Anterior Göz Odasında İnsan Pankreas Adacık Greftleme ve Katkıda Bulunan Konak Hücrelerinin Vivo Görüntüleme ve Nicelleştirmesinde Boylamsal
Summary
Bu protokolün amacı sürekli insan pankreas adacık engraftment sürecinin dinamikleri ve donör hücrelere karşı katkıda konak izlemektir. Bu bir NOD gözün ön odasına (ACE) insan adacıkları nakli ile gerçekleştirilir. (Cg)-Gt(ROSA)26Sortm4–Rag2-/-fare alıcısı ve ardından tekrarlanan 2-foton görüntüleme.
Abstract
Beta hücrelerinin görüntülenmesi adacık transplantasyonuna yönelik önemli bir adımdır. Beta hücre biyolojisinin kaydı için farklı görüntüleme platformları geliştirilmiş ve in vivokullanılmıştır, tek hücre çözünürlüğü ve sürekli uzunlamasına kayıtlara izin verme açısından sınırlıdır. Korneanın saydamlığı nedeniyle, farelerde gözün ön odası (ACE) iyi insan ve fare pankreas adacık hücre biyolojisi çalışmak için uygundur. Burada bu yaklaşımın aşılama ve bireysel insan adacık greftlerinin revaskülarizasyon sürekli uzunlamasına kayıtları gerçekleştirmek için nasıl kullanılabileceğinibir açıklamasıdır. İnsan adacık greftleri ACE içine yerleştirilir, NOD kullanılarak. (Cg)-Gt(ROSA)26Sortm4–Rag2-/-alıcı olarak fareler. Bu, alıcıya karşı donör hücrelerin genişlemesinin araştırılmasına ve alıcı hücrelerin greftin kapsüllenmesi ve vaskülarizasyonunu teşvik etmedeki katkısına olanak sağlar. Ayrıca, görüntü analizi ve adacık hacmi veya parçalı vaskülatür ve adacık kapsül alıcı hücreleri oluşturan nicelik için adım adım bir yaklaşım özetlenmiştir.
Introduction
Diabetes mellitus, kan şekerinin yükselmesi ile karakterize bir grup metabolik hastalığı pankreas adacık beta hücrelerinin kaybı veya disfonksiyonundan kaynaklanan yetersiz insülin üretiminin sonuçları olarak tanımlar, genellikle insülin direnci ile birlikte. Tip 1 (T1D) ve tip 2 diyabet (T2D) beta hücrelerinin ilerleyici disfonksiyonunun hastalık gelişimine neden olduğu karmaşık hastalıklardır. T1D beta hücrelerine otoimmün bir saldırı ile çökelti, T2D metabolik faktörler tarafından tahrik olarak kabul edilir ken, düşük dereceli sistemik inflamasyon artan kanıtlarla da olsa1. Özellikle T1D hastalarına donör insan adacıklarının nakli fizyolojik glisemik kontrol sağlama potansiyeli sunar. Ancak, doku donörleri ve kötü adacık engraftment bir sıkıntısı bir ana tedavi seçeneği haline adacık nakli engelledi. Fonksiyonel adacık greftinin önemli bir kısmı hipoksik, inflamatuar, immünojenik konakortamı2,3nedeniyle hemen posttransplantasyon sonrası dönemde (24-48 saat) kaybolur. Adacık sağkalımının iyileştirilmesi için müdahale yöntemlerinin etkinliğini değerlendirmek için bu tür transplantasyonların sürekli izlenmesi gerekmektedir.
Transplantasyon sonrası nakledilen insan pankreas adacıklarının kaderini görüntülemek ve izlemek için in vivo teknikleri hala diyabet araştırma4,,5için bir meydan okuma olmaya devam etmektedir . Bugüne kadar pozitron emisyon tomografisi (PET), manyetik rezonans görüntüleme (MRG) veya ultrason (US) dahil olmak üzere noninvaziv görüntüleme teknikleri, deneysel koşullarda nakledilen adacıkların nicelve fonksiyonel değerlendirilmesi için potansiyel göstermektedir5. Ancak, küçük adacık boyutları göz önüne alındığında, bu yöntemlere göre nicel ölçümler yetersiz çözünürlük muzdarip. Gözlem için bir transplantasyon sitesi olarak gözün ön odası (ACE) uzun süreler boyunca etkili bir şekilde daha yüksek mekansal çözünürlük ve sık izleme sunan umut verici bir noninvaziv görüntüleme çözümüdür6. Bu yöntem başarıyla fare adacık biyolojisi (Yang ve ark.7gözden), otoimmün immün yanıtlar8,yanı sıra insan adacık aşılama9,10çalışma için istismar edilmiştir.
