Трансплантация в переднюю камеру глаза для продольной, неинвазивные<em> В естественных условиях</em> Формирование изображений с помощью одной ячейке Разрешение в режиме реального времени
Summary
Новый подход, сочетающий внутриглазного трансплантации и конфокальной микроскопии позволяет продольные, неинвазивные изображений в реальном времени с одноклеточными резолюции в привиты тканей<em> В естественных условиях</em>. Мы показываем, как пересадить панкреатических островков в переднюю камеру глаза мышей.
Abstract
Прижизненные изображения стала незаменимым инструментом в биологических исследованиях. В этом процессе много методов визуализации были разработаны для изучения различных биологических процессов у животных неинвазивно. Тем не менее, основные технические ограничения в существующих прижизненных методов визуализации является неспособность объединить неинвазивным, продольное изображение с одноклеточными возможности разрешения. Мы покажем здесь, как трансплантации в переднюю камеру глаза обходит такие значительные ограничения предлагая универсальные экспериментальной площадкой, которая позволяет неинвазивным, продольное изображение с сотового резолюцию в естественных условиях. Мы продемонстрируем процедуры трансплантации у мышей и предоставить представителю результатов, используя модель с клинической значимости, а именно поджелудочной железы трансплантации. Кроме того, включение прямой визуализации в различных тканях пересаживают в переднюю камеру глаза, этот подход обеспечивает платформу для осыпьп наркотиков, выполняя длительного наблюдения и мониторинга в тканях-мишенях. Благодаря своей универсальности, ткани / клеточной трансплантации в переднюю камеру глаза не только преимущества терапии трансплантации, он распространяется и на другие приложения в естественных условиях для изучения физиологических и патофизиологических процессов, таких как сигнальные и рак или аутоиммунные развития заболевания.
Introduction
Достижения в области прижизненной микроскопии выявили физиологические явления не предсказывается в лабораторных исследованиях 1. Это указывает на проблемы в переводе данные, полученные обычными методами в пробирке в живых животных. В последнее десятилетие, визуализации тканей в живых животных была значительно улучшена благодаря техническим достижениям в области обработки изображений условий 2, 3, 4, 5, 6. Это стимулировало необходимость в естественных изображений подходов с возможным применение в экспериментальных моделях на животных для включения продольной визуализации тканей-мишеней неинвазивно.
Методы визуализации, такие как магнитно-резонансная томография и позитронно-эмиссионной томографии или биолюминесценции позволили неинвазивной визуализации органов / тканей глубоко внутри тела 7-8, 9. Но эти методы не могут достичь одной ячейки разрешение из-за высокой сигналов фона и низкого пространственного разрешения, несмотря на использование OF материалов высокого контраста или тканеспецифические 4 люминесценции. Это был адресован с появлением двух фотонов флуоресценции конфокальной микроскопии 10. Двухфотонной микроскопии включен прижизненный исследования изображений для визуализации и количественной оценки клеточных событий, с беспрецедентной детали 11, 12. Это привело к характеристике ключевых биологических процессов в норме и патологии 13, 14, 15, 16. В то время как новаторские исследования прижизненного изображения были в первую очередь "имитировал" в естественных условиях в вырезают ткани (например, лимфатические узлы), другие исследования использовались инвазивные подходы к изображению подвергаются ткани-мишени на месте 17, 18, 19, 20, 21. Другие исследования также использовали «окно камеры модели", чтобы обойти ограничения, связанные с инвазивными подходы и ограниченное разрешение изображения в 22 естественных, 23, 24, 25. В модели окна камеры, камеры с прозрачным окном хирургически имплантированные под кожу на разАренда мест (со спины или уха кожи, молочной жировой ткани, печени и т.д.) на животных (например, мышей, крыс, кроликов). Хотя такой подход позволяет четко высокое разрешение изображения в естественных условиях, он требует инвазивного операцию по вживлению камеры и, возможно, не в состоянии вместить продольного исследования изображений в течение нескольких недель или месяцев, 22.
