Medición del flujo sanguíneo auricular en cóclea de ratón utilizando una ventana de vaso abierto y microscopía de fluorescencia intravital
Summary
Un enfoque de ventana de vaso abierto utilizando trazadores fluorescentes proporciona una resolución suficiente para la medición del flujo sanguíneo coclear (CoBF). El método facilita el estudio de los cambios estructurales y funcionales en CoBF en ratón en condiciones normales y patológicas.
Abstract
La transducción del sonido es metabólicamente exigente, y la función normal de la microvasculatura en la pared lateral es crítica para mantener el potencial endococlear, el transporte de iones y el equilibrio de líquidos. Se informa que diferentes formas de trastornos auditivos implican microcirculación anormal en la cóclea. La investigación de cómo la patología del flujo sanguíneo coclear (CoBF) afecta la función auditiva es un desafío debido a la falta de métodos de interrogatorio factibles y la dificultad para acceder al oído interno. Una ventana de vaso abierta en la pared coclear lateral, combinada con microscopía intravital de fluorescencia, se ha utilizado para estudiar los cambios de CoBF in vivo, pero principalmente en conejillos de indias y solo recientemente en el ratón. Este documento y el video asociado describen el método de ventana de vaso abierto para visualizar el flujo sanguíneo en la cóclea del ratón. Los detalles incluyen 1) preparación de la suspensión de células sanguíneas marcadas con fluorescencia de ratones; 2) construcción de una ventana de vaso abierta para microscopía intravital en un ratón anestesiado, y 3) medición de la velocidad y el volumen del flujo sanguíneo utilizando una grabación fuera de línea de las imágenes. El método se presenta en formato de video para mostrar cómo usar el enfoque de ventana abierta en el ratón para investigar cambios estructurales y funcionales en la microcirculación coclear en condiciones normales y patológicas.
Introduction
La función normal de la microcirculación en la pared coclear lateral (que comprende la mayoría de los capilares en el ligamento espiral y la estría vascular) es de importancia crítica para mantener la función auditiva1. La CoBF anormal está implicada en la fisiopatología de muchos trastornos del oído interno, incluida la pérdida de audición inducida por ruido, la hidropesía del oído y la presbiacusia 2,3,4,5,6,7,8,9. La visualización del CoBF intravital permitirá una mejor comprensión de los vínculos entre la función auditiva y la patología vascular coclear.
Aunque la complejidad y localización de la cóclea dentro del hueso temporal impide la visualización directa y la medición del CoBF, se han desarrollado diversos métodos para la evaluación del CoBF, incluyendo la flujometría láser-doppler (LDF)10,11,12, la resonancia magnética (RM)13, la microscopía intravital de fluorescencia (FIVM)14, la microendoscopia fluorescente (FME)15, la imagen endoscópica de contraste con moteado láser (LSCI)16 , y enfoques basados en la inyección de marcadores marcados y microesferas marcadas radiactivamente en el torrente sanguíneo (microangiografía óptica, OMAG)17,18,19,20. Sin embargo, ninguno de estos métodos ha permitido el seguimiento absoluto en tiempo real de los cambios en CoBF in vivo, con la excepción de FIVM. La FIVM, en combinación con una ventana de vaso en la pared coclear lateral, es un abordaje que ha sido utilizado y validado en cuyes bajo diferentes condiciones experimentales por diversos laboratorios 14,21,22.
Se estableció con éxito un método FIVM para estudiar los cambios estructurales y funcionales en la microcirculación coclear en ratón utilizando isotiocianato de fluoresceína (FITC)-dextrano como medio de contraste y un colorante de fluorescencia, ya sea DiO (perclorato de 3, 3′-dioctadeciloxacarbocianina, verde) o Dil (perclorato de 1,1-dioctadecil-3,3,3,3-tetrametilindocarbocianina, rojo), para premarcar las células sanguíneas, visualizar los vasos y rastrear la velocidad del flujo sanguíneo. En el presente estudio, se ha descrito el protocolo de este método para obtener imágenes y cuantificar los cambios en CoBF en ratones en condiciones normales y patológicas (como después de la exposición al ruido). Esta técnica proporciona al investigador las herramientas necesarias para investigar los mecanismos subyacentes de CoBF relacionados con la disfunción auditiva y la patología en la estría vascular, especialmente cuando se aplica junto con modelos de ratones transgénicos fácilmente disponibles.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este documento demuestra cómo los capilares en la pared lateral coclear (y en la estría vascular) de un modelo de ratón se pueden visualizar con etiquetado fluoróforo en una preparación de ventana de vaso abierto bajo un sistema FIVM. El modelo de ratón es ampliamente utilizado y preferido como modelo de mamífero para investigar la salud humana y la enfermedad. El protocolo descrito aquí es un enfoque factible para obtener imágenes e investigar CoBF en la pared lateral del ratón (particularmente en la estría v…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue apoyada por NIH/NIDCD R21 DC016157 (X.Shi), NIH/NIDCD R01 DC015781 (X.Shi), NIH/NIDCD R01-DC010844 (X.Shi) y Medical Research Foundation de Oregon Health and Science University (OHSU) (X.Shi).
