Descelularización del complejo cardiopulmonar murino
Summary
Este protocolo tiene como objetivo descelularizar el corazón y los pulmones de los ratones. Los andamios de matriz extracelular (ECM) resultantes pueden ser inmunoteñidos y fotografiados para mapear la ubicación y la topología de sus componentes.
Abstract
Presentamos aquí un protocolo de descelularización para corazón y pulmones de ratón. Produce andamios estructurales de ECM que se pueden usar para analizar la topología y composición de ECM. Se basa en un procedimiento microquirúrgico diseñado para cateterizar la tráquea y la aorta de un ratón sacrificado para perfundir el corazón y los pulmones con agentes descelularizantes. El complejo cardiopulmonar descelularizado puede ser posteriormente inmunoteñido para revelar la ubicación de las proteínas ECM estructurales. Todo el procedimiento se puede completar en 4 días.
Los andamios ECM resultantes de este protocolo están libres de distorsiones dimensionales. La ausencia de células permite el examen estructural de las estructuras de ECM hasta la resolución submicrónica en 3D. Este protocolo se puede aplicar a tejido sano y enfermo de ratones de tan solo 4 semanas de edad, incluidos modelos de ratón de fibrosis y cáncer, abriendo el camino para determinar la remodelación de ecm asociada con la enfermedad cardiopulmonar.
Introduction
La ECM es una red tridimensional formada por proteínas y glicanos que da cabida a todas las células de un organismo multicelular, dando a los órganos su forma y regulando el comportamiento celular a lo largo de la vida1. Desde la fertilización del óvulo en adelante, las células construyen y remodelan el ECM, y a su vez están estrictamente controlados por él. El propósito de este protocolo es abrir una forma de analizar y mapear la ECM de ratón, ya que los ratones son el organismo modelo más utilizado en la fisiopatología de mamíferos.
El desarrollo de este método fue impulsado por la necesidad de caracterizar y aislar ECM2 nativo asociado a metástasis. Como los tumores carecen de vascularización anatómica adecuada y los ratones son organismos relativamente pequeños, se diseñaron procedimientos microquirúrgicos para cateterizar retrógradamente la aorta, al tiempo que aíslan la circulación del vaso principal que conduce a un tumor (por ejemplo, las venas pulmonares), enfocando así el flujo de reactivos y permitiendo la descelularización del tumor. Este método produce andamios ecm con una estructura conservada2 que puede ser inmunoteñida y fotografiada, lo que permite el mapeo de la estructura ECM en detalle submicrónico. Para llevar a cabo este protocolo, es necesario adquirir habilidades quirúrgicas y microquirúrgicas (disección, microsutura y cateterismo) que pueden representar una potencial limitación a su uso. Hasta donde sabemos, este método representa el estado del arte para el análisis de imágenes de estructuras ECM nativas2,3.
Protocol
Representative Results
Discussion
Las técnicas de descelularización basadas en la agitación tisular alteran la estructura de la ECM, haciéndolas inadecuadas para el análisis de la estructura de la ECM4. La descelularización por perfusión, mediante una vía anatómica como la aorta de la tráquea, permite llegar al lecho capilar, o alvéolos terminales, y facilita la entrega de agentes descelularizantes por todo el órgano. Se reporta el uso de detergentes zwitteriónicos, aniónicos y no iónicos para descelularizar el <sup…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos a la Prof. Ivana Novak y a la Dra. Nynne Meyn Christensen (Centro de Bioimagen Avanzada (CAB), Universidad de Copenhague) por proporcionar acceso al microscopio. Este trabajo fue apoyado por el Consejo Europeo de Investigación (ERC-2015-CoG-682881-MATRICAN; AEM-G, OW, RR y JTE); una beca de doctorado de la Fundación Lundbeck (R286-2018-621; MR); el Consejo Sueco de Investigación (2017-03389; MDL); la Sociedad Sueca del Cáncer, Cancerfonden (CAN 2016/783, 19 0632 Pj y 190007; MDL); Ayuda alemana contra el cáncer (Deutsche Krebshilfe; RR); y la Sociedad Danesa del Cáncer (R204-A12454; RR).
