在啮齿类动物的肠动力及胃肠壁的炎症分析功能评价一个标准化的模式肠道操作

Medicine

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Summary

术后肠梗阻(POI)是腹部外科手术的并发症导致的发病率和住院时间延长。由于缺乏预防或治疗策略加强研究是必要的。因此,我们建立了一个标准化的和可行的小鼠模型的病理生理POI调查和研究潜在的治疗方案。

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Vilz, T. O., Overhaus, M., Stoffels, B., Websky, M. v., Kalff, J. C., Wehner, S. Functional Assessment of Intestinal Motility and Gut Wall Inflammation in Rodents: Analyses in a Standardized Model of Intestinal Manipulation. J. Vis. Exp. (67), e4086, doi:10.3791/4086 (2012).

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Abstract

胃肠道的炎症,是一种常见的人类疾病的各种原因。在调查复杂的细胞和分子的肠道病理动物研究模型是至关重要的。虽然经常在许多炎症性疾病,最近的作品表现出兴趣的器官的粘膜,肌层(ME)是也是一个高度免疫功能的器官,港口密集的居民免疫网络。1,2这些作品内进行标准化肠道操纵模式(IM),导致炎症的肠壁,主要限于向ME。临床炎症导致长期的肠道运动功能障碍,术后肠梗阻(POI),这是一个频繁和不可避免的腹部手术后的并发症。炎症的特点是解放促炎症介质,如IL-6和IL-1β或抑制性神经递质像nitriÇ氧化氮(NO)。随后,免疫细胞的数量极大外渗到ME,中性粒细胞(PMN)和单核细胞为主的终于保持POI。2天为期,肠麻痹导致风险增加的愿望,细菌易位和感染并发症脓毒症和多器官功能衰竭,并导致较高的经济负担。

在这个手稿中,我们证明了IM标准化的模式,并在体内胃肠道过境评估(GIT)和结肠运输。此外,我们表现出的方​​法分离ME粘膜免疫分析,这是非常重要的区别,在这些具有高度的免疫活性肠壁车厢之间的炎症反应。所有的分析很容易转移到任何其他的研究模型,影响肠胃功能。

Protocol

1。动物

男C57BL6 / J小鼠的平均重量为25g,得到从Harlan Winkelmann的(Borchen,德国)。所有的实验都按照联邦法律有关保护动物的。实验动物管理的原则得到遵守。动物均保持在12小时光/暗周期,并提供使用市售的啮齿动物食物和自来水自由采食 。动物应该被安置在动物实验前至少7天到达后,所有实验都可以很容易地适应老鼠或其他物种,到大动物模型稍作修改。

2。手术过程

  1. 麻醉诱导和维持与异氟醚(雅培,威斯巴登,德国)的氧气。发病后的麻醉地方的动物仰卧位和修复四肢用胶带(Leukosilk,拜尔斯道夫,德国汉堡)。 剃须和外科消毒的腹壁中位数剖腹手术后为2厘米的长度上执行。沿白线通过切口进入腹腔。将两个无菌的拉钩,保持腹部开放。小心eventerate小肠向左侧,并把它放在潮湿的纯棉纱布。
  2. 疏散湿润,无菌棉签涂抹(残废,德国诺因基兴)从幽门至盲肠,滚动涂抹的同时,整个小肠肠腔内容。注意:避免小肠壁或肠道血管病变出血。不加捻,以防止局部缺血或机械性肠梗阻和关闭使用两层连续的5/0聚酰胺不可吸收缝合线(爱惜康,Norderstedt,德国)的腹部切口的情况下,将肠道放回腹腔洞穴。

3。术后护理

  1. 后的程序将在一个加热灯,observi,下的动物纳克它,直到它从麻醉中恢复过来。把鼠标在它的笼子里,并允许获得水和食物的。由于阿片类药物的影响蠕动的财产,我们进行围手术期镇痛的饮用水中的非甾体抗炎药(如安乃近)。

