Højre ventrikels systoliske tryk Målinger i kombination med Harvest of Lung og Immune vævsprøver i mus
Summary
En specifik og hurtig protokol til samtidigt at undersøge højre hjerte funktion, lungebetændelse, og immunresponset er beskrevet som et læringsredskab. Video og figurer beskriver fysiologi og mikrodissektions teknikker i et organiseret team-tilgang, der kan tilpasses til brug for små til store mellemstore studier.
Abstract
Funktionen af det rigtige hjerte er at pumpe blodet gennem lungerne, og dermed forbinder højre hjerte fysiologi og pulmonal vaskulær fysiologi. Inflammation er en almindelig modifier af hjerte-og lungefunktion, ved at udarbejde cellulær infiltration, produktion af cytokiner og vækstfaktorer, og ved at indlede remodeling fremgangsmåder 1.
I forhold til den venstre ventrikel, er højre ventrikel en lavtryks-pumpe, der opererer i et relativt snævert område af trykændringer. Øget lungepulsåren pres er forbundet med øget tryk i lungerne vaskulære seng og pulmonal hypertension 2. Pulmonal hypertension er ofte forbundet med inflammatoriske lungesygdomme, f.eks kronisk obstruktiv lungesygdom, eller autoimmunsygdomme 3. Fordi pulmonal hypertension giver en dårlig prognose for livskvalitet og forventede levetid, der er meget forskning rettet mod at forstå de mekanismer, der MIGht være mål for farmaceutiske intervention 4. Den største udfordring for udviklingen af effektive værktøjer til pulmonal hypertension forbliver kompleksiteten af den samtidige forståelse af molekylære og cellulære forandringer i den rigtige hjerte, lunger og immunsystem.
Her præsenterer vi en proceduremæssig workflow til hurtig og præcis måling af trykændringer i den rigtige hjertet hos mus og den samtidige høst af prøver fra hjerte, lunger og immune væv. Fremgangsmåden er baseret på den direkte kateterisering af den højre ventrikel via halsvenen i tæt overkrop mus, først blev udviklet i slutningen af 1990'erne som erstatningsmålingen af tryk i lungepulsåren 5-13. Den organiserede team-tilgang muliggør en meget hurtig højre hjerte kateterisation teknik. Dette gør det muligt at udføre målinger i mus, som spontant indånder rumluft. Organiseringen af work-flow i forskellige work-områderreducerer tidsforsinkelse og åbner mulighed for samtidigt at udføre fysiologi eksperimenter og høst immun, hjerte-og lunge væv.
Den proceduremæssige arbejdsgang beskrevet her kan tilpasses til en lang række laboratorietests og studere motiver, fra små, målrettede eksperimenter, til store lægemiddel-screeningsassays. Den samtidige køb af hjerte fysiologi data, som kan udvides til at omfatte ekkokardiografi 5,14-17 og høst af hjerte, lunge og immun væv reducerer antallet af dyr, der er nødvendige for at indsamle data, der bevæger den videnskabelige viden grundlag fremad. Den proceduremæssige workflow præsenteret her giver også et ideelt udgangspunkt for deres kendskab til de netværk, der forbinder immun-, lunge-og hjertefunktionen. De samme her skitserede principper kan tilpasses til at studere andre eller yderligere organer efter behov.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den eksperimentelle flow skitseret her giver mulighed for hurtig og samtidig måling af højre ventrikel systoliske blodtryk og høst af prøver til analyse af svarene i lunger, hjerte og immunforsvaret hos mus. Proceduren kombinerer hjerte fysiologi målinger, mikro-dissektion og efterfølgende væv høst for levende celle undersøgelser, histologisk analyse eller omik-analyse af væv. Den komplette procedure tager mindre end 20 min per mus. På grund af arbejds-området organiseret workflow, kan 2-3 dyr undersøges sa…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev finansieret af National Institutes of Health 1R21HL092370-01 (GG), 1R01 HL095764-01 (GG) R01HL082694 (JW), American Heart Association, Founders affiliate (0855943D, GG) Stony Wold – Herbert Fund, New York (SHP).
