Mouse Model van Allo-immuun geïnduceerde Vascular Afwijzing en Transplant Aderverkalking
Summary
We describe a protocol for aortic interposition grafting in mice. The goal of the protocol is to provide a model with which to study pathological processes and therapeutic strategies relevant to alloimmune reactions in arteries and the resultant arterial changes that contribute to organ transplant failure.
Abstract
Vascular rejection that leads to transplant arteriosclerosis (TA) is the leading representation of chronic heart transplant failure. In TA, the immune system of the recipient causes damage of the arterial wall and dysfunction of endothelial cells and smooth muscle cells. This triggers a pathological repair response that is characterized by intimal thickening and luminal occlusion. Understanding the mechanisms by which the immune system causes vasculature rejection and TA may inform the development of novel ways to manage graft failure. Here, we describe a mouse aortic interposition model that can be used to study the pathogenic mechanisms of vascular rejection and TA. The model involves grafting of an aortic segment from a donor animal into an allogeneic recipient. Rejection of the artery segment involves alloimmune reactions and results in arterial changes that resemble vascular rejection. The basic technical approach we describe can be used with different mouse strains and targeted interventions to answer specific questions related to vascular rejection and TA.
Introduction
In de afgelopen 30 jaar, hebben de vooruitgang in de immunosuppressieve geneesmiddelen afstoting verminderd als gevolg van acute afstoting, maar chronische afstoting blijft een grote uitdaging. De belangrijkste manifestatie van chronische harttransplantaatafstoting is transplantatie arteriosclerose (TA) 1,2. Deze aandoening wordt gekenmerkt door intimale hyperplasie en vasomotorische disfunctie van allograft slagaders en ontwikkelt als gevolg van immunologische targeting van endotheliale en gladde spiercellen van de ontvanger immuunsysteem. De specifieke gerichtheid van de graft vasculatuur gevolg van opname van vreemd peptide-major histocompatibility complex (MHC) wordt benadrukt door de ontwikkeling van TA uitsluitend graft slagaders en spaart ontvangende vaartuigen 3. In overeenstemming hiermee is de waarneming dat TA niet experimenteel optreden wanneer de ontvanger genetisch identiek aan de donor of wanneer de ontvanger mist T- en B-cellen 4. Immuungemedieerde vasculaire letsel en dysfunction veroorzaakt de ontwikkeling van intimale verdikking en fibrose, alsook de afwijkende accumulatie van lipiden en ECM eiwitten in TA 5. Intimaverdikking neigt concentrische het gehele arteriële boom 6/4 is. Transplantaatverlies en overlijden doorgaans het gevolg zijn van progressieve ischemie gevolg van luminale occlusie van arteriën 4 allograft.
In 1991, Mennander et al. 7 pionierde een aorta tussenkomst model in ratten tot model TA. Verschillende groepen zijn vervolgens aangepast deze procedure voor gebruik bij muizen. In dit model, allograft aorta segmenten ontwikkelen letsels die hebben eigenschappen vergelijkbaar TA waargenomen in klinische transplantaties. Dit omvat intimale verdikking gekenmerkt door de accumulatie van gladde spier-achtige cellen en leukocyten ontvanger 7. De laatste 2 decennia is dit model gebruikt om belangrijke inzicht in de mechanismen van vasculaire verwonding, afwijzing en TA genereren. Het kan onsed te vragen met betrekking tot het immuunsysteem en vasculaire reacties tijdens arteriële pathologie te onderzoeken. De keuze van het antigeen mismatch van invloed op de mogelijkheid om de juiste te pakken deze vragen.
