Summary

Mikroperfusion Technik zur Untersuchung von Mikrogefäßdurchlässigkeit Verordnung in Rattengekröse

Published: September 12, 2015
doi:

Summary

The modified Landis technique enables paired measurement of the hydraulic conductivity of individual microvessels in the mesentery of normal and genetically modified rats under control and test conditions using microperfusion techniques. It provides a convenient method to evaluate mechanisms that regulate microvessel permeability and transvascular exchange under physiological conditions.

Abstract

Versuche, um die Durchlässigkeitseigenschaften individuell perfundiert microvessels messen eine Brücke zwischen Untersuchung der molekularen und zellulären Mechanismen, die die vaskuläre Permeabilität in kultivierten Endothelzellen-Monoschichten und den Funktionsaustauscheigenschaften von Voll mikrovaskulärer Betten. Ein Verfahren, um kanülieren und perfundieren venulären Mikrogefäßen des Rattengekröse und messen die hydraulische Leitfähigkeit des Mikrogefäßwand beschrieben. Die wichtigsten Geräte benötigt umfasst eine Intravitalmikroskop mit einer großen Bühne, die modifizierten Mikromanipulatoren unterstützt zu drei verschiedene Mikrowerk positionieren: (1) eine abgeschrägte Glas-Mikropipette zu kanülieren und Perfusion der Mikrogefäß; (2) eine Glasmikro Okkluder transient zu blockieren Perfusion und ermöglichen die Messung der transvaskulären Wasserströmungsbewegung mit einer gemessenen hydrostatischen Druck, und (3) ein stumpfer Glasstab um den mesenterialen Gewebe an der Stelle der Kanülierung stabilisieren. Die modifizierte Landis Mikro Okklusion technique verwendet Erythrozyten im künstlichen Perfusat als Marker für transvaskuläre Flüssigkeitsbewegung ausgesetzt ist, und ermöglicht auch wiederholte Messungen dieser Ströme als Versuchsbedingungen geändert werden, und hydrostatischen und kolloidosmotischen Druckdifferenz über den Mikrogefäßen werden sorgfältig gesteuert. Messungen der hydraulischen Leitfähigkeit zunächst unter Verwendung eines Steuer Perfusat, dann nach erneuter Kanülierung der gleichen Mikrogefäß mit den Test Perfusaten ermöglichen Paarvergleiche der Mikrogefäßreaktion unter diesen gut kontrollierten Bedingungen. Versuche, das Verfahren auf Mikrogefäße im Mesenterium von Mäusen mit genetischen Veränderungen erwartet, Gefäßdurchlässigkeit ändern erstrecken waren stark eingeschränkt wegen der Abwesenheit von langen Geraden und unverzweigten Mikrogefäße in der Maus Mesenterium, aber die jüngsten Verfügbarkeit der Ratten, die mit ähnlichen genetischen Veränderungen mit die CRISPR / Cas9 Technologie wird erwartet, dass neue Bereiche der Untersuchung, wo die hier beschriebenen Verfahren angewendet werden kann, zu öffnen. </p>

