במודל רשתית חריפה להערכת תרופות הפרת מכשול רשתית דם פוטנציאל הטיפול
Summary
מערכת בעלות נמוכה, קלה לשימוש וחזק הוא הוקם כדי להעריך טיפולים פוטנציאל שיכול לשפר הפרת מחסום דם ברשתית המושרית על ידי היסטמין. דליפת כלי דם, הפעלת תא מולר ואת ההמשכיות של תהליכים עצביים מנוצלות כדי להעריך את תגובת הניזק והיפוכו עם תרופה פוטנציאלית, A4 lipoxin.
Abstract
A low-cost, easy-to-use and powerful model system is established to evaluate potential treatments that could ameliorate blood retinal barrier breach. An inflammatory factor, histamine, is demonstrated to compromise vessel integrity in the cultured retina through positive staining of IgG outside of the blood vessels. The effects of histamine itself and those of candidate drugs for potential treatments, such as lipoxin A4, are assessed using three parameters: blood vessel leakage via IgG immunostaining, activation of Müller cells via GFAP staining and change in neuronal dendrites through staining for MAP2. Furthermore, the layered organization of the retina allows a detailed analysis of the processes of Müller and ganglion cells, such as changes in width and continuity. While the data presented is with swine retinal culture, the system is applicable to multiple species. Thus, the model provides a reliable tool to investigate the early effects of compromised retinal vessel integrity on different cell types and also to evaluate potential drug candidates for treatment.
Introduction
גוף גדל והולך של ראיות תומכת בקיומו של מחסום דם ברשתית (BRB) 1-5 ואת הדמיון שלה אל מחסום דם מוח (BBB) 6,7. הפשרה של BBB נקשר בחוזקה סיבתי או כסמן אבחון מחלות ניווניות כרוניות כמו מחלת אלצהיימר (AD) 8,9 ו מצבים חריפים כגון הזיות 10. תובנות מכניסטית לתוך פתולוגיות ותגליות אלה עבור מטרות תרופה פוטנציאל הם הקשו בדרך כלל על ידי מורכבות נגישות מוגבלת לרשת של המוח. חלופות כגון in vivo הדמיה 11, המוח organotypic תרבות 12, בתרביות תאים ראשוניים 13,14 ומערכות שיתוף התרבות 15 נוצרו. עם זאת, רוב המודלים האלה דורשים מכשירים מיוחדים, תקופות ניסוי ארוכות או סמנים מרובים כדי לזהות תאים. דמיון פונקציונלי מבני בין BBB ו BRB וכן מתאם בין dysfunctions של שני היה לטעון 16-19. בנוסף, גישה קלה יותר, סוגי תאים מוגדרים היטב שכבתי מבנה אפשרו הרשתית היטב מאופיינת כחלון למוח. הזהויות המבניות ותפקודיות של BBB ו BRB להישאר להיות לעומת בפירוט. עם זאת, פתולוגיות רשתית, במיוחד הפרת BRB, גם נקשרו בחוזקה עם ההתקדמות של מחלות שונות, כולל סוכרת 18-19 לספירה 21,22. לכן, זה עניין להקים מערכת תפקוד BRB לא רק להתוות את המנגנון אלא גם להקרין תרופות פוטנציאליות. בדו"ח זה, תפקוד לקוי פרוטוקול המאפשר BRB באמצעות תרבות ברשתית חריפה פשוט מפותח והציג.
חדירות BBB מוגברות שינויים פתולוגיים דמוית לספירה הוקמו תרבות המוח organotypic מודגרות עם היסטמין, מתווך פרו-דלקתי 12. לכן, במערכת הציגה, היסטמין היה Applמטען לתרבות רשתית vivo לשעבר כדי לגרום בעיות בתפקוד BRB. רשתיות מכמה מינים, כגון musculus Mus ו Bos Taurus, נבדקו. בשל זמינויות הדמיון המסחריות שלהם רקמה אנושית, נוצלו עיני חזירים טריות לספק את הנתונים המדווחים כאן. לאחר דוגרים עם היסטמין ו / או תרופות אחרות, את הרשתיות עובדו להערכה על ידי immunostaining במשך כמה חלבונים 12, כגון אימונוגלובולין G (IgG), אחד המרכיבים העיקריים של דם; גליה fibrillary חלבון חומצי (GFAP), סמן ידוע עבור הפעלת גליה; ו-הקשורים microtubule חלבון 2 (MAP2), חלבון cytoskeletal ספציפי נוירון חיוני להרכבה microtubule. יתר על כן, במודל השכבות של הרשתית מאפשר ניתוח מפורט של התהליכים של תאי מולר ותאי גנגליון, כגון שינויי הרוחב וההמשכיות שלהם. כך מספר פרמטרים נוספים זמינים להעריך את ההשלכות שלBRB הפרה בשלב מוקדם כדי להעריך את השפעות ההיפוך של טיפולים פוטנציאליים וכן.
