L'ossigeno-glucosio Deprivazione e riossigenazione come<em> In Vitro</em> Ischemia-riperfusione Injury modello per lo studio barriera sanguigna del cervello Erettile
Summary
Ischemia-Reperfusion (IR) injury is associated with a high rate of morbidity and mortality. The goal of the in vitro model of oxygen-glucose deprivation and reoxygenation (OGD-R) described here is to assess the effects of ischemia reperfusion injury on a variety of cells, particularly in blood-brain barrier (BBB) endothelial cells.
Abstract
Ischemia-riperfusione (IR) infortunio è noto per contribuire in modo significativo la morbilità e la mortalità associata con ictus ischemico. Accidenti cerebrovascolari ischemiche rappresentano l'80% di tutti i colpi. Una causa comune di lesioni IR è il rapido afflusso di liquidi dopo occlusione acuta / cronica di sangue, nutrienti, ossigeno al tessuto innescando la formazione di radicali liberi.
Ictus ischemico è seguito da barriera emato-encefalica (BBB) erettile e edema cerebrale vasogenico. Strutturalmente, giunzioni strette (TJS) tra le cellule endoteliali svolgono un ruolo importante nel mantenimento dell'integrità della barriera ematoencefalica (BBB). Lesioni IR è uno dei primi lesione secondaria che conduce a un non specifico, la risposta infiammatoria. Ossidativo e stress metabolico seguente infiammazione innesca un danno cerebrale secondario compresi BBB permeabilità e la rottura di giunzione a tenuta (TJ) integrità.
Il nostro protocollo presenta in vitro </ Em> esempio di deprivazione di ossigeno e glucosio e riossigenazione (OGD-R) su cellule endoteliali cervello di ratto TJ integrità e la formazione di fibre di stress. Attualmente, molti sperimentale de modelli in vivo vengono utilizzati per studiare gli effetti di lesioni IR; ma hanno alcune limitazioni, come le difficoltà tecniche per l'esecuzione di interventi chirurgici, le influenze genetiche e molecolari dipendenti difficoltà di studiare le relazioni meccanicistiche. Tuttavia, i modelli in vitro possono aiutare a superare molti di questi limiti. Il protocollo presentato può essere usato per studiare i vari meccanismi molecolari e relazioni meccanicistici di fornire potenziali strategie terapeutiche. Tuttavia, i risultati degli studi in vitro possono essere diverse dallo standard studi in vivo e devono essere interpretati con cautela.
Introduction
Ischemia-riperfusione (IR) ferita si trova ad essere la causa frequente di varie complicazioni debilitanti e decessi associati a ictus, infarto miocardico, trauma, malattia vascolare periferica e traumi cerebrali 1,2. Lesioni IR in vasi cerebrali è uno dei primi lesione secondaria che porta a infiammazione ed edema 3. Una delle complicazioni gravi che si verifica a causa di stress ossidativo e metabolico seguito infiammazione è la perdita di equilibrio omeostatico che porta alla formazione di radicali liberi, alterazioni della barriera emato-encefalica (BBB) giunzioni strette (TJs) e la permeabilità microvascolare 4,5.
Attualmente, de modelli in vivo utilizzati per studiare gli effetti di lesioni IR sul BBB includere mezzo occlusione dell'arteria cerebrale (MCAO), microembolia, e transgenici o knockout animali. Tuttavia, ognuno ha i suoi svantaggi e limitazioni come discusso da Hossmann 6. Modello MCAO viene utilizzato per studiare il effects di stress redox, i cambiamenti nella comunicazione giunzionale della BBB e le interazioni tra il cervello e le cellule del sistema immunitario. Tuttavia, essi presentano vari problemi tecnici quali la necessità di precise procedure microchirurgia e le difficoltà in esso. Microembolia rompe istantaneamente lungo la BBB, mentre l'uso di transgenici o knockout animali per studiare ischemia cerebrale può avere sfide come influenze gene-dipendente molecolari sulla formazione infarto, cambiamenti di anatomia vascolare e vari peso corporeo 6. Quindi, modelli in vitro di ischemia hanno trovato un crescente interesse negli ultimi tempi soprattutto a causa della loro applicabilità in esecuzione di studi meccanicistici per i farmaci. Tuttavia, i risultati degli studi in vitro non possono rappresentare appieno uno studio in vivo e devono essere interpretati con cautela 6.
Effetto counteractive di basse concentrazioni di ossigeno su monostrati di cellule endoteliali e la permeabilità microvascolare sono statistudiato da Ogawa 7. Cellule endoteliali Rat microvascolari cerebrali (RBMECs) sono stati utilizzati per sviluppare in vitro BBB. La deprivazione di ossigeno e glucosio e riossigenazione (OGD-R) tecnica presentata in questo protocollo è stato adattato da studi di Zulueta et al e Zhu et al 8,9. Abbiamo esposto le cellule endoteliali cerebrali a OGD-R mettendoli in una camera di ipossia / anossia contenente 0% O 2, 5% di CO 2 e il 95% N 2. Le cellule sono state poi valutate per alterazioni TJ integrità e lo stress formazione fibra con localizzazione immunofluorescenza e l'etichettatura falloidina rodamina rispettivamente. Immunofluorescenza colorazione per zonula occludere-1 (ZO-1) viene eseguita per determinare l'integrità TJ, come ZO-1 è un importante membrana ponteggio legato proteina TJ. Etichettatura Rhodamine falloidina determina l'actina filamentosa (f actina) nel citoscheletro cellulare ed è una chiara indicazione di formazione fibra sforzo actina in cellule endoteliali.
