A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
يصف هذا البروتوكول إعداد واستخدام شرائح الرئة المقطوعة بدقة للفأر لتقييم مجرى الهواء وانقباض العضلات الملساء الشريانية داخل الرئة في بيئة حية تقريبا.
تتوسط خلايا العضلات الملساء (SMC) في تقلص مجرى الهواء والشريان داخل الرئة لتعديل مقاومة تدفق الهواء والدورة الدموية الرئوية ، على التوالي ، وبالتالي تلعب دورا حاسما في توازن الجهاز الرئوي. يساهم تحرير انقباض SMC في العديد من الأمراض الرئوية ، بما في ذلك الربو وارتفاع ضغط الدم الرئوي. ومع ذلك ، نظرا لمحدودية الوصول إلى الأنسجة وعدم وجود أنظمة استزراع للحفاظ على الأنماط الظاهرية SMC في الجسم الحي ، فإن الآليات الجزيئية الكامنة وراء انقباض SMC غير المنظم في هذه الأمراض لا تزال محددة بالكامل. توفر شريحة الرئة المقطوعة بدقة (PCLS) نموذجا خارج الجسم الحي يتحايل على هذه الصعوبات التقنية. كقسم أنسجة رئوية حي ورقيق ، يحتفظ PCLS ب SMC في المناطق الطبيعية المحيطة ويسمح في الموقع بتتبع تقلص SMC وإشارات Ca2 + داخل الخلايا التي تنظم انقباض SMC. هنا ، يتم توفير بروتوكول إعداد PCLS مفصل للماوس ، والذي يحافظ على الشعب الهوائية السليمة والشرايين داخل الرئة. يتضمن هذا البروتوكول خطوتين أساسيتين قبل إخضاع فص الرئة للتقطيع: تضخيم مجرى الهواء باستخدام الأغاروز منخفض الانصهار عبر القصبة الهوائية وملء الأوعية الرئوية بالجيلاتين من خلال البطين الأيمن. يمكن استخدام PCLS المعد باستخدام هذا البروتوكول للمقايسات الحيوية لتقييم تنظيم الانقباض بوساطة Ca2 + ل SMC في كل من مجرى الهواء ومقصورات الشرايين داخل الرئة. عند تطبيقه على نماذج الفئران لأمراض الجهاز التنفسي ، يمكن هذا البروتوكول من التحقيق الوظيفي ل SMC ، وبالتالي توفير نظرة ثاقبة على الآلية الأساسية لإزالة الانقباض SMC في الأمراض.
خلية العضلات الملساء (SMC) هي نوع رئيسي من الخلايا الهيكلية في الرئة ، وتقيم في المقام الأول في الجدار الإعلامي للممرات الهوائية والأوعية الرئوية. تتعاقد SMCs لتغيير العيار المضيء ، وبالتالي تنظيم تدفق الهواء والدم 1,2. لذلك ، فإن التنظيم الانقباضي ل SMCs ضروري للحفاظ على توازن تهوية الهواء والدورة الدموية الرئوية. في المقابل ، يثير انقباض SMC الشاذ انسداد مجرى الهواء أو أمراض الأوعية الدموية الرئوية مثل الربو وارتفاع ضغط الدم الشرياني الرئوي. ومع ذلك ، فقد واجه التقييم الوظيفي ل SMCs الرئة تحديا بسبب محدودية الوصول إلى أنسجة الرئة ، وخاصة تلك الشعب الهوائية الصغيرة والأوعية الدقيقة في الجزء البعيد من الرئة 2,3. تلجأ الحلول الحالية إلى المقايسات غير المباشرة ، مثل قياس مقاومة تدفق الهواء بواسطة Flexivent لتعكس انقباض مجرى الهواء ، وفحص ضغط الدم الشرياني الرئوي عن طريق قسطرة القلب اليمنى لتقييم تقلص الأوعية الرئوية 4,5. ومع ذلك ، فإن هذه الفحوصات غير المباشرة لها عيوب متعددة ، مثل الارتباك بسبب العوامل الهيكلية ، والفشل في التقاط التنوع المكاني للمجرى الهوائي أو الاستجابات الوعائية في مقياس الرئة بأكمله 6,7 ، وغير مناسب للدراسة الميكانيكية للتنظيم الانقباضي على المستوى الخلوي. لذلك ، تم تطبيق طرق بديلة باستخدام الخلايا الأولية المعزولة ، أو شرائط عضلات القصبة الهوائية / الشعب الهوائية 8,9 ، أو شرائح الأوعية الدموية الكبيرة10 لدراسة SMC في المختبر. ومع ذلك ، فإن هذه الأساليب لها قيود أيضا. على سبيل المثال ، فإن التكيف الظاهري السريع ل SMCs الأولية في حالة الثقافة11,12 يجعل من الصعب استقراء النتائج من زراعة الخلايا إلى إعدادات الجسم الحي. بالإضافة إلى ذلك ، قد لا يمثل النمط الظاهري المقلص ل SMCs في مجرى الهواء القريب المعزول أو الأجزاء الوعائية SMCs في الرئة البعيدة 6,7. علاوة على ذلك ، يظل قياس قوة العضلات على مستوى الأنسجة منفصلا عن الأحداث الجزيئية والخلوية الضرورية للرؤية الميكانيكية لتنظيم الانقباض.
