Un modelo agudo de retina para evaluar sanguíneos de la retina barrera violación, así como potenciales fármacos para el tratamiento
Summary
Un bajo costo, se establece un sistema fácil de usar y potente para evaluar posibles tratamientos que podrían aminorar incumplimiento barrera sangre retiniana inducida por la histamina. fuga de los vasos sanguíneos, la activación de células Müller y la continuidad de los procesos neuronales se utilizan para evaluar la respuesta al daño y su inversión con un fármaco potencial, la lipoxina A4.
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
Un creciente cuerpo de evidencia apoya la existencia de la barrera sangre de la retina (BRB) 1-5 y su similitud con la barrera hematoencefálica (BBB) 6,7. Compromiso de la BBB ha sido estrechamente vinculada causalmente o como un marcador de diagnóstico para enfermedades neurodegenerativas crónicas tales como la enfermedad de Alzheimer (AD) 8,9 y agudas condiciones tales como delirio 10. conocimientos mecánicos en estas patologías y descubrimientos de los posibles objetivos farmacológicos generalmente se ven obstaculizados por la accesibilidad y la red limitada complejidad del cerebro. Se han generado alternativas tales como imágenes in vivo 11, la cultura organotípicos cerebral 12, cultivos celulares primarios 13,14 y sistemas de co-cultivo 15. Sin embargo, la mayoría de estos modelos requieren instrumentos especiales, los períodos experimentales largos o múltiples marcadores para identificar las células. similitudes funcionales y estructurales entre BBB y BRB, así como una correlación entre la dysfunctions de los dos se han argumentado 16-19. Además, el acceso más fácil, tipos de células bien definidas y una estructura en capas han permitido a la retina bien caracterizado como una ventana al cerebro. Las identidades estructurales y funcionales de la BBB y BRB aún no se han comparado en detalle. Sin embargo, las patologías de la retina, especialmente la violación BRB, también han sido estrechamente asociado con la progresión de diversas enfermedades, incluyendo la diabetes 18-19 y 21,22 AD. Por lo tanto, es de interés para establecer un sistema de disfunción BRB no sólo para delinear el mecanismo, pero también para cribar fármacos potenciales. En este informe, un protocolo que permite la disfunción BRB mediante un sencillo cultura retiniana aguda es desarrollado y presentado.
Aumento de la permeabilidad de la BHE y cambios patológicos AD-como se han establecido en una cultura organotípicos cerebro se incubaron con histamina, un mediador proinflamatorio 12. Por lo tanto, en el sistema presentado, la histamina era applIED hasta el cultivo ex vivo para inducir la disfunción retiniana BRB. Las retinas de varias especies, tales como Mus musculus y Bos Taurus, han sido probados. Debido a su disponibilidad comercial y semejanza con el tejido humano, se utilizaron ojos porcinos frescos para proporcionar los datos aquí presentados. Después de incubar con la histamina y / o otras drogas, las retinas se procesaron para su evaluación por la inmunotinción para varias proteínas de 12, tales como la inmunoglobulina G (IgG), uno de los principales componentes de la sangre; proteína ácida glial fibrilar (GFAP), un marcador conocido para la activación glial; y la proteína asociada a microtúbulos 2 (MAP2), una proteína del citoesqueleto neuronal específica esencial para el ensamblaje de los microtúbulos. Además, la estructura en capas de la retina permite un análisis detallado de los procesos de las células de Müller y células ganglionares, tales como cambios en su anchura y continuidad. Por lo tanto varios parámetros adicionales están disponibles para evaluar las consecuencias de laBRB incumplimiento en una etapa temprana y para evaluar los efectos de reversión de tratamientos potenciales.
En este protocolo, los posibles efectos de reversión de los fármacos seleccionados se evalúan desde tres perspectivas: la fuga de los vasos sanguíneos (BVS), la activación de células gliales y el daño de respuesta de las células neuronales. Se utilizan varios métodos de cuantificación, por ejemplo, el nivel de expresión se muestra por la intensidad de la inmunotinción, la medición de la anchura de un proceso y la continuidad de los procesos neuronales se muestra por un filtro de mejora. Para ilustrar mejor el método y para ayudar a interpretar los resultados, la lipoxina A4 (LXA4), un compuesto sintetizado de forma endógena en respuesta a una lesión inflamatoria y atenuar la disfunción endotelial 23, ha sido elegido con fines de demostración.
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).
