쥐의 고립 된 저항 동맥의 비디오 현미경을 이용 하 여 혈관 제어 메커니즘의 평가

Summary

이 원고는 쥐 대뇌 저항 동맥 혈관 기능을 평가 하기 위한 비디오 현미경 검사 법 프로토콜을 체 외에 설명 합니다. 원고는 또한 레이저 도플러 Flowmetry를 사용 하 여 붙일 레이블된 lectin과 조직 관류와 microvessel 밀도 평가 하기 위한 기법을 설명 합니다.

Abstract

이 프로토콜 텔레비전 현미경 고립된 대뇌 저항 동맥 (와 다른 배), 혈관 기능을 평가 하기 위해 생체 외에서 의 사용을 설명 하 고 레이저 도플러 Flowmetry (LDF를 사용 하 여 조직 관류를 평가 하기 위한 기술에 설명 합니다. )와 microvessel 밀도 붙일 활용 Griffonia simplicifolia (GS1) lectin를 표시. 현재 공부에 대 한 과거 발생 압력에서 vivo에서 에서 저항 동맥을 분리 방법과 parenchymal 세포 영향의 부재에서 vivo에서 연구와 분자에서 얻은 정보 사이의 중요 한 링크를 제공 전체 동물 수준에서 통합 응답에 제한 된 통찰력을 제공 하는 reductionist 접근. 선택적으로 붙일 레이블 GS1 lectin arterioles, 모세 혈관을 식별 하는 LDF 및 기술 절연된 저항 동맥의 연구에서 얻은 지식을 확장할 수 사관 수 있도록 실용적인 솔루션을 제공 합니다. 이 종이 혈관 생리학과 병리학 일반 실험 모델 쥐에서의 기본적인 지식을 얻기 위해 이러한 기술의 응용 프로그램을 설명 하 고 전문의 다양 한 제공할 수 있는 “디자이너” 쥐 종자를 유전자 조작 중요 한 혈관 고기에 특정 한 유전자의 영향으로 중요 한 통찰력. 녹아웃 마우스 모델에서 개발 된 과학 건물의 엄 함 확장 됩니다 선택적 번 식 전략과 쥐에 유전자 녹아웃 모델 생산을 위한 새로운 기술을 개발한 쥐 긴장에서이 귀중 한 실험적인 접근을 이용 하 고 그 지식을 잘 이해 생리 적 배경 및 그것의 큰 크기 때문에 생리 적 연구에 대 한 적합성과 더 관련 동물 모델을 확장 합니다.

Introduction

혈관 기능 활용 하는 동맥 도관 동맥, 및 많은의 초기 연구는 대동맥의 경우. 큰 동맥에서 강제로 생성은 일반적으로 조직 목욕; 힘 변환기를 동맥의 링 세그먼트를 연결 하 여 공부 대동맥의 경우 나선형 절단 하 여 스트립 선박의 있도록 부드러운 근육 섬유 첨부 파일의 포인트와 힘 변환기의 수축에 의해 생성 된 힘의 좋은 견적을 제공 하는 경도 방향에서 동쪽으로 향하게 했다 세로 축 따라 부드러운 근육입니다. Aortas의 나선형 스트립을 절단에 대 한 표준 기술 선박의 루멘에 유리 막대를 배치, 원하는 각도에서 혈관 벽에 상처를 만들고 컷은 전체 생산 확장으로 혈관 벽의 노출된 가장자리의 끝에 개최 되었다 그릇의 나선형 스트립입니다. 그 시점에서, 혈관의 내 피 쪽은 일반적으로 선박 스트립 힘 변환기에 연결 하 고 물속에 산소를 준비 하기 전에 파편을 제거 하 얼룩이 및 온도 제어 조직 목욕. 결국, 편안한 인자 (EDRF), 이후에에서 산화 질소로 식별 된 파생 된 접근 생리학의 역사에서 가장 유명 하 고 중요 한 발견 중 하나를 Furchgott와 Zawadski¹, 즉 피 내 막의 역할에 의해 주도 혈관 기능을 규제. 그의 발견에 지도 하는 중요 한 이벤트는 조사 외국 표면 동맥의 내 피 쪽의 접촉을 피하 여 그대로 피를 유지 하 고 대동맥 스트립 예상 전시 하지 않았다 발견 상황 이었다 아 세 틸 콜린 (ACh), 대신에 ACh 대응 편안 하지만 수축. 그 관찰을 바탕으로, 조사는 그들은 (그러나 수축 성 힘을 생성할 수 없습니다)는 그대로 피와 대동맥 세그먼트를 연결 하는 “샌드위치” 준비 대동맥의 표준 헬리컬 스트립 개발과 ACh 유도 변환 휴식으로 수축입니다.

