Summary

פלואורסצנטי Dye תיוג של Erythrocytes ו leukocytes ללימוד דינמיקה זרימה של זרימת עכבר הרשתית

Published: July 03, 2017
doi:

Summary

הדמיה חיה של תאי הדם המסומנים במחזור העין יכולה לספק מידע על דלקת ואיסכמיה ברטינופתיה סוכרתית וניוון מקולרי הקשור לגיל. פרוטוקול לתווית תאי דם ותמונה תאים שכותרתו במחזור הרשתית מתואר.

Abstract

דינמיקה זרימת הדם של הרשתית והקורואידאלית עשויה לספק תובנה לגבי הפתופיזיולוגיה והשלכות של מחלות עיניים שונות, כגון גלאוקומה, רטינופתיה סוכרתית, ניוון מקולרי הקשור לגיל (AMD) ותנועות דלקתיות אחרות. זה עשוי גם לעזור לפקח על התגובות הטיפוליות בעין. התיוג הנכון של תאי הדם, יחד עם הדמיה תא חי של תאים שכותרתו, מאפשר חקירה של דינמיקה הזרימה של הרשתית ואת זרימת הדם הצורואידית. כאן, אנו מתארים את הפרוטוקולים סטנדרטית של 1.5% indocyanine ירוק (ICG) ו 1% תיוג פלואורסצין נתרן של עכברים אריתרוציטים ו leukocytes, בהתאמה. סריקה לייזר ophthalmoscopy (SLO) הוחל לדמיין את התאים שכותרתו במחזור הרשתית של עכברים C57BL / 6J (סוג בר). שתי השיטות הפגינו תאים שונים שכותרתו fluorescently במחזור הרשתית של העכבר. שיטות תיוג אלה יכולות להיות יישומים רחבים יותר במחלות עיניים שונותמודלים.

Introduction

לימוד דינמיקה הזרימה של תאי הדם במחזור הרשתית והקורואידית היא הכרחית להבנת הפתוגנזה של מחלות עיניים אפשריות המסתכנות בראייה ובעיות דלקתיות אחרות. עם זאת, טכניקות אנגיוגרפיה קונבנציונאלי, אשר כרוך מחייב של צבעים פלואורסצנטי חלבונים פלזמה, אינם מספקים כל מידע לגבי הדינמיקה של אריתרוציטים או לויקוציטים 1 . דינמיקה זרימת כדורית הדם החשמלית חשובים לחקר זרימת הדם ביעילות מטבולית ברשתית, ואת הדינמיקה זרימת לויקוציטים, להבנת נדידת תאים, הכרה, הדבקה והרס בתנאים דלקתיים שונים 2 . ישנן מספר מולקולות ניאון המשמשים זיהוי ואפיון של סוגי תאים שונים 3 . המודינמיקה של תאי הדם ניתן למדוד על ידי מכתים אותם עם fluores המתאיםCent צבע ויישום טכניקות הדמיה נאותה 4 .

נוכחות של תגובות דלקתיות במחלות תוך עינית כמו ניוון מקולרי הקשור לגיל (AMD) ו רטינופתיה סוכרתית (DR) כרוך הצטברות של לימפוציטים באזור חולה 5 , 6 . מעקב אחר תאי החיסון ברקמות יכול לעזור להבין את האירועים המורכבים המעורבים במנגנון של מחלה פתוגנזה. איזוטופים רדיואקטיביים כמו 51 Cr ו 125 שימשו כמחקרי תאים במחקרים מוקדמים. צבעים אלה רעילים ומשפיעים על הכדאיות התא. למרות שהסמנים הרדיואקטיביים 3 H ו- 14 C פחות רעילים לתאים, בשל אנרגיית הפליטה התחתונה שלהם, קשה לזהות את האותות שלהם במערכת 7 , 8 . מספר צבעים fluorochrome הוכנסו כדי להתגבר על הבעיות הפוטנציאליות הקשורות wIth סמנים רדיואקטיביים ו לימפוציטים מסלול המעבר במבחנה באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי cytometry זרימה 9 , 10 . Hoechst 33342 ו thiazole כתום הם DNA צבע מחייב ניאון, אשר משמשים כדי לעקוב אחר לימפוציטים in vivo. Hoechst 33342 נקשר אזורים עשירים ב- DNA, הוא קרום חדיר, שומרת על אותות ניאון עבור 2 – 4 ימים והוא עמיד מרווה 9 , 10 . החסרונות של Hochcht 33342 וכתום thiazole הם עיכוב של התפשטות לימפוציטים 11 ואת מחצית חיים קצר, בהתאמה 9 .