בפרוטוקול זה, תופעות היפוך הפוטנציאל של תרופות הוקרן מוערכים משלושה היבטים: דליפה של כלי הדם (BVS), הפעלת תאי גלייה והתגובה-נזק של תאים עצביים. כמה שיטות כימותים מנוצלות, למשל, את רמת הביטוי שמוצגת על ידי עוצמת immunostaining, מדידת רוחב של תהליך ורציפות תהליכים עצביים שמוצגים על ידי מסנן שיפור. כדי להמחיש את השיטה טובה יותר וכדי לסייע לפרש את התוצאות, lipoxin A4 (LXA4), תרכובת המסונתזת באופן אנדוגני בתגובה לפציעה דלקתית הפחתה בתפקוד האנדותל 23, נבחר למטרות הדגמה.
Protocol
Representative Results
Discussion
In this report, we present a powerful ex vivo acute retinal model of BRB dysfunction using the swine retina. This model system does not require special instruments and can be easily adapted under most laboratory settings. However, to obtain a successful result, several steps require close attention. After obtaining the eyeballs from the source, they must be kept at 4 °C or on ice and processed as soon as possible. When the effect of a treatment is being analyzed, two halves of the same retina must be used -…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bringhurst Meats (Berlin, NJ) is acknowledged for their genuine help in providing the swine eyeballs.
Materials
| DMEM | Life Technologies | 11965-092 | |
| HBSS | Life Technologies | 14170-112 | |
| Sucrose | J.T.Baker | 4072-05 | |
| Histamine | Sigma | H7125-1G | |
| Penicillin-Streptomycin | Invitrogen | ||
| PFA | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
| Freezing Media | Triangle Biomedical Sciences | TFM-5 | |
| Normal Goat Serum | Rockland | D104-00-0050 | |
| Triton X-100 | Sigma | T8787 | |
| GFAP Antibody | Millipore | AB5804 | |
| MAP2 Antibody | EMD Millipore | MAB3418 | |
| FITC conjugated Donkey anti-rabbit IgG | Jackson ImmunoResearch Laboratories, Inc. | 711-095-152 | |
| Cy3 conjugated Donkey anti-mouse IgG | Jackson ImmunoResearch Laboratories, Inc. | 715-165-150 | |
| mounting medium containing DAPI | Vector Laboratories, Inc. | H-1200 | |
| Laser Confocal Microscope | Nikon | Eclipse Ti microscope | |
| ImageJ | National Institutes of Health | 1.45s |
Referências
- Cunha-Vaz, J., Bernardes, R., Lobo, C. Blood-retinal barrier. J Ophthalmol. 21, 3 (2011).
- Kim, J. H., et al. Blood-neural barrier: intercellular communication at glio-vascular interface. J Biochem Molec Biol. 39, 339-345 (2006).
- Kumagai, A. K. Glucose transport in brain and retina: implications in the management and complications of diabetes. Diabetes Metab Res Rev. 15, 261-273 (1999).
- Runkle, E. A., Antonetti, D. A. The blood-retinal barrier: structure and functional significance. Methods Molec Biol. 686, 133-148 (2011).
- Takata, K., Hirano, H., Kasahara, M. Transport of glucose across the blood-tissue barriers. Int Rev Cytol. 172, 1-53 (1997).
- Goncalves, A., Ambrosio, A. F., Fernandes, R. Regulation of claudins in blood-tissue barriers under physiological and pathological states. Tissue Barriers. 1, 24782 (2013).
