Epatectomia parziale lobulare: Un modello chirurgico per rigenerazione epatica morfologica
Summary
Qui, presentiamo un nuovo metodo per la resezione parziale del lobo epatico di sinistra in topi neonatali (giorno 0). Questo nuovo protocollo è adatto per lo studio delle lesioni epatiche acute e risposta di lesione in ambito neonatale.
Abstract
Rigenerazione dell’organo morfologico dopo perdita acuta del tessuto è comune tra i vertebrati inferiori, ma è osservata raramente nella vita postnatale dei mammiferi. Adulto rigenerazione del fegato dopo epatectomia parziale 70% provoca l’ipertrofia degli epatociti con qualche replica nei restanti lobi con ripristino di attività metabolica, ma con perdita permanente della morfologia e della architettura di lobo ferito. Qui, abbiamo dettaglio un nuovo metodo chirurgico nel neonato che lascia un ambiente fisiologico favorevole alla rigenerazione. Questo modello comporta amputazione di all’apice del lobo di sinistra e di un regime di successiva amministrazione conservatrice e manca la necessità per la legatura dei vasi principali del fegato o ferita chimica, lasciando un ambiente fisiologico in cui può verificarsi la rigenerazione. Estendiamo questo protocollo per amputazioni su topi giovani (P7-14), durante il quale il fegato danneggiato passa da rigenerazione dell’organo a crescita compensatoria di ipertrofia. Il protocollo presentato, breve 30 min fornisce un framework per lo studio dei meccanismi di rigenerazione, il suo declino età-collegato nei mammiferi e la caratterizzazione dei presunti staminali epatiche o progenitori.
Introduction
La capacità di rigenerare un organo, o per ripristinare la forma e funzione, è stata pensata per essere per lo più perso nel tempo evolutivo. La capacità rigenerativa del fegato dei mammiferi adulto dopo lesione acuta chimico o fisico è stato trovato per coinvolgere la mobilitazione di tutti gli epatociti rimanenti conseguente onde dell’ipertrofia e alcuni cicli di divisione cellulare, risultante in un funzionale ma architettonicamente differenti dell’organo1,2,3,4,5. Recentemente, gli studi hanno cominciato a caratterizzare la risposta rigenerativa degli organi dei mammiferi neonatale alla ferita entro la prima settimana di vita6,7,8. Questi studi hanno dimostrato che quando ferito durante lo sviluppo neonatale, determinati organi mammiferi rispondano con rigenerazione morfologica invece compensativo crescita o fibrosi di7,8.
Recenti studi hanno dimostrato che la rigenerazione della struttura globale e la funzione si verifica durante l’iniziale periodo neonatale6,7,8. Protocolli stabiliti al fegato coinvolgere ferita chimica o la somministrazione di etanolo9,10,11, acetaminofene12,13,14,15 , tetracloruro di carbonio16,17,18,19, 70% hepatectomy parziale4,20,21o la rimozione di sinistra e lobi mediani. Chimica amministrazione conduce alla morte delle cellule dell’epatocita, ma spesso lascia micro – e macro-strutture intatte. Rigenerazione morfologica non può essere facilmente studiati in questo contesto, come l’architettura epatica nel complesso non è stato cancellato. L’epatectomia parziale 70% comporta la legatura sutura dei vasi principali, che è necessaria per fermare l’emorragia, ma lascia un ambiente non-fisiologica con rottura permanente del sistema vascolare. Inoltre, questo metodo è stato utilizzato solo sui roditori adulti, e la sua applicazione ai neonati tecnicamente è estremamente difficile. Con questo in mente, abbiamo sviluppato un metodo in cui 20-30% dell’apice del lobo di sinistra è stata rimossa in un neonato mouse P0 (Figura 1A-1B). Questo metodo è chirurgicamente conservatore, minimamente invasiva, non tecnicamente impegnativi e conduce al lordo di perdita della morfologia senza legatura della vascolarizzazione, lasciando spazio per la rigenerazione si verifichi. Il risultante protocollo passo dopo passo, descritto di seguito, consente qualsiasi ricercatore eseguire un hepatectomy parziale lobular su topi neonatali per lo studio dei mammiferi rigenerazione neonatale nelle prime fasi di vita post-natale. Questo metodo ha anche applicazioni chiare agli studi comparativi in medicina rigenerativa e biologia delle cellule staminali, come può essere utilizzato nel fegato durante le fasi successive della vita.
