Метод Ex Vivo для оценки спонтанной подвижности репродуктивных путей мыши и алгоритмотслеживания движения uterus на основе MATLAB для анализа данных
Summary
Сокращения матки имеют важное значение для благополучия женщин. Однако, патологически повышенная контрактильность может привести к дисменорея, особенно у молодых женщин. Здесь мы описываем простой препарат ex vivo, позволяющий быстро оценить эффективность гладких миорелаксантов, которые могут быть использованы для лечения дисменореии.
Abstract
Dysmenorrhea, или болезненные судороги, является наиболее распространенным симптомом, связанным с менцами у женщин и его тяжесть может препятствовать повседневной жизни женщин. Здесь мы представляем простой и недорогой метод, который будет играть важную роль для тестирования новых препаратов снижения контрактности матки. Этот метод использует уникальную способность всего репродуктивных путей мыши проявлять спонтанную подвижность при поддержании ex vivo в чашке Петри, содержащей кислородом буфер Кребс. Эта спонтанная подвижность напоминает волноподобную миометрийную активность матки человека, называемую эндометрийными волнами. Чтобы продемонстрировать эффективность метода, мы использовали известный релаксант матки, эпинефрин. Мы демонстрируем, что спонтанная подвижность всего репродуктивных путей мыши может быть быстро и обратимо ингибируется 1 мкм эпинефрина в этой модели блюда Петри. Документирование изменений подвижности матки можно легко сделать с помощью обычного смартфона или сложной цифровой камеры. Мы разработали алгоритм на основе MATLAB, позволяющий отслеживать движение для количественной оценки спонтанных изменений подвижности матки путем измерения скорости движений рогов матки. Основным преимуществом этого подхода ex vivo является то, что репродуктивный тракт остается нетронутым на протяжении всего эксперимента, сохраняя все внутренние внутриутробные клеточные взаимодействия. Основным ограничением этого подхода является то, что до 10-20% матки не может проявлять спонтанной подвижности. До сих пор это первый количественный метод ex vivo для оценки спонтанной подвижности матки в модели блюда Петри.
Introduction
Как основной женский орган, матка имеет решающее значение для размножения и имеет важное значение для питания плода1. Матка состоит из трех слоев: периметрия, миометрия и эндометрия. Миометрий является основным сократительный слой матки и играет ключевую роль в родах. Эндометрий является самым внутренним слоем, выстилающими полость матки, и необходим для имплантации эмбриона. У небеременных женщин репродуктивного возраста, слой эндометрия сбрасывается ежемесячно в начале менструального цикла. Миометрий помогает в этом процессе пролития путем поддержания спонтанных сокращений миометрия, необходимых для очистки ткани некротической эндометрия из матки1.
К сожалению, повышенная контрактильность миометрии может привести к негативным побочным эффектам, таким как дисменорея, или болезненные менструальные спазмы. Это особенно наблюдается у молодых женщин и nulliparous женщин2. Тем не менее, дисменорея отличается для каждой женщины и зависит от силы их миометрических сокращений; более сильные сокращения часто связаны с ощущением тяжелых судорог3. Миометрия контрактильность может быть визуализирована с помощью УЗИ матки и часто признается как эндометрия волн. Повышенное высвобождение простагландинов во время менструации4 в матке, переживающей эдометрия, как полагают, способствует увеличению гиперконтрактильности миометрии, что приводит к ишемии и гипоксии мышц матки и, таким образом, увеличивается боль3.
Тяжелая дисменорея может препятствовать повседневной деятельности некоторых женщин и от 3 до 33% женщин имеют очень сильную боль, которая может привести к женщине быть прикован к постели в течение 1 до 3 дней каждый менструальный цикл5. Дисменорея является основной причиной гинекологической заболеваемости у женщин репродуктивного возраста независимо от возраста, национальности и экономического положения5. По оценкам, распространенность дисменореи является как высокой, так и переменной, в диапазоне от 45% до 93% у женщин репродуктивного возраста5. Дисменорея связанных боль оказывает влияние на повседневную жизнь женщин и может привести к плохой успеваемости у подростков, более низкое качество сна, ограничение повседневной деятельности, и изменения настроения5.
