RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Mevcut protokol, neredeyse in vivo bir ortamda hava yolunu ve intrapulmoner arteriyel düz kas kontraktilitesini değerlendirmek için fare hassasiyetiyle kesilmiş akciğer dilimlerinin hazırlanmasını ve kullanılmasını açıklamaktadır.
Düz kas hücreleri (SMC), sırasıyla hava akımı direncini ve pulmoner dolaşımı değiştirmek için hava yolunun ve intrapulmoner arterin kasılmasına aracılık eder, bu nedenle pulmoner sistemin homeostazında kritik bir rol oynar. SMC kontraktilitesinin deregülasyonu, astım ve pulmoner hipertansiyon dahil olmak üzere çeşitli akciğer hastalıklarına katkıda bulunur. Bununla birlikte, sınırlı doku erişimi ve in vivo SMC fenotiplerini korumak için kültür sistemlerinin eksikliği nedeniyle, bu hastalıklarda deregüle SMC kontraktilitesinin altında yatan moleküler mekanizmalar tam olarak tanımlanmaya devam etmektedir. Hassas kesimli akciğer dilimi (PCLS), bu teknik zorlukları ortadan kaldıran bir ex vivo model sunar. Canlı, ince bir akciğer dokusu kesiti olarak PCLS, SMC'yi doğal ortamda tutar ve SMC kontraktilitesini düzenleyen SMC kontraksiyonunun ve hücre içi Ca2+ sinyallemesinin yerinde izlenmesini sağlar. Burada, sağlam hava yollarını ve intrapulmoner arterleri koruyan ayrıntılı bir fare PCLS hazırlama protokolü sağlanmaktadır. Bu protokol, akciğer lobunu dilimlemeye maruz bırakmadan önce iki temel adımı içerir: trakeadan düşük erime noktalı agaroz ile hava yolunu şişirmek ve pulmoner damarları sağ ventrikülden jelatin ile doldurmak. Bu protokol kullanılarak hazırlanan PCLS, hem hava yolu hem de intrapulmoner arteriyel kompartmanlarda SMC'nin Ca2 + aracılı kontraktil regülasyonunu değerlendirmek için biyotahliller için kullanılabilir. Solunum yolu hastalıklarının fare modellerine uygulandığında, bu protokol SMC'nin fonksiyonel olarak araştırılmasını sağlar, böylece hastalıklarda SMC kontraktilitesi deregülasyonunun altında yatan mekanizma hakkında fikir verir.
Düz kas hücresi (SMC), öncelikle hava yollarının ve pulmoner damarların medya duvarında bulunan, akciğerde önemli bir yapısal hücre tipidir. SMC'ler luminal kalibreyi değiştirmek için büzülür, böylece hava ve kan akışını düzenler 1,2. Bu nedenle, SMC'lerin kontraktil regülasyonu, hava ventilasyonu ve pulmoner dolaşımın homeostazını korumak için esastır. Buna karşılık, anormal SMC kontraktilitesi obstrüktif hava yolunu veya astım ve pulmoner arteriyel hipertansiyon gibi pulmoner vasküler hastalıkları tetikler. Bununla birlikte, akciğer SMC'lerinin fonksiyonel değerlendirmesi, akciğer dokusuna, özellikle de akciğerin distal kısmındaki küçük hava yollarına ve mikrodamarlara sınırlı erişim nedeniyle zorlanmıştır 2,3. Mevcut çözümler, hava yolu daralmasını yansıtmak için Flexivent ile hava akımı direncini ölçmek ve pulmoner vazokontraksiyonu değerlendirmek için sağ kalp kateterizasyonu ile pulmoner arteriyel kan basıncını kontrol etmek gibi dolaylı testlere başvurmaktadır 4,5. Bununla birlikte, bu dolaylı tahlillerin, yapısal faktörler tarafından karıştırılması, tüm akciğer skalası 6,7'deki hava yolunun veya vasküler yanıtların mekansal çeşitliliğini yakalayamaması ve hücresel düzeyde kontraktil regülasyonun mekanik çalışması için uygun olmaması gibi birçok dezavantajı vardır. Bu nedenle, SMC çalışması için in vitro olarak izole primer hücreler, trakea/bronş kas şeritleri 8,9 veya büyük vaskülersegmentler 10 kullanılarak alternatif yaklaşımlar uygulanmıştır. Bununla birlikte, bu yöntemlerin de sınırlamaları vardır. Örneğin,11,12 kültür koşulundaki primer SMC'lerin hızlı bir fenotipik adaptasyonu, bulguları hücre kültüründen in vivo ortamlara tahmin etmeyi sorunlu hale getirmektedir. Ek olarak, izole proksimal hava yolu veya vasküler segmentlerdeki SMC'lerin kontraktil fenotipi, distal akciğer 6,7'deki SMC'leri temsil etmeyebilir. Dahası, doku seviyesindeki kas kuvveti ölçümü, kasılma regülasyonuna mekanik bakış açısı için gerekli olan moleküler ve hücresel olaylardan ayrışmış olarak kalır.