Недавно было показано, что сочетание высокого разрешения конфокальной микроскопии с минимально инвазивная процедура, а именно трансплантации в переднюю камеру глаза (ACE) обеспечивает «естественный окном тела», как мощный и универсальный в естественных изображений платформе 26, 27. Трансплантация в ACE была использована в последние несколько десятилетий для изучения биологических аспектов из различных тканей 28, 29, 30, и его последние комбинации с высоким разрешением включено изучение физиологии панкреатических островков с одной ячейке разрешение не- Инвазивно и продольно <SUP> 26, 27. Такой подход был использован для изучения аутоиммунных реакций при развитии сахарного диабета 1 типа на животных моделях (неопубликованные данные). Она также используется для изучения развития поджелудочной железы, а также в исследованиях функции почек путем пересадки поджелудочной железы в ACE почки или отдельных почечных клубочков, соответственно (неопубликованные данные). В недавнем докладе использовании этого подхода продемонстрировал дальнейшее его применение для изучения иммунного ответа после трансплантации островков поджелудочной железы 31. Важно отметить, что данное исследование показало, что трансплантация в переднюю камеру глаза обеспечивает естественный окно орган для выполнения: (1) продольный, неинвазивная визуализация пересаженных тканей в естественных условиях; (2) в естественных условиях cytolabeling оценить клеточный фенотип и жизнеспособность в месте; (3) реального времени отслеживать проникновение иммунных клеток в ткани-мишени, и (4) местное вмешательство местного применения или внутриглазных инъекций.
Здесь мы Demonstrate, как выполнять трансплантации в переднюю камеру глаза с помощью панкреатических островков.
Protocol
Representative Results
Discussion
Мышиные панкреатических островков были выделены с использованием коллагеназы пищеварения с последующей очисткой на градиентов плотности, как описано выше 33. Изолированные островки культивировали в течение ночи перед трансплантацией. Хотя это может быть не обязательно, но реко…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы признаем доктора. Камилло Ricordi, Антонелло Pileggi, Р. Дамарис Molano, Стефан Speier и Даниэль Nyqvist за плодотворные обсуждения. Мы также благодарим Eleut Эрнандес и Диего Эспиноза-Heidmann для оказания технической помощи, и Майк Вальдес и Маргарет Formoso за помощь в записи видео. Байрон Мальдонадо записали, отредактированы, и произвел окончательный видео. Исследования поддержка была оказана диабета научно-исследовательского института Foundation ( www.DiabetesResearch.org ), NIH / NIDDK / NIAID (F32DK083226 в МВД, NIH RO3DK075487 к сети переменного тока; U01DK089538 в PO.B.). Дополнительная поддержка исследований PO.B была предоставлена за счет средств Каролинского института, Шведского исследовательского совета, Шведский фонд диабета, семья Эрлинг Перссон-фонда, семьи Кнута и Алисы Валленберг фонда, Skandia Страховая компания ООО, яркие ( FP7-228933-2), Стратегическая программа исследований в области диабета Каролинского Институтаitutet, Novo Nordisk фонда и Фонда причала фон Kantzow автора.
Materials
| Name of reagent | Company | Catalogue number | Description/Comments |
| IsoTHESIA (Isoflurane) | Buttler Animal Health Supply | 11695-6775-2 | 99.9% Isoflurane/ml |
| Ketaset (Ketamine HCL) | Fort dodge Animal Health | 0856-2013-01 | Alternative injectable anesthesia |
| Beprenex (Buprenorphine HCL) | Reckitt Benckiser Health Care (UK) Ltd. | 12496-075-7-1 | 0.3 mg/ml |
| Erythromycin Ophthalmic Ointment USP, 0.5% | Akron | 17478-070-35 | Applied prophylactically to transplanted eye |
| 0.9% Sodium Chloride (Saline) | Hospira Inc. | 0409-7983-03 | For iv injection. Sterile |
| PBS | Gibco | 10010-023 | 1X. Sterile |
| CMRL medium 1066 | Cellgro | 98-304-CV | Supplemented, CIT modification. Preferred media for islets |
Riferimenti
- Weigert, R., Sramkova, M., Parente, L., Amornphimoltham, P., Masedunskas, A. Intravital microscopy: a novel tool to study cell biology in living animals. Histochem. Cell Biol. 133 (5), 481-491 (2010).