<p class = "jove_content"> L'obiettivo di questo metodo è quello di fornire una conoscenza di sviluppo OGD-R come un modello in vitro IR per lo studio BBB cellule endoteliali integrità TJ e la formazione di fibre di stress f-actina. I risultati forniranno informazioni sulla sorte di proteine TJ, ZO-1 e la formazione di fibre di stress dopo OGD-R. La comprensione di queste relazioni sarà l'occasione per determinare i meccanismi molecolari alla base che vengono attivati seguendo OGD-R e sviluppare potenziali strategie terapeutiche per migliorare la perturbazione BBB in seguito al trattamento OGD-R.Protocol
Representative Results
Discussion
OGD-R come un modello in vitro per danno da ischemia-riperfusione è stato ben definito per studiare i neuroni 10,11. Ci sono anche studi che dimostrano l'effetto di OGD sulle cellule endoteliali cerebrali e alterazioni nella permeabilità e TJ integrità 9. Tuttavia, il nostro studio mostra l'effetto di OGD nonché reoxygenation, che è una rappresentazione più stretta di riperfusione ischemica in condizioni in vivo che si verificano ictus ischemico seguente.
<p clas…Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Riconosciamo Scott and White Hospital Assegni di Ricerca Programma per il sostegno finanziario e Texas A & M Health Science Center College of Medicine Laboratorio Integrato Imaging per l'utilizzo del microscopio laser confocale. Riconosciamo Mr. Glen Cryer per un aiuto con la modifica del manoscritto.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Proox model 110 | Biospherix | Model 110 | |
| DMEM, no glucose | Gibco, Life technologies | 11966-025 | |
| Rhodamine Phalloidin | Life technologies | R415 | |
| ZO-1 Rabbit Polyclonal Antibody | Life technologies | 617300 | |
| Nunc Lab Tek II-CC 8 well sterile, glass slides | Thermo scientific | 177402 | |
| FITC-tagged anti-rabbit secondary antibody | Santa cruz | sc-2090 | |
| DPBS 1X | Thermo scientific | SH 30028.03 | Any other PBS available can be used |
Referências
- Eltzschig, H. K., Eckle, T. Ischemia and reperfusion–from mechanism to translation. Nat Med. 17 (11), 1391-1401 (2011).
- Kalogeris, T., Baines, C. P., Krenz, M., Korthuis, R. J. Cell biology of ischemia/reperfusion injury. Int Rev Cell Mol Biol. 298, 229-317 (2012).
- Yang, X., et al. Lycium barbarum polysaccharides reduce intestinal ischemia/reperfusion injuries in rats. Chem Biol Interact. 204 (3), 166-172 (2013).
- Kaur, C., Ling, E. A. Blood brain barrier in hypoxic-ischemic conditions. Curr Neurovasc Res. 5 (1), 71-81 (2008).
- Khatri, R., McKinney, A. M., Swenson, B., Janardhan, V. Blood-brain barrier, reperfusion injury, and hemorrhagic transformation in acute ischemic stroke. Neurology. 79 (13), S52-S57 (2012).
- Hossmann, K. A. Experimental models for the investigation of brain ischemia. Cardiovasc Res. 39, 106-120 (1998).
- Ogawa, S., Gerlach, H., Esposito, C., Pasagian-Macaulay, A., Brett, J., Stern, D. Hypoxia modulates the barrier and coagulant function of cultured bovineendothelium. Increased monolayer permeability and induction of procoagulant properties. J Clin Invest. 85 (4), 1090-108 (1990).
- Zulueta, J. J., Sawhney, R., Yu, F. S., Cote, C. C., Hassoun, P. M. Intracellular generation of reactive oxygen species in endothelial cellsexposed to anoxia-reoxygenation. Am J Physiol. 272 (5 Pt 1), L897-L902 (1997).
- Zhu, H., et al. Baicalin reduces the permeability of the blood-brain barrier during hypoxia in vitro by increasing the expression of tight junction proteins in brain microvascular endothelial cells. J Ethnopharmacol. 141 (2), 714-720 (2012).
- Abramov, A. Y., Scorziello, A., Duchen, M. R. Three distinct mechanisms generate oxygen free radicals in neurons and contribute to cell death during anoxia and reoxygenation. J Neurosci. 27 (5), 1129-1138 (2007).
- Gundimeda, U., et al. Green tea polyphenols precondition against cell death induced by oxygen-glucose deprivation via stimulation of laminin receptor, generation of reactive oxygen species, and activation of protein kinase Cepsilon. J Biol Chem. 287 (41), 34694-34708 (2012).
- Mehta, S. L., Manhas, N., Raghubir, R. Molecular targets in cerebral ischemia for developing novel therapeutics. Brain Res Rev. 54 (1), 34-66 (2007).
- Alluri, H., et al. Reactive Oxygen Species-Caspase-3 Relationship in Mediating Blood-Brain Barrier Endothelial Cell Hyperpermeability Following Oxygen-Glucose Deprivation and Reoxygenation. Microcirculation. 21 (2), 187-195 (1111).
- Sun, H., Breslin, J. W., Zhu, J., Yuan, S. Y., Wu, M. H. Rho and ROCK signaling in VEGF-induced microvascular endothelial hyperpermeability. Microcirculation. 13 (3), 237-247 (2006).
- Doggett, T. M., Breslin, J. W. Study of the actin cytoskeleton in live endothelial cells expressing GFP actin. J Vis Exp. (57), (2011).