Canlı bir akciğer dokusu kesiti olan hassas kesimli akciğer dilimi (PCLS), pulmoner SMC'leri yakın in vivo mikro ortamda (yani, korunmuş çok hücreli mimari ve etkileşim) karakterize etmek için ideal bir ex vivo araç sağlar13. Dr. Placke ve Fisher, 1980'lerde agarozla şişirilmiş sıçan ve hamster akciğerlerinden akciğer dilimlerinin hazırlanmasını ilk kez14,15'te tanıttığından beri, bu teknik, PCLS'lere biyomedikal araştırmalar için daha yüksek kalite ve çok yönlülük sağlamak için sürekli olarak geliştirilmiştir. Önemli bir gelişme, trakea yoluyla agarozlu akciğer enflasyonuna ek olarak, jelatin infüzyonu ile pulmoner arteriyel korumanın arttırılmasıdır. Sonuç olarak, ex vivo değerlendirme16 için PCLS'de hem hava yolu hem de pulmoner arterler sağlam tutulur. Ayrıca, PCLS kültürde uzun süre uygulanabilir. Örneğin, fare PCLS'lerinin kültürde en az 12 gün boyunca hücre canlılığı ve metabolizmasında önemli bir değişiklik olmadı ve ayrıca 7 güne kadar hava yolu kontraktilitesini korudular17. Ek olarak, PCLS kasılma ve gevşeme tahlilleri için farklı boyutlarda hava yolları veya damarlar tutar. Ayrıca, hücre kontraktilitesinin belirleyici faktörü olan SMC'lerin hücre içi Ca2+ sinyalizasyonu, bir konfokal veya 2-foton mikroskobu13 tarafından görüntülenen Ca 2+ muhabir boyaları ile test edilebilir.
Fare modelinin akciğer araştırmalarında kapsamlı bir şekilde uygulanması göz önüne alındığında, burada ex vivo akciğer araştırması için sağlam hava yolları ve intrapulmoner arterlere sahip fare PCL'lerinin hazırlanması için ayrıntılı bir protokol açıklanmaktadır. Hazırlanan PCLS'leri kullanarak, konstrüktif veya gevşetici uyaranlara karşı hava yolu ve pulmoner arteriyel yanıtların nasıl değerlendirileceğini gösterdik. Ek olarak, PCLS'yi Ca 2+ muhabir boyası ile yükleme ve daha sonra kasılma veya gevşetici yanıtlarla ilişkili SMC'lerin Ca2+ sinyallemesini görüntüleme yöntemi de tanımlanmıştır.
Tüm hayvan bakımı, Massachusetts Genel Hastanesi Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi'nin yönergelerine uygundu. Bu çalışmada 8 haftalık vahşi tip C57/B6 erkek fareler kullanılmıştır.
1. Deneysel hazırlık
2. Fare akciğerlerinin agaroz ve jelatin çözeltisi ile şişirilmesi
3. Akciğer loblarının ince dilimlere ayrılması
4. İntrapulmoner hava yolları ve arterlerin kontraktil yanıtlarının analizi
5. Hava yolu veya vasküler SMC'lerin Ca2+ sinyalizasyonunun analizi
Bozulmamış intrapulmoner hava yollarını ve arterleri koruyan fare PCLS preparatı
Ters faz kontrast mikroskobu altında 150 μm kalınlığında bir PCLS gözlendi. Fare akciğerlerinde, iletken hava yollarına, hilustan periferik akciğere uzanan intrapulmoner arterler eşlik eder. Bir fare PCLS'sinde temsili bir pulmoner hava yolu-arter demeti Şekil 2B'de gösterilmiştir. Hava yolu, lümenin iç yüzeyini kaplayan aktif siliyal atımlı küboidal epitel hücreleri ile kolayca tanımlanabilir. Buna karşılık, yakındaki pulmoner arter düz endotel tarafından öne çıkar. Periferik akciğer alanına ulaştığında, iletken hava yolları, küçük intraasiner arteriolleri çevreleyen solunum kanallarına ve keselere dallanır (Şekil 2C).
