Summary

쥐의 각막 이식 : 고체 장기 이식의 가장 일반적인 형태를 연구하기위한 모델

Published: November 17, 2014
doi:

Summary

Mice have been used as a model for studying many forms of transplantation, including corneal transplantation. We describe in this report a murine model for both acute and late-term corneal transplantation.

Abstract

Corneal transplantation is the most common form of organ transplantation in the United States with between 45,000 and 55,000 procedures performed each year. While several animal models exist for this procedure and mice are the species that is most commonly used. The reasons for using mice are the relative cost of using this species, the existence of many genetically defined strains that allow for the study of immune responses, and the existence of an extensive array of reagents that can be used to further define responses in this species. This model has been used to define factors in the cornea that are responsible for the relative immune privilege status of this tissue that enables corneal allografts to survive acute rejection in the absence of immunosuppressive therapy. It has also been used to define those factors that are most important in rejection of such allografts. Consequently, much of what we know concerning mechanisms of both corneal allograft acceptance and rejection are due to studies using a murine model of corneal transplantation. In addition to describing a model for acute corneal allograft rejection, we also present for the first time a model of late-term corneal allograft rejection.

Introduction

각막 이식은 인간에서 수행 이식의 가장 성공적이고 일반적인 유형 중 하나입니다. 이 수술을 행하는 이유는 부상 감염성 질환, 또는 비 – 감염성 질환 각막이 다른 형태의 결과이다. 미국의 안구 은행 협회 숫자는 46,000 이상이 (: restoresight.org/eye_banks/eye_banks.html에서 웹 사이트 참조) 2011 년에 수행 된 것을 나타냅니다. 성공의 표시는 동종 각막 이식 1 년 고장율 10-15%과 성공이 70 % 3-8 초과 5 년 범위 것입니다. 많은 연구가 도시 한 바와 같이, 각막 동종 이식의 성공은 직접 눈 면역 특권 사이트 것과 관련되어있다. 면역 특권 사이트와 각막 상태에 책임 요소는 suppres 각막 의해 생성 각막 모두 혈액 및 림프 혈관 부족, 항원 제시 세포의 상대적인 부재, 요소를 포함면역 이펙터 funtions에게 9-15이야, MHC의 낮은 발현은 16 항원 및 FasL의 17 ~ 20의 발현.

그러나 성공이 이식을 걸리기 이러한 요인에도 불구하고, 그들은 거절 3-7를 받아야 않습니다. 따라서,이 거절을 매개 이러한 메커니즘을 이해뿐만 아니라 거부를 방지하기 위해 다양한 치료법을 테스트하는 것은 매우 중요하다. 이를 위해, 우리는 여기에 통제 된 실험 환경에서 각막 이식을 연구하기 위해 20 년 이상 사용되었습니다 각막 이식의 쥐 모델을 설명합니다. 이식 응답은 궁극적가 이식 된 조직이 실패 또는 성공 여부를 확인할 수 콘서트에서 일하는 많은 다른 요소들을 포함하기 때문에, 어느 하나의 시험 관내 모델에서 이들 요소의 중요성을 이해하는 것은 불가능하다. 따라서, 그대로 동​​물을 사용하는 연구가 성공 또는 failu 중 하나에 중요한 요인이 무엇인지를 결정해야한다이식 조직의 재.

동물의 다른 종 각막 이식을 연구하는 데 사용되었지만, 다른 종을 사용하는 것에 비해, 뮤린 모델은 몇 가지 장점을 갖는다. 첫 번째는 특정 유전자를 발현 또는 기능 이식의 더 나은 연구 할 수있는 특정 면역 인자의 발현을 부족한 유전자를 대상으로 한 마우스의 여러 변종의 존재입니다. 또한, 동물의 많은 다른 종의 존재하지 않는 마우스에 대한 특정 많은 시약 (요인을 중화 재조합 요인과 항체 모두)이 있습니다. 때문에 이들 인자의 존재,이 모델은 급성 각막 동종 이식 반응 15 17,18,20 -29 관련된 관련 요소를 식별하는 데 광범위하게 사용되어왔다. 또한, 각막 이식과 관련된 많은 요인은 다른 조직 이식 기능적 것으로 알려져있다.

Protocol

참고 :이 절차에 사용 된 모든 동물 비전 연구 협회와 안과 문 안과 및 비전 연구에서 동물의 사용에 대한뿐만 아니라 세인트 루이스 대학의 동물 감독위원회에 의해 아래로 설정 한 지침에 따라 처리됩니다. 참고 : 모든 수술 장비 및 솔루션은 눈의 세균 감염을 제한하기 위해 수술 전에 소독한다. 그것은 동물이 과정에서 약간의 통증을 경험 수행하면서, 우리는 진통제를 사용하지 않는다는…