광범위 하 게 오늘 사용 되는이 지역에서 두 개의 주요 발전은 작은 저항 동맥^2,3 에 활성 수축 성 힘을 측정 하는 준비의 개발 (예:³ 장 mesentery )와 cannulated 저항 동맥 준비^4,,56. 초기 보고서 중 하나에서 Mulvany 및 Halpern³ 와이어 myograph 준비 공부 저절로 고혈압 쥐 (SHR)의 장 mesentery에서 절연된 저항 동맥에 활성 수축 성 힘을를 사용 하 여 설명 하 고 normotensive WKY 제어 합니다. 와이어 myograph 시스템의 개발, 후속 cannulated 저항 동맥 준비 vivo에서 조건^4,,56배 가까이의 연구를 허용 하도록 개발 되었다.  두 방법 모두 귀중 한 결과 제공 하는 동안 cannulated 동맥 준비는 더 효과적으로 보존; 동맥에 본질적인 활성 톤의 추가 장점 변화 흐름 율과 내 피 전단 응력 변화에 과거 압력과 배 응답에 활성 조직적 응답 연구 조사를 허용 하 고 (참조 Halpern와 켈리⁶검토).

현재 종이의 주요 목표에서 이러한 중요 한 활성 톤을 조절 하는 메커니즘에 대 한 정확한 정보를 얻기 위해 절연, cannulated 저항 동맥을 사용 하 여 비디오 현미경의 영광 기술을 채용 하는 방법을 설명 하는 것입니다. 혈관, 신경, 체액, 또는 parenchymal 세포의 독립에 영향을. 이 기본 정보, 고용 표준 쥐 모델 및 예의 우리의 연구에서 새로운 유전자 조작 쥐 긴장, 텔레비전으로 얻을 수 있는 혈관 기능에 대 한 통찰력의 종류의 아이디어로 독자를 제공할 것입니다. 현미경 접근 하 고 있는 모든 제어 및 탐정의 선택, 강력한 새로운 실험 쥐 모델을 포함 한 선택적 근 친 결혼에 의해 생성 하 고 새로 개발 된 유전자의 실험적인 그룹을 포함 하는 연구에서 채택 될 수 있다 엔지니어링 기술입니다.

텔레비전 현미경 방식의 정밀 감사 cannulated 동맥 준비에 직경 변화의 측정 혈관의 내 피-종속 및 endothelium 독립 메커니즘에 관한 매우 귀중 한 정보를 제공할 수 있습니다. 휴식, 뿐만 아니라 고혈압, 높은 소금 다이어트, 그리고 다른 실험 개입으로 발생 하는 혈관 제어 메커니즘에서 중요 한 (그리고 때로는 예기치 않은) 변경. 더하여, 압력-직경 관계의 절연 측정과 cannulated 극대로 Ca^{2 +}치료에 의해 완화 저항 동맥-무료 솔루션 또는 약리학 vasodilator 약물 평가 하기 위해 조사를 수 동맥 동맥 기능에 영향을 미칠 수 있는 동맥의 수동 기계적 특성의 변화에 중요 한 통찰력을 제공할 수 있는 수동 응력-변형 관계⁷ 을 계산 하 고 혈관 개장 때문에 구조적인 변화 독립 (또는 이외에)의 활성 제어 메커니즘에 변경합니다. 그것은 또한 절연된 저항 동맥의 연구에서 얻은 정보 LDF, 전체 동물 레벨^{8,9 조직 관류를 평가 하기 위한 실용적인 방법을 이용 하 여 얻은 정보에 의해 보완 될 수 있습니다 주의 하는 것이 중요 ,10}, microvessel 밀도 붙일 이라는 GS1 lectin를 사용 하 여 평가에서 얻은 정보로는 특히 작은 arterioles, 모세 혈관¹¹ 의 지하실 막에 있는 당단백질 moieties에 바인딩합니다 ^{, 12}. 후자의 방법을 고전적인 어려움 혈관에서 vivo에서, 예를 들어 비 끼얹는다 누락 계산 하 여 microvessel 밀도 추정에 적용 되지 않습니다 microvessel 밀도의 매우 정확한 견적 제공 선박 어디 혈 arterioles의 활성 폐쇄로 인해 중지. 함께 사용 하는 경우 이러한 접근 기능 변경 수준 microcirculatory; 조직 관류의 변화에 절연된 저항 동맥에 연결 하는 중요 한 통찰력을 제공할 수 있습니다. 그리고 cannulated 동맥 기술와 함께에서 이러한 중요 한 접근 방법의 사용의 몇 가지 예 또한 현재 원고에 제공 됩니다.

