该协议使用市售的压力子宫内科系统对鼠阴道和子宫颈进行压力阴唇测试。利用有钙和无钙的介质,在估计的生理条件下,对器官分离出平滑肌细胞(SMC)基底色和被动细胞外基质(ECM)的贡献。
女性生殖器官,特别是阴道和子宫颈,由各种细胞成分和独特的细胞外基质(ECM)组成。平滑肌细胞在阴道和宫颈壁内表现出收缩功能。根据生化环境和器官壁的机械分裂,平滑肌细胞改变收缩条件。平滑肌细胞在基线生理条件下的贡献被归类为基底音。更具体地说,基础色调是在没有荷尔蒙和神经刺激的情况下平滑肌细胞的基线部分收缩。此外,ECM 为器官壁提供结构支持,并充当生化线索的储层。这些生化线索对各种器官功能至关重要,例如促进生长和维持平衡。每个器官的ECM主要由胶原纤维(主要是胶原蛋白I、III和V型)、弹性纤维和糖甘油糖/蛋白酶组成。ECM 的组成和组织决定了每个器官的机械特性。ECM成分的变化可能导致生殖疾病的发展,如骨盆器官脱垂或过早的宫颈重塑。此外,ECM微结构和刚度的变化可能会改变平滑肌细胞活动和表型,从而导致收缩力的丧失。
在这项工作中,报告的协议用于评估非怀孕的鼠阴道和宫颈在4-6个月大时在estrus的基础色调和被动机械特性。这些器官安装在市售的压力表上,并进行了压力直径和力长测试。包括用于生殖器官机械表征的样本数据和数据分析技术。这些信息可能有助于构建数学模型和合理设计治疗妇女健康病理的干预措施。
阴道壁由四层组成,即上皮、拉米那皮、肌肉和新发。上皮主要由上皮细胞组成。拉米纳蛋白片有大量的弹性和纤维胶原纤维。肌肉也由乳原和胶原纤维组成,但有增加的平滑肌肉细胞量。Adventiia 由电子莱他、胶原蛋白和成纤维细胞组成,尽管与前一层相比浓度降低。平滑肌细胞对生物力学动机的研究组感兴趣,因为它们在器官的收缩性质中发挥作用。因此,量化平滑肌细胞面积分数和组织是理解机械功能的关键。先前的研究表明,阴道壁内的平滑肌含量主要组织在圆周和纵轴。组织学分析表明,1号墙近端和远端的平滑肌面积分数约为35%。
子宫颈是一种高度胶原蛋白的结构,直到最近,被认为有最小的平滑肌细胞含量2,3。然而,最近的研究表明,平滑肌细胞在子宫颈4,5中可能具有更大的丰度和作用。子宫颈显示平滑肌细胞的梯度。内部 os 包含 50-60% 平滑肌肉细胞,其中外部 os 仅包含 10%。然而,小鼠研究报告子宫颈由10-15%平滑肌肉细胞和85-90%纤维结缔组织组成,而没有提到区域差异6,7,8。鉴于鼠标模型不同于经常报告的人类模型,需要进一步调查小鼠子宫颈。
该协议的目的是阐明鼠阴道和子宫颈的机械特性。这是通过使用压力表线仪实现,该装置能够同时评估圆周和轴向的机械性能,同时保持原生细胞基质相互作用和器官几何。器官安装在两个定制管上,用丝质6-0缝合线固定。围绕估计的生理轴向拉伸进行压力直径测试,以确定符合性和切线莫杜利9。进行了力长度测试,以确认估计的轴向拉伸,并确保机械性能在生理范围内量化。实验方案在4-6个月大的非怀孕的鼠阴道和子宫颈上进行。
该协议分为两个主要的机械测试部分:基音和被动测试。基底色调被定义为平滑肌细胞的基线部分收缩,即使在没有外部局部,荷尔蒙和神经刺激10。阴道和子宫颈的这种基线收缩性质产生典型的机械行为,然后通过压力阴骨系统测量。被动特性通过去除维持收缩基线状态的细胞间钙进行评估,从而放松平滑肌细胞。在被动状态下,胶原蛋白和乳胶纤维为器官的机械特性提供主要贡献。
鼠模型被广泛用于研究妇女生殖健康的病理学。小鼠提供了几个优势,以量化ECM和免疫系统11,12,13,14中ECM和机械特性之间的演变关系。这些优势包括周期短、特征好、成本相对较低、操作方便、妊娠时间相对较短15。此外,实验鼠的基因组绘制良好,转基因小鼠是检验机械假说16、17、18的宝贵工具。
市售的压力表线系统被广泛用于量化各种组织和器官的机械反应。一些值得注意的结构分析的压力骨髓系统包括弹性动脉19,20,21,22,静脉和组织工程血管移植23,24,食道25和大肠26。压力显影技术允许同时评估轴向和圆周方向的特性,同时保持原生细胞-ECM相互作用和体内几何体。尽管在软组织和器官力学中广泛使用了阴唇系统,但以前还没有为阴道和子宫颈开发过利用压力性阴唇技术的协议。先前对阴道和子宫颈的机械特性的调查被评估为单轴27,28。然而,这些器官在体内经历多轴负荷29,30,因此量化其双轴机械反应是重要的。
此外,最近的研究表明,平滑肌细胞可能在软组织病理学5,28,31,32中起到潜在的作用。这为利用压力肌图技术提供了另一个吸引力,因为它保留了原生细胞基质的相互作用,从而允许划定平滑肌细胞在生理和病理生理学中所起作用的贡献条件。在此,我们提出了一个协议,以量化阴道和子宫颈在基础音和被动条件下的多轴机械性能。
本文提供的方案提出了一种测定鼠阴道和子宫颈的机械特性的方法。该协议分析的机械特性包括器官的被动和基底色调条件。被动和基底色调条件是通过改变器官被淹没的生化环境引起的。对于该协议,参与基础测试的介质含有钙。测试基础色调条件允许分离平滑肌细胞机械贡献在女性生殖器官54,55。执行被动机械测试时,介质不含钙。钙的缺乏会抑制平?…
The authors have nothing to disclose.
这项工作由NSF CAREER奖授予#1751050资助。
2F catheter | Millar | SPR-320 | catheter to measure cervical pressure |