توفر شريحة الرئة المقطوعة بدقة (PCLS)، وهي قسم أنسجة رئوية حية، أداة مثالية خارج الجسم الحي لتوصيف SMCs الرئوية في بيئة دقيقة قريبة من الجسم الحي (أي البنية والتفاعل متعدد الخلايا المحفوظة)13. منذ أن قدم الدكتوران بلاكي وفيشر لأول مرة إعداد شرائح الرئة من رئتي الفئران والهامستر المنفوخة بالأغاروز في1980s 14,15 ، تم تطوير هذه التقنية باستمرار لتزويد PCLSs بجودة أعلى وتنوع أكبر للبحوث الطبية الحيوية. أحد التحسينات الهامة هو تعزيز الحفاظ على الشرايين الرئوية عن طريق ضخ الجيلاتين بالإضافة إلى تضخم الرئة مع الأغاروز عبر القصبة الهوائية. ونتيجة لذلك ، يتم الحفاظ على كل من مجرى الهواء والشرايين الرئوية سليمة في PCLS لتقييم خارج الجسم الحي 16. علاوة على ذلك ، فإن PCLS قابل للتطبيق لفترة طويلة في الثقافة. على سبيل المثال ، لم يكن لدى PCLSs الفئران أي تغيير كبير في صلاحية الخلايا والتمثيل الغذائي لمدة لا تقل عن 12 يوما في الثقافة ، وكذلك احتفظت بانقباض مجرى الهواء لمدة تصل إلى 7 أيام17. بالإضافة إلى ذلك ، يحتفظ PCLS بممرات هوائية أو أوعية مختلفة الأحجام لفحوصات الانكماش والاسترخاء. علاوة على ذلك ، يمكن فحص إشارات Ca 2 + داخل الخلايا ل SMCs ، العامل المحدد لانقباض الخلايا ، باستخدام أصباغ مراسل Ca 2+ التي تم تصويرها بواسطة مجهر متحد البؤرة أو2-photon 13.
بالنظر إلى التطبيق المكثف لنموذج الماوس في أبحاث الرئة ، يتم وصف بروتوكول مفصل هنا لإعداد PCLS للفأر مع الشعب الهوائية السليمة والشرايين داخل الرئة لأبحاث الرئة خارج الجسم الحي . باستخدام PCLSs المعدة ، أوضحنا لاحقا كيفية تقييم استجابات مجرى الهواء والشرايين الرئوية للمحفزات الانقباضية أو المرخية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم أيضا وصف طريقة تحميل PCLS بصبغة مراسل Ca2 + ثم تصوير إشارات Ca2 + ل SMCs المرتبطة بالاستجابات الانقباضية أو المرخية.
كانت جميع رعاية الحيوانات وفقا للمبادئ التوجيهية للجنة المؤسسية لرعاية الحيوانات واستخدامها في مستشفى ماساتشوستس العام. تم استخدام الفئران الذكور من النوع البري C57 / B6 ، التي يبلغ عمرها 8 أسابيع ، لهذه الدراسة.