4。功能研究24小时后,IM

  1. 胃肠道运输(GIT)
    1. 与异氟醚氧22.5小时后,IM轻微麻醉小鼠。仔细的鼠标和超伸的头,用钝头镊子拔出舌头。填写1毫升的注射器,至少有100μL荧光标记的葡聚糖(FITC-葡聚糖,70,000 MW,Taufkirchen,德国,Sigma Aldrich公司),将它连接到动脉的导管(Vygon,旅游Ecouen,法国),并小心地将导管作为胃管进肚子里。
    2. 简单地说注入100μLFITC-葡聚糖和拔出导管。让动物清醒,等待90分钟。在此期间,小鼠的食物或水。</ P>
    3. 准备152毫升纺纱管,连续贴上标签。
    4. 安乐死小鼠灌胃后90分钟,取出从胃到直肠的整个胃肠道。将肠道内到聚苯乙烯垫,避免拉伸。 CAVE:这是轻轻重要是清除肠道内,以避免液体FITC-葡聚糖转移到附近的段。开始使用剪辑的开始和结束时各分部可能会有所帮助。
    5. 测量小肠和结肠全长全长。通过固定下来,以聚苯乙烯垫,套管,分为10个同等大小的段小肠分。的冒号分割成3段。您已经准备了15段(胃#1),10个同样大小的小肠段(2-11),的盲肠(第12)和3个同样大小的结肠段(13-15)。
    6. 断面肠道内的显着位置,用钳子抓住它,并刷新一次,用1.0毫升KHB到以前准备KHB containi的纳克2.0 ml微量离心管和涡大力,持续20秒。胃和盲肠直接放置和切在准备管。用1.0毫升KHB填充这些管子,从而漂洗从剪刀到管的管腔内容的痕迹。
    7. 探针在12,000相对离心力离心5分钟,在室温下在台式离心机。在离心编制另外15个连续编号的1.5 ml离心管。
    8. 上层清液转移到新的1.5 ml管和商店在黑暗中,在4°C,直到分析(下一步)。该探针可以保存数天,在4℃,无显着损失的FITC信号。对于较长的存储添加0.09%的钠,叠氮化物或储存在-18°C。
    9. 吸移管100微升duplets在黑色96孔板中(Greiner公司生物之一,的Frickenhausen,德国)的上清液。用移液管100微升样品的KHB为空白。
    10. 阅读在荧光板读取器(萨菲尔,Tecan公司,Crailsheim,德国),并量化fluorescencE在494纳米(吸收)/波长521纳米(排放)。从样品中减去空白值。
    11. 计算的FITC-葡聚糖分布的几何中心(GC),这实际上是标记的重心的分布,由下式:GC =Σ(%的总荧光信号每段*段数)/ 100

    注:每个分部的荧光,其段数的百分比乘以肠道内的标记的分布的一个加权均值进行评估。通过标记的分布和行驶距离的影响这一点,但假定没有具体的基本分布。7计算出的GC值通常出现在组合的曲线图,展示了在胃肠道( 图1A)的FITC葡聚糖分布。

  2. 结肠传输
    1. 老鼠应该是弱麻醉isoflur甲烷在氧气中的2%。注意:请确保动物会醒在40秒内。
    2. 仔细检查通过插入的一个瘘探头(金属棒,直径为2 mm)进入结肠经肛门结肠通畅。
    3. 使用瘘口的探头推进到2毫米的玻璃球3厘米的结肠,并立即拔出探头。将鼠标在一个透明的笼子里,并开始测量的时间后拉出的结肠瘘的探针。保持眼睛的鼠标和停止时的玻璃球后直接成为排出体外。

5。隔离ME标本组织化学分析

  1. Midjejunal段被切断从肠和沉浸在冷KHB在Sylgard的填充菜。
  2. 肠系膜是固定的菜用0.2毫米的昆虫针(精细的科学工具,海德堡,德国)。
  3. 剖开的部分沿其肠系膜边境和伸展〜120%,其长度和宽度。完成固定昆虫相反网站的肠系膜的引脚上。仔细冲洗Sylgard的菜,新鲜冰冷的KHB,从而冲洗所有管腔内容。
    ,ME现在可以机械分离的粘膜,从肠系膜开始。在准备更换新鲜冷冻KHB几次。
  4. 可以被分离的粘膜休克在液氮中冷冻,作进一步的分析,或丢弃。
  5. 孤立我整个安装固定10分钟,在室温下以100%的乙醇。
    清洗整个安装使用冷冻KHB三次。注意:也可以使用其他的固定剂( 4%的甲醛,乙酸,丙酮)测试后,其与随后的分析的兼容性。
  6. ME整个安装准备进一步组织化学或immunhistochemical染色的:
  1. 组织化学:髓过氧化物酶(MPO)染色
    浸润的中性粒细胞,可以检查以下MPO染色协议。
    1. 解决10毫克ĤANKER耶茨的试剂(Polyscience欧洲,Eppelheim,德国),在10毫升KHB,加入100μl的3%H 2 O 2。准备新鲜在使用前,不重用的解决方案。
    2. 10分钟,在室温下孵育整个安装。
    3. 广泛KHB孵育10分钟用冷水冲洗标本。
    4. 安装在水溶液中的安装介质(AQUATEK,默克公司,德国达姆施塔特)的标本,在光学显微镜下干燥后2小时分析幻灯片。
    5. 计数的细胞数在5个随机选择的领域,作为MPO阳性细胞/ mm 2的计算。
  2. 免疫组化染色:
    因此MPO组织化学染色法,免疫组织化学染色的整个安装可以被执行。原则上,已建立的细胞培养或组织切片免疫组化染色协议,可以很容易地适应整个安装染色。然而,优化程序特定的反机构强烈推荐。
    1. 剪切成5×5毫米片标本,并在〜150微升 - 200微升抗体溶液在2.0毫升圆底离心管中进行染色。
    2. 固定和阻塞的过程( 3%BSA的PBS中,在室温下1小时),可以执行在“SYLGARD菜”。
    3. 在PBS或其他缓冲液中洗涤步骤可以在12孔板中进行。
    4. 仔细转移。标本染色管和洗涤板之间用锋利的镊子。
    5. 与盖玻片在防褪色安装介质中最终的洗涤程序装载标本后,用荧光显微镜进行分析。