Transplantaties binnen volledige MHC-barrières maakt een uitgebreide evaluatie van immuunresponsen die bekend is dat ze betrokken zijn bij orgaantransplantatie afstoting. Dit omvat directe CD4 en CD8 T-cel herkenning en doelgerichtheid van de buitenlandse peptide-MHC door graft-afgeleide cellen, indirecte CD4 (en eventueel CD8) T-cel herkenning en doelgerichtheid van graft-afgeleide alloantigenen door ontvangende antigeen presenterende cellen en antilichaam gemedieerde opname van allo-antigenen op vasculaire celoppervlakken 8. Echter de vasculaire respons op verwonding in volledige MHC-mismatch experimenten anders dan die klinisch waargenomen worden. Johnson et al. 9 blijkt dat, bij aorta-interpositie grafts getransplanteerd over een volledige MHC mismatch barrière meestede neointimale cellen zijn van de ontvanger oorsprong en niet die van donor oorsprong. Dit is anders dan waargenomen in menselijke transplantaties waar de meeste intimale gladde spiercellen van donor oorsprong 9,10. Om rekening te houden met deze beperking, hebben alternatieve experimentele modellen die gepaard enten over minor histocompatibility antigen mismatches ontwikkeld dat vasculaire reacties die meer lijken op deze waargenomen in klinische transplantatie 11 triggeren. Hoewel deze alternatieve apparaten kan belangrijke conclusies worden getrokken ten aanzien van de vasculaire reacties die de ontwikkeling van TA, de immunologische processen die vasculaire afstoting bij minor histocompatibility antigen mismatched grafts veroorzaken niet volledig opnieuw overgeven die welke voorkomen in de klinische setting drijven. Zo worden kleine histocompatibiliteitsantigenen slecht herkend door graft reactieve antilichamen 12. Gezien de bovenstaande overwegingen, is het belangrijk om de pathologische questi overwegenop wordt onderzocht bij het kiezen van het type antigeen mismatch gebruikt in een aorta tussenkomst model. Hier beschrijven we een gedetailleerd protocol voor muizen aorta tussenkomst enten. We beschrijven tussenvoeging enten tussen volledige MHC-incompatibele muizen maar hetzelfde protocol wordt gebruikt voor enting tussen ander antigeen mismatched muizenstammen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Wij hebben een protocol beschreven voor aorta tussenplaatsing enting in muizen die bruikbaar zijn voor het bestuderen van immuungemedieerde vasculaire afstoting en TA is. Dit model kan worden gebruikt om de oorzaken van TA, alsook de ontwikkeling van nieuwe therapeutische strategieën onderzocht. Het werd in het verleden een essentiële rol adaptieve immuniteit, cytotoxische T-cel responsen, cytokine gemedieerde CD4 T cel effector responsen en antilichaam-gemedieerde graft schade vaststellen TA 14,17-21. Arte…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door subsidies van de Canadese Institutes of Health Research en Heart and Stroke Foundation van BC & Yukon (JCC).
Materials
| Name | Company | Catalogue | Comments |
| C57BL/6J (H-2b) | Jackson Laboratories, Bar Harbour ME | Strain# 000664 | |
| Balb/cBYJ | Jackson Laboratories, Bar Harbour ME | Strain# 001026 | |
| Ketamine Hydrochloride Injection USP 100 mg/ mL | Ketalean | DIN 00612316 | |
| Xylazine Injection 20 mg/mL | Rompum | DIN 02169592 | |
| Ketoprofen Injection 100 mg/mL | Anafen | DIN 01938126 | |
| Butorphanol Tartrate injection 10 mg/mL | Torbugesic | DIN 008450000 | |
| Buprenorphine Injection 0.3 mg/mL | Reckitt Benckiser | B.N. 5241 | |
| Atipamezole hydrochloride sterile injectable solution | Antisedan | DIN 02237744 | |
| Heparin Sodium Injection, USP, 1000 units/mL | McKesson Distribution | DIN 02264315 | |
| Tears naturale ophthalmic ointment | Alcon | DIN 02082519 | |
| Stereomicroscope | Leica | M80 | |
| 0.9% Sodium Chloride, sterile | Baxter Corporation | ||
| Lactated Ringer’s solution, sterile | Baxter Corporation | ||
| 0.9% Sodium Chloride Injection, sterile, 10 mL | Baxter Corporation | ||
| Alcohol Prep Pads | Loris | ||
| Povidone Iodine | Betadine | ||
| Chlorohexidine Gluconate 4% w/v | Germi-Stat | ||
| Black Polyamide Monofilament | AROSurgical Instruments | T4A10Q07 | |
| Suture, 10-0 suture, 70 microns | Corporation | ||
| Blue monofilament suture 5-0, P3 needle | Ethicon | 8698G | |
| 1 ml Syringe | BD | REF 309659 | |
| 10 ml Syringe | BD | REF 309604 | |
| 1cc TB insulin syringe with 28G 1/2 | BD | REF 309309 | |
| 25G 7/8, hypodermic needle | BD | REF 305124 | |
| 27G 1/2, hypodermic needle | BD | REF 305109 | |
| Colibri Retractor- 1.5cm spread 4cm | Fine Science Tools | 17000-04 | |
| S&T CAF-4 Clip applying forceps, without lock | Fine Science Tools | 00072-14 | |
| Supergrip forceps, S&T | Fine Science Tools | 00632-11 | |
| Medical No.5 forceps | Fine Science Tools | 11253-20 | |
| Lexer Baby Scissors | Fine Science Tools | 14078-10 | |
| Micro Adson forceps serrated | Fine Science Tools | 11018-12 | |
| Vannas-Tubingen microscissors | Fine Science Tools | 15003-08 | |
| Micro clamps, b-1; 3.5mm x 1mm; 7mm length | Fine Science Tools | 00396-01 | |
| Graefe-forceps, 10cm 1×2 teeth | Fine Science Tools | 11054-10 | |
| Castroviejo with lock and tungsten jaws | Fine Science Tools | 12565-14 | |
| Hot glass bead sterilizer | Inotech 250 | IS-250 – Steri-250 | |
| Non-woven gauzes | Progene | ||
| Cotton Tipped Applicators | Puritan | ||
| Beard Trimmer | Wahl | ||
| Heating pad | Sunbeam |
References
- Billingham, M. E. Graft coronary disease: the lesions and the patients. Transplant Proc. 21, 3665-3666 (1989).
- Foegh, M. L. Chronic rejection–graft arteriosclerosis. Transplant Proc. 22, 119-122 (1990).
- Libby, P., Pober, J. S. Chronic rejection. Immunity. 14, 387-397 (2001).
- Tellides, G., Pober, J. S. Interferon-gamma axis in graft arteriosclerosis. Circulation research. 100, 622-632 (2007).
- Johnson, D. E., Gao, S. Z., Schroeder, J. S., DeCampli, W. M., Billingham, M. E. The spectrum of coronary artery pathologic findings in human cardiac allografts. The Journal of heart transplantation. 8, 349-359 (1989).
- Gao, S. Z., Alderman, E. L., Schroeder, J. S., Silverman, J. F., Hunt, S. A. Accelerated coronary vascular disease in the heart transplant patient: coronary arteriographic findings. Journal of the American College of Cardiology. 12, 334-340 (1988).
- Mennander, A., et al. Chronic rejection in rat aortic allografts. An experimental model for transplant arteriosclerosis. Arterioscler Thromb. 11, 671-680 (1991).
- Choy, J. C. Granzymes and perforin in solid organ transplant rejection. Cell Death Differ. 17, 567-576 (2010).
- Johnson, P., Carpenter, M., Hirsch, G., Lee, T. Recipient cells form the intimal proliferative lesion in the rat aortic model of allograft arteriosclerosis. Am J Transplant. 2, 207-214 (2002).
- Minami, E., Laflamme, M. A., Saffitz, J. E., Murry, C. E. Extracardiac progenitor cells repopulate most major cell types in the transplanted human heart. Circulation. 112, 2951-2958 (2005).
- Yu, L., et al. AIP1 prevents graft arteriosclerosis by inhibiting interferon-gamma-dependent smooth muscle cell proliferation and intimal expansion. Circ Res. 109, 418-427 (2011).
- Miller, C., DeWitt, C. W. Cellular and humoral responses to major and minor histocompatibility antigens. Transplant Proc. 5, 303-305 (1973).
- Tsutsui, H., et al. Lumen loss in transplant coronary artery disease is a biphasic process involving early intimal thickening and late constrictive remodeling: results from a 5-year serial intravascular ultrasound study. Circulation. 104, 653-657 (2001).
- Rossum, A., Enns, W., Shi, P., MacEwan, G. E., Choy, J. C. Bim regulates allogeneic immune responses and transplant arteriosclerosis through effects on T cell activation and death. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 34, 1290-1297 (2014).
- Ho, M. K., Springer, T. A. Tissue distribution, structural characterization, and biosynthesis of Mac-3, a macrophage surface glycoprotein exhibiting molecular weight heterogeneity. J Biol Chem. 258, 636-642 (1983).
- Inoue, T., Plieth, D., Venkov, C. D., Xu, C., Neilson, E. G. Antibodies against macrophages that overlap in specificity with fibroblasts. Kidney international. 67, 2488-2493 (2005).
- Shi, C., et al. Immunologic basis of transplant-associated arteriosclerosis. Proc Natl Acad Sci U S A. 93, 4051-4056 (1996).
- Skaro, A. I., et al. CD8+ T cells mediate aortic allograft vasculopathy by direct killing and an interferon-gamma-dependent indirect pathway. Cardiovasc Res. 65, 283-291 (2005).
- Tellides, G., et al. Interferon-gamma elicits arteriosclerosis in the absence of leukocytes. Nature. 403, 207-211 (2000).
- Wang, Y., et al. Interferon-gamma induces human vascular smooth muscle cell proliferation and intimal expansion by phosphatidylinositol 3-kinase dependent mammalian target of rapamycin raptor complex 1 activation. Circ Res. 101, 560-569 (2007).
- Soulez, M., et al. The perlecan fragment LG3 is a novel regulator of obliterative remodeling associated with allograft vascular rejection. Circ Res. 110, 94-104 (2012).
- Choy, J. C., Kerjner, A., Wong, B. W., McManus, B. M., Granville, D. J. Perforin mediates endothelial cell death and resultant transplant vascular disease in cardiac allografts. Am J Pathol. 165, 127-133 (2004).
- Choy, J. C., et al. Granzyme B induces endothelial cell apoptosis and contributes to the development of transplant vascular disease. Am J Transplant. 5, 494-499 (2005).
- Reis, E. D., et al. Dramatic remodeling of advanced atherosclerotic plaques of the apolipoprotein E-deficient mouse in a novel transplantation model. Journal of vascular surgery. 34, 541-547 (2001).
- Potteaux, S., et al. Suppressed monocyte recruitment drives macrophage removal from atherosclerotic plaques of Apoe-/- mice during disease regression. J Clin Invest. 121, 2025-2036 (2011).