Burada ACE transplantasyon yöntemi, transplantasyondan sonra 10 aya kadar bireysel adacık greftleri üzerinde sürekli ve tekrarlanan kayıtlar la insan pankreas adacık engraftment sürecinin dinamiklerini araştırmak için 2-foton görüntüleme yaklaşımı ile birleştirilir. Daha fazla görüntüleme derinliği ve azaltılmış genel fotobeyaztma ve foto hasarı multifoton görüntüleme özellikleri konfokal mikroskopi11görüntüleme sınırlamaları aşmak . Floresan görüntülemenin nicelleştirilmesi, adacık numune hazırlama, adacık nakli, görüntü edinimi, adacık gürültüsünü veya arka planı kaldırmak için görüntü filtreleme, segmentasyon, sayısallaştırma ve veri analizi dahil olmak üzere çeşitli aşamaları içerir. En zorlu adım genellikle bir görüntüyü birden çok parçaya veya bölgeye bölmek veya bölmektir. Bu, sinyali arka plan gürültüsünden ayırmayı veya örneğin adacık vaskülature’u temsil eden bir 3B birimin voksellerini algılamak ve etiketlemek için renk veya şekil benzerliklerine dayalı voxels bölgelerini ayırmayı içerebilir. Bölümlere çıkarıldıktan sonra, nesne hacmi boyutları gibi istatistiklerin ayıklanması genellikle kolaydır. Sağlanan segmentasyon ve veri görselleştirme gibi görüntüleme verilerinin sayısallaştırılması ve ayıklanması için bir yöntemdir. Özellikle dikkat insan adacıkları otofloresan ve adacık vaskülatür ve adacık kapsül alıcı hücreleri oluşturan arasındaki ayrım kaldırılması için ödenir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bir yöntem alıcı ve donör doku tutulumu gözlemleyerek insan pankreas adacık hücre greftleme süreci çalışma sunulmaktadır. İnsan adacıklarını immünofif fare gözünün ön odasına yerleştiren minimal invaziv bir ameliyattan sonra fare ameliyattan birkaç dakika sonra hızla iyileşir. İşlem tek göze yapılır. Genellikle, 5-7 gün postimplantasyon itibaren kornea yeterince intravital görüntüleme yapmak için iyileşmiş.
Bu protokolde insan adacık greftlerinin kalitesi…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma İsveç Araştırma Konseyi, Stratejik Araştırma Alanı Exodiab, Dnr 2009-1039, İsveç Stratejik Araştırma Vakfı Dnr IRC15-0067 tarafından LUDC-IRC, Lund, Diabetesförbundet ve Barnförbundet’teki Kraliyet Fizyografik Derneği tarafından desteklenmiştir.