Gli studi di lesioni epatiche acute più comuni sono danni indotti chimicamente, l’amputazione del fegato adulto o hepatectomy parziale 70%. Danni chimici spesso prevede la somministrazione per via endovenosa, orale o intraperitoneale di paracetamolo, tetracloruro di carbonio o etanolo ed sono un modello relativamente semplice e non invasiva di lesioni. Come precedentemente discusso, danni chimici risultati nella morte cellulare dell’epatocita, ma spesso foglie dello stroma e parenchima strutture intatte, rendendo difficile fare affermazioni circa morfologiche rigenerazione. Danni chimici spesso è incentrata su vasi epatici, che lo rende una tecnica utile per studiare il sito e ferita cellula-specifico, ma rende anche difficile interrogare, a livello di intero organo, altre popolazioni che possono essere situati più lontano di vasi e che possono contribuire alla rigenerazione. Nonostante queste limitazioni, danni chimici rimangono ancora un modello utile e altamente fisiologicamente rilevante pregiudizio.
Adulti 70% hepatectomy parziale comporta la rimozione dei lobi sinistro e mediani dopo la legatura del sistema vascolare epatica. La risposta all’epatectomia è stata caratterizzata bene: il fegato amputato 14 giorni post 70% hepatectomy parziale si sviluppa un’architettura grossolanamente diversa da quello del lobo originale intatto, come gli epatociti di lobi di destra e Caudati rimanenti sottoposti a ipertrofia e un paio di giri di divisione cellulare4,5. Questo rende perso massa e funzione, ma non riesce a rigenerare i due lobi amputati e pertanto non sostituisce lordo morfologia. Di conseguenza, la risposta di lesione all’epatectomia parziale 70% è utile per lo studio dei meccanismi di crescita compensatoria con rigenerazione limitata.
Qui, descriviamo completamente un protocollo per un neonatale hepatectomy parziale lobulare. La procedura prevede la selezione di animali appropriati e preparazione, preparazione del campo chirurgico, chirurgia e recupero. Ottimizzazione e adattamento di ognuno di questi passaggi possono essere necessari per le diverse applicazioni del protocollo.
Abbiamo ampiamente eseguita e ottimizzato questo protocollo su cuccioli di tipo selvatico C57BL/6J (JAX 000664), tuttavia, per studiare i meccanismi di rigenerazione e di diverse popolazioni cellulari, abbiamo anche usato vari animali transgenici, compreso i topi che harboring Cre vari e CreERT2 transgeni e/o knock-in (JAXAxin2CreERT2 018867, e JAX Sox9CreERT2 018829) in combinazione con reporter fluorescenti, come i sistemi di Rainbow e mTmG (R26VT2/GK3, R26 mT/mG) 22 , 23. abbiamo non trovato nessuna necessità di cambiare questa metodologia per ceppi di topi diversi, come sono state osservate differenze nella sopravvivenza o potenziale rigenerativo.
Oltre all’utilizzo di diversi ceppi di animali, abbiamo anche effettuato parziale hepatectomies lobular su neonatali topi trattati con piccole molecole, quali 4-idrossi-tamoxifen e 5-Etinil-2 ‘-deoxyuridine (EdU). Solfossido dimetilico (DMSO) e l’etanolo sono stati utilizzati come solventi, come è stato trovato che l’olio di mais era una causa significativa della morbosità. Abbiamo trovato altrimenti che la somministrazione intraperitoneale di piccole molecole non ha colpito esiti rigenerative o sopravvivenza. Prevediamo che questo protocollo sarà adattato per l’uso con altre piccole molecole per interrogare i vari aspetti della rigenerazione.