Calcein-AM, פלואורסצין diacetate (FDA), 2 ', 7'-bis- (2-carboxyethyl) -5- (ו- 6) – carboxyfluorescein, אצטוקסימטיל אסתר (BCECF-AM), 5- (ו -6) Carposyfluorescein diacetate (CFDA), ו 5- (ו -6) – carboxyfluorescein אצטט acetoxymethyl diacetate (CFDA-AM)הם הצבעים ניאון cytoplasmic המשמש ללימודי לימפוציטים הגירה. עם זאת, ה- FDA, CFDA ו CFDA-AM יש שמירה נמוכה יותר בתאים 9 . BCECF-AM מפחית את התגובה שגשוג משפיע על chemotaxis ו superoxide ייצור 9 , 12 . Calcein-AM הוא צבע פלואורסצנטי ושימושי לטווח קצר ללימודים לימפוציטים vivo vivo . הוא פולט אותות ניאון חזקים, אינו מפריע לרוב הפונקציות הסלולר ושומר על אותות ניאון עד 3 ימים 12 , 13 . פלואורסצין isothiocyanate (FITC) ו carboxyfluorescein diacetate succinimidyl אסתר (CFDA-SE) הם צבעים קוולנטיים צימוד פלואורסצנטי, אשר משמשים ללימודים הגירה לימפוציטים. FITC מציג שום השפעה על הכדאיות התא ויש לו זיקה חזקה עם לימפוציטים B מאשר לימפוציטים 14 , 15 , </suP>. CFDA-SE לימפוציטים שכותרתו ניתן לעקוב אחר in vivo במשך יותר מ 8 שבועות ועד 8 חטיבות תא 9 , 16 . C18 DiI (1,1'-dioctadecyl-3,3,3 ', 3'-tetramethylindocarbocyanine perchlorate), DiO (3,3'-dioctadecyloxacarbocyanine perchlorate), פול קרל הוראן (PKH) 2, PKH3 ו- PKH26 הם קרום- הוספת צבעי lbophilic carbocyanine lipophilic המשמשים תווית leukocytes ו אריתרוציטים. C18 דיל ו DiO התערוכה אותות גבוהים יותר כאשר שולבו לתוך קרום התא הם יחסית לא רעילים 12 , 17 . PKH2, PKH3 ו PKH26 שכותרתו התאים שמירה טובה של אותות ניאון עם פחות רעילות 18 , 19 , 20 , 21 , 22 . עם זאת, PKH2 למטה מסדיר את הביטוי CD62L ומקטין את ly 23 .

רוב המחקרים הנ"ל בוצעו למעקב אחר הגירה הלימפוציטים והתפשטות הלימפה וללמוד את אריתרוציטים שכותרתו במחזור הלא עיני. יש מעט מאוד מחקרים החלים את הטכניקות תיוג ללמוד את תאי הדם במחזור העין. יישום של סריקה לייזר ophthalmoscopy (SLO) יש יתרון גדול בלימוד התאים שכותרתו את זרימת הרשתית ואת choroidal in vivo על ידי אנגיוגרפיה פונדוס 24 . ישנם מספר צבעים פלורסנט, כגון ICG, כתום אקרידין, FITC, פלואורסצין נתרן, CFDA המשמשים ללמוד את הלייקוציטים של זרימת הרשתית על ידי SLO 25 , 26 , 27 , 28 , 29 , 30 ,Class = "xref"> 31 , 32 , 33 , 34 . Phototoxicity ו מסרטן של כתום acridine 26 , 27 , הפרעה של FITC עם פעילות הסלולר, ואת הדרישה של סוכן ניגוד intravascular לפתרון של כלי הדם ברשתית הרשתית ו choroidal מגביל את היישום שלהם בניסויים בבעלי חיים vivo 29 . נתרן פלואורסצין ICG אינם רעילים, אושרה על ידי מינהל המזון והתרופות, ובטוח לבדיקות על בני אדם 32 , 35 . רוב הזרימה הדינמית מחקרים קשורים תיוג של leukocytes או אריתרוציטים והדמיה שלה כלי הדם ברשתית הרשתית 36 , 37 , 38 , 39 </sUp>. כאן, אנו מתארים פרוטוקול סטנדרטי של תיוג ICG של אריתרוציטים, תיוג פלואורסצין נתרן של leukocytes, ומעקב אחר תאים שכותרתו דמיינו את זרימת הרשתית העכבר באמצעות SLO.

