Een syngeneïsch murinemodel van endometriose met natuurlijk fietsende muizen
Summary
Veel knaagdiermodellen van endometriose worden beperkt door technische complexiteit, reproduceerbaarheid en/of behoefte aan immuungecompromitteerde dieren of speciale reportermuizen. We presenteren een vereenvoudigd systeem van laesie-inductie met behulp van elke experimentele muis met een onafhankelijk verifieerbaar, objectief scoresysteem en zonder vereiste voor ovariëctomie of overlevingsoperaties.
Abstract
Endometriose is een belangrijke oorzaak van bekkenpijn en onvruchtbaarheid. Het wordt gedefinieerd door de aanwezigheid van endometriumweefsel op extra-uteriene locaties. De ontwikkeling van nieuwe therapieën en diagnostische instrumenten voor endometriose is beperkt, deels als gevolg van uitdagingen bij het bestuderen van de ziekte. Buiten primaten menstrueren weinig zoogdieren en geen enkele ontwikkelt spontane endometriose. Knaagdiermodellen zijn populair, maar vereisen kunstmatige inductie van endometriose, waarbij velen immunocompromitterende muizen of chirurgisch geïnduceerde ziekte gebruiken. De laatste tijd is er meer aandacht voor modellen met intraperitoneale injectie. We presenteren een murien model van endometriose dat verschillende kenmerken van bestaande endometriosemodellen integreert in een nieuw, vereenvoudigd systeem dat afhankelijk is van microscopische kwantificering in plaats van subjectieve gradatie. In dit model voeren we hormonale stimulatie van donormuizen, intraperitoneale injectie, systematisch buikonderzoek en weefseloogst uit, en histologische kwantificering die op elk moment na obductie kan worden uitgevoerd en geverifieerd. Dit model vereist minimale middelen en training; vereist geen deskundigheid van laboranten bij muriene overlevingschirurgie of bij de identificatie van grove endometriotische laesies; kan worden gebruikt bij immuungecompromitteerde, immunocompetente en/of gemuteerde muizen; en creëert betrouwbaar endometriotische laesies die histologisch consistent zijn met menselijke endometriotische ziekte.
Introduction
Endometriose is een raadselachtige ziekte van het vrouwelijke voortplantingskanaal met aanzienlijke financiële en gezondheidslasten voor vrouwen1,2. De etiologie van endometriose is niet volledig begrepen, en er zijn meerdere verklaringen voorgesteld, waaronder coelomische metaplasie, embryonale Mülleriaanse rust, rekrutering van beenmerg afgeleide voorlopercellen en retrograde menstruatie3. Hoewel meerdere aspecten van deze voorgestelde mechanismen betrokken kunnen zijn, en geen enkele verklaring alle vormen van de ziekte kan verklaren, is het leidende model van endometriose pathogenese retrograde menstruatie. Retrograde menstruatie is de passage van menstruatie-effluent door de eileiders en in de buikholte; geschat wordt dat 90% van de menstruerende vrouwen regelmatig retrograde menstruatie ondergaat4,5. Gezien dit alledaagse fenomeen van retrograde menstruatie, waarom endometriose zich alleen ontwikkelt bij een subset van vrouwen is onduidelijk5. Om de etiologie van deze ziekte beter te begrijpen, zijn directe menselijke studies niet haalbaar en zijn dierstudies gerechtvaardigd.
Endometriose is een uitdaging om zowel te behandelen als te bestuderen. Prevalentie van de ziekte is niet bekend, maar geschat op 10%1. Hoewel sommige geavanceerde soorten endometriose nauwkeurig kunnen worden geïdentificeerd door middel van niet-invasieve beeldvorming, wordt een definitieve diagnose alleen bereikt door histopathologische analyse van chirurgisch verkregen biopsiemonsters; laesies die visueel ziek lijken te zijn, kunnen in feite fibrose of littekens van andere oorzaken zijn6. Ernst en omvang van de ziekte correleren niet met symptomatologie7.