Materials
| 0.9% Sodium Chloride | Hospira | NDC 0409-1966-02 | 0.6 mL (for 1 mL) |
| 1,1′-Dioctadecyl-3,3,3′,3′-tetramethylindocarbocyanine perchlorate | Sigma Aldrich | 468495 | 20 µM |
| 3,3′-Dioctadecyloxacarbocyanine perchlorateDio (3,3′-Dioctadecyloxacarbocyanine perchlorate | Sigma Aldrich | D4292 | 20 µM |
| CODA Monitor system | Kent scientific | CODA Monitor, for monitoring blood pressure and heartbeat | |
| Coverslip | Fisher Scientific | 12-542A | |
| DC Temperature Controller | FHC | 40-90-8D | |
| Fiji/ImageJ | NIH | Measurement of vessel diameter | |
| FITC-dextran (2000 kDa) | Sigma Aldrich | FD2000s | 40 mg/mL |
| Heparin Sodium Injection, USP MDV | Mylan | NDC 67457-374-12 | 5000 USP units/mL |
| Katathesia (100 mg/mL) | Henry Schein | NDC 11695-0702-1 | 0.2 mL (for 1 mL) |
| Microscope Objective | Mitutoyo | 378-823-5 | Model: M Plan Apo NIR 10x |
| ORCA-ER Camera | Hamamatsu | Model: C4742-80-12AG | |
| PBS | Gibco | 2085387 | |
| Xyzaine (100 mg/ml, 5x diluted for use ) | Lloyd | LPFL04821 | 0.2 mL (for 1 mL) |
| Zoom Stereo Microscope | Olympus | Model: SZ61, fluorescent microscope |
References
- Shi, X. Physiopathology of the cochlear microcirculation. Hearing Research. 282 (1), 10-24 (2011).
- Brown, J. N., Miller, J. M., Nuttall, A. L. Age-related changes in cochlear vascular conductance in mice. Hearing Research. 86 (1), 189-194 (1995).
- Gratton, M. A., Schmiedt, R. A., Schulte, B. A. Age-related decreases in endocochlear potential are associated with vascular abnormalities in the stria vascularis [corrected and republished article originallly printed in Hearing Research. Hearing Research. 94 (1-2), 181-190 (1996).
- Le Prell, C. G., Yamashita, D., Minami, S. B., Yamasoba, T., Miller, J. M. Mechanisms of noise-induced hearing loss indicate multiple methods of prevention. Hearing Research. 226 (1-2), 22-43 (2007).
- Miller, J., Ren, T. -. Y., Laurikainen, E., Golding-Wood, D., Nuttall, A. Hydrops-induced changes in cochlear blood flow. The Annals of otology, rhinology, and laryngology. 104 (6), 476-483 (1995).
- Miller, J. M., Ren, T. -. Y., Nuttall, A. L. Studies of inner ear blood flow in animals and human beings. Otolaryngology-Head and Neck Surgery. 112 (1), 101-113 (1995).
- Nakashima, T., et al. Disorders of cochlear blood flow. Brain Research Reviews. 43 (1), 17-28 (2003).
- Nuttall, A. L. Sound-induced cochlear ischemia/hypoxia as a mechanism of hearing loss. Noise and Health. 2 (5), 17 (1999).
- Trune, D. R., Nguyen-Huynh, A. Vascular pathophysiology in hearing disorders. Seminars in Hearing. , 242-250 (2012).
