用于研究小鼠视网膜循环中流动动力学的红细胞和白细胞的荧光染料标记

摘要

眼睛循环中标记血细胞的活细胞成像可以提供关于糖尿病视网膜病变和年龄相关性黄斑变性的炎症和缺血的信息。描述了标记血细胞并在视网膜循环中成像标记细胞的方案。

摘要

视网膜和脉络膜血流动力学可以提供各种眼部疾病如青光眼，糖尿病性视网膜病变，年龄相关性黄斑变性（AMD）和其他眼部炎症病症的病理生理学和后遗症的见解。它也可能有助于监测眼睛的治疗反应。血细胞的适当标记加上标记细胞的活细胞成像，允许调查视网膜和脉络膜循环中的流动动力学。在这里，我们分别描述1.5％靛青绿（ICG）和1％荧光素钠标记小鼠红细胞和白细胞的标准化方案。应用扫描激光检眼镜（SLO）可视化C57BL / 6J小鼠（野生型）视网膜循环中的标记细胞。两种方法都在小鼠视网膜循环中显示了不同的荧光标记细胞。这些标记方法可以在各种眼部疾病中具有更广泛的应用楷模。

引言

了解视网膜和脉络膜循环中血液细胞的流动动力学对于了解潜在的威胁眼睛的眼部疾病和其他眼部炎症状况的发病机制至关重要。然而，涉及荧光染料与血浆蛋白结合的常规血管造影技术不提供关于红细胞或白细胞¹的动力学的任何信息。红细胞视网膜流动力学对于研究视网膜中的代谢有效循环和白细胞流动动力学是重要的，用于了解各种炎性疾病中的细胞迁移，识别，粘附和破坏² 。用于鉴定和表征各种细胞类型的几种荧光分子³ 。血细胞的血液动力学可以用适当的荧光染色来测量适用的成像技术⁴ 。

眼内疾病如年龄相关性黄斑变性（AMD）和糖尿病性视网膜病变（DR）中炎症反应的存在涉及淋巴细胞在患病区域^5,6的积累。跟踪组织中的免疫细胞可以帮助了解涉及疾病发病机制的复杂事件。放射性同位素如⁵¹ Cr和¹²⁵ I在早期研究中被用作细胞示踪剂。这些染料是有毒的并影响细胞活力。虽然放射性标记物³ H和¹⁴ C对细胞的毒性较小，但由于其发射能量较低，因此难以在系统^7,8中检测到信号。引入了许多荧光染料以克服与w相关的潜在问题使用荧光显微镜和流式细胞术，体外放射性标记和轨道淋巴细胞迁移^9,10 。 Hoechst 33342和噻唑橙是DNA结合荧光染料，用于在体内追踪淋巴细胞。 Hoechst 33342结合DNA中富含AT的区域，是膜可渗透的，保留荧光信号2 - 4天，耐猝灭^9,10 。 Hoechst 33342和噻唑橙的缺点分别是抑制淋巴细胞增殖¹¹和短半衰期⁹ 。

