非アルコール性脂肪性肝炎モデルマウスにおける肝臓細胞外マトリックスの3Dイメージング
Summary
本プロトコルは、肝臓 のin situ 灌流/脱細胞化および2光子顕微鏡法を最適化して、非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)中の細胞外マトリックス(ECM)リモデリングのダイナミクスを視覚化するための信頼性の高いプラットフォームを確立します。
Abstract
非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)は、米国で最も一般的な慢性肝疾患であり、7,000万人以上のアメリカ人が罹患しています。NASHは線維症に進行し、最終的には肝細胞癌の重要な危険因子である肝硬変に進行する可能性があります。細胞外マトリックス(ECM)は、構造的サポートを提供し、母細胞シグナル を介して 肝臓の恒常性を維持します。肝線維症は、動的ECMリモデリングプロセスの不均衡に起因し、構造要素の過剰な蓄積とそれに伴うグリコサミノグリカンの変化を特徴としています。NASHの典型的な線維症パターンは「チキンワイヤー」と呼ばれ、マッソンのトリクローム染色とピクロシリウスレッド染色によって観察された特徴に基づいて、通常、ゾーン3の類洞周囲/細胞周囲線維症で構成されます。しかし、これらの従来の薄い2次元(2D)組織スライドベースのイメージング技術は、詳細な3次元(3D)ECM構造変化を実証することができず、肝線維症における動的ECMリモデリングの理解を制限します。
現在の研究では、上記の課題に対処するために、脱細胞化 を介して 肝臓のネイティブECM構造を画像化するための高速で効率的なプロトコルを最適化しました。マウスに固形飼料またはファーストフード食のいずれかを14週間与えた。その 場 門脈灌流後に脱細胞化を行い、2光子顕微鏡技術を適用してネイティブECMの変化を画像化および分析しました。正常肝臓とNASH肝臓の3D画像を再構成して分析しました。 in situ 灌流脱細胞化を行い、2光子顕微鏡で足場を分析することで、肝臓の動的ECMリモデリングを視覚化するための実用的で信頼性の高いプラットフォームが提供されました。
Introduction
非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)は最も一般的な肝疾患であり、成人人口の20%〜25%に影響を及ぼします。NAFLD患者の25%が非アルコール性脂肪性肝炎(NASH)に進行し、肝硬変、肝不全、肝細胞癌のリスクが高まります1。今後20年間で、NASHは米国2で200万人の肝臓関連の死亡を占めると推定されています。承認された治療法がないため、NASH患者の肝線維化を引き起こすメカニズムを解読し、標的治療を開発することが急務です3。
細胞外マトリックス(ECM)は、細胞との双方向通信を発揮して組織の恒常性を調節する動的で複雑な微小環境です4。肝臓ECMは、プロテオグリカン、コラーゲン、フィブロネクチン、エラスチン、および他の非構造タンパク質(例えば、オルファクトメジンおよびトロンボスポンジン)などの構造要素で構成され、物理的および構造的支持体を提供する4。
肝線維症は、NASH3を含むさまざまな病因の肝障害に対する慢性創傷治癒反応です。これは、動的ECMマトリックスリモデリングプロセスの不均衡に起因し、損傷した肝臓4における過剰な構造タンパク質によって特徴付けられる。線維形成は、異なる肝細胞型間の動的な細胞間コミュニケーションに依存する。肝星細胞(HSC)は、活性化されると、平滑筋アルファ2アクチン発現、遊走、および増殖筋線維芽細胞様細胞に分化し、創傷閉鎖作用としてECMタンパク質を合成します。活性化造血幹細胞は、肝臓1の中心コラーゲン産生細胞である。
ECMリモデリングの分子メカニズム、線維症のパターン、および細胞イベントとの関係は明らかではありません。質量分析技術がECMタンパク質組成の分析に役立ったとしても、3次元(3D)ECM構造のより良い理解が依然として必要です4。伝統的に、マッソンのトリクローム染色、ピクロシリウスレッド染色、および第2高調波発生(SHG)イメージングは、2次元(2D)の薄い肝臓切片で行われてきました。NASHの典型的な線維症パターンは「チキンワイヤー」と呼ばれ、ゾーン3まで伸び、類洞周囲/細胞周囲線維症です5,6。しかし、天然肝臓の3D構造、特に組織切片を伴わない研究が不足しています。肝線維症における動的ECMリモデリング全体を通して線維症のパターンと特徴を特定するための堅牢なイメージングアプローチは、NASHメカニズムの理解を大幅に強化し、新しい治療標的を特定します。
これらの課題に対処するために、高速で効率的なプロトコルを最適化して、脱細胞化 を介して ネイティブの肝臓ECMをイメージングしました7。全肝臓脱細胞化は、界面活性剤灌流を通じてネイティブ3D ECMネットワークを維持しながら、肝細胞含有量を除去するアプローチです。マウスに、固形飼料またはファーストフード食(FFD)のいずれかを14週間与えた。脱細胞化は、トリプルヘリカルおよびネイティブの原線維コラーゲン構造を維持するために、中性洗剤および低流速によるin situ 門脈灌流後に実行されました。ECMにおけるコラーゲン構造の変化を解析するために、二光子顕微鏡を適用した。正常およびNASH肝臓における天然ECM構造の3D画像を再構成し、分析した。 in situ 灌流脱細胞化を行い、2光子顕微鏡で足場を分析することで、肝臓の動的ECMリモデリングを視覚化するための実用的で手頃なプラットフォームが提供されます。
Protocol
Representative Results
Discussion
本プロトコルは、低流速DOC in situ灌流による脱細胞化が、壊れやすいトリプルヘリカルおよび天然の原線維コラーゲン構造を保存し、NASH肝線維症における動的ECMリモデリングを捕捉するための信頼性が高く費用効果の高いプラットフォームを提供することを示しています。ECM成分を同定したり、細胞培養用の生物学的足場を生成したりする前に、正常および線維性の肝臓で脱細胞化が?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
技術的な支援をしてくれたHyesuk Parkに感謝します。この研究は、国立糖尿病・消化器・腎臓病研究所(NIDDK)、NIH(R01 2DK083283、NJT)、国立老化研究所(NIA)、NIH(1R01AG060726、NJT)からの資金提供によって支援されました。ベックマンセンターの細胞科学イメージング施設のジョン・マルホランドとキティ・リーが、2光子顕微鏡イメージングの技術支援をしてくれたことに感謝します。
Materials
| 4-0 MONOCRYL UNDYED 1 x 18" P-3 | MONOCRYL | Y494G | |
| 4-0 suture | fisher scientific | 10-000-649 | https://www.fishersci.com/shop/products/monomid-nylon-non-absorbable-sutures-7/10000649?keyword=true |
| AnaSed Injection (xylazine) | AnaSed | NDC 59399-110-20 | this drug to use by or on the order of a licensed veterinarian. |
| BD INSYTE AUTOGUARD I.V. CATHETER WITH BC TECHNOLOGY | BD | 382612 | |
| Chow diet | Envigo | # 2918 | Control diet. A fixed formula, non-autoclavable diet manufactured with high quality ingredients and designed to support gestation, lactation, and growth of rodents. |
| Fast-food diet (AIN76A Western Diet) | Test Diet | 1810060 | https://www.testdiet.com/cs/groups/lolweb/@testdiet/documents/web_content/mdrf/mdux/~edisp/ducm04_051601.pdf |
| Hematoxylin and Eosin Stain Kit | vectorlabs | H-3502 | https://vectorlabs.com/hematoxylin-and-eosin-stain-kit.html |
| Kent Scientific Rat Surgical Kit | fisher scientific | 13-005-205 | https://www.fishersci.com/shop/products/rat-surgical-kit/13005205#?keyword=mouse%20surgery%20kit |
| KETAMINE HYDROCHLORIDE INJECTION | Vedco | NDC 50989-996-06 – 10 mL – vial. | KetaVed has been clinically studied in subhuman primates in addition to those species listed under Administration and Dosage. |
| Leica SP5 upright Confocal, multi-photon | Leica | SP5 | |
| Luer connector (Three-way stopcock with SPIN-LOCK®) | bbraun | D300 | https://www.bbraunusa.com/en/products/b0/three-way-stopcockwithspin-lock.html |
| Picrosirius Red Stain Kit | Polysciences, Inc. | 24901 | https://www.polysciences.com/default/picrosirius-red-stain-kit-40771 |
| Rayon tipped applicator | puritan | 25-806 1PR | |
| Sodium deoxycholate | sigmaaldrich | D6750-100G | |
| Syrup | www.target.com | 24 fl oz | https://www.target.com/p/pancake-syrup-24-fl-oz-market-pantry-8482/-/A-13007801 |
| Variable Speed Peristaltic Pump | INTLLAB | BT100 | https://www.amazon.com/gp/product/B082K97W5W/ref=ox_sc_saved_title_2?smid=A12NUUP87ZRRAR&psc=1 |
| VECTASHIELD Antifade Mounting Medium | vectorlabs | H-1000-10 | https://vectorlabs.com/vectashield-mounting-medium.html |
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