- Leibiger, I. B., Caicedo, A., Berggren, P. O. Non-invasive in vivo imaging of pancreatic ?-cell function and survival – a perspective. Acta Physiol. (Oxf). , (2011).
- Wang, Y., Maslov, K., Kim, C., Hu, S., Wang, L. Integrated photoacoustic and fluorescence confocal microscopy. IEEE Trans Biomed. Eng. 57 (10), 2576-2578 (2010).
- Ntziachristos, V. Going deeper than microscopy: the optical imaging frontier in biology. Nat. Methods. 7, 603-614 (2010).
- Aswathy, R. G., Yoshida, Y., Maekawa, T., Kumar, D. S. Near-infrared quantum dots for deep tissue imaging. Anal. Bioanal Chem. 397 (4), 1417-1435 (2010).
- Ghoroghchian, P. P., Therien, M. J., Hammer, D. A. In vivo fluorescence imaging: a personal perspective. Wiley Interdiscip Rev. Nanomed Nanobiotechnol. 1 (2), 156-167 (2009).
- Prescher, A., Mory, C., Martin, M., Fiedler, M., Uhlmann, D. Effect of FTY720 treatment on postischemic pancreatic microhemodynamics. Transplant Proc. 42 (10), 3984-3985 (2010).
- Leblond, F., Davis, S., Valdés, P., Pogue, B. Pre-clinical whole-body fluorescence imaging: Review of instruments, methods and applications. J. Photochem. Photobiol. B. 98 (1), 77-94 (2010).
- Toso, C., Vallee, J. P., Morel, P., Ris, F., Demuylder-Mischler, S., Lepetit-Coiffe, M., et al. Clinical magnetic resonance imaging of pancreatic islet grafts after iron nanoparticle labeling. Am. J. Transplant. 8 (3), 701-706 (2008).
- Denk, W., Strickler, J. H., Webb, W. W. Two-photon laser scanning fluorescence microscopy. Science. 248 (4951), 73-76 (1990).
- Wang, B. G., Konig, K., Halbhuber, K. J. Two-photon microscopy of deep intravital tissues and its merits in clinical research. J. Microsc. 238 (1), 1-20 (2010).
- Denk, W., Delaney, K. R., Gelperin, A., Kleinfeld, D., Strowbridge, B. W., Tank, D. W., et al. Anatomical and functional imaging of neurons using 2-photon laser scanning microscopy. J. Neurosci. Methods. 54 (2), 151-162 (1994).
- Cahalan, M. D., Parker, I. Choreography of cell motility and interaction dynamics imaged by two-photon microscopy in lymphoid organs. Annu. Rev. Immunol. 26, 585-626 (2008).
- Khorshidi, M. A., Vanherberghen, B., Kowalewski, J. M., Garrod, K. R., Lindstrom, S., Andersson-Svahn, H., et al. Analysis of transient migration behavior of natural killer cells imaged in situ and in vitro. Integr. Biol. (Camb). 3 (7), 770-778 (2011).
- Matheu, M. P., Cahalan, M. D., Parker, I. Immunoimaging: studying immune system dynamics using two-photon microscopy. Cold Spring Harb. Protoc. 2011, pdb.top99 (2011).
- Celli, S., Albert, M. L., Bousso, P. Visualizing the innate and adaptive immune responses underlying allograft rejection by two-photon microscopy. Nat. Med. , (2011).
