En minimalt invasiv, nøjagtig og effektiv teknik til intrathymisk injektion i mus
Summary
Den nuværende protokol beskriver en interventionel radiologiprocedure, der er etableret til intrathymisk injektion i mus for at undgå risikoen for åben kirurgi og forbedre nøjagtigheden af blinde perkutane injektioner.
Abstract
Intrathymisk injektion i musemodeller er en vigtig teknik til undersøgelse af thymisk og immunfunktion, herunder genetiske og erhvervede T-celleforstyrrelser. Dette kræver metoder til direkte aflejring af reagenser og/eller celler i thymus hos levende mus. Traditionelle metoder til intrathymisk injektion omfatter thoraxkirurgi eller minimalt invasive perkutane blinde injektioner, som begge har betydelige begrænsninger. Ultrahøjfrekvente ultralydsbilleddannelsesenheder har gjort billedstyrede perkutane injektioner mulige hos mus, hvilket i høj grad forbedrer injektionsnøjagtigheden af den perkutane injektionsmetode og muliggør injektion af mindre mål. Imidlertid er billedstyrede injektioner afhængige af brugen af et integreret skinnesystem, hvilket gør dette til en stiv og tidskrævende procedure. En unik, sikker og effektiv metode til perkutane intrathymiske injektioner i mus præsenteres her, hvilket eliminerer afhængigheden af jernbanesystemet til injektioner. Teknikken er afhængig af at bruge en mikro-ultralydsenhed med høj opløsning til at afbilde musen thymus ikke-invasivt. Ved hjælp af en frihåndsteknik kan en radiolog placere en nålespids direkte i musens thymus under sonografisk vejledning. Mus rengøres og bedøves inden billeddannelse. For en erfaren radiolog, der er dygtig til ultralydsstyrede procedurer, er læringsperioden for den angivne teknik ret kort, typisk inden for en session. Metoden har en lav sygelighed og dødelighed for musene og er meget hurtigere end de nuværende mekanisk assisterede teknikker til perkutan injektion. Det giver investigator mulighed for effektivt at udføre præcise og pålidelige perkutane injektioner af thymuses af enhver størrelse (herunder meget små organer såsom thymus af ældre eller immundefekte mus) med minimal belastning på dyret. Denne metode muliggør injektion af individuelle lapper, hvis det ønskes, og letter store eksperimenter på grund af procedurens tidsbesparende karakter.
Introduction
Thymus har en væsentlig rolle i T-celleudvikling og immunitet. T-cellemangel, som blandt andet kan være forårsaget af thymisk involution, genetiske lidelser, infektioner og kræftbehandlinger, fører til høj dødelighed og sygelighed 1,2. Musemodeller er uundværlige i både grundlæggende og translationel immunologiforskning og er blevet brugt i årtier til at studere thymisk biologi og T-celleudvikling samt til at udvikle behandlinger til dem, der lider af thymisk dysfunktion og T-cellemangel 3,4,5.
En central del af thymiske undersøgelser har været intrathymisk injektion af biologiske materialer såsom celler, gener eller proteiner i musemodeller 6,7,8,9,10,11,12. Konventionelle intrathymiske injektionsmetoder bruger thorakotomi efterfulgt af intrathymisk injektion under direkte visualisering eller ved “blind” perkutan injektion i mediastinum. Den kirurgiske tilgang øger blandt andet pneumothorax-risikoen betydeligt. Desuden resulterer den forhøjede stress under denne operation i immunsuppression, hvilket potentielt kompromitterer immunologiske data13. Erfarne forskere kan efter nogen øvelse udføre den blinde injektionsteknik, men denne tilgang er mindre præcis og begrænser derfor forsøgspersoner til unge mus med en stor thymus.
