Musmodell av alloimmuna vaskulär Avslag och transplantations åderförkalkning
Summary
We describe a protocol for aortic interposition grafting in mice. The goal of the protocol is to provide a model with which to study pathological processes and therapeutic strategies relevant to alloimmune reactions in arteries and the resultant arterial changes that contribute to organ transplant failure.
Abstract
Vascular rejection that leads to transplant arteriosclerosis (TA) is the leading representation of chronic heart transplant failure. In TA, the immune system of the recipient causes damage of the arterial wall and dysfunction of endothelial cells and smooth muscle cells. This triggers a pathological repair response that is characterized by intimal thickening and luminal occlusion. Understanding the mechanisms by which the immune system causes vasculature rejection and TA may inform the development of novel ways to manage graft failure. Here, we describe a mouse aortic interposition model that can be used to study the pathogenic mechanisms of vascular rejection and TA. The model involves grafting of an aortic segment from a donor animal into an allogeneic recipient. Rejection of the artery segment involves alloimmune reactions and results in arterial changes that resemble vascular rejection. The basic technical approach we describe can be used with different mouse strains and targeted interventions to answer specific questions related to vascular rejection and TA.
Introduction
Under de senaste 30 + åren har framsteg inom immunosuppressiva läkemedel minskat avstötning på grund av akut avstötning, men kronisk avstötning fortfarande en stor utmaning. Huvud manifestationen av kronisk avstötning av hjärttransplantat är transplantation åderförkalkning (TA) 1,2. Detta tillstånd kännetecknas av intimal hyperplasi och vasomotorisk dysfunktion av allograft artärer och utvecklas som ett resultat av immunologisk målinriktning av endotelceller och glatta muskelceller genom mottagarens immunsystem. Den specifika inriktning av transplantatet kärl på grund av erkännande av utländsk peptid-MHC (MHC) understryks av utvecklingen av TA uteslutande i transplantat artärer utan att skada värd fartyg 3. I linje med detta är iakttagelsen att TA inte sker experimentellt när mottagaren är genetiskt identisk med givaren eller när mottagaren saknar T- och B-celler 4. Immunmedierad kärlskada och dysfunction orsakar utvecklingen av intimal förtjockning och fibros, samt den avvikande ackumulering av lipider och ECM-proteiner, i TA 5. Intimal förtjockning tenderar att vara koncentriska i hela artärträdet 4-6. Graft förlust och död uppstår oftast som en följd av progressiv ischemi till följd av luminal tilltäppning av allograft artärer 4.
1991 al. Mennander et 7 pionjärer en aortaintermodell hos råttor för att modellera TA. Flera grupper har därefter anpassat detta förfarande för användning i möss. I denna modell, allograft aortasegment utvecklar skador som har funktioner som är jämförbara med TA observerats i kliniska transplantationer. Detta inkluderar intimal förtjockning som kännetecknas av ackumulering av glattmuskelliknande celler och mottagande leukocyter 7. Under de senaste två decennierna denna modell har använts för att generera viktiga insikter om mekanismerna för kärlskada, avvisande och TA. Det kan vara ossed att behandla frågor som rör immun och kärlsvar under arteriell patologi. Valet av antigen obalans påverkar förmågan att på lämpligt sätt ta itu med dessa frågor.
Transplantation över hela MHC hinder tillåter en omfattande utvärdering av immunsvar som är kända för att vara inblandade i avstötning av transplanterade organ. Detta inkluderar direkta CD4 och CD8 T-celligenkänning och inriktning av främmande peptid-MHC presenteras av transplantat-härledda celler, indirekt CD4 (och möjligen CD8) T-celligenkänning och inriktning av moder härrörande alloantigener som lagts fram av mottagaren antigenpresenterande celler, och antikropps medierad erkännande av alloantigener på vaskulära cellytor 8. Emellertid kan den vaskulära svar på skada i kompletta MHC-felmatchade experiment vara annorlunda än den som observerats kliniskt. Al. Johnson et 9 visade att i aortamellan transplantat transplanterade över en komplett MHC obalans barriär, de flesta avde neointimala cellerna är av mottagarens ursprung och inte av givar ursprung. Detta är annorlunda än den som observerats i mänskliga transplantationer där de flesta intima glatta muskelceller är av donator ursprung 9,10. För att ta hänsyn till denna begränsning, har alternativa experimentmodeller som innebär ympning över mindre histokompatibilitetsantigen obalanser utvecklats som utlöser vaskulära svar som mer liknar de som observerats i klinisk transplantation 11. Även om dessa alternativa modeller möjliggör viktiga slutsatser som skall göras när det gäller de vaskulära reaktioner som driver utvecklingen av TA, de immunologiska processer som orsakar kärlavstötning hos mindre histokompatibilitetsantigen inkompatibla transplantat inte helt ny kapitulera de som förekommer i klinisk miljö. Till exempel, är mindre histokompatibilitetsantigener erkänt dåligt av transplantat reaktiva antikroppar 12. Med tanke på ovanstående, är det viktigt att tänka på den patologiska questipå att undersökas när man väljer vilken typ av antigen obalans som används i en aortainter modell. Här beskriver vi ett detaljerat protokoll för mus aortainter ympning. Vi beskriver inter ympning mellan kompletta MHC-omaka möss men samma protokoll används för ympning över andra antigen inkompatibla musstammar.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi har beskrivit ett protokoll för aortainterposition ympning i möss som är användbart för att studera immunmedierad vaskulär avstötning och TA. Denna modell kan användas för att undersöka orsakerna till TA samt utveckling av nya terapeutiska strategier. Det har använts tidigare för att etablera en viktig roll för adaptiv immunitet, cytotoxiska T-cellsvar, cytokin-medierad CD4 T-cells effektorceller svar och antikroppsmedierad skada transplantatet i TA 14,17-21. Artery transplantation i möss är…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete har finansierats med bidrag från den kanadensiska Institutes of Health Research och hjärta- och slaggrunden av BC & Yukon (JCC).