Representative Results

각막 이식의 쥐 모델을 성공적으로 각막 이식 거부 19-23 각막 이식 수용 13, 15, 16, 18, ​​24 ~ 27 두의 메커니즘을 특성화하기 위해 20 년 이상 사용되어왔다. 이 모델은 FasL의 결여 즉 동물에서 각막 이식에서 수용 FasL의 발현의 중요성을 설정하는 데 사용 된 각막 동종 이식 (15)을 받아 들일 수 없었다. 이는 또한 혈관 내피 성장 인자 수용체 1 모르 처리 크게 각막 이식 생존 <…

Discussion

여기에 설명 된 각막 이식의 쥐 모델 요인이 가장 모두 거부 15,17,18,20, 26 ~ 30 각막의 수용 21-25과 관련된 무엇을 예측하는 모델에서 각막 이식 거부 반응을 연구하기 위해 연구자 수 있습니다 동종 이식. 환자를 치료하거나 예방하거나 거부 (31)에 어느 국소 또는 전신적 스테로이드 치료를 부여하는 각막 이식, 달리이 모델은 일반적으로 치료의 부재에서 거부 동종 관련된 ?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

The authors would like to thank the many individuals who have worked on and perfected this technique and have been responsible for the generation of many manuscripts both in this lab and others. This work was supported by National Institutes of Health Grant EY12707 (PMS) and an unrestricted grant from Research to Prevent Blindness to Department of Ophthalmology.

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
Zeiss Surgical Microscope Zeiss Rebuilt
1 mL Syringe BD 305122
3 mL Syringe BD 309657
10 mL Syringe BD 309602
Vannus Scissors Stortz E-3387
11-0 Sutures Alcon 717939M
Trephine 2.0mm Katena K 2-7520
Trephine 1.5 mm Katena K 2-7510
Tricaine Hydrochloride 0.5% Alcon NDC 0065-0741-12
Healon Abbott Healon OVD
Forceps FST 11251-20
7-0 Sutures Alcon 8065
2.5% Phenylephrine HCl Alcon NDC 61314-342-02
1% Tropicamide Bausch & Lomb NDC-24208-585-59
Hamilton Syringe Hamilton 7654-01
33 gauge needle Hamilton 90033
Cell Strainer (100 μm nylon) BD Falcon 352360
Hemocytometer Cardinal Health B3175
Trypan Blue Sigma T8154