Многие женщины, которые испытывают серьезные дисменорея прибегают к внебиржевой лекарства, чтобы облегчить их боль. Такие безрецептурные препараты содержат ингибиторы циклооксигеназы (КОКС),которые предотвращают образование простагландинов 6. Тем не менее, ингибиторы COX связаны с неблагоприятными сердечно-сосудистыми событиями, и около 18% женщин с дисменореей не реагируют на эти ингибиторы7. Таким образом, существует необходимость в новых лекарствах для уменьшения менструальных спазмов. В виду того что над contractility uterus способствует к pathogenesis dysmenorrhea, одной по возможности стратегией может быть польза утробных релаксантов.
Полезно количественно овоздействии потенциальных релаксантов в модели естественных спонтанных миометрийных волнообразных сокращений. Однако, до сих пор, не эффективный метод ex vivo для тестирования мышечно-расслабляющие препараты в нетронутой матки не было описано. В настоящее время изометрические измерения напряжения используются для оценки эффектов релаксантных препаратов. Во время таких измерений мышечная полоса матки поддерживается на постоянной длине при предварительной нагрузке в тканевой ванне, в то время как сила сокращения мышц матки регистрируется до и после стимуляции окситоцина в присутствии или отсутствии релаксанта препарата. Хотя этот подход очень полезен, он требует дорогостоящего оборудования. Кроме того, изометрические сокращения не похожи на спонтанные волнообразные сокращения миометрия, которые естественным образом происходят в нетронутой матке. Уникально, маточные волны миометрия у грызунов могут быть визуализированы как подвижность рога матки, когда весь репродуктивный тракт (яичники, яидуки, матка и влагалище) поддерживается в буферном растворе. Здесь мы представляем метод ex vivo для мониторинга спонтанной подвижности нетронутой мышиной матки, помещенной в чашку Петри, содержащую кислородом буфер Кребса. Мы также описываем алгоритм количественной оценки подвижности с использованием трекера движения MATLAB. Этот новый подход обеспечивает легкую и менее дорогую альтернативу для проверки релаксант потенциал естественных средств правовой защиты и синтетических соединений.
Protocol
Representative Results
Discussion
Здесь мы описали метод оценки спонтанной контрактности всего репродуктивного тракта грызунов, который включает в себя яичники, яидуки, рога матки и влагалище. Мы использовали аналогичный метод, чтобы продемонстрировать релаксант эффект фенилэфрин на спонтанной мотыльки матки<sup class="xr…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана внутренними фондами МЕ. AGO задумал исследование. XC и AGO были вовлечены в разработку описанных экспериментов. FL и AGO проанализировали и интерпретировали данные. KLL, JOB, FL выполнили все эксперименты ex vivo. FL написал сценарий MATLAB. Рукопись написали KLL, JOB и AGO. Все авторы прочитали и утвердили окончательный вариант рукописи.
