permite ser seguidos en vivo con más precisión23,24,25.
Evidentemente, hay aplicaciones generalizadas para pBDL solo como una técnica internamente controlada y reproducible para el estudio de lesión hepática y la reparación, junto con el metabolismo biliar de la fisiología y de la droga. Para los experimentos que tienen como objetivo evaluar la progresión y los efectos sistémicos de la colestasis crónica, cBDL sigue siendo el método preferido; sin embargo, pBDL todavía añadir datos complementarios para apoyar tales resultados.
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Disclosures
Los autores no tienen ninguna revelación.
Acknowledgments
El Dr. Khan reconoce apoyo de subvenciones de NIH/NICHD K12HD052892, la Fundación alfa-1, la Fundación Hillman y el centro de investigación de hígado Pittsburgh. Dr. Michalopoulos reconoce apoyo de subvención del NIH/NIDDK P01DK096990. Agradecemos la asistencia técnica excelente y generosa de Anne Orr. Agradecemos también al Dr. David A. Geller para facilitar el acceso al laboratorio de microcirugía de trasplante/roedor.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Microscope-Leica Wild M650, 6–40× magnification | Leica Microsystems | n/a | |
| Tec 3 isoflurane funnel fill vaporizer | General Anesthetic Services | n/a | |
| Stevens Tenotomy Scissors | Accurate Surgical & Scientific Instruments Corporation | ASSI.9193 | |
| Adson Forceps | Fine science tools | 11006-12 | |
| Mosquito classic delicate hemostatic forceps | Codman | 30-4472 | |
| Micro-retractor | Murdock; Roboz Surgical Instrument | RS-6550 | |
| Nonwoven gauze sponges | Fisherband | 870-PC-DBL | |
| Puritan 6” Small Cotton Swab w/Wooden Handle | Puritan Medical Products Company | 868-WCS | |
| Dumont SS Forceps - Standard Tips/Straight/Inox/13.5cm | Fine science tools | 11203-23 | |
| Dumont SS Forceps - Standard Tips/Angled 45°/Inox/13.5cm | Fine science tools | 11203-25 | |
| Vannas Spring Scissors - 3mm Cutting Edge | Fine science tools | 15000-00 | |
| Microneedle holder | Aesculap Surgical Instruments | FD231R | |
| Micro AROSuture, sterile 10-0 nylon suture, 70 µm, TAP points | AROSurgical Instruments Corporation | T4A10N07 | |
| 4-0 Vicryl | Ethicon | J662H | |
| 5-ml Syringe | BD | 309646 | |
| Falcon tissue culture dish, 60 × 15 mm | Corning | 353002 | |
| Isoflurane, United States Pharmacopeia (USP) liquid for inhalation, 250 ml | Piramal Healthcare | NDC 66794-017-25 | |
| Buprenex injectable (buprenorphine hydrochloride) | Reckitt Benckiser Pharmaceuticals | NDC 12496-0757-1 | |
| Cefazolin for injection , USP | APP Pharmaceuticals | NDC 63323-238-61 | |
| PVP scrub solution (povidone–iodine 7.5%) | Medline | NDC 12496-0757-1 | |
| 70% Ethanol | Decon Labs | 2716 | |
| Phosphate Buffered Saline Without Calcium or Magnesium | LONZA | 17-516F | |
| Sirius Red | Sigma | 365548 | |
| Hematolxylin | Fisher (Richard-Allan Scientific) | 22-050-111 (7211) | |
| Eosin | Anatech (Fisher) | 832 (NC9686037) | |
| Formalin | Fisher | SF100-20 |
References
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