Rastreamento Crawling neutrófilos Intraluminal, migração transendotelial e Quimiotaxia em tecido por Microscopia intravital Vídeo

Published 9/24/2011
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Immunology and Infection

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Summary

Nós descrevemos um protocolo de brightfield microscopia intravital para medir a dinâmica interações neutrófilos-célula endotelial durante o recrutamento de neutrófilos em resposta à fonte de um chemoattractant neutrófilos in vivo. Neutrófilos rastejando intraluminal, a migração transendotelial e quimiotaxia em tecido muscular do rato cremaster são visualizados com o tempo decorrido, fotografia, vídeo e rastreados com ImageJ.

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Xu, N., Lei, X., Liu, L. Tracking Neutrophil Intraluminal Crawling, Transendothelial Migration and Chemotaxis in Tissue by Intravital Video Microscopy. J. Vis. Exp. (55), e3296, doi:10.3791/3296 (2011).

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Abstract

O recrutamento de leucócitos circulantes do fluxo de sangue para o tecido inflamado é um processo crucial e complexa de 1,2 inflamação. No vênulas pós-capilares do tecido inflamado, leucócitos inicialmente tether and roll na superfície luminal da parede venular. Rolando prisão leucócitos no endotélio e passam por adesão firme em resposta a quimiocina ou quimioatrativos outros na superfície venular. Muitos leucócitos aderentes mudar a partir do site inicial de adesão ao site extravasamento juncional no endotélio, um processo denominado intraluminal rastejando 3. Após rastreamento, os leucócitos movem-se através do endotélio (transmigração) e migrar no tecido extravascular em direção à fonte de chemoattractant (quimiotaxia) 4. Microscopia intravital é uma ferramenta poderosa para a visualização de interações leucócito-endotélio celular in vivo e revelando os mecanismos celulares e moleculares do recrutamento de leucócitos 2,5. Neste relatório, nós fornecemos uma descrição completa do uso de microscopia intravital brightfield de visualizar e determinar os processos detalhados de recrutamento de neutrófilos em camundongos músculo cremaster em resposta ao gradiente de uma chemoattractant neutrófilos. Para induzir o recrutamento de neutrófilos, um pequeno pedaço de gel de agarose (~ 1-3 mm de tamanho) contendo chemoattractant neutrófilos MIP-2 (CXCL2, uma quimiocina CXC) ou WKYMVm (Trp-Lys-Tyr-Val-Met-D, um análogo sintético de peptídeo bacteriana) é colocado no tecido muscular adjacente à vênula observado postcapillary. Com o tempo decorrido, fotografia, vídeo e computador software ImageJ, neutrófilos no endotélio rastejando intraluminal, a migração de neutrófilos e transendotelial a migração e quimiotaxia em tecido são visualizados e monitorados. Este protocolo permite a análise quantitativa confiável e de muitos parâmetros, tais como o recrutamento de neutrófilos velocidade rastejando intraluminal, o tempo de transmigração, tempo de descolamento, a velocidade de migração, a velocidade de quimiotaxia e índice de quimiotaxia em tecido. Nós demonstramos que a utilização deste protocolo, estes parâmetros recrutamento de neutrófilos pode ser determinado e de forma estável a locomoção única célula convenientemente monitorados in vivo.

Protocol

1. Preparação de quimioatraente em gel de agarose

  1. Pipeta de 10 mL de 2 × PBS em um tubo cônico de 50 ml, e aquecer o tubo colocando-o em um copo contendo água quente.
  2. Pipetar 10 mL de água destilada e adicionar 0,4 g de pó de agarose em outro tubo cônico de 50 mL (com a tampa ligeiramente soltos) e aquecer a mistura ferver até ficar em um forno de microondas (por 1 min ~ em um forno de microondas 700-watt) .
  3. Adicione o aquecido 2 × PBS para a solução de agarose tubo, redemoinho solução mista e mantê-lo aquecido no copo de água quente.
  4. Micropipeta solução chemoattractant (por exemplo, 10 ml de 0,5 mg de CXC quimiocinas MIP-2 ou 12 mL de uma WKYMVm mM) na tampa de um tubo Eppendorf de 1,5 mL contendo 3 mL de tinta da Índia e misture bem por aspiração utilizando uma micropipeta (evitar bolha de ar).
  5. Corte a extremidade da ponta de uma pipeta de 200 mL e 110 mL micropipeta de agarose solução (42 ° C) na tampa e imediatamente misture bem utilizando outra ponta da pipeta (evitar bolhas de ar).
  6. Armazenar o gel chemoattractant contendo a +4 ° C.