6-0 Suture | Fine Science Tools | 18020-60 | larger suture ties |
CaCl2 (anhydrous) | VWR | 97062-590 | HBSS concentration: 140 mg/ mL |
CaCl2-2H20 | Fischer chemical | BDH9224-1KG | KRB concentration: 3.68 g/L |
Dextrose (D-glucose) | VWR | 101172-434 | HBSS concentration: 1000 mg/mL KRB concentration: 19.8 g/L |
Dumont #5/45 Forceps | Fine Science Tools | 11251-35 | curved forceps |
Dumont SS Forceps | Fine Science Tools | 11203-25 | straight forceps |
Eclipse | Nikon | E200 | microscope used for imaging |
Flow meter | Danish MyoTechnologies | 161FM | flow meter within the testing apparatus |
Force Transducer – 110P | Danish MyoTechnologies | 100079 | force transducer |
ImageJ | SciJava | ImageJ1 | used to measure volume |
Instrument Cases | Fine Science Tools | 20830-00 | casing to hold dissection tools |
KCl | Fisher Chemical | 97061-566 | HBSS concentration: 400 mg/ mL KRB concentration: 3.5 g/L |
KH2PO4 | G-Biosciences | 71003-454 | HBSS concentration: 60 mg/ mL |
MgCl2 | VWR | 97064-150 | KRB concentration: 1.14 g/L |
MgCl2-6H2O | VWR | BDH9244-500G | HBSS concentration: 100 mg/ mL |
MgSO4-7H20 | VWR | 97062-134 | HBSS concentration: 48 mg/ mL |
Mircosoft excel | Microsoft | 6278402 | program used for spreadsheet |
Na2HPO4 (dibasic anhydrous) | VWR | 97061-588 | HBSS concentration: 48 mg/mL KRB concentration: 1.44 g/L |
NaCl | VWR | 97061-274 | HBSS concentration: 8000 mg/mL KRB concentration: 70.1 g/L |
NaHCO3 | VWR | 97062-460 | HBSS concentration: 350 mg/ mL KRB concentration: 21.0 g/L |
Pressure myograph systems | Danish MyoTechnologies | 110P and 120CP | Pressure myograph system: prorgram, cannulation device, and controller unit |
Pressure Transducer | Danish MyoTechnologies | 100106 | pressure transducer |
Student Dumont #5 Forceps | Fine Science Tools | 91150-20 | straight forceps |
Student Vannas Spring Scissors | Fine Science Tools | 91500-09 | micro-scissors |
Tissue dye | Bradley Products | 1101-3 | ink to measure in vivo stretch |
Ultrasound transducer | FujiFilm Visual Sonics | LZ-550 | ultrasound transducer used; 256 elements, 40 MHz center frequency |
VEVO2100 | FujiFilm Visual Sonics | VS-20035 | ultrasound used for imaging |
Wagner Scissors | Fine Science Tools | 14069-12 | larger scissors |