Protocol

פרוטוקולים של בעלי חיים המשמשים במחקר זה אושרו על ידי טיפול בבעלי חיים מוסדיים ושימוש ועדת SingHealth, סינגפור והם בהתאם להנחיות של האגודה לחקר חזון ורפואת עיניים (ARVO) הצהרה לשימוש בבעלי חיים עיניים או חזון מחקר. 1. תיוג של Erythrocytes ו leukocytes עם צבעים נ?…

Representative Results

Erythrocytes שכותרתו עם ICG 1.5% היו דמיינו את זרימת הרשתית של עכברים C57BL / 6J (סוג בר). הן 1% ו 5% hematocrit של 1.5% ICG שכותרתו אריתרוציטים היו להבדיל במחזור הרשתית. עם זאת, אדם שכותרתו תאים היו בבירור יותר דמיינו עם 1% hematocrit של 1.5% ICG שכותרתו אריתרוציטים ( איור 1</s…

Discussion

לימוד המודינמיקה במחזור הרשתית והקורואידאל חיוני להבנת הפתופיזיולוגיה של מחלות עיניים רבות. זרימת הדם הדינמיקה במחזור הרשתית ניתן ללמוד על ידי טומוגרפיה קוהרנטית אופטית של תחום פורייה (FD-OCT), לייזר speckle flowgraphy (LSFG) ו oximetry רשתית. למרות ששיטות אלה משתמשות בגישות שונות כד…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

פרויקט המחקר מומן על-ידי מענק מחקר חדש מטעם המועצה הלאומית למחקר רפואי (NMRC), סינגפור. הצוות יאהה להכיר את ההכשרה המחקרית שניתנה לד"ר אגרוול במכון לרפואת עיניים (IoO), אוניברסיטת קולג 'בלונדון (UCL), במסגרת המחקר הלאומי של המועצה למחקר רפואי (NMRC), מחודש נובמבר 2012 ועד אוקטובר 2014, בהנחיית פרופ' דוד שימה. ד"ר אגרואל רכש את הקונספט ואת הכישורים לתיוג התאים והדמיה חיה במעבדה של ד"ר שימא. לכן, הצוות יכיר בהדרכה ובהדרכה במהלך הדרכתו של פרופ 'דוד שימה, פרופ' קית 'מייסנר, ד"ר פיטר לונד וד"ר דאיו איוואטה.