2. Preparação de músculo Cremaster para Microscopia intravital (Figura 1)

  1. Anestesiar um rato macho adulto por uma injeção ip de uma mistura de xilazina 10 mg / kg e 200 mg de cloridrato / kg cetamina.
  2. Raspar a área ao longo da veia jugular externa direita e face anterior do escroto com um barbeador elétrico. Após a anestesia, é importante dar atenção e cuidados especiais para o rato anestesiado. A lâmpada de calor pode ser usado para impedir o mouse de hipotermia. O mouse deve estar livre de dor reflexa.
  3. Faça uma incisão horizontal, encontrar e cateterização da veia jugular utilizando um tubo PE-10 preenchido com solução salina com heparina 100 U / mL. Cateterismo da veia jugular é necessário para a administração de anestésicos e medicamentos adicionais, quando necessário.
  4. Fixar as pernas traseiras do mouse com fita umbilical com o mouse deitado de barriga para cima em um home-made bordo do músculo cremaster (Figura 1).
  5. Conectar a placa para um circulador de água 37 ° C para manter o músculo cremaster eo corpo do mouse quente.

Nota: Todos os procedimentos 2,6-2,14 deve ser realizada muito gentilmente 5.

  1. Faça uma incisão na pele escrotal para expor o músculo cremaster esquerda. Dissecar cuidadosamente o músculo da fáscia associados.
  2. Superfuse o músculo cremaster com 37 ° C-aquecido bicarbonato-buffered saline (131,9 NaCl, 4,7 KCl, 1,2 MgSO 4, 20 NaHCO 3, em mM, pH 7,4) usando uma bomba peristáltica.
  3. Amarre uma sutura 4-0 para a extremidade distal do músculo cremaster para segurá-la para baixo sobre o pedestal de vidro clara visualização da placa do músculo cremaster.
  4. Cauterizar o músculo cremaster longitudinalmente. Com sutura 4-0, mantenha o plano muscular e fixá-lo ao longo das bordas sobre o pedestal. Separar o testículo e epidídimo do músculo subjacente e movê-los para dentro da cavidade abdominal.
  5. Superfuse o músculo em ~ 0,6 ml / min com o tampão de perfusão 37 ° C-aquecido e cobrir o músculo exposto com uma lamela de vidro 22 × 22 mm.
  6. Coloque a placa do músculo cremaster no palco microscópio, examine o músculo sob o microscópio, encontrar uma vênula adequado postcapillary (Selecione a vênula que é reto e não ramificados e tem taxa de cisalhamento normal e um diâmetro de 25-40 mm) e ajustar a câmera de vídeo para permitir a vênula para ser visualizado em uma posição vertical em ambos os lados esquerdo ou direito do monitor de TV.
  7. Após 30 min de equilíbrio, a gravar as imagens de vídeo da vênula selecionados postcapillary por 5 min como dados de base de controle utilizando um gravador de vídeo.
  8. Parar o superfusão e retire a lamínula sobre o músculo.
  9. Coloque um ~ 1-3 mm de tamanho gel chemoattractant contendo na superfície do músculo cremaster em uma área pré-selecionadas 350 mM de e paralela à vênula observado postcapillary, adicione lamela para segurar o gel no local e superfuse o tecido muscular em muito ritmo lento (≤ 10 mL / min) para permitir o estabelecimento de um gradiente de chemoattractant que é liberada lentamente e formado a partir do gel.
  10. Gravar a imagem de vídeo de 90 min após a adição do gel contendo chemoattractant. Durante a gravação, ajustar e manter o foco microscópio sobre a aderir, rastejando, transmigrando e chemotaxing leucócitos dentro da vênula e no tecido muscular.
  11. Após a experiência, importe o arquivo de vídeo para um computador para análise.