Referências

  1. Farooq, A. V., Shukla, D. Herpes simplex epithelial and stromal keratitis: an epidemiologic update. Surv. Ophthalmol. , 448-462 (2012).
  2. Gipson, I. K. Age-related changes and diseases of the ocular surface and. Invest. Opthlamol. Vis. Sci. 54, 48-53 (2013).
  3. Edwards, M., et al. Indications for corneal transplantation in New Zealand: 1991-1999. Cornea. 21, 152-155 (2002).
  4. Thompson, R. W., Price, M. O., Bowers, P. J., Price, F. W. Long-term survival after penetrating keratoplasty. Ophthalmol. 110, 1396-1402 (2003).
  5. Williams, K. A., Roder, D., Esterman, A., Muehlberg, S. M., Coster, D. J. Factors predictive of corneal graft survival. Report form the Australian Corneal Graft Registry. Ophthalmology. 99, 403-414 (1992).
  6. Larkin, D. F. Corneal allograft rejection. Br. J. Ophthalmol. 78, 649-652 (1994).
  7. Boisjoly, H. M., et al. Risk factors of corneal graft failure. Ophthalmol. 100, 1728-1735 (1993).
  8. Sugar, A., et al. Recipient Risk Factors for Graft Failure in the Cornea Donor Study. Ophthalmol. 116, 1023-1028 (2009).
  9. Namba, K., Kitaichi, N., Nishida, T., Taylor, A. W. Induction of regulatory T cells by the immunomodulating cytokines alpha-melanocyte-stimulating hormone and transforming growth factor-beta2. J. Leukoc. Biol. 72, 946-952 (2002).
  10. Taylor, A. W., Yee, D. G., Streilein, J. W. Suppression of nitric oxide generated by inflammatory macrophages by calcitonin gene-related peptide in aqueous humor. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 39, 1372-1378 (1998).
  11. Wilbanks, G. A., Mammolenti, M., Streilein, J. W. Studies on the induction of anterior chamber-associated immune deviation (ACAID). III. Induction of ACAID depends upon intraocular transforming growth factor-beta. Eur. J. Immunol. 22, 165-173 (1992).
  12. Volpert, O. V., et al. Inducer-stimulated Fas targets activated endothelium for destruction by anti-angiogenic thrombospondin-1 and pigment epithelium-derived factor. Nat. Med. , 8-349 (2002).
  13. Apte, R. S., Sinha, D., Mayhew, E., Wistow, G. J., Niederkorn, J. Y. Cutting edge: role of macrophage migration inhibitory factor in inhibiting NK cell activity and preserving immune privilege. J. Immunol. 160, 5693-5696 (1998).
  14. Kennedy, M. C., et al. Novel production of interleukin-1 receptor antagonist peptides in normal human cornea. J. Clin. Invest. 95, 82-88 (1995).
  15. Shimmura-Tomita, M., Wang, M., Taniguchi, H., Akiba, H., Yagita, H., Hori, J. Galectin-9-mediated protection from allo-specific T cells as a mechanism of immune privilege of corneal allografts. PLoS One. 8, (2013).
  16. Goldberg, M. F., Ferguson, T. A., Pepose, J. S. Detection of cellular adhesion molecules in inflamed human corneas. Ophthalmol. 101, 161-168 (1994).
  17. Stuart, P. M., Griffith, T. S., Usui, N., Pepose, J. S., Yu, X., Ferguson, T. A. CD95 ligand (FasL)-induced apoptosis is necessary for corneal allograft survival. J Clin Invest. 99, 396-402 (1997).
  18. Yamagami, S., et al. Role of Fas-Fas ligand interactions in the immunorejection of allogeneic mouse corneal transplants. Transplantation. 64, 1107-1111 (1997).
  19. Stuart, P. M., Pan, F., Plambeck, S., Ferguson, T. A. Fas/Fas ligand interactions regulate neovascularization in the cornea. Invest. Ophthalmmol. Vis. Sci. 44, 93-98 (2003).
  20. Stuart, P. M., Yin, X. T., Pan, F., Haskova, Z., Plambeck, S., Ferguson, T. A. Inhibitors of matrix metalloproteinases activity prolong corneal allograft acceptance by increasing FasL expression. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 45, 1169-1173 (2004).
  21. Joo, C. -. K., Pepose, J. S., Stuart, P. M. T-cell mediated responses in a murine model of orthotopic corneal transplantation. Invest.Ophthalmol. Vis. Sci. 36, 1530-1540 (1995).
  22. Sonoda, Y., Sano, Y., Ksander, B., Streilein, J. W. Characterization of cell-mediated immune responses elicited by orthotopic corneal allografts in mice. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 36, 427-434 (1995).
  23. Sano, Y., Osawa, H., Sotozono, C., Kinoshita, S. Cytokine expression during orthotopiccorneal allograft rejection in mice. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 39, 1953-1957 (1998).
  24. Haskova, Z., Usui, N., Ferguson, T. A., Pepose, J. S., Stuart, P. M. CD4+ T cells are critical in corneal but not skin allograft rejection. Transplantation. 69, 483-488 (2000).
  25. Tan, Y., et al. Immunological disruption of antiangiogenic signals by recruited allospecific T cells leads to corneal allograft rejection. J. Immunol. 188, 5962-5969 (2012).
  26. Dana, M. R., Yamada, J., Streilein, J. W. Topical interleukin-1 receptor antagonist promotes corneal transplant survival. Transplantation. 63, 1501-1507 (1997).
  27. Cunnusamy, K., Chen, P. W., Niederkorn, J. Y. IL-17A-dependent CD4+CD25+ regulatory T cells promote immune privilege of corneal allografts. J. Immunol. 186, 6737-6745 (2011).
  28. Fu, H., et al. Arginine depletion as a mechanism for the immune privilege of corneal allografts. Eur. J. Immunol. 41, 2997-3005 (2011).
  29. Medina, C. A., Rowe, A. M., Yun, H., Knickelbein, J. E., Lathrop, K. L., Hendricks, R. L. Azithromycin treatment increases survival of high-risk corneal allotransplants.Cornea. , 32-658 (2013).
  30. Cho, Y. K., Zhang, X., Uehara, H., Young, J. R., Archer, B., Ambati, B. Vascular Endothelial Growth Factor Receptor 1 morpholino increases graft survival in a murine penetrating keratoplasty. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 53, 8458-8471 (2012).
  31. Kim, H. K., Choi, J. A., Uehara, H., Zhang, X., Ambati, B. K., Cho, Y. K. Presurgical corticosteroid treatment improves corneal transplant survival in mice. Cornea. 32, 1591-1598 (2013).
  32. Yamazoe, K., Yamazoe, K., Shimazaki-Den, S., Shimazaki, J. Prognostic factors for corneal graft recovery after severe corneal graft rejection following penetrating keratoplasty. BMC Ophthalmol. 13, 5 (2013).
  33. Panda, A., Vanathi, M., Kumar, A., Dash, Y., Priya, S. Corneal graft rejection. Surv. Ophthalmol. 52, 375-396 (2007).
  34. Patel, S. V. Graft survival and endothelial outcomes in the new era of endothelial keratoplasty. Exp. Eye Res. 95, 40-47 (2012).
  35. Anshu, A., Price, M. O., Tan, D. T., Price, F. W. Endothelial keratoplasty: a revolution in evolution. Surv. Ophthalmol. 57, 236-252 (2013).

Play Video

Citar este artigo
Yin, X., Tajfirouz, D. A., Stuart, P. M. Murine Corneal Transplantation: A Model to Study the Most Common Form of Solid Organ Transplantation. J. Vis. Exp. (93), e51830, doi:10.3791/51830 (2014).

View Video