Materials
| MICROSURGERY | |||
| 6-0 suture, triangular section needle (Vicryl) | Ethicon | 6301124 | |
| 9-0 micro-suture (Safil) | B Braun | G1048611 | |
| Adson forceps | Fine Science Tools | 11006-12 | |
| Adson forceps with teeth | Fine Science Tools | 11027-12 | |
| Castroviejo microneedle holder | Fine Science Tools | no. 12061-01 | |
| CO2 ventilation chamber for mouse euthanasia | |||
| Deionized water (Milli-Q IQ 7000, Ultrapure lab water system) | Merck | ZIQ7000T0 | |
| Disposable polystyrene tray (~30 × 50 cm) | |||
| Dissection microscope (Greenough, with two-armed gooseneck) | Leica | S6 D | |
| Double-ended microspatula | Fine Science Tools | 10091-12 | |
| Dumont microforceps (two) | Fine Science Tools | 11252-20 | |
| Dumont microforceps with 45° tips (two) | Fine Science Tools | 11251-35 | |
| Hair clippers | Oster | 76998-320-051 | |
| Halsey needle holder (with tungsten carbide jaws) | Fine Science Tools | 12500-12 | |
| Intravenous 24-gauge catheter (Insyte) | BD | 381512 | |
| Intravenous 26-gauge catheter (Terumo) | Surflo-W | SR+DM2619WX | |
| Mayo scissors (tough cut, straight) | Fine Science Tools | 14110-15 | |
| Microforceps with ringed tips (two) | Aesculap | FM571R | |
| Micro-spring scissors (Vannas, curved) | Fine Science Tools | 15001-08 | |
| Minicutter | KLS Martin | 80-008-03-04 | |
| Molt Periostotome | Aesculap | D0543R | |
| Needles (27 gauge; Microlance) | BD | 21018 | |
| Paper towel (sterile) or surgical napkin | |||
| Serrated scissors (CeramaCut, straight) | Fine Science Tools | 14958-09 | |
| Spatula (Freer-Yasargil) | Aesculap | OL166R | |
| Syringes (1 mL; Plastipak) | BD | 3021001 | |
| Syringes (10 mL; Plastipak) | BD | 3021110 | |
| Tendon scissors (Walton) | Fine Science Tools | 14077-09 | |
| IMMUNOSTAINING | |||
| Alexa Fluor 488 donkey anti-guinea pig IgG | Thermo Fisher Scientific | A-11055 | |
| Alexa Fluor 594 donkey anti-rabbit IgG | Life Technologies | A11037 | |
| BSA(albumin bovine fraction V, standard grade, lyophilized) | Serva | 11930.03 | |
| Collagen IV polyclonal antibody (RRID: AB_2276457) | Millipore | AB756P | Host: rabbit |
| PBS (pH 7.4, 10×, Gibco) | Thermo Fisher Scientific | 70011044 | Host: goat |
| Periostin polyclonal antibody (a kind gift from Manuel Koch. RRID:AB2801621) | Host: guinea pig | ||
| Scalpel disposable with blade no.11 (pcs. 10) | VWR | 233-5364) | |
| Serum (normal donkey serum) | Jackson ImmunoResearch | 017-000-121 | |
| Tween 20 | Sigma-Aldrich | P9416-50ML | |
| IMAGING | |||
| Detectors (hybrid detector (Leica, HyD S model) and photomultiplier tubes (PMTs; ) | Leica | ||
| Fluorescence light source | Leica | EL6000 | |
| Microscope (inverted multiphoton microscope) | Leica | SP5-X MP | |
| Objective (lambda blue, 20×, 0.70 numerical aperture (NA) IMM UV) | Leica | HCX PL APO | |
| Two-photon Ti–sapphire laser (Spectra-physics, Mai Tai DeepSee model) | |||
| White-light laser (WLL) | Leica | ||
| DECELLULARIZATION | |||