3. Rastreamento de células Usando ImageJ

  1. Em um computador, extrair e converter o vídeo para o formato AVI (por exemplo, use software livre bitRipper computador para converter vídeo de DVD para arquivos AVI).
  2. Use software de edição de vídeo para gerar o filme tempo decorrido. Por exemplo, use o Windows Movie Maker para fazer um filme tempo decorrido (até 1 / 512 ou 1 / 1024 tempo-lapsot taxa de 30 fps) a partir do original, vídeo em tempo real. Converter e salvar o filme tempo decorrido sem compressão de DV-AVI formato.
  3. Gravar as imagens de um micrômetro de calibração sob o microscópio mesma configuração, importar imagens para o computador, abra as imagens com ImageJ. No ImageJ, o total de pixels aparecem no canto superior esquerdo da tela (por exemplo, 720 × 480 pixels). Medir o tamanho da tela em ambos os eixos X e Y (por exemplo, 200 × 150 mm). A partir daí, calcular o número de pixels por M (por exemplo, x = 720 / 200 = 3,6 pixels / M, e y = 480 / 150 = 3,2 pixels / mm).
  4. Para importar o filme, abra ImageJ novamente, clique em "File-Import-Usando Movies Quicktime Plug-in", selecionar o filme a ser analisado e clique em "OK" na interface de "abridor de Filme QT".
  5. Clique em "Rastreamento Plugins-Manual" para rastrear células. Preencha as informações relevantes para os campos no fundo antes de iniciar o rastreamento. Brevemente,
    1. Intervalo de tempo (em seg) = fold-time-lapse/30 (Por exemplo, um 1020 × lapso de tempo seria 1020-1030 = 34 intervalo de seg / frame).
    2. x / y = calibração da medição M / pixel usando a calibração da imagem do micrômetro.
    3. z = 0 calibração (como o mouse músculo cremaster é uma camada extremamente fina de tecidos e células rastejando e migração são aproximadamente 2D sob brilhante-campo transiluminação).
    4. Pesquisa tamanho quadrado para centrar = 1.
    5. Dot size / Linha de largura / Tamanho da fonte: eles podem ser ajustados se necessário.
  6. Selecione um ponto estável e claro como um ponto de referência. Este ponto de referência pode ser qualquer ponto claro e pequenas estruturais que permanece inalterado e estável durante todo o experimento. Clique em "Add Track" para rastrear o ponto de referência do primeiro ao último frame e clique em "Track End". Os dados aparecem na tabela de resultados automaticamente.
  7. Acompanhar o rastreamento ea migração de neutrófilos, um por um: clique em "Add Track" para rastrear o celular de sua aparência no tecido ao seu desaparecimento em cada quadro e clique em "Track End" para finalizar e salvar os resultados no Microsoft Excel.

4. Análise dos Parâmetros recrutamento de neutrófilos

  1. Abra o arquivo de resultados no Microsoft Excel, e analisar os dados (se as mudanças de ponto de referência em análise).
  2. Rastejando intraluminal
    1. Rastreamento de distância: a distância total da célula rasteja no lúmen do site inicial aderente ao site a transmigração ideal (m).
    2. Crawling velocidade: rastreamento de distância / tempo (mM / min).
  3. Migração transendotelial
    1. Transmigração tempo: a partir do momento da célula começa a transmigrar através do endotélio ao tempo em que o corpo da célula toda é apenas fora da vênula e nenhum corpo celular pode ser visto no lúmen (min ou seg.)
    2. Tempo de descolamento: a partir do momento em que o corpo da célula toda é apenas fora da vênula (imediatamente após a transmigração) para o ponto no tempo quando a célula perde o contato com a vênula (o retrai cauda) (min ou seg.)
  4. Quimiotaxia em tecido
    1. Distância de migração: a soma da distância da célula se move a partir do ponto inicial ao ponto final da migração no tecido (mm).
    2. Velocidade de migração: a distância de migração no tecido / hora (mM / min).
    3. Quimiotaxia distância: a soma de células a distância migra no eixo-x no tecido (mm).
    4. Velocidade de quimiotaxia: quimiotaxia distância / tempo (mM / min).
    5. Quimiotaxia índice: a taxa de dividir a distância quimiotaxia pela distância de migração no tecido.

