JoVE Journal > Medicine
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Risultati
Discussion
Divulgazioni
Acknowledgements
Materials
Riferimenti
Traduzione automatica
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Medicina

Hipoksik İnsan Plasentalarından Küçük Hücre Dışı Veziküller Tarafından Fare Kan-Beyin Bariyerinin Bozulması

Published: January 26, 2024
doi:
10.3791/65867
, , , , , , , , ,
1Vascular Physiology Laboratory, Department of Basic Sciences,Universidad del Bío-Bío, Chillan, 2Nursery School, Health Faculty,Universidad Santo Tomás, Los Angeles, 3Obstetrics and Gynecology Department,Herminda Martin Clinical Hospital, Chillan, 4Faculty of Medicine,Universidad Católica de la Santísima Concepción, Concepcion, 5Laboratory of Animal Biotechnology, Department of Animal Science, Faculty of Veterinary Sciences,Universidad de Concepción, Chillan, 6Group of Research and Innovation in Vascular Health (GRIVAS Health), Chillan

Summary

Hipoksik koşullar altında kültürlenen plasental eksplantlardan izole edilen küçük EV’lerin (sEV’ler) (preeklampsinin bir yönünü modelleme) hamile olmayan yetişkin dişi farelerde kan-beyin bariyerini bozup bozmadığını değerlendirmek için bir protokol sunulmaktadır.

Abstract

Serebral ödem, iskemik ve hemorajik inme gibi serebrovasküler komplikasyonlar, preeklampsi ile ilişkili maternal mortalitenin önde gelen nedenini oluşturur. Bu serebrovasküler komplikasyonların altında yatan mekanizmalar belirsizliğini korumaktadır. Bununla birlikte, plasental disfonksiyon ve kan-beyin bariyeri (BBB) bozulması ile bağlantılıdırlar. Bununla birlikte, bu iki uzak organ arasındaki bağlantı hala belirlenmektedir. Artan kanıtlar, plasentanın hücre dışı veziküller de dahil olmak üzere sinyal moleküllerini maternal dolaşıma saldığını göstermektedir. Hücre dışı veziküller, hem fizyolojik hem de patolojik koşullarda kritik sinyal parçacıkları olarak kabul edilen küçük hücre dışı veziküller (çapı 200 nm’den küçük sEV’ler) ile boyutlarına göre kategorize edilir. Preeklampside, maternal dolaşımda, sinyal fonksiyonu iyi anlaşılmamış olan dolaşımdaki sEV’lerin sayısında artış vardır. Preeklampside veya hipoksiye maruz kalan normal gebelik plasentalarından salınan plasental sEV’ler beyin endotel disfonksiyonuna ve BBB’nin bozulmasına neden olur. Bu protokolde, hipoksik koşullar altında kültürlenen plasental eksplantlardan izole edilen sEV’lerin (preeklampsinin bir yönünü modelleme) BBB’yi in vivo bozup bozmadığını değerlendiriyoruz.

Introduction

Preeklampsiye bağlı maternal ölümlerin yaklaşık% 70’i, bozulmuş plasentasyon süreçleri, maternal sistemik endotel disfonksiyonu ve ciddi vakalarda çoklu organ yetmezliği 1,2 ile karakterize hipertansif bir gebelik sendromu, akut serebrovasküler komplikasyonlarla ilişkilidir 3,4. Anne ölümlerinin çoğu düşük ve orta gelirli ülkelerde meydana gelmektedir5. Bununla birlikte, preeklampsi ile ilişkili serebrovasküler komplikasyonların klinik ve epidemiyolojik önemine rağmen altta yatan mekanizmalar hala belirsizdir.