Introduction

Mikroperfusionskammer im Gefäß gehört der Aufbau gesteuerte Strömung eines künstlichen Perfusat bekannter Zusammensetzung über eine Mikropipette in einem Blutgefäß in der Regel weniger als 40 um im Durchmesser. Die durchströmten Gefäß bleibt innerhalb seiner normalen Gewebeumgebung und ist mit Blut bis das Tier zum Zeitpunkt der Kanülierung perfundiert. Wenn sie in Verbindung mit einer Reihe von Video-Imaging oder fluorometrische Techniken in situ Mikroperfusionskammer verwendet ermöglicht die Messung von Wasser und Stoffströme in den Wänden von Mikrogefäßen unter Bedingungen, wo die treibende Kraft für diese Ströme bekannt sind, und die Durchlässigkeitseigenschaften der Gefäßwand kann direkt ausgewertet. Ferner kann durch Steuern der Zusammensetzung der Flüssigkeit um das Mikrogefäß in dem Gewebe (Perfusat und Superfusat), Regelung der Mikrogefäßdurchlässigkeit und den Austausch kann durch Aktivierung der Endothelzellen Bildung der Mikrogefäßwand, um eine Vielzahl von E ausgesetzt werden untersucht werdenxperimental Bedingungen für präzise gemessen Zeit (Sek hr) (Agonisten, modifizierte Perfusionsbedingungen, Fluoreszenzindikatoren an intrazelluläre Zusammensetzung und Signalisierung zu messen). Zusätzlich können ultra oder cytochemischen Evaluierungen zelluläre Schlüsselmolekülstrukturen Regulieren der Barriere in den gleichen Mikrogefäßen in denen Durchlässigkeit direkt gemessen wird untersucht werden. Der Ansatz bildet dabei eine Brücke zwischen Untersuchung der zellulären und molekularen Mechanismen zu Endothelbarriere Funktion in kultivierten Endothelzellen-Monoschichten und die Untersuchung in intakten Mikrogefäßen zu modifizieren. Auch die folgenden Beiträge zu weiteren Auswertung 1-6.

Eine Begrenzung der Mikroperfusionskammer ist, dass sie nur in mikrovaskulären Betten, die dünn, transparent sind und eine ausreichende strukturelle Integrität Kanülierung mit einer Glasmikropipette verwendet werden, ermöglichen. Während frühe Untersuchungen verwendet Frosch Mikrogefäße im Mesenterium und dünne Haut pectoris muscle 7,8, die bei weitem am häufigsten verwendete Zubereitung in Säugermodellen ist die Rattengekröse 9-15. Die meisten Untersuchungen auf akute Veränderungen der Gefäßdurchlässigkeit untersucht über einen Zeitraum von 1-4 Stunden konzentriert, aber neuere Untersuchungen haben Messungen an einzelnen Schiffen nach einer anfänglichen Perfusion 12,16 erweitert 24-72 h. Die neu entwickelte CRISPR-Technologie, die zur Untersuchung der vaskulären Permeabilität Regulierung 17 sollten die in dieser Mitteilung beschriebenen Methoden ermöglichen mehr gentechnisch veränderte Rattenmodellen verfügbar zu machen verspricht, in venulären Mikrogefäßen des Mesenteriums in dieser wichtigen neuen Rattenmodellen angewendet werden.

Das Verfahren erfordert eine inverse Mikroskop mit einem speziell angefertigten Mikroskoptisch groß genug ausgestattet, um sowohl den Tier Vorbereitung und mindestens drei Mikromanipulatoren zur Position in der Nähe des Mikrowerk perfundierten Gefäß und einen Perfusion Mikropipette mit dem Behälter auszurichten verwendet haltenLumen. Zum Beispiel eine individuelle Plattform für einen xy Mikroskoptisch (ca. 90 × 60 cm) aus einer 1 cm dicken Stahlplatte mit einem Rostschutzbeschichtung hergestellt werden. Die Phase auf eine Engineering-Indextabelle oder zwei Schwalbenschwanzschlitten rechtwinklig zur Bewegung in der horizontalen Ebene montiert ist und auf Teflonsäulen oder Kugelrollen abgestützt angebracht ist. Eine typische rig (siehe Abbildung 2) hat viel gemeinsam mit dem Mikroskop und Mikropositionierung Ausrüstung für eine Vielzahl von Intravitalmikrozirkulation Experimente, wie sie verwendet werden, um Einzelgefäß Blutfluss und Hämatokrit, lokalen Sauerstoffversorgung von durchbluteten Mikrogefäße, die Regulierung der vaskulären glatten messen Muskeltonus und der örtliche mikrovaskuläre Akkumulation von fluoreszierenden Indikatoren in den gesamten Kreislauf injiziert. 18-26

Die grundlegenden Aspekt der Technik ist die Messung der Volumenstrom (J v) in einer definierten Oberfläche (S) der Mikrogefäßwand. ErreichenDieses über das modifizierte Landis Technik beschrieben eine einfache invertierte Mikroskop ist ausreichend. Eine kleine Videokamera wird auf dem Bild-Port und dem Videosignal angebracht ist, mit einem zusätzlichen Zeitbasis wird auf einem Videomonitor angezeigt und entweder in digitaler Form in einem Computer oder als digitales oder analoges Signal auf einem Videorekorder aufgezeichnet. Sobald die Mikrogefäß kanüliert ist der Teil des Mikrogefäß für die Kamera sichtbar ist, indem die Phase und Manipulatoren als Einheit ohne Unterbrechung der Kanülierung geändert werden.