Anvendelsen af ultralydsvejledning er blevet introduceret som et præcist og minimalt invasivt alternativ til traditionelle intrathymiske injektionsmetoder14. Denne procedure er imidlertid meget tidskrævende, når man bruger det integrerede skinnesystem i stedet for frihåndsteknikken. Udførelse af injektioner med injektionsbeslaget kræver omhyggelig billedoptimering og positionering af transduceren ved hjælp af de forskellige vedhæftede filer såsom transducerstativet og -holderen, X-, Y- og Z-positioneringssystemet samt dygtig betjening af mikromanipulationskontrollerne og skinnesystemudvidelserne. En simpel alternativ teknik, ultralydstyret thymisk injektion, præsenteres her udført af en radiolog ved hjælp af en frihåndstilgang15, som både er et hurtigt og præcist minimalt invasivt alternativ til de ovenfor beskrevne metoder. Det er vigtigt, at den nuværende tilgang kan udføres med ethvert ultralydsbilleddannelsessystem med høj opløsning uden behov for en injektionsmontering og integreret skinnesystem. Det er især nyttigt til undersøgelser, der kræver injektion af et stort antal mus11, til forsøg, der involverer injektion af begge thymiske lapper, eller til nøjagtig injektion af små thymuser i ældre, bestrålede eller immunkompromitterede mus12.
Protocol
Representative Results
Discussion
En ultralydstyret frihåndsinjektion er en meget nøjagtig teknik til levering af studiematerialer til thymus på en effektiv og aseptisk måde. Efter den indledende sterilisering af huden på injektionsstedet opretholdes steriliteten under proceduren på grund af brugen af sterile handsker, sterile ultralydssondedæksler og steril ultralydsgel. I modsætning til den blinde perkutane tilgang 10,17 eller afhængig af kirurgiske snit til direkte visualisering af thymus18,19, som er de almindeligt an…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi vil gerne takke Raymond H. Thornton for hans indsigtsfulde og omfattende tidlige arbejde med denne teknik. Denne undersøgelse blev finansieret af tilskud fra National Cancer Institute (NCI 1R37CA250661-01A1), Children’s Leukemia Research Association, Hackensack Meridian School of Medicine og HUMC Foundation / Tackle Kids Cancer.
Materials
| Aquasonic 100 Ultrasound Gel | Parker Laboratories (Fairfield, NJ, USA) | 01-01 | Sterile Ultrasound Transmission Gel |
| B6;CAG-luc, -GFP mouse | The Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME, USA) | 025854 | Bioluminescence cell source |
| BD Insulin Syringes with needle | Becton Dickinson (Franklin Lakes, NJ, USA) | 328431 | Ultra-fine needle – 12.7 mm, 30 G |
| C57BL/6 mouse – aged | The Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME, USA) | 000664 | age 6 months old; aged model |
| C57BL/6 mouse – young | The Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME, USA) | 000664 | age 4-6 weeks; young model |
| Chloraprep One-step 0.67 mL | CareFusion (El Paso, TX, USA) | 260449 | chlorhexidine gluconate applicator |
| Curity Cotton Tipped Applicator | Cardinal Health (Dublin, OH, USA) | A5000-2 | Sterile, 6" |
| D-Luciferin | Gold Biotechnology (St Louis, MO, USA) | LUCK-1G | |
| Isoflurane | Henry Schein (Melville, NY, USA) | 1182097 | |
| IVIS Lumina X5 | PerkinElmer (Melville, NY, USA) | n/a | In vivo bioluminescence imaging system |
| J:NU mouse | The Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME, USA) | 007850 | Athymic nude model |
| Kendall Hypoallergenic Paper Tape | Cardinal Health (Dublin, OH, USA) | 1914C | |
| Kimtech Surgical Nitrile Gloves | Kimberly-Clark Professional (Irving, TX, USA) | 56892 | Sterile Gloves |
| Nair Hair Remover Lotion | Church and Dwight (Trenton, NJ, USA) | n/a | Depilatory agent |
| NOD scid gamma (NSG) mouse | The Jackson Laboratory (Bar Harbor, ME, USA) | 005557 | Immunodeficient model |
| Phosphate-Buffered Saline (PBS), 1x | Corning (Corning, NY, USA) | 21-040-CV | |
| Puralube Vet Ointment | Med Vet International | PH-PURALUBE-VET | Eye ointment |
| Sheathes | Sheathing Technologies (Morgan Hill, CA, USA) | 10040 | Sterile Ultrasound Probe Covers |
| Sure-Seal Induction Chamber | Braintree Scientific (Braintree, MA, USA) | EZ-17 85 | Anesthesia induction chamber |
| Transducer MX550D | FUJIFILM VisualSonics (Toronto, ON, Canada) | n/a | Vevo 3100 imaging probe (25-55 MHz, Centre Transmit: 40 MHz) |
| Trypan Blue, 0.4% solution in PBS | MP Biomedicals (Solon, OH, USA) | 91691049 | |
| Vevo 3100 Imaging System | FUJIFILM VisualSonics (Toronto, ON, Canada) | n/a | Ultrasound imaging system |
| Vevo 3100 Lab Software | FUJIFILM VisualSonics (Toronto, ON, Canada) | n/a | Version 3.2.7 for imaging and analysis |
| Vevo Compact Dual Anesthesia System | FUJIFILM VisualSonics (Toronto, ON, Canada) | n/a | Tabletop isoflurane-based anesthesia unit |
| Vevo Imaging Station | FUJIFILM VisualSonics (Toronto, ON, Canada) | n/a | Procedural platform |
References
- Chinn, I. K., Blackburn, C. C., Manley, N. R., Sempowski, G. D. Changes in primary lymphoid organs with aging. Seminars in Immunology. 24 (5), 309-320 (2012).