Materials

Cardiogreen polymethine dye (Indocyanine green) Sigma Aldrich 12633-50MG
Fluorescein 100 mg/mL Novartis U1705A/H-1330292
10X Phosphate-buffered saline (PBS) Ultra Pure Grade 1st BASE BUF-2040-10X1L
Bovine serum albumin Sigma Aldrich A7906-100G
Microtainer tubes with K2E (K2EDTA) – EDTA concentration – 1.8 mg/mL of blood BD, USA REF 365974
Histopaque 1077 solution Sigma Aldrich 10771
Centrifuge 5810 R Eppendorf 05-413-401
Microcentrifuge tubes 2mL Axygen MCT-200-C-S
Vortex mixer Insta BioAnalytik pte. ltd FINE VORTEX
Shaker incubator Lab Tech
Ceva Ketamine injection (Ketamine hydrochloride 100mg/mL) Ceva KETALAB03
ILIUM XYLAZIL-20 (Xylazine hydrochloride 20mg/Ml) Troy Laboratories PTY. Limited LI0605
1% Mydriacyl 15 mL (Tropicamide 1%) Alcon Laboratories, Inc. USA NDC 0998-0355-15
2.5% Mydfrin 5 mL (Phenylephrine hydrochloride 2.5%) Alcon Laboratories, Inc. USA NDC 0998-0342-05
Terumo syringe with needle 1cc/mL Tuberculin Terumo (Philippenes) Corporation, Philippines SS-01T2613
Vidisic Gel 10G Dr. Gerhard Mann, Chem.-Pharm, Fabrik Gmbh, Berlin, Germany
Alcohol swabs Assure medical disposables 7M-004-L-01
Confocal laser scanning angiography system (Heidelberg Retina Angiograph 2) Heidelberg Engineering, GmbH, Heidelberg, Germany
Hiedelberg Spectralis Viewing Module software, v4.0 Heidelberg Engineering, GmbH, Heidelberg, Germany
Fluorescent microscope ZEISS Model: axio imager z1