5. Resultados representativos:

Embora bightfield microscopia intravital é utilizado para o estudo das interações leucócito-endotélio celular e não podem ser necessariamente para os neutrófilos, que confirmou que, por nossos estudos de histologia, mais de 95% das células recrutadas em neutrófilos tratados com músculos chemoattractant cremaster foram de fato neutrófilos . Neste relatório, usando neutrófilos seletivo quimioatrativos, apresentamos os procedimentos de monitoramento do recrutamento de neutrófilos in vivo. Especificamente, nós descrevemos um protocolo de rastreamento rastreamento de neutrófilos intraluminal, a migração transendotelial, e quimiotaxia em cremaster tecido muscular em ratos anestesiados com lapso de tempo de microscopia intravital de vídeo e ImageJ. O chemoattractant contendo gel agarose no músculo cremaster libera lentamente chemoattractant e permite um gradiente chemoattractant a ser estabelecida no tecido. Chemoattractant neutrófilos induz interações neutrófilos-célula endotelial em cremastérico vênulas pós-capilares em camundongos. Todo o experimento é visualizado sob um microscópio de campo claro vertical intravital com imagens de vídeo projetadas por uma câmera de vídeo de cor para um monitor de TV e gravado por um gravador de vídeo. Nós determinamos os neutrófilosrastejando intraluminal, a migração transendotelial e migração e quimiotaxia em tecido muscular em resposta à neutrófilos chemoattractant MIP-2 e WKYMVm preparada em gel de agarose (Figura 2). Descobrimos que MIP-2 (0,5 mM) e WKYMVm (0,1 mM) provocou rastejando intraluminal de neutrófilos em velocidade similar, a migração de neutrófilos transendotelial e desprendimento da vênula de comprimento comparável de tempo, a migração de neutrófilos e quimiotaxia no tecido muscular em quase a mesma velocidade e com índices similares quimiotaxia de neutrófilos (P> 0,05, teste t de Student).

Figura 1
Figura 1. A ilustração esquemática de um sistema de microscópio intravital. O mouse músculo cremaster é exteriorizado no pedestal visualização clara de cremaster bordo muscular no palco microscópio e superfused com 37 ° C-aquecido bicarbonato tampão salina. O microscópio na posição vertical é conectado com uma câmera de vídeo CCD de cor para brightfield microscopia intravital. A profunda monocromática CCD refrigerado a câmera digital também é conectado à porta microscópio de fluorescência para microscopia intravital, as imagens a partir do qual são diretamente processados ​​por um computador.

Figura 2
Figura 2. Neutrófilos parâmetros recrutamento de brightfield microscopia intravital. Recrutamento de neutrófilos foi induzida pela liberação gradual de chemoattractant neutrófilos MIP-2 ou WKYMVm na preparação gel agarose colocados 350 mM adjacente à vênula postcapillary. Tempo decorrido dados de vídeo foram analisadas pelo ImageJ após o processamento da gravação de vídeo em tempo real do experimento. Neutrófilos rastejando intraluminal (A), o tempo de transmigração e tempo de descolamento (B), velocidade de migração e velocidade de quimiotaxia em tecido (C), e índice de quimiotaxia em cremaster muscular (D) foram determinados após a administração de MIP-2 ou agarose gel em WKYMVm cremaster muscular em camundongos C57BL / 6 (n = 3, # de células rastreado = 22 (em A e B) e 27 (em C e D), respectivamente, para MIP-2, e = 26 (em A e B) e 44 ( em C e D), respectivamente, para WKYMVm).

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Discussion

Microscopia intravital é a ferramenta essencial para revelar os mecanismos celulares e moleculares do recrutamento de leucócitos durante a inflamação. Visualização quantitativa para a determinação das interações leucócito-endotélio celular na microvasculatura de tecidos translúcido como o músculo cremaster e mesentério continua sendo o padrão ouro para a aplicação da técnica 1,5. A microscopia intravital convencionais brightfield tem muitas características únicas técnicas e os mecanismos de recrutamento revelou nestes tecidos são aplicáveis ​​a maioria dos tecidos in vivo 1,2,6. No entanto, os mecanismos de recrutamento de leucócitos em alguns outros tecidos, como pulmão, fígado e cérebro foram encontrados completamente diferentes das reveladas em cremaster muscular e mesentério 1. Além disso, a microscopia de fluorescência tem que ser usado em alguns tecidos menos transparente.

Comparado com o de microscopia de fluorescência baseada em que é conhecida por photodamage para as funções de células vivas, brightfield microscopia intravital é mais fisiológica e menos prejudiciais para as células e tecidos (portanto, com menos artefatos), quando de longa data de imagens para observar comportamentos dinâmicos celular em animais vivos é necessário 7. Também é mais conveniente, menos onerosa e sem marcação fluorescente é necessário. Por outro lado, com imagens em microscopia intravital transiluminação, o movimento de rastreamento automático de celulares é impossível com software de imagem atualmente disponíveis no mercado comercial. No entanto, é muito fácil de configurar um separado fluorescência intravital sistema de imagem (por exemplo, projetando as imagens para uma câmera CCD de fluorescência e de computador) no microscópio de campo claro mesmo intravital (Figura 1). Isto proporciona a conveniência de comutação entre microscopia de campo claro e imagens de fluorescência na preparação mesma amostra em um único experimento. Isso também torna possível monitorar automaticamente o movimento das células em microscópio fluorescente etiquetado intravital fluorescência quando o contraste entre a intensidade de fluorescência de células marcadas eo fundo é grande o suficiente e adequado software de imagem está instalado no computador.