Materials
| Name | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Reagents | |||
| 2-Methyl-2-butanol | Sigma-Aldrich | 152463 | |
| 2,2,2-Tribromoethanol | Sigma-Aldrich | T48402 | |
| disinfectant soap (Coverage Spray TB plus Steris) | Fisher Scientific | 1629-08 | |
| Ethyl Alcohol, 200 Proof, Absolute, Anhydrous ACS/USP Grade | PHARMCO-AAPER | 111000200 | Dilute to 70 % with distilled water |
| Formaldehyde solution | Sigma-Aldrich | F1635-500ML | Dilute to a 7-10 % formaldehyde concentration at a PBS concentration of 1x using PBS stock solution and water |
| Hanks solution, no calcium, magnesium | Fisher Scientific | 21-022-CV | |
| O.C.T | Tissue-Tek | 4583 | |
| Penicillin (10,000 U/ml) / Streptomycin (10,000 mg/ml) solution | Thermo Scientific | SV30010 | |
| Phosphate buffered saline (PBS), no calcium, no magnesium, 1x and 10x solutions | Fisher Scientific | ||
| Sodium pentobarbital 26% | Fort Dodge Animal Health | NDC 0856-0471-01 | |
| Labware | |||
| Plates 12, 24, 96 well | Falcon | ||
| Transfer Pipet | Fisher Scientific | 13-711-9BM | |
| Tube, EDTA coated | Sarstedt | 2013-08 | |
| Tubes 0.65 ml and 1.7 ml micro-centrifuge | VWR | ||
| Tubes 12 x 75 mm polypropylene | Fisher Scientific | 14-956-1D | |
| Tubes, various sizes, polypropylene | Fisher Scientific | ||
| Instruments | |||
| Forceps, Dumon #5 Fine | Fine Science Tools | 11254-20 | |
| Forceps, extra fine graefe -0.5 mm tips curved | Fine Science Tools | 11152-10 | |
| Forceps, extra fine graefe -0.5 mm tips straight | Fine Science Tools | 11150-10 | |
| Cannula 18 ga, 19 ga | BD | Precision Glide Needles | Cut to optimal length, blunted and outside rasped to create a rough outside surface. |
| Scissors, Dissector scissors-slim blades 9 cm | Fine Science Tools | 14081-09 | |
| Suture for BAL, braided silk suture, 4-0 | Fine Science Tools | SP116 | |
| Suture for right heart catheterization, braided silk suture, 6-0 | Teleflex medical | 18020-60 | |
| Syringe, 1 ml | BD | 309659 | |
| Equipment | |||
| Amplifier, PowerLab 4/30 | ADInstrument | Model ML866 | |
| Catheter, pressure F1.4 | Millar Instruments, Inc | 840-6719 | |
| Dissecting Microscope | Variscope | ||
| Forceps, Vannas spring scissors-2 mm blades | Fine Science Tools | 15000-00 | |
| Halogen Illuminated Desk Magnifier | Fisher Scientific | 11-990-56 | |
| Laptop computer | Asus | Model number A52F i5 processor; 15 inch | |
| Light Source | Amscope | HL-250-A | |
| Pressure Control Unit | Millar Instruments, Inc | PCU-2000 | |
| Software, Labchart-Pro V.7 | AD Instruments |
References
- Price, L. C., et al. Inflammation in pulmonary arterial hypertension. Chest. 141, 210-221 (2012).
- Olschewski, H., et al. Cellular pathophysiology and therapy of pulmonary hypertension. J. Lab. Clin. Med. 138, 367-377 (2001).
- Hassoun, P. M., et al. Inflammation, growth factors, and pulmonary vascular remodeling. J. Am. Coll. Cardiol. 54, S10-S19 (2009).
- Rabinovitch, M. Molecular pathogenesis of pulmonary arterial hypertension. J. Clin. Invest. 118, 2372-2379 (2008).
- Steudel, W., et al. Sustained pulmonary hypertension and right ventricular hypertrophy after chronic hypoxia in mice with congenital deficiency of nitric oxide synthase 3. J. Clin. Invest. 101, 2468-2477 (1998).
- Zaidi, S. H., You, X. M., Ciura, S., Husain, M., Rabinovitch, M. Overexpression of the serine elastase inhibitor elafin protects transgenic mice from hypoxic pulmonary hypertension. Circulation. 105, 516-521 (2002).
- Guignabert, C., et al. Tie2-mediated loss of peroxisome proliferator-activated receptor-gamma in mice causes PDGF receptor-beta-dependent pulmonary arterial muscularization. Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 297, L1082-L1090 (2009).