Interventi chirurgici del mouse neonatale possono essere tecnicamente impegnativi e possono richiedere particolari competenze nella gestione degli animali e dissezione microscopica. Agricoltura animale ed è necessaria per evitare cannibalismo materna dopo l’intervento e durante il periodo di recupero immediato.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ferita epatica acuta è stata studiata tradizionalmente usando chimico (paracetamolo, etanolo, tetracloruro di carbonio), o modelli chirurgici (70% epatectomia parziale). La risposta rigenerativa dopo hepatectomy parziale 70% è stata caratterizzata per coinvolgere l’ipertrofia degli epatociti globale e più cicli di divisione cellulare4,5. Per fermare un’emorragia, tuttavia, questo modello è limitato, come i vasi maggiori devono essere legati lasciando un ambie…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo P. Chu per l’esecuzione di H & E e l’istologia; e Wang C. e r. McCarty per utili discussioni. Ricerca è stata sostenuta tramite finanziamento dalla Virginia e D. K. Ludwig Fund per ricerca sul cancro; il cuore nazionale, polmone e l’Istituto di sangue (R01HL058770 e U01HL099999); e il California Institute di medicina rigenerativa (RC1 00354) sovvenzioni al I.W. Y.R. è stato sostenuto da Human Frontier Science programma Career Development Award (CDA00017), la Fondazione di ricerca tedesca (RI 2787/1), l’Istituto di cellule staminali di Siebel e la Thomas e Stacey Siebel Foundation (1119368-104-GHBJI). J.M.T. è stato sostenuto dal NIH (T32GM007365), il premio di servizio di ricerca nazionale (1F30DK108561), Paul e Daisy Soros Fellowship per nuovi americani.
Materials
| Animals | |||
| Mother with litter of day 0 neonatal pups (any strain) | |||
| Surrogate mother and surrogate litter (optional) | |||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Standard Reagents | |||
| Phosphate Buffered Serum (PBS) | |||
| Providine-iodine or equivalent antiseptic solution | |||
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Surgical Equipment | |||
| Dissecting microscope | Zeiss | ZEMSDV4L MFR # 435421-9901-000 | |
| 3mm straight spring micro scissors | Vannas | 72932-01 | |
| 5SF Forceps | Dumont | 11252-00 | |
| Straight Kelly forceps | Grainger | 17-050G | |
| Heating pad | Sunbeam | 000771-810-000 | |
| Isoflurane | Abbott Labs | 0044-5260-05 | |
| Rodent Anesthesia System | Kent Scientific | 1205S | |
| Gauze, 10.16 x 10.16cm | Fisher Scientific | 13-761-52 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Standard Equipment | |||
| 1.5ml microcentrifuge tube | Eppendorf | 22363204 | |
| 6-0 monocryl sutures | Ethicon | MCP489G | |
| Petri dish | Fisher Scientific | S35839 | |
| Pipet-Aid, Plain, 110V | Drummond | 4-000-110 | |
| Mettler Toledo NewClassic ME Analytical Balances | Fisher Scientific | 01-912-402 | |
| Low Cost Induction Chamber | Kent Scientific | SOMNO-0730 |
References
- Michalopoulos, G. K., DeFrances, M. C. Liver Regeneration. Science. 276 (80), 60-66 (1997).
- Ponfick, V. A. Surgery of the Liver. Lancet. 1, 881 (1890).
- Higgins, G., Anderson, R. M. Experimental Pathology of the liver. Restoration of the liver of the white rat following partial surgical removal. Arch. Pathol. 12, 186-202 (1931).
- Miyaoka, Y., et al. Hypertrophy and unconventional cell division of hepatocytes underlie liver regeneration. Curr. Biol. 22, 1166-1175 (2012).