Öte yandan, hücre dışı veziküller (EV’ler) (çap ~ 30-400 nm), maternal-plasental etkileşim de dahil olmak üzere dokular ve organlar arasındaki hücreler arası iletişimin temel aracılarıdır6. Dış yüzeydeki proteinlere ve lipitlere ek olarak, EV’ler içinde kargo taşır (proteinler, RNA ve lipitler). EV’ler (1) eksozomlar (çap ~50-150 nm, küçük EV’ler (sEV’ler) olarak da adlandırılır), (2) orta/büyük EV’ler ve (3) boyut, biyogenez, içerik ve potansiyel sinyal fonksiyonuna göre farklılık gösteren apoptotik cisimler olarak kategorize edilebilir. EV’lerin bileşimi, kaynaklandıkları hücreler ve hastalık tipi7 tarafından belirlenir. Sinsityotrofoblasttan türetilen EV’ler, gebelikte plasenta kaynaklı dolaşımdaki küçük EV’leri (PDsEV’ler) tespit eden plasental alkalen fosfataz (PLAP)8,9 eksprese eder. Ayrıca, PLAP, PDsEVs kargosundaki değişiklikleri ve bunların preeklampsi ile normotansif gebeliklerdeki etkilerini ayırt etmeye yardımcı olur 10,11,12,13,14,15.

Plasenta, preeklampsi16 patofizyolojisinde veya bu hastalıkla ilişkili serebral komplikasyonlarda gerekli bileşen olarak kabul edilmiştir 17,18,19. Bununla birlikte, bu uzak organın beyin dolaşımında değişikliklere nasıl neden olabileceği bilinmemektedir. sEV’ler, biyoaktif bileşenleri donörden alıcı hücrelere aktarma kapasiteleri nedeniyle hücreden hücreye iletişimde çok önemli roller oynadığından 6,20,21, giderek artan sayıda çalışma, plasental sEV’leri beyin endotel hücreleri21,22,23,24 dahil olmak üzere maternal endotel disfonksiyonunun oluşumu ile ilişkilendirmiştir25,26preeklampsili kadınlarda. Bu nedenle, beyin endotel fonksiyonunun tehlikeye girmesi, preeklampsi ile ilişkili serebrovasküler komplikasyonlarda kritik bir bileşen olan kan-beyin bariyerinin (BBB) bozulmasına yol açabilir 3,27.

Bununla birlikte, preeklampsi28 olan kadınların serumuna maruz kalan sıçan serebral damarları veya preeklampsi29 olan kadınların plazmasına maruz kalan insan beyni endotel hücreleri kullanılarak yapılan klinik öncesi bulgular, dolaşımdaki faktör(ler)in BBB’nin bozulmasına neden olduğunu bildirmiştir. Yüksek seviyelerde proinflamatuar sitokinler (yani tümör nekroz faktörü)18,28 veya vasküler düzenleyiciler (yani vasküler endotelyal büyüme faktörü (VEGF))29,30,31 veya oksidize lipoproteinler (okso-LDL)32,33 gibi oksidatif moleküller gibi preeklampsi sırasında maternal dolaşımda bulunan BBB’ye zarar verme potansiyeline sahip birkaç adaya rağmen, diğerleri arasında34, hiçbiri plasenta ve BBB arasında doğrudan bir bağlantı kurmaz. Son zamanlarda, hipoksik plasentalardan izole edilen sEV’ler, gebe olmayan dişi farelerde BBB’yi bozma kapasitesini göstermiştir25. Plasental sEV’ler, BBB’yi bozma kapasitesi ile listelenen dolaşım faktörlerinin çoğunu taşıyabileceğinden, sEV’ler yaralı plasentayı bağlamak, zararlı dolaşım faktörlerinin taşıyıcısı olmak ve preeklampside BBB’yi bozmak için uygun adaylar olarak kabul edilir.

Bu protokol, hipoksik koşullar altında kültürlenen plasental eksplantlardan izole edilen sEV’lerin, preeklampsi sırasında serebral komplikasyonların patofizyolojisini anlamak için bir vekil olarak gebe olmayan dişi farelerde BBB’yi bozup bozamayacağını araştırmamızı sağlar.