- West, J., et al. Pulmonary hypertension in transgenic mice expressing a dominant-negative BMPRII gene in smooth muscle. Circ. Res. 94, 1109-1114 (2004).
- Cook, S., et al. Increased eNO and pulmonary iNOS expression in eNOS null mice. Eur. Respir. J. 21, 770-773 (2003).
- West, J., et al. Mice expressing BMPR2R899X transgene in smooth muscle develop pulmonary vascular lesions. Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 295, L744-L755 (2008).
- Tu, L., et al. Autocrine fibroblast growth factor-2 signaling contributes to altered endothelial phenotype in pulmonary hypertension. Am. J. Respir. Cell Mol. Biol. 45, 311-322 (2011).
- Daley, E., et al. Pulmonary arterial remodeling induced by a Th2 immune response. J. Exp. Med. 205, 361-372 (2008).
- Song, Y., et al. Inflammation, endothelial injury, and persistent pulmonary hypertension in heterozygous BMPR2-mutant mice. Am. J. Physiol. Heart Circ. Physiol. 295, 677-690 (2008).
- Thibault, H. B., et al. Noninvasive assessment of murine pulmonary arterial pressure: validation and application to models of pulmonary hypertension. Circulation. Cardiovascular imaging. 3, 157-163 (2010).
- Otto, C., et al. Pulmonary hypertension and right heart failure in pituitary adenylate cyclase-activating polypeptide type I receptor-deficient mice. Circulation. 110, 3245-3251 (2004).
- Burton, V. J., et al. Attenuation of leukocyte recruitment via CXCR1/2 inhibition stops the progression of PAH in mice with genetic ablation of endothelial BMPR-II. Blood. 118, 4750-4758 (2011).
- Fujita, M., et al. Pulmonary hypertension in TNF-alpha-overexpressing mice is associated with decreased VEGF gene expression. J. Appl. Physiol. 93, 2162-2170 (2002).
- Motley, H. L., Cournand, A., Werko, L., Himmelstein, A., Dresdale, D. The Influence of Short Periods of Induced Acute Anoxia Upon Pulmonary Artery Pressures in Man. Am. J. Physiol. 150, 315-320 (1947).
- Liljestrand, G. Regulation of Pulmonary Arterial Blood Pressure. Arch. Intern. Med. 81, 162-172 (1948).
- Euler, U. S. V., Liljestrand, G. Observations on the pulmonary arterial blood pressure in the cat. Acta Physiol. Scand. 12, 301-320 (1946).
- Van den Broeck, W., Derore, A., Simoens, P. Anatomy and nomenclature of murine lymph nodes: Descriptive study and nomenclatory standardization in BALB/cAnNCrl mice. Journal of immunological. 312, 12-19 (2006).
- Rabinovitch, M., et al. Angiotensin II prevents hypoxic pulmonary hypertension and vascular changes in rat. Am. J. Physiol. 254, 500-508 (1988).
- Rabinovitch, M., Gamble, W., Nadas, A. S., Miettinen, O. S., Reid, L. Rat pulmonary circulation after chronic hypoxia: hemodynamic and structural features. Am. J. Physiol. 236, 818-827 (1979).
- Rabinovitch, M., et al. Changes in pulmonary blood flow affect vascular response to chronic hypoxia in rats. Circ. Res. 52, 432-441 (1983).
- Kugathasan, L., et al. The angiopietin-1-Tie2 pathway prevents rather than promotes pulmonary arterial hypertension in transgenic mice. J. Exp. Med. 206, 2221-2234 (2009).
- Bearer, C., Emerson, R. K., ORiordan, M. A., Roitman, E., Shackleton, C. Maternal tobacco smoke exposure and persistent pulmonary hypertension of the newborn. Environ. Health Persp. , 105-202 (1997).
- Graham, B. B., et al. Schistosomiasis-induced experimental pulmonary hypertension: role of interleukin-13 signaling. Am. J. Pathol. 177, 1549-1561 (2010).
- Butrous, G., Ghofrani, H. A., Grimminger, F. Pulmonary vascular disease in the developing world. Circulation. 118, 1758-1766 (2008).
- Crosby, A., et al. Praziquantel reverses pulmonary hypertension and vascular remodeling in murine schistosomiasis. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 184, 467-473 (2011).