1. التحضير التجريبي
2. تضخم رئتي الفأر بمحلول الأغاروز والجيلاتين
3. تقسيم فصوص الرئة إلى شرائح رقيقة
4. تحليل الاستجابات الانقباضية للممرات الهوائية والشرايين داخل الرئة
5. تحليل إشارات Ca2+ للمجرى الهوائي أو SMCs الوعائية
إعداد PCLS الماوس الحفاظ على الشعب الهوائية داخل الرئة سليمة والشرايين
وقد لوحظت PCLS بسماكة 150 ميكرومتر تحت مجهر تباين الطور المقلوب. في رئتي الفأر ، تكون الشعب الهوائية الموصلة مصحوبة بشرايين داخل الرئة ، تمتد من التلال إلى الرئة الطرفية. يظهر الشكل 2B حزمة تمثيلية...
يتضمن إعداد PCLS عدة خطوات حاسمة. أولا ، من الضروري تضخيم فص الرئة بشكل متجانس لتجنب اختلاف تصلب الأنسجة عن توزيع الأغاروز غير المتساوي. نظرا لأن الأغاروز السائل يتدفق بسرعة في القسطرة الرقيقة أو الشعب الهوائية عند درجة حرارة أقل من 37 درجة مئوية ، فإن عيب الملء الناتج في مجال الرئة البعيد يم?...
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
يتم دعم هذا العمل من خلال منح المعاهد الوطنية للصحة ، K08135443 (Y.B) ، 1R01HL132991 (X.A).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 mL syringe | BD | 309626 | |
15 mL sterile centrifuge tubes | Celltreat | 229411 | |
3 mL syringe | BD | 309585 | |
50 mL sterile centrifuge tubes | Celltreat | 229422 | |
Acetyl-beta-methacholine | Millipore Sigma | 62-51-1 | |
Antibiotic-anitmycotic | Thermo Fisher | 15240-062 | |
CCD-camera | Nikon | Nikon Ds-Ri2 camera | |
Cover glassess | Fisher Scientific | 12-548-5CP; 12-548-5PP | |
Cryogenic vials | Fisher Scientific | 430488 | |
Custom-built laser scanning confocal microscope | Details in Reference 18 | ||
DMEM/F12 | Fisher Scientific | MT-10-092-CM | |
Endothelin 1 | Millipore Sigma | E7764 | |
Fine dissecting scissor | Fisher Scientific | NC9702861 | |
Freezing container | Sigma-Aldrich | C1562 | |
Gelatin from porcine skin | Sigma-Aldrich | 9000-70-8 | |
Hanks' Balanced Salt Solution (HBSS) | Thermo Fisher | 14025092 | |
Hemostatic forcep | Fisher Scientific | 16-100-117 | |
HEPES | Thermo Fisher | 15630080 | |
High vaccum silicone grease | Fisher Scientific | 146355d | |
Isopropyl alcohol | Sigma-Aldrich | W292907-1KG-K | |
Metal washers | Home Depot Product Authority | 800442 | Everbilt Flat Washers #10 |
Micro-dissecting forcep | Sigma-Aldrich | F4142 | |
Needle scalp vein set (25 G) | EXELINT | 26708 | |
NOC-5 | Cayman Chemical | 16534 | |
Nylon mesh | Component Supply | U-CMN-300 | |
Oregon green 488 BAPTA-1 AM | Life Technologies | o-6807 | |
Phase-contrast microscope | Nikon | Nikon Eclipse TS 100 | |
Pluronic F-127 | Thermo Fisher | P-6867 | |
Razor blades | Personna | Personna Double Edge Razor Blades in White Wrapper 100 count | |
Sulfobromophthalein | Sigma-Aldrich | S0252 | |
Superglue | Krazy Glue | Krazy Glue, All purpose | |
Ultrapure low melting point agarose | Thermo Fisher | 16520050 | |
Vibratome | Precisionary | VF 310-0Z | |
Vibratome chilling block | Precisionary | SKU-VM-CB12.5-NC | |
Vibratome specimen tube | Precisionary | SKU VF-SPS-VM-12.5-NC | |
Y shaped IV catheter | BD | 383336 | BD Saf-T-Intima closed IV catheter |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved