הקמת מעגל באתרו של איברי הבטן התחתונה וגפיים האחוריות בעכברים
Summary
פרוטוקול מתואר על הפרזיה באתרו של גוף העכבר התחתון, כולל שלפוחית השתן, הערמונית, איברי מין, עצם, שרירים ועור כף הרגל.
Abstract
לשעבר vivo זלוף הוא כלי פיזיולוגי חשוב כדי ללמוד את הפונקציה של איברים מבודדים (למשל, הכבד, הכליות). באותו זמן, בשל הגודל הקטן של איברי העכבר, לשעבר vivo זלוף של העצם, שלפוחית השתן, העור, הערמונית, ואיברי הרבייה הוא מאתגר או לא ריאלי. כאן, אנו מדווחים בפעם הראשונה בתוך מעגל באתרו התחתון הגוף בתוך עכברים הכולל את הרקמות הנ ל, אבל עוקף את איברי הסיווג הראשי (כליות, כבד, טחול). המעגל מבוסס על ידי canנולגאת אבי העורקים הבטני ואת הווריד הנחותים והוריד מעל עורק כסל וריד ומצרוב כלי דם היקפיים. פרזיה מבוצעת באמצעות משאבה פריסטטית עם זרימה מעשית הנשמרת עד 2 שעות. בשנת באתרו עם הפלורסנט לקטין ופתרון הואכסט אישר כי המיקרו-בלטורה בוצעה בהצלחה. מודל זה של העכבר יכול להיות כלי שימושי מאוד לחקר תהליכים פתולוגיים, כמו גם מנגנונים של משלוח התרופה, הגירה/גרורות של במחזור תאים סרטניים לתוך/מתוך הגידול, ואינטראקציות של מערכת החיסון עם איברים ורקמות מבשם.
Introduction
האיבר הבודד זלוף פותחה במקור כדי ללמוד פיזיולוגיה איברים עבור השתלת1,2,3, ו הבנה מאופשר של פונקציות של האיברים ללא הפרעות ממערכות גוף אחרות. לדוגמה, כליה בודדה ופרפיוז הלב היה שימושי מאוד להבנת עקרונות בסיסיים של הומודינמיקה והשפעות של סוכני vasoactive, בעוד זלוף הכבד היה חשוב להבין את תפקוד חילוף החומרים, כולל מטבוליזם הסמים ברקמה בריאה וחולה4,5,6,7. בנוסף, מחקרי פרזיה היו קריטיים בהבנת הכדאיות ותפקוד האיברים המיועדים להשתלה. ב מחקר הסרטן, מבודד זלוף הגידול תוארה על ידי מספר קבוצות באמצעות העכבר, עכברוש, ו מרקמות האדם טרי resected8,9. ב מסוימים perfusion הגידול בודד, הגידול היה מושתל במשטח שומן השחלה כדי לכפות את התפתחותם של הגידול המספק כלי דם מעורק מצע המעי10. הקבוצה הג ביצעה לימודי חלוצי באמצעות זלוף מבודדים של המעי הגס אדנוקרצינומות כדי להבין הומודינמיקה הגידול גרורות8,11,12,13. הגדרות אחרות vivo ex הנדסה לשעבר כוללים 96 התקן זלוף מבוסס על הצלחת לתרבות האדם הראשי מיאלומה נפוצה תאים14 ו תא זרימה מודולרי לאדריכלות מח עצם הנדסה ומחקר פונקציה15.
בנוסף לחקר הפיזיולוגיה והפתולוגיה, שימש העוגב לחקר העקרונות הבסיסיים של אספקת סמים. כך, קבוצה אחת תיאר בודד הגפיים האיבר מבודדים ולמד הצטברות של ליפוזומים בסרקומות16מושתל, בעוד קבוצה אחרת ביצע את זלוף הכליה האנושית כדי ללמוד את המיקוד האנדותל של חלקיקים17. טרנוללו ואח ‘ השתמשו בכנף עור אנושית מבודדת כvivo מדגם של מודל18.
למרות הפיתוחים הללו בפרזיה של איברים גדולים ורקמות, לא היו דיווחים על מודלים באתרו של היתוך בעכברים כי: a) לעקוף את אברי הסיווג כגון כבד, טחול וכליות; ב) כוללים איברי אגן, עור, שריר, איברי הרבייה (בזכר), שלפוחית השתן, מח העצם והערמונית. בשל הגודל הקטן של האברים הללו והזנת המערכת, הצינורית הvivo לשעבר והקמתה של מעגל פרפיוז לא היתה אפשרית. העכבר הוא מודל החיות החשוב ביותר בחקר הסרטן והאימונולוגיה, ומסירת סמים. היכולת של איברי עכבר קטנים לאפשר שאלות מעניינות לגבי מסירת סמים לאיברים אלה, כולל גידולים מושתלים באגן (שלפוחית השתן, ערמונית, שחלה, מח עצם), להיות נענה, כמו גם מחקרים של פיזיולוגיה בסיסית ואימונולוגיה של מחלות של איברים אלה. כדי לענות על מחסור זה, פיתחנו מעגל באתרו בתוך עכברים שעלולים למנוע פגיעה ברקמות, והוא הרבה יותר מתאים למחקר פונקציונלי מאשר פרזיה איברים מבודדים.