Materials
| Name | Company | Catalogue | Comments |
| C57BL/6J (H-2b) | Jackson Laboratories, Bar Harbour ME | Strain# 000664 | |
| Balb/cBYJ | Jackson Laboratories, Bar Harbour ME | Strain# 001026 | |
| Ketamine Hydrochloride Injection USP 100 mg/ mL | Ketalean | DIN 00612316 | |
| Xylazine Injection 20 mg/mL | Rompum | DIN 02169592 | |
| Ketoprofen Injection 100 mg/mL | Anafen | DIN 01938126 | |
| Butorphanol Tartrate injection 10 mg/mL | Torbugesic | DIN 008450000 | |
| Buprenorphine Injection 0.3 mg/mL | Reckitt Benckiser | B.N. 5241 | |
| Atipamezole hydrochloride sterile injectable solution | Antisedan | DIN 02237744 | |
| Heparin Sodium Injection, USP, 1000 units/mL | McKesson Distribution | DIN 02264315 | |
| Tears naturale ophthalmic ointment | Alcon | DIN 02082519 | |
| Stereomicroscope | Leica | M80 | |
| 0.9% Sodium Chloride, sterile | Baxter Corporation | ||
| Lactated Ringer’s solution, sterile | Baxter Corporation | ||
| 0.9% Sodium Chloride Injection, sterile, 10 mL | Baxter Corporation | ||
| Alcohol Prep Pads | Loris | ||
| Povidone Iodine | Betadine | ||
| Chlorohexidine Gluconate 4% w/v | Germi-Stat | ||
| Black Polyamide Monofilament | AROSurgical Instruments | T4A10Q07 | |
| Suture, 10-0 suture, 70 microns | Corporation | ||
| Blue monofilament suture 5-0, P3 needle | Ethicon | 8698G | |
| 1 ml Syringe | BD | REF 309659 | |
| 10 ml Syringe | BD | REF 309604 | |
| 1cc TB insulin syringe with 28G 1/2 | BD | REF 309309 | |
| 25G 7/8, hypodermic needle | BD | REF 305124 | |
| 27G 1/2, hypodermic needle | BD | REF 305109 | |
| Colibri Retractor- 1.5cm spread 4cm | Fine Science Tools | 17000-04 | |
| S&T CAF-4 Clip applying forceps, without lock | Fine Science Tools | 00072-14 | |
| Supergrip forceps, S&T | Fine Science Tools | 00632-11 | |
| Medical No.5 forceps | Fine Science Tools | 11253-20 | |
| Lexer Baby Scissors | Fine Science Tools | 14078-10 | |
| Micro Adson forceps serrated | Fine Science Tools | 11018-12 | |
| Vannas-Tubingen microscissors | Fine Science Tools | 15003-08 | |
| Micro clamps, b-1; 3.5mm x 1mm; 7mm length | Fine Science Tools | 00396-01 | |
| Graefe-forceps, 10cm 1×2 teeth | Fine Science Tools | 11054-10 | |
| Castroviejo with lock and tungsten jaws | Fine Science Tools | 12565-14 | |
| Hot glass bead sterilizer | Inotech 250 | IS-250 – Steri-250 | |
| Non-woven gauzes | Progene | ||
| Cotton Tipped Applicators | Puritan | ||
| Beard Trimmer | Wahl | ||
| Heating pad | Sunbeam |
References
- Billingham, M. E. Graft coronary disease: the lesions and the patients. Transplant Proc. 21, 3665-3666 (1989).
