Microscopia intravital del monocito Homing e l'angiogenesi tumore-relativa in un modello murino della malattia arteriosa periferica
Summary
I monociti sono mediatori importanti di arteriogenesi nel contesto della malattia arteriosa periferica. Utilizzando una matrice del tipo di membrana basale e la microscopia intravital, questo protocollo indaga l’angiogenesi di homing e tumore-relativa del monocito dopo l’iniezione del monocito nel modello murino di legatura dell’arteria femorale.
Abstract
L’obiettivo terapeutico per la malattia arteriosa periferica e malattia cardiaca ischemica è quello di aumentare il flusso di sangue al aree ischemiche causata da stenosi emodinamica. Chirurgia vascolare è un’opzione praticabile in casi selezionati, ma per i pazienti senza indicazioni per la chirurgia come progressione di lavorare o riposare dolore, ischemia critica degli arti o gravi perturbazioni alla vita, ci sono poche possibilità per mitigare la loro malattia. Terapia cellulare tramite aspersione del monocito-aumentato attraverso la stimolazione della formazione collaterale è una delle poche opzioni non invasive.
Il nostro gruppo esamina arteriogenesi dopo trapianto del monocito in topi utilizzando il modello di ischemia del hindlimb. Precedentemente, abbiamo dimostrato miglioramento nell’arto posteriore aspersione mediante trapianto di tetano-stimolata syngeneic del monocito. Oltre agli effetti sulla formazione collaterale, la crescita del tumore potrebbe risentire anche questa terapia. Per studiare questi effetti, utilizziamo un modello di topo scantinato membrana-come matrice iniettando la matrice extracellulare del sarcoma Engelbreth-Holm-sciame nel fianco del mouse, dopo l’occlusione dell’arteria femorale.
Dopo gli studi di tumore artificiale, utilizziamo la microscopia intravital per studiare in vivo angiogenesi del tumore e del monocito homing all’interno delle arterie collaterali. Precedenti studi hanno descritto l’esame istologico dei modelli animali, che presuppone l’analisi successiva agli artefatti post mortem . Il nostro approccio Visualizza homing monocito al aree di collateralization in sequenze di tempo reale, è facile da eseguire e indaga il processo di angiogenesi del tumore e arteriogenesi in vivo.
Introduction
Malattie cardiovascolari, tra cui malattia coronarica o malattia arteriosa periferica, sono le più comuni cause di morte a livello globale1. La terapia cellulare è un promettente approccio per curare le malattie cardiovascolari, in particolare per le persone che non sono in grado di sottoporsi a interventi chirurgici. Ci sono diversi approcci per utilizzare cellule o loro sostanze secrete come strumento terapeutico2,3, con l’obiettivo generale di migliorare la perfusione e mantenere la funzione del tessuto ischemico e underperfused. Un tentativo di raggiungere questo obiettivo è migliorare arteriogenesi, che favorisce lo sviluppo delle arterie collaterali. I monociti sono un tipo di cellula importante connesso con collateralization. Il nostro gruppo si è concentrata sulla ricerca degli effetti dei monociti nelle aree di infiammazione4,5, in particolare utilizzando il modello di ischemia del hindlimb per indurre ischemia e conseguente infiammazione6. Monociti sede di aree di infiammazione e provocare risposte sistemiche complesse che portano allo sviluppo di collateralization7.
Con l’uso di microscopia intravital, possiamo studiare il comportamento di queste cellule in vivo e osservare l’homing dei monociti iniettati ad aree di infiammazione. Maggior parte degli studi ex descrivono solo post-mortem analisi, che tengono gli svantaggi tra cui l’introduzione di artefatti istologici e gran numero di animali necessari per le preparazioni. Con il nostro approccio, possiamo analizzare processi immunologici e formazione collaterale via live imaging più intervalli di tempo.
Oltre allo sviluppo delle arterie collaterali in aree ischemiche, monociti anche influenzano la crescita del tumore. Per studiare questi processi, abbiamo iniettare una matrice del tipo di membrana dello scantinato estratta dal sarcoma di topo Engelbreth-Holm-Swarm, un tumore ricco di matrice extracellulare proteine8e analizzare utilizzando la microscopia intravital. Questa matrice è utilizzata per molecole di screen test per formazione di rete delle cellule endoteliali o terapie anti-cancro attraverso inibizione angiogenica; in questo caso, si valuterà il potenziale di angiogenesi del tumore dei monociti per cella terapia9,10,11.