현재 종이 outbred Sprague-Dawley 쥐의 동맥에서 혈관 변화를 평가 하기 위해 비디오 현미경 검사 법 기술의 사용에 초점을 맞추고. 그러나, 그것은 중요 이러한 기술을 elucidating 선택적 번 식 또는 유전자 기술을 사용 하 여 편집에 의해 만들어진 고도로 전문화 된 유전자 조작된 쥐 긴장에서 phenotypic 변경에 매우 유용한 것으로 입증 되었습니다. 이 원고를 제공 어떻게 비디오 현미경 검사 법 기술의 예 수 귀중 한 쥐에에서 혈관 기능에 관한 중요 한 정보에서 가장 널리는 Dahl 소금에 민감한 (SS) 타고 난된 쥐 쥐 한 긴장을 포함 한 모델 제공 실험 모델을 사용 하는 소금 민감한 hypertenson^{18,19,20,21,,2223};의 메커니즘 연구 그리고 consomic 쥐 소금 구분 브라운 노르웨이 (BN) 쥐 긴장 SS 쥐의 선택적인 breeding를 통해 만든. Consomic 쥐 패널에서 갈색 노르웨이 쥐에서 모든 염색체 introgressed Dahl SS^24,,2526 유전 배경으로 개별적으로 되었습니다. 혈압 및 혈관 반응성^{24,25,26 포함 하 여 다른 고기 소금 감도에 기여 하는 특정 염색체에 관한 귀중 한 단서를 제공 하는 consomic 쥐 패널의 사용 ,,2728}.

SS 쥐와 개별 BN 염색체를 운반 하는 consomic 쥐를 이용 하 여 선택적 번 식 전략 또한 Dahl SS 유전으로 개별 브라운 노르웨이 염색체 introgressed의 작은 세그먼트와 좁게 congenic 긴장의 생성 활성화 배경^22,29 이 제공 하는 매우 귀중 한 입력된에 특정 한 유전자 또는 혈압, 신장 손상, 혈관 반응성^22,29등 중요 한 생리 적 변수 영향을 미칠 수 있는 염색체의 지구를 좁힐 수 있습니다. 쥐 유전자 도구 상자에 또 다른 강력한 추가 쥐 유전자 녹아웃 모델 ZFNs, transcriptional 활성 제 같은 이펙터 nucleases (TALENS)를 포함 한 기술을 편집 고급 유전자를 활용 하 여 개발 하 고 가장 최근에 CRISPR-Cas9^{13 ,,1415,,1617}. 쥐에 기 절 하는 유전자를 활성화 하는 이러한 강력한 기술의 출현은 대단히 중요 한 발전 날짜에 유전자 녹아웃 학문의 사용 (및 계속 사용) 마우스 때문에 거의 독점적으로. 현재 종이 다른 실험적인 구성 요소 cannulated 동맥 기술 및 녹아웃 쥐 마스터 항 산화 및 세포 보호 전사 부족에 생리 적 제어 메커니즘을 평가 하기 위해 비디오 현미경의 값을 보여 줍니다. 요소, 핵 팩터 (erythroid 파생 2)–2 (NRF2)^30,31, Sprague-Dawley 유전 배경¹⁷TALEN 기술을 사용 하 여 개발 되었다. 그 실험에서 NRF2 유전자의 손실의 기능 검증을 제공 하 고 잠재적으로 귀중 한 치료 접근을 중재 하는 NRF2 항 산화의 직접 upregulation에 따라 테스트를 비디오 현미경 기술은 생체 외에서 사용 되었다 방어입니다. NRF-2는 항 산화 비타민 C와 E³²등의 직접적인 관리를 포함 하는 임상 시험의 실망 스러운 결과 비추어 인간에서 혈관 산화 스트레스를 싸우는에 상당한 치료 중요 합니다.

Protocol

의학 대학의 위스콘신 기관 동물 관리 및 사용 위원회 (IACUC) 승인이 문서에 설명 된 모든 프로토콜 및 모든 절차는 준수는 국립 보건원 (NIH) 사무실의 실험실 동물 복지 (OLAW) 규정입니다. 1입니다. 솔루션 및 선박 챔버의 준비 일련의 실험을 실시, 사전 준비 집중된 소금 재고 솔루션 278 g/L NaCl; 구성 된 x 20의 2 L 14 g/L KCl; 11.52 g/L MgSO4. 7 H2O; 9.4 g/L Ca…