Die Messung der transvaskulären Ströme kann auch mit mehr detaillierte Untersuchungen mit Hilfe eines hoch entwickelten Fluoreszenzmikroskop mit geeigneten Filtern, wie Bohrinseln für die Messung des gelösten Stoffes Durchlässigkeit, Fluoreszenz-Verhältnis Überwachung der zytoplasmatischen Calcium oder anderen zellulären Mechanismen und konfokale Bildgebung 6,12,13 verwendet kombiniert werden, 27. Ein wesentlicher Vorteil aller Mikroperfusionskammer Ansätze ist die Fähigkeit, wiederholte Messungen zu machen, auf dem gleichen Gefäß, Unter kontrollierten Veränderung der Antriebskraft, wie beispielsweise hydrostatischen und onkotischen Drücke oder induzierte Veränderung der Gefäßreaktionen auf Entzündungszuständen. Die häufigste Design ist eine paarweise Vergleich der gemessenen hydraulischen Leitfähigkeit (L p) auf dem gleichen Schiff mit dem Gefäß zunächst über eine Mikropipette mit einer Steuer Perfusat und der Erythrozytensuspension gefüllt perfundiert, um eine Grundlinie Lässigkeit Zustand mit einem zweiten Pipette zu etablieren, dann mit dem Testmittel zugesetzt, um dem Perfusat. Mehrere Kanülierungen sind mit dem Zyklus nach der Reperfusion mit dem Steuerpipetten wiederholt möglich.

Dieses Protokoll zeigt die Kanülen sowie Mikroperfusionskammer eines venulären Gefäß Rattengekröse Wasserflüsse über die Mikrogefäßwand erfassen und messen die L p der Gefäßwand, ein nützlicher Index der Permeabilität des gemeinsamen Syntheseweges für Wasser und gelösten Stoffen durch die intakte endothelialen Barriere. Das Verfahren wird als modifiziert Landis technique, weil die ursprüngliche Landis Prinzip der Verwendung die Relativbewegung der roten Zellen als Maß für die transvaskuläre Flüssigkeitsaustausch nach Perfusion blockiert wird beibehalten 28, aber die Auswahl der Versuchsbedingungen (beispielsweise die hydrostatische und Albumin onkotischen Druckdifferenzen über die Mikrogefäßwand) nach Mikroperfusion verfügbar ist weit größer als in uncannulated blutet Mikrogefäßen 8,29.

Protocol

Ethics Statement: Alle Verfahren wurden überprüft und von der Institutional Animal Care und Verwenden Committee genehmigt. 1. Vorab Herstellung von Mikropipetten, Einschränkung der Bewegungsfreiheit, und Blockers Ziehen mehreren sauberen Borosilikatglas Kapillarröhrchen Hälfte mit Hilfe eines elektronischen Abzieher so eingestellt, daß, wenn er gezogen wird, ist der gestreckte Abschnitt des Rohrs etwa 1 cm in der Länge und die beiden Hälften sind etwas symmetrisch. Stellen…

Representative Results

Figur 4 zeigt die Ergebnisse aus der Messung der Zeitverlauf von Änderungen des L p in einem Ratten venulären microvessel nacheinander mit vier perfusates kanüliert. 33 Die Grße L p auf einem konstanten Druck wurde berechnet als Maß für die Änderungen in der Mikrogefäßwanddurchlässigkeit verwendet wird, zunächst im Steuerzustand mit einem Perfusat, das 1% Rinderserumalbumin, dann, wenn der Behälter auf dem Entzündungsmittel Bradykinin (Bk) unter Verwendung e…