Referências

  1. Khoobehi, B., Peyman, G. A. Fluorescent vesicle system. A new technique for measuring blood flow in the retina. Ophthalmology. 101 (10), 1716-1726 (1994).
  2. Beem, E., Segal, M. S. Evaluation of stability and sensitivity of cell fluorescent labels when used for cell migration. J Fluoresc. 23 (5), 975-987 (2013).
  3. Parish, C. R. Fluorescent dyes for lymphocyte migration and proliferation studies. Immunol Cell Biol. 77 (6), 499-508 (1999).
  4. Khoobehi, B., Peyman, G. A. Fluorescent labeling of blood cells for evaluation of retinal and choroidal circulation. Ophthalmic Surg Lasers. 30 (2), 140-145 (1999).
  5. Nowak, J. Z. Age-related macular degeneration (AMD): pathogenesis and therapy. Pharmacol Rep. 58 (3), 353-363 (2006).
  6. Antonetti, D. A., Klein, R., Gardner, T. W. Diabetic retinopathy. N Engl J Med. 366 (13), 1227-1239 (2012).
  7. Rannie, G. H., Thakur, M. L., Ford, W. L. An experimental comparison of radioactive labels with potential application to lymphocyte migration studies in patients. Clin Exp Immunol. 29, 509-514 (1977).
  8. Ford, W. L. The preparation and labeling of lymphocytes. Handbook of Experimental Immunology. 3, (1978).
  9. Weston, S. A., Parish, C. R. New fluorescent dyes for lymphocyte migration studies: Analysis by flow cytometry and fluorescence microscopy. J Immunol Meth. 133, 87-97 (1990).
  10. Brenan, M., Parish, C. R. Intracellular fluorescent labeling of cells for analysis of lymphocyte migration. J Immunol Meth. 74, 31-38 (1984).
  11. Samlowski, W. E., Robertson, B. A., Draper, B. K., Prystas, E., McGregor, J. R. Effects of supravital fluorochromes used to analyze the in vivo homing of murine lymphocytes on cellular function. J Immunol Meth. 144, 101-115 (1991).
  12. DeClerck, L. S., Bridts, C. H., Mertens, A. M., Moens, M. M., Stevens, W. J. Use of fluorescent dyes in the determination of adherence of human leukocytes to endothelial cells and the effect of fluorochromes on cellular function. J Immunol Meth. 172, 115-124 (1994).
  13. Chiba, K., et al. FTY720, a novel immunosuppressant, induced sequestration of circulating mature lymphocytes by acceleration of lymphocyte homing in rats. I. FTY720 selectively decreases the number of circulating mature lymphocytes by acceleration of lymphocyte homing. J Immunol. 160, 5037-5044 (1998).
  14. Butcher, E. C., Weissman, I. L. Direct fluorescent labeling of cells with fluorescein or rhodamine isothiocyanate. I. Technical aspects. J Immunol Meth. 37, 97-108 (1980).
  15. Butcher, E. C., Scollay, R. G., Weissman, I. Direct fluorescent labeling of cells with fluorescein or rhodamine isothiocyanate. II. Potential application to studies of lymphocyte migration and maturation. J Immunol Meth. 37, 109-121 (1980).
  16. Lyons, A. B., Parish, C. R. Determination of lymphocyte division by flow cytometry. J Immunol Meth. 171, 131-137 (1994).
  17. Unthank, J. L., Lash, J. M., Nixon, J. C., Sidner, R. A., Bohlen, H. G. Evaluation of carbocyanine-labeled erythrocytes for microvascular measurements. Microvasc Res. 45, 193-210 (1993).
  18. Slezak, S. E., Horan, P. K. Fluorescent in vivo tracking of hematopoietic cells. Part I. Technical considerations. Blood. 74, 2172-2177 (1989).
  19. Teare, G. F., Horan, P. K., Slezak, S. E., Smith, C., Hay, J. B. Long-term tracking of lymphocytes in vivo: The migration of PKH-labeled lymphocytes. Cell Immunol. 134, 157-170 (1991).
  20. Johnsson, C., Festin, R., Tufveson, G. T., Tötterman, T. H. Ex vivo PKH26-labeling of lymphocytes for studies of cell migration in vivo. Scand. J Immunol. 45, 511-514 (1997).
  21. Khalaf, A. N., Wolff-Vorbeck, G., Bross, K., Kerp, L., Petersen, K. G. In vivo labeling of the spleen with a red-fluorescent cell dye. J Immunol Meth. 165, 121-125 (1993).
  22. Albertine, K. H., Gee, M. H. In vivo labeling of neutrophils using a fluorescent cell linker. J Leukoc Biol. 59, 631-638 (1996).
  23. Samlowski, W. E., Robertson, B. A., Draper, B. K., Prystas, E., McGregor, J. R. Effects of supravital fluorochromes used to analyze the in vivo homing of murine lymphocytes on cellular function. J Immunol Meth. 144, 101-115 (1991).
  24. Manivannan, A., et al. Digital fundus imaging using a scanning laser ophthalmoscope. Physiol Meas. 14, 43-56 (1993).
  25. Okanouchi, T., Shiraga, F., Takasu, I., Tsuchida, Y., Ohtsuki, H. Evaluation of the dynamics of choroidal circulation in experimental acute hypertension using indocyanine green-stained leukocytes. Jpn J Ophthalmol. 47 (6), 572-577 (2003).
  26. Zdolsek, J. M., Olsson, G. M., Brunk, U. T. Photooxidative damage to lysosomes of cultured macrophages by acridine orange. Photochem Photobiol. 51, 67-76 (1990).