Protocol
Representative Results
Discussion
המעגל המתואר ניתן להשתמש כדי לחקור שאלות מחקר שונות, למשל את התפקיד של מרכיבי סרום שונים מחסומי רקמות באספקת סמים, או החיסונית והגזע הסחר בתאים. ניתן להוסיף מערכות שונות לאספקת סמים (למשל, ליפוזומים וחלקיקים) כדי להבין את התפקיד של גורמים פיזיולוגיים וביוכימיים במסירה. משך הפרזיה יכול להש?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
המחקר היה נתמך על ידי המענק NIH CA194058 כדי DS, Skaggs בית הספר להענקת מרקחת המגמה הזרע תוכנית (DS); הקרן הלאומית למדע הטבע של סין (גרנט No. 31771093), הפרויקט של שיתוף פעולה בינלאומי של מחוז ג’ילין (No 201180414085GH), קרנות המחקר הבסיסי של האוניברסיטאות המרכזיות, התוכנית JLU מדע וטכנולוגיה מחקר חדשני הצוות (2017TD-27, 2019TD-36).
Materials
| Equipment | |||
| 3.5x-90x stereo zoom microscope on boom stand with LED light | Amscope | SKU: SM-3BZ-80S | |
| Carbon dioxide, USP | Airgas healthcare | 19087-5283 | |
| Confocal microscope | NIKON | ECLIPSE Ti2 | |
| Disposable Sterile Cautery Pen with High Temp | FIAB | F7244 | |
| Moist chamber bubble trap (part 6 in Figure 1) | Harvard Apparatus | 733692 | Customized as the perfisate container; also enabled constant pressure perfusion |
| Moist chamber cover with quartz window (part 3 in Figure 1) | Harvard Apparatus | 733524 | keep the chamber's temperature |
| Moist chamber with metal tube heat exchanger | Harvard Apparatus | 732901 | Water-jacketed moist chamber with lid to maintain perfusate and mouse temperature |
| Olsen-Hegar needle holders with suture cutters | Fine Science Tools (FST) | 125014 | |
| Oxygen compressed, USP | Airgas healthcare | C2649150AE06 | |
| Roller pump (part 4 in Figure 1) | Harvard Apparatus | 730113 | deliver perfusate to cannula in the moist chamber |
| SCP plugsys servo control F/Perfusion (part 1 in Figure 1) | Harvard Apparatus | 732806 | control the purfusion speed |
| Silicone pad | Harvard Apparatus | ||
| Silicone tubing set (arrows in Figure 1) | Harvard Apparatus (TYGON) | 733456 | |
| Student standard pattern forceps | Fine Science Tools (FST) | 91100-12 | |
| Surgical Scissors | Fine Science Tools (FST) | 14001-14 | |
| Table for moist chamber | Harvard Apparatus | 734198 | |
| Thermocirculator (part 2 in Figure 1) | Harvard Apparatus | 724927 | circulating water bath for all water-jacketed components |
| Three-way stopcock (part 5 in Figure 1) | Cole-Palmer | 30600-02 | |
| Veterinary anesthesia machine | Highland | HME109 | |
| Materials | |||
| 19-G BD PrecisionGlide needle | BD | 305186 | For immobilizing the Insyte Autoguard Winged needle and scratching the cortical bone |
| 4-0 silk sutures | Keebomed-Hopemedical | 427411 | |
| 6-0 silk sutures | Keebomed-Hopemedical | 427401 | |
| Filter (0.2 µm) | ThermoFisher | 42225-CA | Filter for 5% BSA-RINGER’S |
| Permanent marker | Staedtler | 342-9 | |
| Syringe (10 mL) | Fisher Scientific | 14-823-2E | |
| Syringe (60 mL) | BD | 309653 | Filter for 5% BSA-RINGER’S |
| Reagents | |||
| 1% Evans blue ( w/v ) in phosphate-buffered saline (PBS, pH 7.5) | Sigma | 314-13-6 | |
| 10% buffered formalin | velleyvet | 36692 | |
| BALB/c mice ( 8-10 weeks old ) | Charles River | ||
| Baxter Viaflex lactate Ringer's solution | EMRN Medical Supplies Inc. | JB2324 | |
| Bovine serum albumin | Thermo Fisher | 11021-037 | |
| Cyanoacrylate glue | Krazy Glue | ||
| DyLight-649-lectin | Vector Laboratories,Inc. | ZB1214 | |
| Ethanol (70% (vol/vol)) | Pharmco | 111000190 | |
| Hoechst33342 | Life Technologies | H3570 | |
| Isoflurane | Piramal Enterprises Limited | 66794-017-25 | |
| Phosphate buffered saline | Gibco | 10010023 |
References
- Ghaidan, H., et al. Ten year follow-up of lung transplantations using initially rejected donor lungs after reconditioning using ex vivo lung perfusion. Journal of Cardiothoracic Surgery. 14 (1), 125 (2019).