钙黄绿素AM，荧光素二乙酸酯（FDA），2'，7'-双 - （2-羧乙基）-5-（和-6） - 羧基荧光素，乙酰氧甲基酯（BCECF-AM），5-（和-6）羧基荧光素二乙酸酯（CFDA）和5-（和-6） - 羧基荧光素二乙酸酯乙酰氧甲酯（CFDA-AM）是用于淋巴细胞迁移研究的细胞质荧光染料。然而，FDA，CFDA和CFDA-AM在细胞中的保留率较低⁹ 。 BCECF-AM降低增殖反应并影响趋化性和超氧化物的生成^9,12 。钙黄绿素AM是一种荧光染料，可用于短期体内淋巴细胞迁移研究。它发出强烈的荧光信号，不干扰大多数细胞功能，并保留荧光信号长达3天^12,13 。荧光素异硫氰酸酯（FITC）和羧基荧光素二乙酸酯琥珀酰亚胺酯（CFDA-SE）是共价偶联荧光染料，用于淋巴细胞迁移研究。 FITC对细胞活力没有影响，与B淋巴细胞的亲和力比T淋巴细胞^14,15更强。 CFDA-SE标记的淋巴细胞可以在体内追踪超过8周和最多8个细胞分裂^9,16 。 C18 DiI（1,1'-二十八烷基-3,3,3'，3'-四甲基吲哚羰花青高氯酸盐），DiO（3,3'-二十八烷基羰基花青高氯酸盐），Paul Karl Horan（PKH）2，PKH3和PKH26是膜 - 插入用于标记白细胞和红细胞的荧光亲脂性碳菁染料。 C18 Dil和DiO在掺入细胞膜时表现出较高的信号，并且相对无毒^12,17 。 PKH2，PKH3和PKH26标记的细胞表现出良好的荧光信号保留，毒性较小18,19,20,21,22。然而，PKH2下调CD62L表达并减少细胞活力²³ 。

大多数上述研究已经被执行用于跟踪淋巴细胞迁移和淋巴管中的增殖并研究非眼部循环中标记的红细胞。使用标记技术研究眼部循环中的血细胞的研究很少。扫描激光检眼镜（SLO）的应用在通过眼底血管造影技术研究体内视网膜和脉络膜循环中的标记细胞方面具有很大的优势。有几种荧光染料，例如ICG，吖啶橙，FITC，荧光素钠和CFDA，用于研究SLO ^{25,26,27,28,29,30,30}在视网膜循环中的白细胞。class ="xref"> 31，32，33，34。吖啶橙^26,27的光毒性和致癌性，FITC与细胞活性的干扰以及血管内造影剂对视网膜和脉络膜血管分辨率的要求限制了其在体内动物实验中的应用²⁹ 。荧光素钠和ICG无毒，经食品和药物管理局批准，可安全用于人类测试^32,35 。大多数流动动力学研究与白细胞或红细胞的标记及其在视网膜和脉络膜血管中的可视化有关^36,37,38,39 。在这里，我们描述了红细胞ICG标记的标准化方案，白细胞的荧光素钠标记，以及使用SLO跟踪小鼠视网膜循环中的可视化标记细胞。

研究方案

本研究中使用的动物方案由新加坡SingHealth的机构动物护理和使用委员会批准，并符合视力和眼科研究协会（ARVO）关于在眼睛和视力中使用动物的声明的指导原则研究。