Materials
| Anasthesia machine, e.g. Anaesthesia Unit U-400 | Agnthos | 8323001 | used for isofluran anasthesia during surgery and imaging |
| -induction chamber 1.4 L | Agnthos | 8329002 | connect via tubing to U-400 |
| -gas routing switch | Agnthos | 8433005 | connect via tubing to U-400 |
| AngioSense 680 EX | Percin Elmer | NEV10054EX | imaging agent for injection, used to image blood vessels in human islet grafts |
| Aspirator tubes assemblies | Sigma | A5177-5EA | connect with pulled capillary pipettes for manual islet picking |
| Buprenorphine (Temgesic) 0.3mg/ml | Schering-Plough Europé | 64022 | fluid, for pain relief |
| Capillary pipettes | VWR | 321242C | used together with Aspirator tubes assemblies |
| Dextran-Texas Red (TR), 70kDa | Invitrogen | D1830 | imaging agent for injection |
| Eye cannula, blunt end , 25 G | BVI Visitec/BD | BD585107 | custom made from Tapered Hydrode lineator [Blumenthal], dimensions: 0.5 x 22mm (25G x 7/8in) (45⁰), tip tapered to 30 G (0.3mm) |
| Eye gel | Novartis | Viscotears, contains Carbomer 2 mg/g | |
| Hamilton syringe 0.5 ml, Model 1750 TPLT | Hamilton | 81242 | Plunger type gas-tight syringe for islet injection |
| Head holder | |||
| -Head holding adapter | Narishige | SG-4N-S | assemled onto metal plate |
| -gas mask | Narishige | GM-4-S | |
| -UST-2 Solid Universal Joint | Narishige | UST-2 | assemled onto metal plate |
| -custom made metal plate for head-holder assembly | |||
| -Dumont #5, straight | Agnthos | 0207-5TI-PS or 0208-5-PS | attached to UST-2 (custom made) |
| Heating pad, custom made | taped to the stereotaxic platform | ||
| Human islet culture media | |||
| -CMRL 1066 | ICN Biomedicals | cell culture media for human islets | |
| -HEPES | GIBCO BRL | ||
| -L-glutamin | GIBCO BRL | ||
| -Gentamycin | GIBCO BRL | ||
| -Fungizone | GIBCO BRL | ||
| -Ciproxfloxacin | Bayer healthcare AG | ||
| -Nicotinamide | Sigma | ||
| Image analysis software | Bitplane | Imaris 9 | |
| Image Aquisition software | Zeiss | ZEN 2010 | |
| Infrared lamp | VWR | 1010364937 | used to keep animals warm in the wake-up cage |
| Isoflurane Isoflo | Abott Scandinavia/Apotek | fluid, for anesthesia | |
| Needle 25 G (0.5 x 16mm), orange | BD | 10442204 | used as scalpel |
| Petri dishes, 90mm | VWR | 391-0440 | |
| 2-Photon/confocal microscope | |||
| -LSM7 MP upright microscope | Zeiss | ||
| -Ti:Sapphire laser Tsunami | Spectra-Physics, Mai Tai | ||
| -long distance water-dipping lens 20x/NA1.0 | Zeiss | ||
| -ET710/40m (Angiosense 680) | Chroma | 288003 | |
| -ET645/65m-2p (TR) | Chroma | NC528423 | |
| -ET525/50 (GFP) | Chroma | ||
| -ET610/75 (tomato) | Chroma | ||
| -main beam splitter T680lpxxr | Chroma | T680lpxxr | Dichroic mirror to transmit 690 nm and above and reflect 440 to 650 nm size 25.5 x 36 x 1 mm |
| Polythene tubing (0.38mm ID, 1.09 mm OD) | Smiths Medical Danmark | 800/100/120 | to connect with Hamilton syringe and eye canula |
| Stereomicroscope | Nikon | Model SMZ645, for islet picking | |
| Stereomicroscope (Flourescence) | for islet graft imaging | ||
| -AZ100 Multizoom | Nikon | wide field and long distance | |
| -AZ Plan Apo 1x | Nikon | ||
| -AZ Plan Apo 4x | Nikon | ||
| -AZ-FL Epiflourescence with C-LHGFI HG lamp | Nikon | ||
| -HG Manual New Intensilight | Nikon | ||
| -Epi-FL Filter Block TEXAS RED | Nikon | contains EX540-580, DM595 and BA600-660 | |
| -Epi-FL Filter Block G-2A | Nikon | (EX510-560, DM575 and BA590) | |
| -Epi-FL Filter Block B-2A | Nikon | (EX450-490, DM505 and BA520) | |
| -DS-Fi1 Colour Digital Camera (5MP) | Nikon | ||
| Syringe 1-ml, Omnitix | Braun | 9161406V | for Buprenorphine injection, used with 27 G needle |
| Surgical tape | 3M |
References
- Kharroubi, A. T., Darwish, H. M. Diabetes mellitus: The epidemic of the century. World Journal of Diabetes. 6 (6), 850-867 (2015).
- Kanak, M. A., et al. Inflammatory response in islet transplantation. International Journal of Endocrinology. 2014, 451035 (2014).