Pulmoner hava yolunu ve arteriyel kontraksiyonu değerlendirmek için fare PCL'lerinin kullanılması
Metakolin (MCh, 1 μM) kaynaklı hava yolu kontraksiyonu Şekil 2B'de gösterilmiştir. Hava yolu kontraktil yanıtları, MCh maruziyetini takiben luminal alan azalması yüzdesi ile ölçülür (Şekil 2D). Buna karşılık, pulmoner arter MCh uyaranlarına yanıt vermez (Şekil 2B). Hava yolları, 1 günlük veya 5 günlük kültürü takiben PCLS'de MCh'ye benzer doza bağımlı kontraktil yanıtları sürdürür (Şekil 2D). PCLS endotele (10 nM) maruz kaldığında, hem hava yolları hem de pulmoner arterler daralır (Şekil 2C, E), ardından NOC-5 (100 μM) kaynaklı gevşeme (Şekil 2E).
Hava yolu ve arteriyel SMC'nin Ca 2+ sinyalini değerlendirmek için fare PCL'lerini kullanma
Ca2+ boya yüklü PCLS, konfokal floresan mikroskop altında gözlenir. Hava yolundaki Ca 2 + floresan (Şekil 3B) ve vasküler (Şekil 3C) SMC'ler dinlenme durumunda düşüktür, hücre içi Ca2 + sinyalinin fokal kıvılcımı dikkate değer değildir. Agonistlere maruz kaldıktan sonra, Ca2 + floresan yoğunluğu SMC'de yükselir (Şekil 3B, C), genellikle bir noktadan ve daha sonra tüm hücreye yayılır. Ca2+ floresan dalgaları, salınımlı sinyallerle aynı hücrede tekrar tekrar ortaya çıkar (Şekil 3D, E). Genel olarak, Ca 2+ salınım sıklığı, agonist konsantrasyonu plato seviyesi24'e ulaşana kadar yükseldikçe artar. Hava yolu SMC gevşemesi, Ca 2+ salınımlarınınazalması veya durması ile ilişkilidir25.

Resim 1: Vibratom dilimleme için fare akciğer loblarının oryantasyonu. Fare akciğer lobları bölümler için ayrı ayrı loblara ayrılır. (A) Sol (1), sağ kraniyal (2) ve kaudal loblar (3), düz kesme yüzeyini numune sütununa yapıştırmadan önce beyaz noktalı çizgiler boyunca hilumun yakınında kesilir. Sol lobun yerleşimi (4)'te gösterilmiştir. (B) Sağ orta lob doğrudan numune kolonuna yapıştırılabilir. Doğru aksesuar lobu, küçük boyutu nedeniyle yaygın olarak kullanılmamıştır. Farklı lobların uygun oryantasyonu, çoğu hava yolunun ve pulmoner damarın PCLS'de enine kesitler göstermesini sağlar. Ölçek çubuğu = 1 cm. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: Fare PCLS'lerinde hava yollarının ve pulmoner arterlerin kontraktil ve gevşetici yanıtları. (A) Bir PCLS'nin kasılma testi için bir kültür plakasına iyi yerleştirilmesini gösteren şema. (B) İstirahatte ve 1 μM metakoline (MCh) maruz kaldıktan sonra HBSS'de yakındaki bir pulmoner artere (siyah ok uçları) sahip bir hava yolunu (siyah oklar) gösteren temsili görüntüler. (C) İstirahatte ve 10 nM endotele (Endo) maruz kalındığında HBSS'de intraasinar arteriol gösteren temsili görüntüler. (D) 1 günlük (gri çizgi) ve 5 günlük (siyah noktalı çizgi) kültürü takiben PCLS'lerde MCh'ye doza bağımlı hava yolu kontraktil yanıtları. Her nokta, iki fareden dokuz hava yolunun ortalama ± SEM'ini temsil eder. (E) 10 nM endotelin indüklediği hava yolunu ve pulmoner arteriyel kontraksiyonu, ardından nitrik oksit donörü olan 100 μM NOC-5'i gösteren temsili görüntüler, indüklenmiş gevşeme. Ölçek çubuğu = 100 μm. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: PCLS'de hava yolu ve pulmoner arteriyel SMC'lerin Ca2+ sinyalizasyonu. (A) SMC'lerin Ca 2+ görüntülemesi için odak düzleminde bir PCLS'yi tutmak için üst ve alt kapak camı, gres contası ve naylon bir ağ içeren bir odanın kurulumunu gösteren şema. (B) İstirahatte ve 1 μM MCh'ye maruz kaldıktan sonra hava yolu SMC'lerinin Ca2+ sinyalini gösteren temsili floresan görüntüler. Epi, epitel hücresi. (C) İstirahatte ve 10 nM endotele (Endo) maruz kaldıktan sonra pulmoner arteriyel SMC'lerin Ca2+ floresan görüntüleri. Koyu beyaz oklar pulmoner arterin uzunlamasına eksenini gösterir ve uç oklu noktalı çizgiler arteriyel duvar etrafındaki vasküler SMC'lerin sarmal dağılımını gösterir. Ölçek çubuğu = 20 μm. Ca2+ floresan yoğunluğunun (Ft) salınımlı yükselmesi, dinlenme durumundaki floresan yoğunluğuna (F0) oranla, bir hava yolu SMC'sinde 1 μM MCh'ye (D) ve pulmoner arteriyel SMC'de 10 nM endotelin stimülasyonuna (E) yanıt olarak. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyleri yoktur.