Tal como é descrito aqui, em nossa apresentação, nós demonstramos o valor deste na técnica in vivo para observação direta de todo o processo de recrutamento de neutrófilos e para a determinação das funções das células e moléculas em cada etapa de recrutamento. Com chemoattractant contidas na preparação agarose gel e mantidos no tecido, um gradiente quimiotático unidirecional pode ser estabelecida no tecido que induz o recrutamento de leucócitos respostas semelhantes às que ocorrem naturalmente durante a inflamação local 8,9. O movimento direcional dos leucócitos da vênula postcapillary em direção à fonte de chemoattractant pode ser claramente visualizado por microscopia intravital brightfield e fotografia de vídeo. Com lapso de tempo de processamento de vídeo, o movimento das células pode ser rastreado por ImageJ e uma série de parâmetros altamente reprodutíveis podem ser medidos. Com específicas camundongos transgênicos, os inibidores seletivos e quimioatrativos, o sistema de análise nos ajuda a revelar as funções de proteínas específicas no recrutamento de leucócitos. Por exemplo, esta técnica nos ajudaram a identificar o papel de LSP1 nas células endoteliais como o gatekeeper na regulação da migração de neutrófilos transendotelial 10, o papel de Mac-1 (αMβ2 integrina) em rastejando intraluminal de neutrófilos, um passo essencial para a migração transendotelial ideal 3, e do papel para PI3Kγ na quimiotaxia de neutrófilos no tecido 11.

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Disclosures

Não há conflitos de interesse declarados.

Acknowledgements

Este trabalho foi financiado por uma bolsa de investigação da Canadian Institutes of Health Research (CIHR, MOP-86749). L. Liu é um receptor de CIHR New Investigator Award (MSH-95374).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Polyethylene tubing, PE10 Becton Dickinson 427401 I.D. 0.28mm × O.D. 0.61mm        
India ink Speedball Art Super Black 100% carbon black pigment, no dyes
Cautery Aaron Medical AA03
Xylazine Bayer HealthCare, Bayer Inc. DIN 02169592
Ketamine hydrochloride Bioniche Animal Health Canada, Inc. DIN 01989529
Murine recombinant MIP-2 R&D Systems 452-M2
WKYMVm Phoenix Pharmaceuticals, Inc. 072-12
Agarose Invitrogen 15510-027 Ultrapure
Heparin Sigma H-3393
Upright microscope Olympus BX61WI
3CCD color video camera SONY DXC-990
HD-DVD video recorder LG Electronics Inc. RH398H-M
TV monitor LG Electronics Inc. 22LG30
Water circulator Thermo Scientific HAAKE DC10
Peristaltic pump Gilson; Pharmacia Gilson MINIPULS 3; Pharmacia P-3
Cremaster muscle board University of Saskatchewan Home-made

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References

  1. Liu, L., Kubes, P. Molecular mechanisms of leukocyte recruitment: organ-specific mechanisms of action. Thromb. Haemost. 89, 213-220 (2003).
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  4. Wong, C. H., Heit, B., Kubes, P. Molecular regulators of leucocyte chemotaxis during inflammation. Cardiovasc. Res. 86, 183-191 (2010).
  5. Gavins, F. N., Chatterjee, B. E. Intravital microscopy for the study of mouse microcirculation in anti-inflammatory drug research: focus on the mesentery and cremaster preparations. J. Pharmacol. Toxicol. Methods. 49, 1-14 (2004).
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  8. Hickey, M. J. L-selectin facilitates emigration and extravascular locomotion of leukocytes during acute inflammatory responses in vivo. J. Immunol. 165, 7164-7170 (2000).
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  10. Liu, L. LSP1 is an endothelial gatekeeper of leukocyte transendothelial migration. J. Exp. Med. 201, 409-418 (2005).
  11. Heit, B. PI3K accelerates, but is not required for, neutrophil chemotaxis to fMLP. J. Cell Sci. 121, 205-214 (2008).

Comments

2 Comments

  1. Great job!! Would you let me know:
    What size (diameter) of the postcapillary venule in cremaster muscle in mice was be selected in your imaging?
    Thank you very much.

    Reply
    Posted by: Anonymous
    January 3, 2012 - 1:58 PM
  2. I would like to see your article but I don´t have acess in my institute can you please send to me a "free" link to your article.
    Thank you in advance,

    Reply
    Posted by: Ana S.
    September 5, 2013 - 12:39 PM

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