Protocol

Araştırma, Helsinki Bildirgesi’nde ifade edilen ilkelere uygun olarak ve ilgili Etik İnceleme Kurullarının yetkisi altında gerçekleştirilmiştir. Tüm insan katılımcılar, daha önce bildirildiği gibi, numune alınmadan önce bilgilendirilmiş onamlarını verdiler25. Ek olarak, Bío-Bío Üniversitesi Biyoetik ve Biyogüvenlik Komitesi bu projeyi onayladı (Fondecyt hibe 1200250). Hayvan çalışması, deneylerde hayvanların kullanımında üç R’nin temel ilkelerine uygun olarak<sup …

Representative Results

Bu protokol, hipokside kültürlenen plasentalardan türetilen sEV’lerin gebe olmayan farelerde BBB’yi bozma kapasitesini değerlendirir. Bu yöntem, normal ve patolojik koşullarda plasenta ve beyin arasındaki potansiyel bağlantının daha iyi anlaşılmasını sağlar. Özellikle, bu yöntem preeklampside serebral komplikasyonların başlangıcında plasental sEV’lerin katılımını analiz etmek için bir vekil oluşturabilir. sEVs-Nor enjekte edilen farelerin aksine, sEVs-Hyp enjekte edi…

Discussion

Bu çalışma, hipoksik koşullarda kültürlenen plasental eksplantlardan izole edilen sEV’lerin kemirgen kan-beyin bariyerinin bozulması üzerine ortaya çıkan potansiyel zararlara ilişkin yeni bilgiler ortaya koymaktadır. Patolojik mekanizma, arka beyin bölgesinde CLND-5’te bir azalmayı içerir25.

Önceki araştırmalar, preeklampsili bireylerden alınan plazma-sEV’lerin in vitro modeller kullanılarak çeşitli organlarda endotel disfonksiyonuna neden…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar, değerli katkıları için GRIVAS Health’e ait araştırmacılara teşekkür eder. Ayrıca, Kadın Hastalıkları ve Doğum Servisi’nden ebeler ve klinik personel, Şili’deki Hospital de Chillan’a aittir. Fondecyt Regular 1200250 tarafından kuruldu.

Materials

Adult mice brain slecer matrice 3D printed Open access file Adult mice Adult mice brain slicer. Printed in PLA filament.
Anti β-Actin primary antibody Sigma-Aldrich Clon AC-74 Antibody for loading control (Western blot)
Anti-Claudin5 primary antibody Santa cruz Biotechnology sc-374221 Primary antibody for tight junction protein CLDN5 of mice BBB (Western blot)
BCA protein kit Thermo Scientific 23225 Kit for measuring protein concentration
Culture media #200 500 mL Thermo Fisher Scientific m200500 Culture media for placental explants
D180 CO2 incubator RWD Life science D180 Standard incubator to estabilize explants and culture sEVs-Nor
Evans blue dye  > 75% 10 g Sigma-Aldrich E2129.10G Dye to analize blood brain barrier disruption IN VIVO
Fetal bovine serum 500 mL Thermo Fisher Scientific 16000044 Additive growth factor for culture media 200
Himac Ultracentrifuge CP100NX Himac eppendorf group 5720410101 Ultracentrifuge for condicioned media > 1,20,000 x g
ImageJ software NIH https://imagej.nih.gov/ij/download.html
Isoflurane x 100 mL USP Baxter 212-094 Volatile inhalated anaesthesia agent for mice
Kit CellTiter 96 Non-radioactive  Promega 0000105232 In vitro assay for placental explants viability
Mouse IgG Secondary antibody Thermo Fisher Scientific MO 63103 Secondary antibody for CLDN5 (western blot)
NanoSight NS300 Malvern Panalytical 90278090 Nanotracking analysis of particles from placental explants condicioned media
Paraformaldehide E 97% solution 500 mL Thermo Fisher Scientific A11313.22 Fixative solution for brain tissue slices and intracardial perfusion (once diluted)
PBS 1 X pH 7.4 500 mL Thermo Fisher Scientific 10010023 Wash solution for placenta explants
Peniciline-streptomicine 100x 20 mL Thermo Fisher Scientific 10378016 Antiobiotics for placental explants culture media
ProOX C21 Cytocentric O2 and CO2 Subchamber Controller BioSpherix SCR_021131 CO2 regulator to induce Hypoxia in sealed chamber for sEVs-Hyp
Sodium Thiopental 1 g Chemie 7061 humanitarian euthanasia agent
Somnosuite low flow anesthesia system Kent Scientifics SS-01 Isoflurane vaporizer for small rodents
Surgical Warming platform Kent Scientifics A41166 Warming platform for mainteinance anesthesia in mice
Syringe Filters, Polytetrafluoroethylene (PTFE), Hydrophobic, 0.22 µm, Sterile, 25 mm Southern labware 10026 Filtration of condicioned media harvested from placental explants 
Tabletop High-Speed Micro Centrifuges HITACHI himac CT15E/CT15RE Hitachi medical systems 6020 Serial centrifugations of condicioned media < 1,20, 000 x g
Trinocular stereomicroscope transmided and reflective light 10x-160x  Center Medical 2597 Stereomicroscope to register brain slices
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Riferimenti