Representative Results

과거 압력 정상 에 vivo에 에서 그리고 parenchymal 세포의 부재에서 cannulated 저항 동맥의 생체 외에서 현미경에 작은 저항 동맥 (큰 arterioles) 활성 톤을 영향을 미치는 요인의 연구에 대 한 허용 영향을 미칩니다. 다양 한 vasodilator 및 vasoconstrictor 자극에 선박과 일반 PSS, 캘리포니아2 +에서 과거 압력 상승에 대 한 조직적 응답의 반응성을 평가 하는 것 외에?…

Discussion

이 종이 소개에서 설명 했 듯이, 텔레비전 현미경의 사용에 설명 합니다 및 절연된 저항 동맥 표준 쥐 모델 (비디오에 사용)에 뿐만 아니라 혈관 기능을 평가 하기 위해 접근 하지만 또한 매우 전문화 유전자 소설과 이러한 접근법을 활용 하 여 얻을 수 있는 강력한 통찰력을 보여 조작된 쥐 변종. 활성 톤을 평가 하기 위해 이러한 강력한 방법 사용 하 고 작은 저항 동맥의 수동 기계적 성질 endotheliu…

Materials

SS Rat	Medical College of Wisconsin	SS/JHsd/Mcwi strain	Contact Dr. Aron Geurts (ageurts@mcw.edu)
SS.5BN Consomic Rat	Medical College of Wisconsin	SS-Chr 5BN/Mcwi strain	Contact Dr. Aron Geurts (ageurts@mcw.edu)
SS.13BN Consomic Rat	Medical College of Wisconsin	SS-Chr 13BN/Mcwi strain	Contact Dr. Aron Geurts (ageurts@mcw.edu)
Ren1-BN Congenic Rat	Medical College of Wisconsin	SS.BN-(D13hmgc41-D13)hmgc23/Mcwi strain	Contact Dr. Aron Geurts (ageurts@mcw.edu)
Ren1-SSA Congenic Rat	Medical College of Wisconsin	SS.BN-(D13rat77-D13rat105/Mcwi strain	Contact Dr. Aron Geurts (ageurts@mcw.edu)
Ren1-SSB Congenic Rat	Medical College of Wisconsin	SS.BN-(D13rat124-D13rat101/Mcwi strain	Contact Dr. Aron Geurts (ageurts@mcw.edu)
Nrf2(-/-) Knockout Rat and Wild Type Littermates	Medical College of Wisconsin	SD-Nfe212em1Mcwi strain	Contact Dr. Aron Geurts (ageurts@mcw.edu)
Low Salt Rat Chow (0.4% NaCl)-AIN-76A	Dyets, Inc.	113755
High Salt Rat Chow (4% NaCl)-AIN-76A	Dyets, Inc.	113756
Colorado Video Caliper	Colorado Video, Inc.	Model 308
Video Camera	Hitachi	KPM1AN
Microscope	Olympus Life Science	CKX41
Television Monitor	Panasonic	WVBM1410
Pressure Transducers	Stoelting	56360
Blood Pressure Display Unit	Stoelting	50115
Cannulated Artery Chamber	Living Systems Instrumentation	CH-1	Single vessel chamber for general use
Temperature Controller for Single Chamber	Living Systems Instrumentation	TC-09S
Gas Dispersion Tube, Miniature,Straight	Living Systems Instrumentation	GD-MS	Provides aeration in the vessel bath
Gas Exchange Oxygenator, Miniature	Living Systems Instrumentation	OX	Allows gas exchange with perfusate
Laser-Doppler Flowmeter	Perimed	PeriFlux 5000 LDPM
GS1 Lectin	Vector Labs	RL-1102
Glass Capillary Tubes for Micropipettes	Fredrich Haer Co.	27-33-1	2 mm ODX1 mm ID
Verticle Pipette Puller	David Kopf Instruments	Model 700C
Nylon suture material (10/0)-3 PLY	Ashaway Line and Twine Manufacturing Co.	114-ANM-10	Single strands of 3 ply nylon suture teased out for use on vessels
Dumont #5 Forceps-Inox	Fine Science Tools	11254-20
Vannas Scissors	Fine Science Tools	15003-08
Protandim	Protandim		NRF2 Inducer: Contact Dr. Joe McCord (JOE.MCCORD@UCDENVER.EDU)
Sodium Chloride	Fisher Bioreagents	BP358-212
Sodium Bicarbonate	Fisher Chemical	S233-3
Dextrose (d-glucose) anhydrous	Fisher Chemical	D16-500
Magnesium Sulfate (MgSO4-7H2O)	Sigma Aldrich	M1880-500 G
Calcium Chloride (CaCl2-2 H2O)	Sigma	C5080-500G
Sodium Phosphate-Monobasic (NaH2PO4)	Sigma	S0751-500G
Potassium Chloride (KCl)	Fisher Chemical	P217-500G
Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate (EDTA)	Sigma	ED255-500G