6。器官培养ME

  1. 整个小肠被切除24小时后,IM放置在冷KHB含200 U / mL青霉素和100μg/ ml链霉素(KHB + P / S)。
  2. 切肠切成3厘米长,脚各分部一个Sylgard的冰川SS菜。
  3. 取出肠系膜细剪刀,滑的肠道织针。
  4. 轻轻切开ME用锋利的镊子,并用湿润的棉签从下层剥离。粘膜保持的织针,并可以快速冷冻作进一步调查。 ME收集在寒冷的KHB + P / S。
  5. 切孤立我带切成小块的2 - 4毫米的长度和孵化在冰冷的KHB + P / S为半小时,冲洗标本几次。
  6. 转移约50-60毫克ME(至少一半ME 1小肠)在无菌的24孔板上,含有500微升的Dulbecco改良Eagle培养基(DMEM)。
  7. 孵育在37℃和5%CO 2的额外的24小时。
  8. 检查培养的细胞在显微镜下的细菌或真菌污染。
  9. 收集上清,离心5分钟在1000 RCF和急速冷冻在液氮中。同时吸干的MUSC文件组织为30秒和重量上的干净的纸巾。
  10. 可用于随后的分析释放的细胞因子(IL-6)的上清液通过ELISA或其他代谢产物( 亚硝酸盐),在上清液中通过遵循制造商的说明。
  11. 每单位重量的ME组织标准化测得的浓度。

7。代表性的成果

  1. 功能的研究
    最重要的参数,以评估严重程度的POI是考试的GIT 在体内图1A说明了一个典型的分布FITC葡聚糖沿着胃肠道中未经处理的对照组小鼠24小时后,手术和小肠操纵。 “假手术”的动物表现出正常的GIT与计算几何中心(GC)在盲肠,IM导致GIT中的近端空肠一个显着延迟( 图1B)
    由测量球的排泄时间o分别集中在结肠的蠕动发2毫米的玻璃球。假手术组的小鼠显示IM的排泄时间:48 - 200秒,而导致长时间的排泄量之间的时间470 - 775秒( 图1C)。
  2. 形态学研究
    要描述的炎症,内的ME表型的白细胞可以用组织化学或免疫组化分析。在图2A + B“假PMNs在低存在操作”观察动物(39±7个细胞/ mm 2)。 IM的小肠导致强烈的中性粒细胞浸润(660±86个/ mm 2)与假手术组小鼠相比,
  3. ME器官培养
    从细胞中释放出来的多种炎症介质是难以察觉,在组织裂解液。器官培养允许检测在培养上清液中释放介质。有代表性的调解员在POI是“NO”,这是在胃肠道中的主要抑制性神经递质。
    无法检测到NO ME器官尽头TURE上清无操作控制动物(5±6μM/ 24小时/ mg组织)。在假手术(开腹手术)小鼠基础NO水平为53±36μM/ 24小时/ mg组织进行观察。缅因州文化小肠操纵(手术后24小时收获)小鼠产生显着更多的NO(2254±853μM/ 24小时/毫克组织)在ME器官培养24小时( 图3)。

图1
图1。IM上的GIT的(A + B)和结肠转运的影响(C)GIT作为非吸收的荧光素标记的葡聚糖的百分比在15胃肠分部-胃(STO),小肠(SI 1-9测定),盲肠(CEC),冒号(公司)-90分钟口服后。 (A)胃肠道分布的异硫氰酸荧光素指数结肠传输测量的时间拉出瘘排泄的探头,直到2毫米的玻璃珠。转录后假手术或IM。假手术动物的标记位于盲肠或结肠近端与近端空肠位置,操纵动物相比。虚线表示计算GC。 (B)计算的GC表现出了长期的胃肠道转运时间后,IM。 (C)结肠转运时间与假手术动物表现出显着延迟在IM小鼠相比。 GC显示为15肠段的意思是(N = 5)。结肠传输时间显示意味着所有的个人价值组(n = 6)。 *** P <0.001,学生的t检验。