  1. Lisonkova, S., Joseph, K. S. Incidence of preeclampsia: risk factors and outcomes associated with early- versus late-onset disease. Am J Obstet Gynecol. 209 (544), 544.e1-544.e12 (2013).
  2. Sibai, B., Dekker, G., Kupferminc, M. Preeclampsia. Lancet. 365 (9461), 785-799 (2005).
  3. Hammer, E. S., Cipolla, M. J. Cerebrovascular dysfunction in preeclamptic pregnancies. Curr Hypertens Rep. 17 (8), 64 (2015).
  4. Okanloma, K. A., Moodley, J. Neurological complications associated with the preeclampsia/eclampsia syndrome. Int J Gynaecol Obstet. 71, 223-225 (2000).
  5. Frias, A. E., Belfort, M. A. Post magpie: how should we be managing severe preeclampsia. Curr Opin Gynecol Obstet. 15 (6), 489-495 (2003).
  6. Familari, M., Cronqvist, T., Masoumi, Z., Hansson, S. R. Placenta-derived extracellular vesicles: Their cargo and possible functions. Reprod Fertil Dev. 29 (3), 433-447 (2017).
  7. Montoro-Garcia, S., Shantsila, E., Marin, F., Blann, A., Lip, G. Y. Circulating microparticles: new insights into the biochemical basis of microparticle release and activity. Basic Res Cardiol. 106, 911-923 (2011).
  8. Germain, S. J., Sacks, G. P., Sooranna, S. R., Sargent, I. L., Redman, C. W. Systemic inflammatory priming in normal pregnancy and preeclampsia: the role of circulating syncytiotrophoblast microparticles. J Immunol. 178 (9), 5949-5956 (2007).
  9. Tannetta, D., Masliukaite, I., Vatish, M., Redman, C., Sargent, I. Update of syncytiotrophoblast derived extracellular vesicles in normal pregnancy and preeclampsia. J Reprod Immunol. 119, 98-106 (2017).
  10. Collett, G. P., Redman, C. W., Sargent, I. L., Vatish, M. Endoplasmic reticulum stress stimulates the release of extracellular vesicles carrying danger-associated molecular pattern (DAMP) molecules. Oncotarget. 9 (6), 6707-6717 (2018).
  11. Cooke, W. R., et al. Maternal circulating syncytiotrophoblast-derived extracellular vesicles contain biologically active 5′-tRNA halves. Biochem Biophys Res Commun. 518 (1), 107-113 (2019).
  12. Gill, M., et al. Placental syncytiotrophoblast-derived extracellular vesicles carry active nep (neprilysin) and are increased in preeclampsia. Hypertension. 73 (5), 1112-1119 (2019).
  13. Kandzija, N., et al. Placental extracellular vesicles express active dipeptidyl peptidase IV; levels are increased in gestational diabetes mellitus. J Extracell Vesicles. 8 (1), 1617000 (2019).
  14. Motta-Mejia, C., et al. Placental vesicles carry active endothelial nitric oxide synthase and their activity is reduced in preeclampsia. Hypertension. 70 (2), 372-381 (2017).
  15. Sammar, M., et al. Reduced placental protein 13 (PP13) in placental derived syncytiotrophoblast extracellular vesicles in preeclampsia – A novel tool to study the impaired cargo transmission of the placenta to the maternal organs. Placenta. 66, 17-25 (2018).
  16. Burton, G. J., Woods, A. W., Jauniaux, E., Kingdom, J. C. Rheological and physiological consequences of conversion of the maternal spiral arteries for uteroplacental blood flow during human pregnancy. Placenta. 30 (6), 473-482 (2009).
  17. Warrington, J. P., et al. Placental ischemia in pregnant rats impairs cerebral blood flow autoregulation and increases blood-brain barrier permeability. Physiological Reports. 2 (8), e12134-e12134 (2014).