Endometrioselaesies bestaan uit heterogene celtypen en populaties die op complexe manieren interageren binnen het micromilieu, waardoor het nut van cellulaire modellen8,9wordtbeperkt . In vivo modellen bestaan, maar deze hebben inherente uitdagingen en beperkingen10,11,12. Primatenmodellen zijn ideaal, maar zijn vaak niet haalbaar13,14,15. Weinig niet-primatenzoogdieren menstrueren en ontwikkelen endometriose spontaan16. Knaagdiermodellen van endometriose bestaan, maar hebben elk beperkingen17. Veel van deze modellen vereisen overlevingschirurgie om endometriumweefsel in de wand of darm van de donorontvanger te hechten of te implanteren, wat technische complexiteit toevoegt, anesthesie nodig heeft en immuunfactoren van de operatie zelf verbijstert18,19,20. Bovendien vereisen veel modellen ovariëctomie en oestrogeensuppletie; terwijl het verhogen van laesieopbrengst, voegt dit tijd, kosten, en extra overlevingschirurgie toe. Intraperitoneale (IP) injectiemodellen vereisen geen anesthesie of overlevingsoperatie, en deze modellen simuleren logischerwijs retrograde menstruatie beter dan het hechten van modellen21,22,23. De meeste IP-modellen zijn echter onderhevig aan meer variabiliteit in de locatie van laesies als gevolg van de willekeurige dispersie van endometriumfragmenten na injectie en dus aan meer bias in laesie-identificatie en -meting.
Hier presenteren we een murien model van endometriose dat verschillende kenmerken van bestaande endometriosemodellen integreert in een nieuw, vereenvoudigd en efficiënt systeem dat afhankelijk is van microscopische kwantificering in plaats van subjectieve sortering.
Protocol
Representative Results
Discussion
Onze studie toont aan dat endometriose betrouwbaar kan worden geïnduceerd bij muizen zonder gebruik van ovariëctomie en/of overlevingsoperaties, en dat ectopische endometriumlaesies kunnen worden geïdentificeerd en gekwantificeerd met behulp van een gestandaardiseerd onderzoek van de buik en histologische analyse.
Veel muriene studies van endometriose maken gebruik van chirurgisch geïnduceerde en…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We willen de leden van het Reizes-laboratorium bedanken voor hun kritische beoordeling en inzichten tijdens de voorbereiding van het manuscript, evenals de kernen Imaging en Histology van het Lerner Research Institute voor hun hulp bij het verzamelen van gegevens en gegevensanalyse. Dit werk werd ondersteund door een interne subsidiefinanciering via het Research Program Committee van Cleveland Clinic en door een externe subsidie via de Society for Reproductive Investigation en Bayer. Onderzoek in het Reizes Laboratory wordt ook gefinancierd via VeloSano Bike to Cure, Center of Research Excellence in Gynecologic Cancer, en via De Laura J. Fogarty Endowed Chair voor Uterine Cancer Research. Cleveland Clinic bezit de auteursrechtelijke toestemming voor figuur 1 en figuur 2.
Materials
| Supplies for injecting PMSG into donor mouse | |||
| 1 mL Tuberculin syringe with 27G needle | Fisher Scientific | 14-826-87 | |
| Pregnant mare serum gonadotropin | Sigma-Aldrich | 9002-70-4 | |
| Supplies for necropsy of donor mouse and tissue processing | |||
| 6” serrated forceps, curved tip | Electron Microscopy Sciences | 72993-6C | |
| 70% ethanol solution | Pharmco | 33000HPLCCS4L | 70% solution dilute ethyl acetate 200 proof |
| Analytical balance | Mettler Toledo | ME54TE | |
| Carbon dioxide | TriGas Supplier | ||
| Dissecting tray | Fisher Scientific | S14000 | |
| No. 10 disposable scalpel | Fisher Scientific | NC9999403 | |
| Scissors, curved | Electron Microscopy Sciences | 72941 | |
| Scissors, straight | Electron Microscopy Sciences | 72940 | |
| Stereo microscope | Leica Microsystems | Leica SE 4 | For tissue dissection |
| Sterile phosphate buffered saline (PBS) | Institutional core facility supplies | ||
| Surgical instrument sterilization tray | Electron Microscopy Sciences | 66112-02 | |
| Tissue culture dishes | Fisher Scientific | 08-772E | |
| Weighing dishes | Fisher Scientific | 02-202-103 | |
| Supplies for injecting into recipient mouse | |||
| 1 cc syringe | BD Biosciences | 301025 | |
| 18 G needle | Fisher Scientific | 148265d | |
| 200 uL pipette tip | Fisher Scientific | 02-707-422 | |
| Double distilled water | Institutional core facility supplies | ||
| Latex bulb | Fisher Scientific | 03-448-21 | |
| Micro cover glass slip | VWR | 48366-067 | |
| Microscope slide | Fisher Scientific | 12-544-7 | |
| Standard light microscope | Leica Microsystems | DM IL | For evaluating vaginal cytology smears |
| Supplies for harvesting tissue from recipient mouse | |||
| 10% Buffered formalin | Fisher Scientific | SF100-4 | |
| Biopsy foam pads | Fisher Scientific | 22-038-222 | |
| Precision Digital Calipers | Electron Microscopy Sciences | 62065-40 | |
| Processing/embedding cassettes | Fisher Scientific | 22-272416 |
References
- Zondervan, K. T., Becker, C. M., Missmer, S. A. Endometriosis. England Journal of Medicine. 382 (13), 1244-1256 (2020).