荧光染料对红细胞和白细胞的标记

1. 试剂的制备
   1. 通过将3mg的ICG溶解在1800μL无菌蒸馏水中来制备ICG（1.5mg / mL）。加入200μL10倍磷酸缓冲盐水（PBS）。
   2. 通过向6 mL无菌蒸馏水中加入4 mL 1x PBS制备40％1x PBS。通过向10ml的1x PBS中加入100mg BSA，制备1％牛血清白蛋白（BSA）。充分混匀，直到BSA溶解。
2. 使用密度梯度离心分离红细胞和白细胞
   1. 麻醉老鼠（野蛮（C57BL / 6），使用氯胺酮盐酸盐（50mg / kg）和盐酸赛拉嗪（0.5mg / kg）（根据ARVO指南的时间表1）。通过踏板取反反射（ 即脚趾捏）确认麻醉。
   2. 慢慢地将29号针头（连接到1 mL注射器）以针对心脏的朝向角度插入。要确认针是否在心脏内部，请稍微抽出柱塞，并检查是否将血液注入注射器。直接从心脏排出0.8 - 1 mL的血液。
   3. 立即将血液转移到含有采血管的乙二胺四乙酸（EDTA）（1.8mg / mL血液）中，并轻轻混合以防止血液凝结。
   4. 通过腹膜内注射施用戊巴比妥（80mg / kg）来安乐死小鼠。
   5. 在2mL微量离心管和中心离心管中将全血覆盖在聚蔗糖和亚氨基酸钠溶液（1:1比例;密度1.077g / mL）的顶部fuge（450×g，30分钟）以允许从血浆中分离白细胞和红细胞。
   6. 使用移液管取出并丢弃上清（血浆）。使用移液器小心地将血沉棕黄层（白细胞）和红细胞（红细胞层）转移到新的和分开的管中。
3. ICG（1.5％）标记红细胞
   1. 用1x PBS洗涤红细胞以除去任何污染物。将红细胞重悬于1×PBS（1:1）中以制备50％血细胞比容。将0.5mL 50％血细胞比容（〜250μL包装的红细胞）等分成微量离心管。离心红细胞（750×g，5分钟），弃去上清液。
   2. 向沉淀的红细胞中加入200μL的40％1X PBS，混匀，室温孵育5分钟。向红细胞悬浮液中加入100μL的ICG（1.5mg / mL），通过倒置管轻轻混合，并在室温下孵育5分钟。加入300μL1x PBS，并孵育37℃，摇床培养箱中60分钟。
   3. 离心载体红细胞（750 x g，3 min），并重悬于1 mL 1x PBS中。
   4. 用1x PBS洗涤细胞〜3-5次，直到上清液清除（步骤1.3.3）。最后一次洗涤后，倾倒上清液，加入1％BSA PBS（1:1）至标记的预溶胀红细胞，以达到ICG标记红细胞的50％血细胞比容（1.25×10 ^8个细胞/ mL）。
4. 荧光素钠（1％）标记白细胞
   1. 使用密度梯度离心（从步骤1.2.6）将血沉棕黄层与血液分离后，用10ml的1x PBS洗涤细胞一次，通过450×g离心10分钟除去任何污染物。将沉淀重悬于900μL1x PBS中。
   2. 将100μL10％的荧光素钠加入到900μL白细胞悬浮液中，并在室温下孵育2分钟。用10mL 1X PBS通过离心机洗涤标记细胞三次ng（450×g，10分钟）。将细胞重悬于100μL1x PBS中。