- Nakashima, T., Hattori, T., Sone, M., Sato, E., Tominaga, M. Blood flow measurements in the ears of patients receiving cochlear implants. The Annals of otology, rhinology, and laryngology. 111 (11), 998-1001 (2002).
- Ren, T., Brechtelsbauer, P. B., Miller, J. M., Nuttall, A. L. Cochlear blood flow measured by averaged laser Doppler flowmetry (ALDF). Hearing Research. 77 (1-2), 200-206 (1994).
- Goodwin, P. C., Miller, J. M., Dengerink, H. A., Wright, J. W., Axelsson, A. The laser Doppler: a non-invasive measure of cochlear blood flow. Acta Otolaryngologica. 98 (5-6), 403-412 (1984).
- Le Floc’h, J., et al. Markers of cochlear inflammation using MRI. Journal of Magnetic Resonance Imaging. 39 (1), 150-161 (2014).
- Axelsson, A., Nuttall, A. L., Miller, J. M. Observations of cochlear microcirculation using intravital microscopy. Acta Otolaryngologica. 109 (3-4), 263-270 (1990).
- Monfared, A., et al. In vivo imaging of mammalian cochlear blood flow using fluorescence microendoscopy. Otology & Neurotology. 27 (2), 144 (2006).
- Kong, T. H., Yu, S., Jung, B., Choi, J. S., Seo, Y. J. Monitoring blood-flow in the mouse cochlea using an endoscopic laser speckle contrast imaging system. PLoS One. 13 (2), 0191978 (2018).
- Angelborg, C., Hillerdal, M., Hultcrantz, E., Larsen, H. The microsphere method for studies of inner ear blood flow. ORL. 50 (6), 355-362 (1988).
- Choudhury, N., Chen, F., Shi, X., Nuttall, A. L., Wang, R. K. Volumetric imaging of blood flow within cochlea in gerbil in vivo. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 16 (3), 524-529 (2010).
- Subhash, H. M., et al. Volumetric in vivo imaging of microvascular perfusion within the intact cochlea in mice using ultra-high sensitive optical microangiography. IEEE Transactions on Medical Imaging. 30 (2), 224-230 (2011).
- Reif, R., et al. Monitoring hypoxia induced changes in cochlear blood flow and hemoglobin concentration using a combined dual-wavelength laser speckle contrast imaging and Doppler optical microangiography system. PLoS One. 7 (12), 52041 (2012).
- Nuttall, A. L. Techniques for the observation and measurement of red blood cell velocity in vessels of the guinea pig cochlea. Hearing Research. 27 (2), 111-119 (1987).
- Nuttall, A. L. Cochlear blood flow: measurement techniques. American Journal of Otolaryngology. 9 (6), 291-301 (1988).
- Hanna, G., et al. Automated measurement of blood flow velocity and direction and hemoglobin oxygen saturation in the rat lung using intravital microscopy. American Journal of Physiology. Lung Cellular Molecular Physiology. 304 (2), 86-91 (2013).
- Narciso, M. G., Nasimuzzaman, M. Purification of platelets from mouse blood. Journal of Visualized Experiments. (147), e59803 (2019).
- Shi, X., et al. Thin and open vessel windows for intra-vital fluorescence imaging of murine cochlear blood flow. Hearing Research. 313, 38-46 (2014).
- Lorenz, J. N. A practical guide to evaluating cardiovascular, renal, and pulmonary function in mice. American Journal of Physiology. Regulatory, Integrative, and Comparative Physiology. 282 (6), 1565-1582 (2002).
- Dai, M., Shi, X. Fibro-vascular coupling in the control of cochlear blood flow. PloS One. 6 (6), 20652 (2011).
- Shi, X. Cochlear pericyte responses to acoustic trauma and the involvement of hypoxia-inducible factor-1alpha and vascular endothelial growth factor. American Journal of Pathology. 174 (5), 1692-1704 (2009).
- Hou, Z., et al. Platelet-derived growth factor subunit B signaling promotes pericyte migration in response to loud sound in the cochlear stria vascularis. Journal of the Association for Research in Otolaryngology. 19 (4), 363-379 (2018).
- Hultcrantz, E., Nuttall, A. L. Effect of hemodilution on cochlear blood flow measured by laser-Doppler flowmetry. American Journal of Otolaryngology. 8 (1), 16-22 (1987).