- Fan, Z., Spencer, J., Lu, Y., Pitsillides, C., Singh, G., Kim, P., et al. In vivo tracking of ‘color-coded’ effector, natural and induced regulatory T cells in the allograft response. Nat. Med. 16 (6), 718-722 (2010).
- Sabek, O., Gaber, M. W., Wilson, C. M., Zawaski, J. A., Fraga, D. W., Gaber, O. Imaging of human islet vascularization using a dorsal window model. Transplant Proc. 42 (6), 2112-2114 (2010).
- Coppieters, K., Martinic, M. M., Kiosses, W. B., Amirian, N., von Herrath, M. A novel technique for the in vivo imaging of autoimmune diabetes development in the pancreas by two-photon microscopy. PLoS One. 5 (12), e15732 (2010).
- Martinic, M. M., von Herrath, M. G. Real-time imaging of the pancreas during development of diabetes. Immunol Rev. 221, 200-213 (2008).
- Mostany, R., Portera-Cailliau, C. A Method for 2-Photon Imaging of Blood Flow in the Neocortex through a Cranial Window. J. Vis. Exp. (12), e678 (2008).
- Palmer, G. M., Fontanella, A. N., Shan, S., Hanna, G., Zhang, G., Fraser, C. L., et al. In vivo optical molecular imaging and analysis in mice using dorsal window chamber models applied to hypoxia, vasculature and fluorescent. 6 (9), 1355-1366 (2011).
- Jain, R. K., Munn, L. L., Fukumura, D. Dissecting tumour pathophysiology using intravital microscopy. Nat. Rev. Cancer. 2 (4), 266-276 (2002).
- Taylor, M. The response of capillary endothelium to changes in intravascular pressure, as seen in the rabbit’s ear chamber. Aust. J. Exp. Biol. Med. Sci. 31 (5), 533-543 (1953).
- Shan, S., Sorg, B., Dewhirst, M. W. A novel rodent mammary window of orthotopic breast cancer for intravital microscopy. Microvasc. Res. 65 (2), 109-117 (2003).
- Speier, S., Nyqvist, D., Cabrera, O., Yu, J., Molano, R. D., Pileggi, A., et al. Noninvasive in vivo imaging of pancreatic islet cell biology. Nat. Med. 14 (5), 574-578 (2008).
- Speier, S., Nyqvist, D., Kohler, M., Caicedo, A., Leibiger, I. B., Berggren, P. O. Noninvasive high-resolution in vivo imaging of cell biology in the anterior chamber of the mouse eye. Nat. Protoc. 3 (8), 1278-1286 (2008).
- Falck, B. Site of production of oestrogen in the ovary of the rat. Nature. 184, 1082 (1959).
- Bickford-Wimer, P., Granholm, A. C., Bygdeman, M., Hoffer, B., Olson, L., Seiger, A., et al. Human fetal cerebellar and cortical tissue transplanted to the anterior eye chamber of athymic rats: electrophysiological and structural studies. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 84 (16), 5957-5961 (1987).
- Adeghate, E., Donath, T. Morphological findings in long-term pancreatic tissue transplants in the anterior eye chamber of rats. Pancreas. 5 (3), 298-305 (1990).
- Abdulreda, M. H., Faleo, G., Molano, R. D., Lopez-Cabezas, M., Molina, J., Tan, Y., et al. High-resolution, noninvasive longitudinal live imaging of immune responses. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. , (2011).
- Unutmaz, D., Xiang, W., Sunshine, M. J., Campbell, J., Butcher, E., Littman, D. R. The primate lentiviral receptor Bonzo/STRL33 is coordinately regulated with CCR5 and its expression pattern is conserved between human and mouse. J. Immunol. 165 (6), 3284-3292 (2000).
- Pileggi, A., Molano, R. D., Berney, T., Cattan, P., Vizzardelli, C., Oliver, R., et al. Heme oxygenase-1 induction in islet cells results in protection from apoptosis and improved in vivo function after transplantation. Diabetes. 50 (9), 1983-1991 (2001).