  27. Molnar, J., et al. Antiplasmid and carcinogenic molecular orbitals of benz[c]acridine and related compounds. Anticancer Res. 13, 263-266 (1993).
  28. Fillacier, K., Peyman, G. A., Luo, Q., Khoobehi, B. Study of lymphocyte dynamics in the ocular circulation: technique of labeling cells. Curr Eye Res. 14 (7), 579-584 (1995).
  29. Horan, P. K., et al. Fluorescent cell labeling for in vivo and in vitro cell tracking. Methods Cell Biol. 33, 469-490 (1990).
  30. Hossain, P., et al. In vivo cell tracking by scanning laser ophthalmoscopy: quantification of leukocyte kinetics. Invest Ophthalmol Vis Sci. 39 (10), 1879-1887 (1998).
  31. Yang, Y., Kim, S., Kim, J. Visualization of retinal and choroidal blood flow with fluorescein leukocyte angiography in rabbits. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 235 (1), 27-31 (1997).
  32. Kim, J., Yang, Y., Shin, B., Cho, C. Visualization and flow of platelets and leukocytes in vivo in rat retinal and choroidal vessels. Ophthalmic Res. 29 (6), 374-380 (1997).
  33. Le Gargasson, J. F., et al. Scanning laser ophthalmoscope imaging of fluorescein-labeled blood cells. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 235, 56-58 (1997).
  34. Yang, Y., Kim, S., Kim, J. Fluorescent dots in fluorescein angiography and fluorescein leukocyte angiography using a scanning laser ophthalmoscope in humans. Ophthalmology. 104 (10), 1670-1676 (1997).
  35. Yannuzzi, L. A. Indocyanine green angiography: a perspective on use in the clinical setting. Am J Ophthalmol. 151 (5), 745-751 (2011).
  36. Khoobehi, B., Peyman, G. A. Fluorescent labeling of blood cells for evaluation of retinal and choroidal circulation. Ophthalmic Surg Lasers. 30 (2), 140-145 (1999).
  37. Kornfield, T. E., Newman, E. A. Regulation of blood flow in the retinal trilaminar vascular network. J Neurosci. 34 (34), 11504-11513 (2014).
  38. Kornfield, T. E., Newman, E. A. Measurement of Retinal Blood Flow Using Fluorescently Labeled Red Blood Cells. eNeuro. 2 (2), (2015).
  39. Matsuda, N., et al. Visualization of leukocyte dynamics in the choroid with indocyanine green. Invest Ophthalmol Vis Sci. 37 (11), 2228-2233 (1996).
  40. Wang, Y., Lu, A., Gil-Flamer, J., Tan, O., Izatt, J. A., Huang, D. Measurement of total blood flow in the normal human retina using Doppler Fourier-domain optical coherence tomography. Br J Ophthalmol. 93 (5), 634-637 (2009).
  41. Wang, Y., Fawzim, A., Tan, O., Gil-Flamer, J., Huang, D. Retinal blood flow detection in diabetic patients by Doppler Fourier domain optical coherence tomography. Opt Express. 17 (5), 4061-4073 (2009).
  42. Srinivas, S., Tan, O., Wu, S., Nittala, M. G., Huang, D., Varma, R., Sadda, S. R. Measurement of retinal blood flow in normal Chinese-American subjects by Doppler Fourier-domain optical coherence tomography. Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (3), 1569-1574 (2015).
  43. Sugiyama, T., Araie, M., Riva, C. E., Schmetterer, L., Orgul, S. Use of laser speckle flowgraphy in ocular blood flow research. Acta Ophthalmol. 88 (7), 723-729 (2010).
  44. Nakano, Y., Shimazaki, T., Kobayashi, N., Miyoshi, Y., Ono, A., Kobayashi, M., Shiragami, C., Hirooka, K., Tsujikawa, A. Retinal Oximetry in a Healthy Japanese Population. PLoS One. 11 (7), 0159650 (2016).
  45. Turksever, C., Orgul, S., Todorova, M. G. Reproducibility of retinal oximetry measurements in healthy and diseased retinas. Acta Ophthalmol. 93 (6), 439-445 (2015).
  46. Sharp, P. F., Manivannan, A., Xu, H., Forrester, J. V. The scanning laser ophthalmoscope-a review of its role in bioscience and medicine. Phys Med Biol. 49 (7), 1085-1096 (2004).
  47. Clermont, A. C., Aiello, L. P., Mori, F., Aiello, L. M., Bursell, S. E. Vascular endothelial growth factor and severity of nonproliferative diabetic retinopathy mediate retinal hemodynamics in vivo: a potential role for vascular endothelial growth factor in the progression of nonproliferative diabetic retinopathy. Am J Ophthalmol. 124 (4), 433-446 (1997).
  48. Nguyen, H. T., et al. Retinal blood flow is increased in type 1 diabetes mellitus patients with advanced stages of retinopathy. BMC Endocr Disord. 16 (1), 25 (2016).
  49. Schumann, J., Orgül, S., Gugleta, K., Dubler, B., Flammer, J. Interocular difference in progression of glaucoma correlates with interocular differences in retrobulbar circulation. Am J Ophthalmol. 129 (6), 728-733 (2000).
check_url/pt/55495?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Agrawal, R., Balne, P. K., Tun, S. B. B., Sia Wey, Y., Khandelwal, N., Barathi, V. A. Fluorescent Dye Labeling of Erythrocytes and Leukocytes for Studying the Flow Dynamics in Mouse Retinal Circulation. J. Vis. Exp. (125), e55495, doi:10.3791/55495 (2017).

View Video