| 70% Ethanol (absolute alcohol 99.9%); absolute alcohol must be adjusted to 70% (vol/vol) using deionized water | Plum | 1680766 | |
| Deionized water (Milli-Q IQ 7000, Ultrapure lab water system) | Merck | ZIQ7000T0 | |
| Luer-to-tubing male fittings (1/8 inch) | World Precision Instruments | 13158-100 | |
| PBS (pH 7.4, 10×, Gibco) | Thermo Fisher Scientific | 70011044 | |
| Penicillin-streptomycin | Gibco | 15140122 | |
| Peristaltic pump (with 12 channels) | Ole Dich | 110AC(R)20G75 | |
| Silicone tubing (with 2-mm i.d. and 4 mm o.d.) | Ole Dich | 31399 | |
| Sodium Azide | Sigma-Aldrich | 08591-1ML-F | |
| Sodium deoxycholate (DOC) | Sigma-Aldrich | D6750-100G | |
| Sodium Dodecyl Sulphate | Sigma-Aldrich | L3771-500G | |
| H&E STAINING | |||
| 4% PFA | Fisher Scientific | 15434389 | |
| 96% Ethanol | Plum | 201446-5L | |
| Absolute ethanol | Plum | 201152-1L | |
| Coverslips (24x50mm; 1000 pcs) | Hounisen | 422.245 | |
| Cryomolds Intermediate (15 x 15 x 5 mm; 100 pcs) | Tissue-Tek | 4566 | |
| Cryostat | Leica | CM3050S | |
| DPX mounting medium | Hounisen | 1001.0025 | |
| Eosin Y solution alcoholic 0.5% | Sigma | 1024390500 | |
| Feather microtome blade stainless steel,C35 (50 pcs) | Pfm medical | 207500003 | |
Fisherbrand Superfrost Plus slides (25 x 75 mm; 144 pcs) |
Thermofisher | 6319483 | |
| Mayers hematoxylin | Sigma | MHS32-1L | |
| OCT compound | VWR | 361603E | |
| Slide scanner (Nanozoomer) | Hamamatsu Photonics | ||
| Xylene | Sigma | 534056-4L |
References
- Hynes, R. O. Extracellular matrix: not just pretty fibrils. Science. 326, 1216-1219 (2009).
- Mayorca-Guiliani, A. E., et al. ISDoT: in situ decellularization of tissues for high-resolution imaging and proteomic analysis of native extracellular matrix. Nature Medicine. 23, 890-898 (2017).
- Mayorca-Guiliani, A. E., et al. Decellularization and antibody staining of mouse tissues to map native extracellular matrix structures in 3D. Nature Protocols. 14, 3395-3425 (2019).
- White, L. J., et al. The impact of detergents on the tissue decellularization process: A TOF-sims study. Acta Biomaterialia. 50, 207-219 (2017).
- Ott, H. C., et al. Perfusion-decellularized matrix: using nature’s platform to engineer a bioartificial heart. Nature Medicine. 14, 213-221 (2008).
- Uygun, B. E., et al. Organ re-engineering through development of a transplantable recellularized liver graft using decellularized liver matrix. Nature Medicine. 16, 814-820 (2010).
- Susaki, E. A., et al. Advanced CUBIC protocols for whole-brain and whole-body clearing and imaging. Nature Protocols. 10, 1709-1727 (2015).
- Tomer, R., Ye, L., Hsueh, B., Deisseroth, K. Advanced CLARITY for rapid and high-resolution imaging of intact tissues. Nature Protocols. 9, 1682-1697 (2014).
- Erturk, A., et al. Three-dimensional imaging of solvent-cleared organs using 3DISCO. Nature Protocols. 7, 1983-1995 (2012).
- Wershof, E., et al. A FIJI Macro for quantifying pattern in extracellular matrix. BioRxiv. , (2019).