Materials
| Epinephrine hydrochloride | Sigma-Aldrich | E4642 | |
| Dulbecco's PBS | Fisher Sceintific | 17-512Q | |
| Ethanol 200 PROOF | Decon Laboratories | 2701 | |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S7653 | |
| Glucose | Sigma-Aldrich | G7528 | |
| KCl | Sigma-Aldrich | P9333 | |
| CaCl2 · 2H2O | Sigma-Aldrich | C5080 | |
| NaH2PO4 | Sigma-Aldrich | S0751 | |
| MgCl2 · 6H2O | Sigma-Aldrich | M9272 | |
| NaHCO3 | Sigma-Aldrich | S6297 | |
| Isoflurane, USP | Patterson Veterinary | 07-893-2374 | |
| Dissecting Extra-Fine-Pointed Precision Splinter Forceps | Fisher Sceintific | 13-812-42 | |
| Curved Hardened Fine Iris Scissors | Fine Science Tools | 14091-09 | |
| Dissection High-performance Modular Stereomicroscope | Leica | MZ6 | |
| Digital 5 Megapixel Color Microscope Camera with active cooling system | Leica | DFC425 C | |
| Stereomaster Microscope Fiber-Optic Light Sources | Fisher Sceintific | 12-562-21 | |
| Weigh Boat | Fisher Sceintific | WB30304 | |
| Convertors Astound Standard Surgical Gown | Cardinal Health | 9515 | Small, Medium or Large |
| Gloves | McKesson Corporation | 20-1080 | Small, Medium, or Large; powder-free sterile latex or nitrile surgical gloves |
| Petri Dish | Corning Falcon | 351029 | 100 mm |
| Petri Dish | Corning Falcon | 353001 | 35 mm |
| 95% O2– 5% CO2 gas mixture | Praxair | MM OXCD5-K | |
| Ear-loop Masks | Valumax International | 5430E-PP | |
| DSLR 24.2 MP Camera | Canon | EOS Rebel T6i | |
| MATLAB | MathWorks | N/A | version 2019 or later |
References
- Kuijsters, N. P. M., et al. Uterine peristalsis and fertility: current knowledge and future perspectives: a review and meta-analysis. Reproductive BioMedicine Online. 35 (1), 50-71 (2017).
- Kural, M., Noor, N. N., Pandit, D., Joshi, T., Patil, A. Menstrual characteristics and prevalence of dysmenorrhea in college going girls. Journal of Family Medicine and Primary Care. 4 (3), 426-431 (2015).
- Dehnavi, Z. M., Jafarnejad, F., Kamali, Z. The Effect of aerobic exercise on primary dysmenorrhea: A clinical trial study. Journal of education and health promotion. 7, 3 (2018).
- Lindner, H. R., et al. Significance of prostaglandins in the regulation of cyclic events in the ovary and uterus. Advances in prostaglandin and thromboxane research. 8, 1371-1390 (1980).
- Bernardi, M., Lazzeri, L., Perelli, F., Reis, F. M., Petraglia, F. Dysmenorrhea and related disorders. F1000 research. 6, 1645 (2017).
- Marjoribanks, J., Ayeleke, R. O., Farquhar, C., Proctor, M. Nonsteroidal anti-inflammatory drugs for dysmenorrhoea. The Cochrane database of systematic reviews. 7, 001751 (2015).
- Oladosu, F. A., et al. Abdominal skeletal muscle activity precedes spontaneous menstrual cramping pain in primary dysmenorrhea. American journal of obstetrics and gynecology. 219 (1), 91 (2018).
- Lawson, C. C., et al. Occupational exposures among nurses and risk of spontaneous abortion. American journal of obstetrics and gynecology. 206 (4), 327-328 (2012).
- Mazze, R. I., Wilson, A. I., Rice, S. A., Baden, J. M. Fetal development in mice exposed to isoflurane. Teratology. 32 (3), 339-345 (1985).
- Byers, S. L., Wiles, M. V., Dunn, S. L., Taft, R. A. Mouse estrous cycle identification tool and images. PLoS One. 7 (4), 35538 (2012).
- Caligioni, C. S. Assessing reproductive status/stages in mice. Current protocols in neuroscience. , (2009).
- Segal, S., Csavoy, A. N., Datta, S. The tocolytic effect of catecholamines in the gravid rat uterus. Anesthesia and analgesia. 87 (4), 864-869 (1998).
- Chen, X., et al. Phenylephrine, a common cold remedy active ingredient, suppresses uterine contractions through cAMP signalling. Scientific reports. 8 (1), 11666 (2018).
- Domino, M., Pawlinski, B., Gajewski, Z. Biomathematical pattern of EMG signal propagation in smooth muscle of the non-pregnant porcine uterus. PLoS One. 12 (3), 0173452 (2017).
- Crane, L. H., Martin, L. Pace-maker activity in the myometrium of the oestrous rat: in vivo studies using video-laparoscopy. Reproduction, fertility, and development. 3 (5), 519-527 (1991).