- Kabagambe, S. K., et al. Combined Ex vivo Hypothermic and Normothermic Perfusion for Assessment of High-risk Deceased Donor Human Kidneys for Transplantation. Transplantation. 103 (2), 392-400 (2019).
- Knaak, J. M., et al. Technique of subnormothermic ex vivo liver perfusion for the storage, assessment, and repair of marginal liver grafts. Journal of Visualized Experiments. (90), e51419 (2014).
- Hems, R., Ross, B. D., Berry, M. N., Krebs, H. A. Gluconeogenesis in the perfused rat liver. Biochemical Journal. 101 (2), 284-292 (1966).
- Nielsen, S., et al. Vasopressin increases water permeability of kidney collecting duct by inducing translocation of aquaporin-CD water channels to plasma membrane. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 92 (4), 1013-1017 (1995).
- Sutherland, F. J., Hearse, D. J. The isolated blood and perfusion fluid perfused heart. Pharmacological Research. 41 (6), 613-627 (2000).
- Schreiter, T., et al. An ex vivo perfusion system emulating in vivo conditions in noncirrhotic and cirrhotic human liver. Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics. 342 (3), 730-741 (2012).
- Sevick, E. M., Jain, R. K. Viscous resistance to blood flow in solid tumors: effect of hematocrit on intratumor blood viscosity. Cancer Research. 49 (13), 3513-3519 (1989).
- Duyverman, A. M., et al. An isolated tumor perfusion model in mice. Nature Protocols. 7 (4), 749-755 (2012).
- Sears, H. F., et al. Ex vivo perfusion of a tumor-containing colon with monoclonal antibody. J Surg Res. 31 (2), 145-150 (1981).
- Duda, D. G., et al. Malignant cells facilitate lung metastasis by bringing their own soil. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (50), 21677-21682 (2010).
- Kristjansen, P. E., Boucher, Y., Jain, R. K. Dexamethasone reduces the interstitial fluid pressure in a human colon adenocarcinoma xenograft. Cancer Research. 53 (20), 4764-4766 (1993).
- Sevick, E. M., Jain, R. K. Geometric resistance to blood flow in solid tumors perfused ex vivo: effects of tumor size and perfusion pressure. Cancer Research. 49 (13), 3506-3512 (1989).
- Zhang, W. T., et al. Ex vivo Maintenance of Primary Human Multiple Myeloma Cells through the Optimization of the Osteoblastic Niche. PLoS One. 10 (5), (2015).
- Di Buduo, C. A., et al. Modular flow chamber for engineering bone marrow architecture and function. Biomaterials. 146, 60-71 (2017).
- Lokerse, W. J. M., Eggermont, A. M. M., Grull, H., Koning, G. A. Development and evaluation of an isolated limb infusion model for investigation of drug delivery kinetics to solid tumors by thermosensitive liposomes and hyperthermia. Journal of Controlled Release. 270, 282-289 (2018).
- Tietjen, G. T., et al. Nanoparticle targeting to the endothelium during normothermic machine perfusion of human kidneys. Science Translational Medicine. 9 (418), (2017).
- Ternullo, S., de Weerd, L., Flaten, G. E., Holsaeter, A. M., Skalko-Basnet, N. The isolated perfused human skin flap model: A missing link in skin penetration studies. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 96, 334-341 (2017).
- Fischer, A. H., Jacobson, K. A., Rose, J., Zeller, R. Hematoxylin and eosin staining of tissue and cell sections. Cold Spring Harbor Protocols. 2008, 4986 (2008).
- Hekman, M. C., et al. Targeted Dual-Modality Imaging in Renal Cell Carcinoma: An Ex vivo Kidney Perfusion Study. Clinical Cancer Research. 22 (18), 4634-4642 (2016).
- Graham, R. A., Brown, T. R., Meyer, R. A. An ex vivo model for the study of tumor metabolism by nuclear magnetic resonance: characterization of the phosphorus-31 spectrum of the isolated perfused Morris hepatoma 7777. Cancer Research. 51 (3), 841-849 (1991).