- Foegh, M. L. Chronic rejection–graft arteriosclerosis. Transplant Proc. 22, 119-122 (1990).
- Libby, P., Pober, J. S. Chronic rejection. Immunity. 14, 387-397 (2001).
- Tellides, G., Pober, J. S. Interferon-gamma axis in graft arteriosclerosis. Circulation research. 100, 622-632 (2007).
- Johnson, D. E., Gao, S. Z., Schroeder, J. S., DeCampli, W. M., Billingham, M. E. The spectrum of coronary artery pathologic findings in human cardiac allografts. The Journal of heart transplantation. 8, 349-359 (1989).
- Gao, S. Z., Alderman, E. L., Schroeder, J. S., Silverman, J. F., Hunt, S. A. Accelerated coronary vascular disease in the heart transplant patient: coronary arteriographic findings. Journal of the American College of Cardiology. 12, 334-340 (1988).
- Mennander, A., et al. Chronic rejection in rat aortic allografts. An experimental model for transplant arteriosclerosis. Arterioscler Thromb. 11, 671-680 (1991).
- Choy, J. C. Granzymes and perforin in solid organ transplant rejection. Cell Death Differ. 17, 567-576 (2010).
- Johnson, P., Carpenter, M., Hirsch, G., Lee, T. Recipient cells form the intimal proliferative lesion in the rat aortic model of allograft arteriosclerosis. Am J Transplant. 2, 207-214 (2002).
- Minami, E., Laflamme, M. A., Saffitz, J. E., Murry, C. E. Extracardiac progenitor cells repopulate most major cell types in the transplanted human heart. Circulation. 112, 2951-2958 (2005).
- Yu, L., et al. AIP1 prevents graft arteriosclerosis by inhibiting interferon-gamma-dependent smooth muscle cell proliferation and intimal expansion. Circ Res. 109, 418-427 (2011).
- Miller, C., DeWitt, C. W. Cellular and humoral responses to major and minor histocompatibility antigens. Transplant Proc. 5, 303-305 (1973).
- Tsutsui, H., et al. Lumen loss in transplant coronary artery disease is a biphasic process involving early intimal thickening and late constrictive remodeling: results from a 5-year serial intravascular ultrasound study. Circulation. 104, 653-657 (2001).
- Rossum, A., Enns, W., Shi, P., MacEwan, G. E., Choy, J. C. Bim regulates allogeneic immune responses and transplant arteriosclerosis through effects on T cell activation and death. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 34, 1290-1297 (2014).
- Ho, M. K., Springer, T. A. Tissue distribution, structural characterization, and biosynthesis of Mac-3, a macrophage surface glycoprotein exhibiting molecular weight heterogeneity. J Biol Chem. 258, 636-642 (1983).
- Inoue, T., Plieth, D., Venkov, C. D., Xu, C., Neilson, E. G. Antibodies against macrophages that overlap in specificity with fibroblasts. Kidney international. 67, 2488-2493 (2005).
- Shi, C., et al. Immunologic basis of transplant-associated arteriosclerosis. Proc Natl Acad Sci U S A. 93, 4051-4056 (1996).
- Skaro, A. I., et al. CD8+ T cells mediate aortic allograft vasculopathy by direct killing and an interferon-gamma-dependent indirect pathway. Cardiovasc Res. 65, 283-291 (2005).
- Tellides, G., et al. Interferon-gamma elicits arteriosclerosis in the absence of leukocytes. Nature. 403, 207-211 (2000).
- Wang, Y., et al. Interferon-gamma induces human vascular smooth muscle cell proliferation and intimal expansion by phosphatidylinositol 3-kinase dependent mammalian target of rapamycin raptor complex 1 activation. Circ Res. 101, 560-569 (2007).
- Soulez, M., et al. The perlecan fragment LG3 is a novel regulator of obliterative remodeling associated with allograft vascular rejection. Circ Res. 110, 94-104 (2012).
- Choy, J. C., Kerjner, A., Wong, B. W., McManus, B. M., Granville, D. J. Perforin mediates endothelial cell death and resultant transplant vascular disease in cardiac allografts. Am J Pathol. 165, 127-133 (2004).
- Choy, J. C., et al. Granzyme B induces endothelial cell apoptosis and contributes to the development of transplant vascular disease. Am J Transplant. 5, 494-499 (2005).
- Reis, E. D., et al. Dramatic remodeling of advanced atherosclerotic plaques of the apolipoprotein E-deficient mouse in a novel transplantation model. Journal of vascular surgery. 34, 541-547 (2001).
- Potteaux, S., et al. Suppressed monocyte recruitment drives macrophage removal from atherosclerotic plaques of Apoe-/- mice during disease regression. J Clin Invest. 121, 2025-2036 (2011).