- Schwartz, K., Llarena, N. C., Rehmer, J. M., Richards, E. G., Falcone, T. The role of pharmacotherapy in the treatment of endometriosis across the lifespan. Expert Opinion on Pharmacotherapy. 21 (8), 893-903 (2020).
- Giudice, L. C. Clinical practice. Endometriosis. New England Journal of Medicine. 362 (25), 2389-2398 (2010).
- D’Hooghe, T. M., Debrock, S. Endometriosis, retrograde menstruation and peritoneal inflammation in women and in baboons. Human Reproduction Update. 8 (1), 84-88 (2002).
- Ahn, S. H., et al. Pathophysiology and immune dysfunction in endometriosis. BioMed Research International. 2015, (2015).
- Falcone, T., Flyckt, R. Clinical management of endometriosis. Obstetrics and Gynecology. 131 (3), 557-571 (2018).
- Vercellini, P., et al. Association between endometriosis stage, lesion type, patient characteristics and severity of pelvic pain symptoms: a multivariate analysis of over 1000 patients. Human Reproduction. 22 (1), 266-271 (2007).
- Bulun, S. E., et al. Endometriosis. Endocrine Reviews. 40 (4), 1048-1079 (2019).
- Brueggmann, D., et al. Novel three-dimensional in vitro models of ovarian endometriosis. Journal of Ovarian Research. 7, 17 (2014).
- Dodds, K. N., Beckett, E. A. H., Evans, S. F., Hutchinson, M. R. Lesion development is modulated by the natural estrous cycle and mouse strain in a minimally invasive model of endometriosis. Biology of Reproduction. 97 (6), 810-821 (2017).
- Martinez, J., Bisbal, V., Marin, N., Cano, A., Gómez, R. Noninvasive monitoring of lesion size in a heterologous mouse model of endometriosis. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (144), (2019).
- Pelch, K. E., Sharpe-Timms, K. L., Nagel, S. C. Mouse model of surgically-induced endometriosis by auto-transplantation of uterine tissue. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (59), e3396 (2012).
- Nishimoto-Kakiuchi, A., et al. Spontaneous endometriosis in cynomolgus monkeys as a clinically relevant experimental model. Human Reproduction. 33 (7), 1228-1236 (2018).
- Nair, H. B., et al. An efficient model of human endometriosis by induced unopposed estrogenicity in baboons. Oncotarget. 7 (10), 10857-10869 (2016).
- Laganà, A. S., et al. Translational animal models for endometriosis research: a long and windy road. Annals of Translational Medicine. 6 (22), 431 (2018).
- Bellofiore, N., et al. First evidence of a menstruating rodent: the spiny mouse (Acomys cahirinus). Amercian Journal of Obstetrics and Gynecology. 216 (1), 1-11 (2017).
- Bruner-Tran, K. L., Mokshagundam, S., Herington, J. L., Ding, T., Osteen, K. G. Rodent models of experimental endometriosis: identifying mechanisms of disease and therapeutic targets. Current Women’s Health Reviews. 14 (2), 173-188 (2018).
- Bilotas, M. A., et al. Interplay between endometriosis and pregnancy in a mouse model. PloS One. 10 (4), 0124900 (2015).
- Peterse, D., et al. Of mice and women: a laparoscopic mouse model for endometriosis. Journal of Minimally Invasive Gynecology. 25 (4), 578-579 (2018).
- Richards, E. G., et al. KLF11 is an epigenetic mediator of DRD2/dopaminergic signaling in endometriosis. Reproductive Sciences. 224 (8), 1129-1138 (2017).
- Jones, R. L., Lang, S. A., Kendziorski, J. A., Greene, A. D., Burns, K. A. Use of a Mouse Model of Experimentally Induced Endometriosis to Evaluate and Compare the Effects of Bisphenol A and Bisphenol AF Exposure. Environmental Health Perspectives. 126 (12), 127004 (2018).
- Greaves, E., et al. A novel mouse model of endometriosis mimics human phenotype and reveals insights into the inflammatory contribution of shed endometrium. The American Journal of Pathology. 184 (7), 1930-1939 (2014).
- Nothnick, W. B., Graham, A., Holbert, J., Weiss, M. J. miR-451 deficiency is associated with altered endometrial fibrinogen alpha chain expression and reduced endometriotic implant establishment in an experimental mouse model. PloS One. 9 (6), 100336 (2014).