- Miyaoka, Y., Miyajima, A. To divide or not to divide: revisiting liver regeneration. Cell Div. 8, 8 (2013).
- Tsai, J. M., et al. Localized hepatic lobular regeneration by central-vein-associated lineage-restricted progenitors. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 114, 3654-3659 (2017).
- Porrello, E. R., et al. Transient regenerative potential of the neonatal mouse heart. Science. 331, 1078-1080 (2011).
- Shyh-Chang, N., et al. Lin28 enhances tissue repair by reprogramming cellular metabolism. Cell. 155, 778-792 (2013).
- Yin, M., et al. Essential role of tumor necrosis factor alpha in alcohol-induced liver injury in mice. Gastroenterology. 117, 942-952 (1999).
- Gao, B., Bataller, R. Alcoholic liver disease: pathogenesis and new therapeutic targets. Gastroenterology. 141, 1572-1585 (2011).
- Uesugi, T., Froh, M., Arteel, G. E., Bradford, B. U., Thurman, R. G. Toll-like receptor 4 is involved in the mechanism of early alcohol-induced liver injury in mice. Hepatology. 34, 101-108 (2001).
- Coen, M., et al. An integrated metabonomic investigation of acetaminophen toxicity in the mouse using NMR spectroscopy. Chem. Res. Toxicol. 16, 295-303 (2003).
- Oz, H. S., et al. Diverse antioxidants protect against acetaminophen hepatotoxicity. J. Biochem. Mol. Toxicol. 18, 361-368 (2004).
- Ruepp, S. U., Tonge, R. P., Shaw, J., Wallis, N., Pognan, F. Genomics and proteomics analysis of acetaminophen toxicity in mouse liver. Toxicol. Sci. 65, 135-150 (2002).
- Gunawan, B. K., et al. c-Jun N-terminal kinase plays a major role in murine acetaminophen hepatotoxicity. Gastroenterology. 131, 165-178 (2006).
- Manibusan, M. K., Odin, M., Eastmond, D. a. Postulated carbon tetrachloride mode of action: a review. J. Environ. Sci. Health. C. Environ. Carcinog. Ecotoxicol. Rev. 25, 185-209 (2007).
- Recknagel, R. O., Glende, E. a., Dolak, J. a., Waller, R. L. Mechanisms of carbon tetrachloride toxicity. Pharmacol. Ther. 43, 139-154 (1989).
- Sell, S. Heterogeneity and plasticity of hepatocyte lineage cells. Hepatology. 33, 738-750 (2001).
- Malato, Y., et al. Fate tracing of mature hepatocytes in mouse liver homeostasis and regeneration. J. Clin. Invest. 121, 4850-4860 (2011).
- Greene, A. K., Puder, M. Partial hepatectomy in the mouse: technique and perioperative management. J. Invest. Surg. 16, 99-102 (2003).
- Kan, N. G., Junghans, D., Belmonte, J. C. I. Compensatory growth mechanisms regulated by BMP and FGF signaling mediate liver regeneration in zebrafish after partial hepatectomy. FASEB J. 23, 3516-3525 (2009).
- Red-Horse, K., Ueno, H., Weissman, I. L., Krasnow, M. A. Coronary arteries form by developmental reprogramming of venous cells. Nature. 464, 549-553 (2010).
- Muzumdar, M. D., Tasic, B., Miyamichi, K., Li, L., Luo, L. A Global Double-Fluorescent Cre Reporter Mouse. Genesis. 605, 593-605 (2007).
- Poley, W. Emotionality related to maternal cannibalism in BALB and C57BL mice. Anim. Learn. Behav. 2, 241-244 (1974).
- Smotherman, W. P., Bell, R. W., Starzec, J., Elias, J., Zachman, T. A. Maternal responses to infant vocalizations and olfactory cues in rats and mice. Behav. Biol. 12, 55-66 (1974).