- Gruver, A. L., Sempowski, G. D. Cytokines, leptin, and stress-induced thymic atrophy. Journal of Leukocyte Biology. 84 (4), 915-923 (2008).
- Masopust, D., Sivula, C. P., Jameson, S. C. Of mice, dirty mice, and men: Using mice to understand human immunology. Journal of Immunology. 199 (2), 383-388 (2017).
- Mukherjee, P., Roy, S., Ghosh, D., Nandi, S. K. Role of animal models in biomedical research: a review. Laboratory Animals Research. 38 (1), 18 (2022).
- McCaughtry, T. M., Hogquist, K. A. Central tolerance: What have we learned from mice. Seminars in Immunopathology. 30 (4), 399-409 (2008).
- Zlotoff, D. A., et al. CCR7 and CCR9 together recruit hematopoietic progenitors to the adult thymus. Blood. 115 (10), 1897-1905 (2010).
- Vukmanovic, S., Grandea, A. G., Faas, S. J., Knowles, B. B., Bevan, M. J. Positive selection of T-lymphocytes induced by intrathymic injection of a thymic epithelial cell line. Nature. 359 (6397), 729-732 (1992).
- Schwarz, B. A., Bhandoola, A. Circulating hematopoietic progenitors with T lineage potential. Nature Immunology. 5 (9), 953-960 (2004).
- Marodon, G., et al. Induction of antigen-specific tolerance by intrathymic injection of lentiviral vectors. Blood. 108 (9), 2972-2978 (2006).
- Adjali, O., et al. In vivo correction of ZAP-70 immunodeficiency by intrathymic gene transfer. Journal of Clinical Investigation. 115 (8), 2287-2295 (2005).
- Tuckett, A. Z., et al. Image-guided intrathymic injection of multipotent stem cells supports life-long T cell immunity and facilitates targeted immunotherapy. Blood. 123 (18), 2797-2805 (2014).
- Tuckett, A. Z., Thornton, R. H., O’Reilly, R. J., vanden Brink, M. R. M., Zakrzewski, J. L. Intrathymic injection of hematopoietic progenitor cells establishes functional T cell development in a mouse model of severe combined immunodeficiency. Journal of Hematology & Oncology. 10 (1), 109 (2017).
- Hogan, B. V., Peter, M. B., Shenoy, H. G., Horgan, K., Hughes, T. A. Surgery induced immunosuppression. Surgeon. 9 (1), 38-43 (2011).
- Blair-Handon, R., Mueller, K., Hoogstraten-Miller, S. An alternative method for intrathymic injections in mice. Laboratory Animals. 39 (8), 248-252 (2010).
- Tuckett, A. Z., Zakrzewski, J. L., Li, D., vanden Brink, M. R., Thornton, R. H. Free-hand ultrasound guidance permits safe and efficient minimally invasive intrathymic injections in both young and aged mice. Ultrasound in Medicine and Biology. 41 (4), 1105-1111 (2015).
- Küker, S., et al. The value of necropsy reports for animal health surveillance. BMC Veterinary Research. 14 (1), 191 (2018).
- Sinclair, C., Bains, I., Yates, A. J., Seddon, B. Asymmetric thymocyte death underlies the CD4:CD8 T-cell ratio in the adaptive immune system. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (31), 2905-2914 (2013).
- Manna, S., Bhandoola, A. Intrathymic injection. Methods in Molecular Biology. 1323, 203-209 (2016).
- de la Cueva, T., Naranjo, A., de la Cueva, E., Rubio, D. Refinement of intrathymic injection in mice. Laboratory Animals. 36 (5), 27-32 (2007).