  18. Warrington, J. P., Drummond, H. A., Granger, J. P., Ryan, M. J. Placental Ischemia-induced increases in brain water content and cerebrovascular permeability: Role of TNFα. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 309 (11), R1425-R1431 (2015).
  19. Johnson, A. C., et al. Magnesium sulfate treatment reverses seizure susceptibility and decreases neuroinflammation in a rat model of severe preeclampsia. PLoS ONE. 9 (11), e113670 (2014).
  20. Escudero, C. A., et al. Role of extracellular vesicles and microRNAs on dysfunctional angiogenesis during preeclamptic pregnancies. Front Physiol. 7, 1-17 (2016).
  21. Salomon, C., et al. Placental exosomes as early biomarker of preeclampsia: Potential role of exosomalmicrornas across gestation. J Clin Endocrinol Metab. 102 (9), 3182-3194 (2017).
  22. Knight, M., Redman, C. W., Linton, E. A., Sargent, I. L. Shedding of syncytiotrophoblast microvilli into the maternal circulation in pre-eclamptic pregnancies. Br J Obstet Gynaecol. 105 (6), 632-640 (1998).
  23. Gilani, S. I., Weissgerber, T. L., Garovic, V. D., Jayachandran, M. Preeclampsia and extracellular vesicles. Curr Hypertens Rep. 18 (9), 68 (2016).
  24. Dutta, S., et al. Hypoxia-induced small extracellular vesicle proteins regulate proinflammatory cytokines and systemic blood pressure in pregnant rats. Clin Sci (Lond). 134 (6), 593-607 (2020).
  25. Leon, J., et al. Disruption of the blood-brain barrier by extracellular vesicles from preeclampsia plasma and hypoxic placentae: attenuation by magnesium sulfate. Hypertension. 78 (5), 1423-1433 (2021).
  26. Han, C., et al. Placenta-derived extracellular vesicles induce preeclampsia in mouse models. Haematologica. 105 (6), 1686-1694 (2020).
  27. Amburgey, O. A., Chapman, A. C., May, V., Bernstein, I. M., Cipolla, M. J. Plasma from preeclamptic women increases blood-brain barrier permeability: role of vascular endothelial growth factor signaling. Hypertension. 56 (5), 1003-1008 (2010).
  28. Cipolla, M. J., et al. Pregnant serum induces neuroinflammation and seizure activity via TNFalpha. Exp Neurol. 234 (2), 398-404 (2012).
  29. Bergman, L., et al. Preeclampsia and increased permeability over the blood brain barrier – a role of vascular endothelial growth receptor 2. Am J Hypertens. 34 (1), 73-81 (2021).
  30. Torres-Vergara, P., et al. Dysregulation of vascular endothelial growth factor receptor 2 phosphorylation is associated with disruption of the blood-brain barrier and brain endothelial cell apoptosis induced by plasma from women with preeclampsia. Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis. 1868 (9), 166451 (2022).
  31. Schreurs, M. P., Houston, E. M., May, V., Cipolla, M. J. The adaptation of the blood-brain barrier to vascular endothelial growth factor and placental growth factor during pregnancy. FASEB J. 26 (1), 355-362 (2012).
  32. Schreurs, M. P., Cipolla, M. J. Cerebrovascular dysfunction and blood-brain barrier permeability induced by oxidized LDL are prevented by apocynin and magnesium sulfate in female rats. J Cardiovasc Pharmacol. 63 (1), 33-39 (2014).
  33. Schreurs, M. P. H., et al. Increased oxidized low-density lipoprotein causes blood-brain barrier disruption in early-onset preeclampsia through LOX-1. FASEB J. 27 (3), 1254-1263 (2013).