图2
图2。检测MPO阳性细胞在小肠ME(A)ME整个坐骑染色与瀚海耶茨试剂为检测MPO积极中性粒细胞24小时后剖腹手术(假)或IM程序。 (B)MPO阳性细胞定量分析每只小鼠在5个随机选择的领域。 N = 6个nimals每个组。 *** P <0.001,学生的t检验。

图3
图3的ME的培养物上清液中NO的产生。无操作控制的肌肉标本,假手术组和IM小鼠,术后24小时和24小时培养。未经处理的小鼠仅表现为非常低的基底产生NO。剖腹手术后,NO解放的增加而测量对照组和假手术组小鼠的显着差异。 24小时后,IM NO生产的未经处理或假手术组小鼠相比显着增加。例每组5只动物。 *** P <0.001,1路ANOVA。

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Discussion

分析不同水平的IM(小肠膨出10 min比轻轻用的两个棉花喷头与IM的小肠进入盲肠内容的疏散的小肠进行检查)的比较研究显示手术操作和POI的程度之间的相关性。与其他组相比,IM显示出最高的白细胞数量在ME(PNMS,巨噬细胞和肥大细胞),导致长期和严重的POI 8。

在建立模型的IM,肠操作的规范运作和强度的关键步骤。触摸肠系膜在此过程中,必须严格避免,以防止出血。在IM强度不足会导致在小肠鸣腹胀缺乏。 IM技术和强度变化在不同的外科医生之间可以在POI发生显着变化的结果。在一个实验中,同一个运营商应该处理所有的动物。

分析GIT和体内结肠传输是至关重要的,必须小心。每个动物应该被安置在黑暗的笼子里,并在手术过程中,在一个安静的房间。动物应被安置在至少7天之后抵达的动物设施,以娴熟的环境(食物,水,房,光线暗的周期,免疫状况)。测量,GIT和结肠转运,允许一个还区分肠道炎症和在处理和非处理区域瘫痪9的另一个复杂的方法,在清醒的啮齿动物体内蠕动录音10使用应变计被描述由Konigsrainer 等。传感器放置在胃,空肠和结肠。此方法的巨大优势是可以被检查,运动障碍,独立和连续地在连续数天在同一动物的胃肠道的不同部分。然而生产strai的Ň植入式传感器和必要的操作都是精心制作的GIT相比。

POI,被称为传播的肠麻痹,胃肠道场效应11本集团以前的工作表明通过使用本发明的方法,免疫细胞从小肠小肠操纵传播的未经处理的结肠

手术过程中,应该不会造成任何死亡或严重并发症(如出血或腹膜炎)。测量ME整个坐骑的的GIT和中性粒细胞浸润表明,IM是一个高度重复性和可行的模式,在啮齿类动物中引起POI。

固定和髓过氧化物酶染色后,必须立即进行活体摘取器官。较长的贮存在水性缓冲液洗脱的髓过氧化物酶从组织结果的样品。

一氧化氮的测量是我的一个例子通过测量培养我一个说法的上清液中NO的浓度在巨噬细胞的ME NO和肠道运动功能障碍导致的过度解放。5 diator释放器官培养:由于前肠的操作导致的上调诱导型一氧化氮合酶炎症的程度或疗效的治疗是可能的。其他几个分子(IL-6,TNF-α等),可以很容易地检查,组织培养上清液中的经典ELISA或复用方法,如Luminex公司多重免疫13(Invitrogen公司,卡尔斯巴德,CA,USA)。

总之,IM是一个可靠的和有价值的模型诱导肠道炎症和随后的运动障碍。 ME和黏膜的简单的机械分离允许研究人员能够区分两个肠壁隔室,即是重大利益,因为肠道ME已被证明是高度免疫活性组织中的效果在体内分析的GIT和结肠运输已发展为黄金标准的检测和定量的肠道运动障碍。

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Disclosures

没有利益冲突的声明。

Acknowledgments

这项工作是支持的补助金从德意志研究联合会(KA1270/3-1/2)“和BONFOR(O-112.0040)。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Ethilon 5/0 Ethicon 1666H
Cotton applicators MaiMed 71010
arterial catheter Vygon 115-798
96 well plate (black) Greiner Bio One 655096
glass ball (2 mm diameter) Worf available on request
Insect pins Fine Science Tools 26000-25
Hanker Yates Reagent Polyscience 560694
Aquatek Merck HC109850
DMEM Lonza BE12-604 F
FITC-dextran (MW 70000) Sigma Aldrich 46945-500MG-F

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References

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