- Patton, N., et al. Retinal image analysis: concepts, applications and potential. Prog Ret Eye Res. 25, 99-127 (2006).
- Di Marco, L. Y., et al. Vascular dysfunction in the pathogenesis of Alzheimer’s disease–A review of endothelium-mediated mechanisms and ensuing vicious circles. Neurobiol Dis. 82, 593-606 (2015).
- Nagele, R. G., et al. Brain-reactive autoantibodies prevalent in human sera increase intraneuronal amyloid-beta(1-42) deposition. J Alzheimer’s Dis: JAD. 25, 605-622 (2011).
- Goldwaser, E., Acharya, N., Nagele, R. Cerebrovascular and blood-brain barrier compromise: A mechanistic link between vascular disease and Alzheimer’s disease subtypes of neurocognitive disorders. J Parkinsons Dis Alzheimer’s Dis. 2, 10 (2015).
- Horton, N. G., et al. In vivo three-photon microscopy of subcortical structures within an intact mouse brain. Nat Photonics. 7, (2013).
- Sedeyn, J. C., et al. Histamine Induces Alzheimer’s Disease-Like Blood Brain Barrier Breach and Local Cellular Responses in Mouse Brain Organotypic Cultures. Biomed Res Int. 2015, 937148 (2015).
- Avdeef, A., Deli, M. A., Neuhaus, W., Di, L., Kerns, E. H. . Blood-Brain Barrier in Drug Discovery: Optimizing Brain Exposure of CNS Drugs and Minimizing Brain Side Effects for Peripheral Drugs. , 188 (2014).
- Eigenmann, D. E., et al. Comparative study of four immortalized human brain capillary endothelial cell lines, hCMEC/D3, hBMEC, TY10, and BB19, and optimization of culture conditions, for an in vitro blood-brain barrier model for drug permeability studies. Fluids Barriers CNS. 10, 33 (2013).
- Takeshita, Y., et al. An in vitro blood-brain barrier model combining shear stress and endothelial cell/astrocyte co-culture. J Neurosci Methods. 232, 165-172 (2014).
- Alberghina, M., Lupo, G., Anfuso, C. D., Moro, F. Palmitate transport through the blood-retina and blood-brain barrier of rat visual system during aging. Neurosci Lett. 150, 17-20 (1993).
- Hosoya, K., Yamamoto, A., Akanuma, S., Tachikawa, M. Lipophilicity and transporter influence on blood-retinal barrier permeability: a comparison with blood-brain barrier permeability. Pharm Res. 27, 2715-2724 (2010).
- Minamizono, A., Tomi, M., Hosoya, K. Inhibition of dehydroascorbic acid transport across the rat blood-retinal and -brain barriers in experimental diabetes. Biol Pharm Bull. 29, 2148-2150 (2006).
- Serlin, Y., Levy, J., Shalev, H. Vascular pathology and blood-brain barrier disruption in cognitive and psychiatric complications of type 2 diabetes mellitus. Cardiovasc Psychiatry Neurol. 2011, 609202 (2011).
- Kolb, H. How the retina works – Much of the construction of an image takes place in the retina itself through the use of specialized neural circuits. Am Sci. 91, 28-35 (2003).
- Ikram, M. K., Cheung, C. Y., Wong, T. Y., Chen, C. P. Retinal pathology as biomarker for cognitive impairment and Alzheimer’s disease. J Neurol Neurosurgery Psychiatry. 83, 917-922 (2012).
- Tan, Z., Ge, J. Amyloid-beta, the retina, and mouse models of Alzheimer disease. Am J Pathol. 176, 2055 (2010).
- Serhan, C. N. Pro-resolving lipid mediators are leads for resolution physiology. Nature. 510, 92-101 (2014).
- Bucolo, C., et al. Effects of topical indomethacin, bromfenac and nepafenac on lipopolysaccharide-induced ocular inflammation. J Pharm Pharmacol. 66, 954-960 (2014).
- Edelman, J. L., Lutz, D., Castro, M. R. Corticosteroids inhibit VEGF-induced vascular leakage in a rabbit model of blood-retinal and blood-aqueous barrier breakdown. Exp Eye Res. 80, 249-258 (2005).