  34. Escudero, C., et al. Brain vascular dysfunction in mothers and their children exposed to preeclampsia. Hypertension. 80 (2), 242-256 (2023).
  35. Russell, W. M. S., Burch, R. L. The principles of humane experimental technique. Universities Federation of Animal Welfare. , (1959).
  36. Miller, R. K., et al. Human placental explants in culture: approaches and assessments. Placenta. 26 (6), 439-448 (2005).
  37. Troncoso, F. A. J., Herlitz, K., Ruiz, F., Bertoglia, P., Escudero, C. Elevated pro-angiogenic phenotype in feto-placental tissue from gestational diabetes mellitus. Placenta. 36 (4), 2 (2015).
  38. Zhang, H. C., et al. Microvesicles derived from human umbilical cord mesenchymal stem cells stimulated by hypoxia promote angiogenesis both in vitro and in vivo. Stem Cells Dev. 21 (18), 3289-3297 (2012).
  39. Thery, C., Amigorena, S., Raposo, G., Clayton, A. Isolation and characterization of exosomes from cell culture supernatants and biological fluids. Curr Protoc Cell Biol. Chapter 3 (Unit 3), 22 (2006).
  40. Carroll, R. W., et al. A rapid murine coma and behavior scale for quantitative assessment of murine cerebral malaria. PLoS One. 5 (10), e13124 (2010).
  41. Wu, J., et al. Transcardiac perfusion of the mouse for brain tissue dissection and fixation. Bio Protoc. 11 (5), e3988 (2021).
  42. Walchli, T., et al. Quantitative assessment of angiogenesis, perfused blood vessels and endothelial tip cells in the postnatal mouse brain. Nat Protoc. 10 (1), 53-74 (2015).
  43. Wang, H. L., Lai, T. W. Optimization of Evans blue quantitation in limited rat tissue samples. Sci Rep. 4, 6588 (2014).
  44. Morita, K., Sasaki, H., Furuse, M., Tsukita, S. Endothelial claudin: claudin-5/TMVCF constitutes tight junction strands in endothelial cells. J Cell Biol. 147 (1), 185-194 (1999).
  45. Lara, E., et al. Abnormal cerebral microvascular perfusion and reactivity in female offspring of reduced uterine perfusion pressure (RUPP) mice model. J Cereb Blood Flow Metab. 42 (12), 2318-2332 (2022).
  46. Chang, X., et al. Exosomes from women with preeclampsia induced vascular dysfunction by delivering sflt (soluble fms-like tyrosine kinase)-1 and seng (soluble endoglin) to endothelial cells. Hypertension. 72, 1381-1390 (2018).
  47. Smarason, A. K., Sargent, I. L., Starkey, P. M., Redman, C. W. The effect of placental syncytiotrophoblast microvillous membranes from normal and pre-eclamptic women on the growth of endothelial cells in vitro. BJOG. 100 (10), 943-949 (1993).

Tags

Keywords: Extracellular VesiclesBlood-brain BarrierPlacentaPreeclampsiaHypoxiaCerebrovascular ComplicationsMaternal MortalityBrain Endothelial Dysfunction
check_url/it/65867?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citazione di questo articolo
Sandoval, H., León, J., Troncoso, F., de la Hoz, V., Cisterna, A., Contreras, M., Castro, F. O., Ibañez, B., Acurio, J., Escudero, C. Disruption of the Mouse Blood-Brain Barrier by Small Extracellular Vesicles from Hypoxic Human Placentas. J. Vis. Exp. (203), e65867, doi:10.3791/65867 (2024).
Scarica citazione
Ristampe e autorizzazioni

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image