Mevcut protokol, neredeyse in vivo bir ortamda hava yolunu ve intrapulmoner arteriyel düz kas kontraktilitesini değerlendirmek için fare hassasiyetiyle kesilmiş akciğer dilimlerinin hazırlanmasını ve kullanılmasını açıklamaktadır.
Bu çalışma NIH hibeleri, K08135443 (Y.B), 1R01HL132991 (X.A) tarafından desteklenmektedir.
| 1 mL şırınga | BD | 309626 | |
| 15 mL steril santrifüj tüpleri | Celltreat | 229411 | |
| 3 mL şırınga | BD | 309585 | |
| 50 mL steril santrifüj tüpleri | Celltreat | 229422 | |
| Asetil-beta-metakolin | Millipore Sigma | 62-51-1 | |
| Antibiyotik-anitikotik | Termo Fisher | 15240-062 | |
| CCD fotoğraf makinesi | Nikon | Nikon Ds-Ri2 fotoğraf makinesi | |
| Kapak gözlükleri | Fisher Scientific | 12-548-5CP; 12-548-5PP | |
| Kriyojenik şişeler | Fisher Scientific | 430488 | |
| Özel yapım lazer taramalı konfokal mikroskop | Referans 18 | ||
| DMEM/F12 | Fisher Scientific | MT-10-092-CM | |
| Endotelin 1 | Milipor Sigma | E7764 | |
| İnce diseksiyon makas | Fisher Scientific | NC9702861 | |
| Dondurma kabı | Sigma-Aldrich | C1562 | |
| Domuz derisinden jelatin | Sigma-Aldrich | 9000-70-8 | |
| Hanks'in Dengeli Tuz Çözeltisi (HBSS) | Thermo Fisher | 14025092 | |
| Hemostatik forsep | Fisher Scientific | 16-100-117 | |
| HEPES | Thermo Fisher | 15630080 | |
| Yüksek vakumlu silikon gres | Fisher Scientific | 146355d | |
| İzopropil alkol | Sigma-Aldrich | W292907-1KG-K | |
| Metal yıkayıcılar | Home Depot Ürün Otoritesi | 800442 | Everbilt Düz Pullar # 10 |
| Mikro diseksiyon forsep | Sigma-Aldrich | F4142 | |
| İğne kafa derisi damar seti (25 G) | EXELINT | 26708 | |
| NOC-5 | Cayman Chemical | 16534 | |
| Naylon örgü | Bileşen Kaynağı | U-CMN-300 | |
| Oregon yeşili 488 BAPTA-1 | Yaşam Teknolojileri | o-6807 | |
| Faz kontrastı mikroskop | Nikon | Nikon Eclipse TS 100 | |
| Pluronic F-127 | Thermo Fisher | P-6867 | |
| Tıraş bıçağı | Personna | Personna Çift Kenarlı Tıraş Bıçağı Beyaz Ambalajlı 100 adet | |
| Sülfobromoftalein | Sigma-Aldrich | S0252 | |
| Süper Yapıştırıcı | Krazy Tutkal | Krazy Tutkal, Çok amaçlı | |
| Ultra saf düşük erime noktası agaroz | Thermo Fisher | 16520050 | |
| Vibratom | Hassas | VF 310-0Z | |
| Vibratom soğutma bloğu | Hassas | SKU-VM-CB12.5-NC | |
| Vibratom numune tüpü | Hassas | SKU VF-SPS-VM-12.5-NC | |
| Y şekilli IV kateter | BD | 383336 | BD Saf-T-Intima kapalı IV kateter |