Discussion

Details von L p Berechnungen. Obwohl transvaskulären Flüssigkeitsbewegung auftritt, während das Schiff frei durchströmt, ist ein solcher Austausch viel zu klein, um im freien Durchblutung gemessen, weil es in der Regel weniger als 0,01% des Schiffes Perfusionsrate werden. Jedoch, wenn die Perfusion transient durch Verschließen der Mikrogefäß, transvaskulär Strom gestoppt (dh Filtration) von der Bewegung des Markers roten Zellen in das Lumen als die Fluidsäule zwischen einem Marker r…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Diese Arbeit wurde vom National Institutes of Health Zuschüsse HL44485 und HL28607 unterstützt.

Materials

MICROSCOPE, TABLE AND STAGE
inverted microscope (metallurgical type) with trinocular head for video: example Olympus CK-40 try to place eyepieces higher relative to stage–you have to look through eyepieces while reaching around to top of stage over intervening micromanipulators
inverted microscope (metallurgical type) with trinocular head for video: example Leica DMIL try to place eyepieces higher relative to stage–you have to look through eyepieces while reaching around to top of stage over intervening micromanipulators
narrow diameter, long working distance objective: example Nikon Nikon E Plan 10×/0.25 LWD
stage platform–1/2 inch or 1 cm sheet steel welding shop this should be heavy to reduce vibration
Unislide x-y table: dove tail slides Velmex AXY4006W1
VIDEO
CCD video camera: example Pulnix TM-7CN (no longer available) no color needed
video capture system with audio–generic
video playback system (completely still frame, single frame motion)
small microphone
MICROMANIPULATORS, HOLDERS
micromanipulator, XYZ (3) Prior/Stoelting (no longer available) look for fine Z, and larger range of travel in coarse drives for ease of positioning
hydraulic probe drive, one way FHC 50-12-1C need to buy either manual drive or electronic drive
manual drum drive  FHC 50-12-9-02
or hydraulic drive, 3 way Siskiyou Corporation MX610 (1-way) or MX630 (3-way) great for short arms, water filled and must be sent back for refill ~every 2 years
connectors/rods/holders Siskiyou Corporation MXC-2.5, MXB etc.
pin vise Starrett 162C to hold restrainer
pipette holder World Prescision Instruments MPH3
water manometer ~120 cm
MICROSCOPE TRAY
clear Plexiglas for microscope tray for animal
3/4 inch polished quartz disc ~1/4 inch tall Quartz Scientific Inc. custom  (or polished plexiglass, glass); make sure the height is less than working distance of objective
Plexiglas glue (Weld-on 4: CAUTION CARCINOGEN)
medical adhesive for tissue well NuSil MED-1037
All-purpose silicone rubber heat mat, 5" L x 2" W Cole Parmer EW-03125-20 heater for microscope tray–needs cord and controller–240V version available
Power Cord Adapter for Kapton Heaters and Kits, 6 ft, 120 VAC Cole Parmer EW-03122-75
STACO 3PN1010B Variable-Voltage Controller, 10 A; 120 V In, 0-140 V Out Cole Parmer EW-01575-00
PIPET MANUFACTURE
vertical pipette puller Sutter Instrument Company P-30 with nichrome filament
1.5 mm OD thin wall capillary tubing Sutter Instrument Company B150-110-10
pipette grinder air stone and dissection microscope–see reference in text or purchase a package from Sutter Instruments or World Precision Instruments
RX Honing Machine, System II RX Honing Machine Corporation MAC-10700 Rx System II Machine alternative for air stone, use with a dissecting microscope mounted at an angle
   with ceramic sharpening disc RX Honing Machine Corporation use "as is" or attach lapping film
lapping film sheets, 0.3 or 0.5 um 3M part no. 051144 80827 268X Imperial lapping film sheets with adhesive back–can be purchased from Amazon

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check_url/pt/53210?article_type=t

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Curry, F. E., Clark, J. F., Adamson, R. H. Microperfusion Technique to Investigate Regulation of Microvessel Permeability in Rat Mesentery. J. Vis. Exp. (103), e53210, doi:10.3791/53210 (2015).

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