- Nanji, S. A., Shapiro, A. M. Advances in pancreatic islet transplantation in humans. Diabetes, Obesity, Metabolism. 8 (1), 15-25 (2006).
- Malaisse, W. J., Maedler, K. Imaging of the beta cells of the islets of Langerhans. Diabetes Research and Clinical Practice. 98 (1), 11-18 (2012).
- Kim, D., Jun, H. S. In Vivo Imaging of Transplanted Pancreatic Islets. Frontiers in Endocrinology. 8, 382 (2017).
- Speier, S., et al. Noninvasive high-resolution in vivo imaging of cell biology in the anterior chamber of the mouse eye. Nature Protocols. 3 (8), 1278-1286 (2008).
- Yang, S. N., Berggren, P. O. The eye as a novel imaging site in diabetes research. Pharmacology, Therapeutics. 197, 103-121 (2019).
- Schmidt-Christensen, A., et al. Imaging dynamics of CD11c(+) cells and Foxp3(+) cells in progressive autoimmune insulitis in the NOD mouse model of type 1 diabetes. Diabetologia. 56 (12), 2669-2678 (2013).
- Berclaz, C., et al. Longitudinal three-dimensional visualisation of autoimmune diabetes by functional optical coherence imaging. Diabetologia. 59 (3), 550-559 (2016).
- Nilsson, J., et al. Recruited fibroblasts reconstitute the peri-islet membrane: a longitudinal imaging study of human islet grafting and revascularisation. Diabetologia. 63 (1), 137-148 (2020).
- Benninger, R. K., Piston, D. W. Two-photon excitation microscopy for the study of living cells and tissues. Current Protocols in Stem Cell Biology. , 11-24 (2013).
- Goto, M., et al. Refinement of the automated method for human islet isolation and presentation of a closed system for in vitro islet culture. Transplantation. 78 (9), 1367-1375 (2004).
- Ewald, A. J., Werb, Z., Egeblad, M. Monitoring of vital signs for long-term survival of mice under anesthesia. Cold Spring Harbor Protocols. 2011 (2), 5563 (2011).
- Jansson, L., Carlsson, P. O. Graft vascular function after transplantation of pancreatic islets. Diabetologia. 45 (6), 749-763 (2002).
- Konstantinova, I., Lammert, E. Microvascular development: learning from pancreatic islets. Bioessays. 26 (10), 1069-1075 (2004).
- Fransson, M., et al. Mesenchymal stromal cells support endothelial cell interactions in an intramuscular islet transplantation model. Regenerative Medicine Research. 3, 1 (2015).
- Nyqvist, D., et al. Donor islet endothelial cells in pancreatic islet revascularization. Diabetes. 60 (10), 2571-2577 (2011).
- Nair, G., et al. Effects of common anesthetics on eye movement and electroretinogram. Documenta Ophthalmologica. Advances in Ophthalmology. 122 (3), 163-176 (2011).
- Iwasaka, H., et al. Glucose intolerance during prolonged sevoflurane anaesthesia. Canadian Journal of Anaesthesia. 43 (10), 1059-1061 (1996).
- Hamilton, N. Quantification and its applications in fluorescent microscopy imaging. Traffic. 10 (8), 951-961 (2009).
- Michelotti, F. C., et al. PET/MRI enables simultaneous in vivo quantification of beta-cell mass and function. Theranostics. 10 (1), 398-410 (2020).
- Wang, P., et al. Monitoring of Allogeneic Islet Grafts in Nonhuman Primates Using MRI. Transplantation. 99 (8), 1574-1581 (2015).
- Gotthardt, M., et al. Detection and quantification of beta cells by PET imaging: why clinical implementation has never been closer. Diabetologia. 61 (12), 2516-2519 (2018).
- Joosten, L., et al. Measuring the Pancreatic beta Cell Mass in Vivo with Exendin SPECT during Hyperglycemia and Severe Insulitis. Molecular Pharmaceutics. 16 (9), 4024-4030 (2019).
- Virostko, J., et al. Bioluminescence imaging in mouse models quantifies beta cell mass in the pancreas and after islet transplantation. Molecular Imaging and Biology. 12 (1), 42-53 (2010).