L’obiettivo di questo protocollo è quello di dimostrare un modo facile ed efficiente per lo studio dei processi immunologici causati da ischemia in un modello in vivo . Possiamo generare un ambiente di test più realistico rispetto ad un workup istologico post-mortem del tessuto del muscolo.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il metodo qui descritto mette in luce lo sviluppo delle arterie collaterali, il comportamento dei monociti in questi vasi e il processo di arteriogenesi. I passaggi per l’applicazione del presente protocollo sono facili da imparare e può essere utilizzato in altri campi della scienza. Nonostante questi vantaggi, ci sono alcuni svantaggi. Per esempio, apparecchiature microscopica sono necessaria per eseguire le tecniche descritte. Come ottenere attrezzature per un esperimento è insostenibile, quindi è importante collab…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato da ELSE-Kröner-Stiftung e la SFB DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft, German Research Foundation) 854 (Sonderforschungsbereich, centro di ricerca in collaborazione). Speciale grazie a Hans-Holger Gärtner, Audiovisuelles Medienzentrum, Otto-von-Guericke University Magdeburg, Magdeburgo, Germania, per il supporto tecnico.
Materials
| 10% fetal calf serum (FCS) | Sigma Aldrich, Hamburg, Germany | ||
| 1% penicillin/streptomycin | Sigma Aldrich, Hamburg, Germany | ||
| 1mL Omnifix -F insuline syringe | B. Braun, Melsungen AG, Melsungen, Germany | ||
| 50 ml syringe | Fresenius Kabi AG, Bad Homburg, Germany | Injectomat- syringe 50 ml with canule | |
| 6-well-ultra-low-attachement-plates | Corning Incorporated, NY, USA | ||
| 8- 12 week old, male, C57BL/6, BalbC mice | Charles River, Sulzfeld, Germany | ||
| Adhesive tape | TESA SE, Hamburg, Germany | ||
| Acquisition Software | Leica, Wetzlar, Deutschland | Leica Application Suite Advanced Fluorescence (LAS AF); Version: 2.7.3.9723 | |
| Canules | B. Braun, Melsungen AG, Melsungen, Germany | 29G, 30G | |
| Cell culture dish | Greiner Bio-One GmbH, Frickenhausen, Germany | ||
| Cell culture medium | Manufactured by our group with single components | Medium199, 10% Fetal calf serum, 1% Antibiotic (penicillin/streptomycin) | |
| Centrifuge | Beckman Coulter GmbH, Krefeld, Germany | Allegra X-15R centrifuge | |
| Depilatory cream | Veet, Mannheim, Germany | ||
| DiO | Invitrogen Eugene, Oregon, USA | ||
| Disinfection agent | Schülke&Mayr GmbH, Norderstedt, Germany | ||
| Disposable scalpel No.10 | Feather safety razor Co.Ltd, Osaka, Japan | ||
| EDTA | Sigma Aldrich, Hamburg, Germany | ||
| Erlenmeyer flask | GVB, Herzogenrath, Germany | ||
| Ethanol 70% | Otto Fischar GmbH und Co KG, Saarbrücken, Germany | ||
| Fetal Calf Serum | Sigma Aldrich, Hamburg, Germany | ||
| Fine Forceps | Rubis, Stabio, Switzerland | ||
| Flurophor/Rhodamindextran | Thermo Fischer Scientific, Waltham, MA USA | Katalognummer: D-1819 | |
| Gloves | Rösner-Matby Meditrade GmbH, Kiefersfelden, Germany | ||
| Heating pad | Labotect GmbH, Göttingen, Germany | Hot Plate 062 | |
| Human macrophage-colony stimulating factor | Sigma Aldrich, Hamburg, Germany | SRP3110 | |
| Humane leucocyte filters | Blood preservation | ||
| Incubator | Ewald Innovationstechnik GmbH, Bad Nenndorf, Germany | ||
| Isoflurane | Baxter Deutschland GmbH, Unterschleißheim, Germany | ||
| Ketamine (10%) | Ketavet, Pfizer Deutschland GmbH, Berlin , Germany | ||
| Leukocyte separation tubes (tubes with filter) | Bio one GmbH, Frickenhausen, Germany | ||
| Light microscope | Carl Zeiss SMT GmbH, Oberkochen, Germany | Axiovert 40 C | |
| Lymphocyte separation medium LSM1077 | GE Healthcare, Pasching, Austria | ||
| Matrigel | Becton, Dickinson and Company, Franklyn Lakes, New Jersey, USA | ||
| Medium M199 | PAA Laboratories GmbH, Pasching, Austria | ||
| Microbiological work bench | Thermo Electron, LED GmbH, Langenselbold, Germany | Hera safe | |
| Microscope slide | Carl Roth GmbH + Co. KG, Karlsruhe | Art. Nr. 1879 | |
| Microscope stand with incubator and heating unit | Leica DMI 6000, Pecon, Germany | ||
| Monocyte wash buffer | Manufactured by our group with single components | PBS, 0,5% BSA, 2mM EDTA | |
| Mouse restrainer | Various | ||
| Multi-photon microscope | Leica, Wetzlar, Deutschland | Leica SP5 Confocal microscope, Cameleon, Coherent | |
| NaCl (0,9%) | Berlin Chemie AG, Berlin, Germany | ||
| Neubauer counting chamber | Paul Marienfeld GmbH und Co.KG, Lauda-Königshofen, Germany | ||
| Objective | Leica, Wetzlar, Deutschland | Leica HC PL APO 10x/0.4 CS | |
| PBS | Life technologies GmbH, Darmstadt, Germany | ph 7,4 sterile | |
| Penicillin/Streptomycin | Sigma Aldrich, Hamburg, Germany | ||
| Percoll | Manufactured by our group with single components | 90 % Percoll, 10% 1,5M NaCl, ρ= 1,064 g cm-3 | |
| Percoll solution | GE Healthcare, Bio-Science AB, Uppsala, Sweden | ||
| Pipettes | Eppendorf AG, Hamburg, Germany | 10µL/100µL/200µL/1000µL | |
| Pipettes serological | Greiner Bio-One GmbH, Frickenhausen, Germany | Cellstar2ml, 5ml, 10ml | |
| Pipetting heads | Eppendorf AG, Hamburg, Germany | ||
| Pipetus | Eppendorf AG, Hamburg, Germany | ||
| Polystyrol tube | Cellstar, Greiner Bio-One GmbH, Frickenhausen, Germany | ||
| Scissor | Word Precision Instruments, Inc., Sarasota, USA | ||
| Scale | Mettler PM4800 Delta Range, Mettler-Toledo GmbH, Gießen, Germany | ||
| Suction unit | Integra bioscience, Fernwald, Germany | Vacusafe comfort | |
| Surgical scissors | Word Precision Instruments, Inc., Sarasota, USA | ||
| Trypan blue solution 0,4 % | Sigma Aldrich, Hamburg, Germany | ||
| Tubes with cap | Greiner Bio-One GmbH, Frickenhausen, Germany | 15ml, 50ml Cellstar | |
| Xylazine (2 %) | Ceva Tiergesundheit GmbH, Düsseldorf, Germany |
References
- Volz, K. S., Miljan, E., Khoo, A., Cooke, J. P. Development of pluripotent stem cells for vascular therapy. Vascular pharmacology. 56 (5-6), 288-296 (2012).
- Henry, T. D., et al. The VIVA trial: Vascular endothelial growth factor in Ischemia for Vascular Angiogenesis. Circulation. 107 (10), 1359-1365 (2003).
- Wagner, M., et al. Isolation and intravenous injection of murine bone marrow derived monocytes. Journal of visualized experiments JoVE. (94), (2014).
- Herold, J., et al. Transplantation of monocytes: a novel strategy for in vivo augmentation of collateral vessel growth. Human gene therapy. 15 (1), 1-12 (2004).
- Ito, W. D., Arras, M., Scholz, D., Winkler, B., Htun, P., Schaper, W. Angiogenesis but not collateral growth is associated with ischemia after femoral artery occlusion. The American journal of physiology. 273 (3 Pt 2), H1255-H1265 (1997).
- Herold, J., et al. Tetanus toxoid-pulsed monocyte vaccination for augmentation of collateral vessel growth. Journal of the American Heart Association. 3 (2), e000611 (2014).
- . Matrigel Matrix Available from: https://www.corning.com/au/en/products/life-sciences/products/surfaces/matrigel-matrix.html (2017)
- Eubank, T. D., Galloway, M., Montague, C. M., Waldman, W. J., Marsh, C. B. M-CSF induces vascular endothelial growth factor production and angiogenic activity from human monocytes. Journal of immunology (Baltimore, Md. 1950). 171 (5), 2637-2643 (2003).
- Fridman, R., et al. Enhanced tumor growth of both primary and established human and murine tumor cells in athymic mice after coinjection with Matrigel. Journal of the National Cancer Institute. 83 (11), 769-774 (1991).
- Woodman, S. E., et al. Caveolin-1 knockout mice show an impaired angiogenic response to exogenous stimuli. The American journal of pathology. 162 (6), 2059-2068 (2003).
- Francke, A., Weinert, S., Strasser, R. H., Braun-Dullaeus, R. C., Herold, J. Transplantation of bone marrow derived monocytes: a novel approach for augmentation of arteriogenesis in a murine model of femoral artery ligation. American journal of translational research. 5 (2), 155-169 (2013).
- Houthuys, E., Movahedi, K., Baetselier, P., de Van Ginderachter, J. o. A., Brouckaert, P. A method for the isolation and purification of mouse peripheral blood monocytes. J. Immunol. Methods. 359 (1-2), 1-10 (2010).
- Berthold, F. Isolation of human monocytes by Ficoll density gradient centrifugation. Blut. 43 (6), 367-371 (1981).