2.荧光标记细胞的实时成像

1. ICG标记红细胞的活细胞成像
   1. 为了通过尾静脉或后视轨道途径制备注射细胞，用1x PBS将ICG标记的红细胞的50％血细胞比容稀释10倍和50倍，分别制备5％和1％的血细胞比容细胞。
   2. 将鼠标置于红外光（250W强度）下5分钟，使尾静脉扩张。通过腹膜内注射麻醉氯胺酮盐酸盐（50mg / kg）和盐酸赛拉嗪（0.5mg / kg）（根据ARVO指南，按照时间表1）麻醉小鼠。
   3. 用0.5％托品酰胺和2.5％盐酸去氧肾上腺素滴每眼瞳孔。
   4. 将隐形眼镜放在一只眼睛上进行成像。使用眼科凝胶作为成像介质并防止干燥的角膜。用+25屈光度镜头固定共焦激光扫描检眼镜（SLO）相机，以补偿鼠标眼睛的折射。
   5. 将鼠标放在SLO成像平台上。确保鼠标的角膜朝向SLO机器的光学头部。
   6. 打开成像模块。使用相关的成像模块软件，点击"新病人"按钮，添加鼠标标签号，出生日期，荧光染料百分比和标记细胞类型等动物识别细节。
      1. 通过操纵成像模块将动物的视神经放置在成像屏幕的中心。使用相关的成像模块软件，单击"获取"按钮以30°或15°角度视图设置拍摄红外（IR）眼底图像。确保视网膜的中心，瞳孔和激光的光路对齐，以获得最佳质量的图像。
         注意:通过操纵操纵杆来对准光路，以获得最清晰的图像和最佳的照明曝光。
   7. 采取ICG眼底视频。
      1. 打开ICG滤镜（790 nm），将相机设置为30°或15°角度视图的高速模式，并将所有读数的ICG强度设置为85，以进行标准化。在控制面板上，点击"获取"按钮，以8.8 / 15帧/秒的速度拍摄视频（基线控制）1分钟。
   8. 将100μLICG标记的红细胞加载到连接到30号针的胰岛素注射器中。
      1. 对于通过尾静脉注射进行注射，将针头斜面插入尾静脉。通过检查进入注射器的血液回流来确认静脉通路，并将标记的细胞注入循环。
      2. 对于通过后视轨道进行注射，将眼睛附近的针插入后视镜间隙即通过检查血液进入注射器的回流并将标记的细胞注入循环来确认后视眼通路。
   9. 注射后，重新定位鼠标，并使用ICG过滤器（见步骤2.1.7.1）获取IR眼底图像（参见步骤2.1.6.1）和视频。视网膜循环中的标记细胞可在注射细胞后立即显现。
   10. 获取视频帧后，使用SLO查看模块软件导出视频时，通过选择.tiff格式来提取视频序列的图像。将文件保存在所需的文件夹中。
   11. 取下隐形眼镜，将其放在另一只眼睛上，按照步骤2.1.4 - 2.1.7所述完成成像。
   12. 成像后，将麻醉动物置于红外光（250W）下，以维持体温，直到从麻醉中恢复。当动物完全康复时，将鼠标放回到保持架中。
2. 1％荧光素钠标记白细胞的活细胞成像
   1. 按2.1节所述准备鼠标并安装仪器。
   2. 按照步骤2.1.4 - 2.1.6中的步骤放置鼠标并拍摄红外眼底图像。
      1. 使用荧光素过滤器（488 nm），使用30°或15°角度视野的高速摄像模式和85°的荧光强度来获取所有读数的小鼠的荧光素血管造影。录制视频（基线控制）为8.8 / 15帧/秒（见步骤2.1.7.1）。
         注意:在这里，以不同的时间间隔获取了多个视频轨道（1分钟视频）。
   3. 通过尾静脉或后眼轨注射将100μL标记的白细胞注入小鼠，如2.1.8节所述。
   4. 注射后立即放置鼠标并取出红外眼底图像（参见步骤2.1.5和2.1.6）和荧光小鼠的再凝血血管造影（见2.2.2节）。
   5. 通过转动成像模块上的对焦旋钮调整扫描激光的焦点，观察视网膜或脉络膜血管中的标记细胞。
   6. 使用SLO查看模块软件获取视频帧和图像（参见步骤2.1.10）并将其保存在所需的文件夹中。
   7. 手术结束后，按照步骤2.1.12处理动物。
3. MtrackJ软件进行图像分析
   1. 通过点击"文件"打开ImageJ中的图像序列。选择"导入"并选择"图像序列"，选择所需的图像文件夹，然后单击"打开"。屏幕上将出现一个名为"序列选项"的弹出窗口。点击"确定";图像序列将打开。
   2. 通过点击"图像"设置图像视频的帧间隔，并选择"属性"进行速度测量。这里是8.8框ES /秒。
   3. 通过选择"插件"打开MTrackJ插件。选择"跟踪"，然后选择"MtrackJ"。应该会出现一个菜单。
   4. 要调整跟踪设置，请选择"跟踪"（菜单下），并选中"添加点后移动到下一帧时间索引"框。
   5. 跟踪第一个单元格。
      1. 找到一个单元格并跟踪后续帧中的相同单元格。在菜单上单击"添加"添加新的轨道。
      2. 将光标悬停在图像上（+号），然后单击相应的单元格。
         注意:MTrackJ将自动跳转到下一个时间范围，并添加一个小圆圈，标记轨迹中第一个点的位置。
      3. 在移动通过图像序列的帧时，继续单击单元格的当前位置。
         注意:偶尔，标记轨迹上的点的圆圈会影响查看当前位置的能力。如果发生这种情况，进入步骤2.3.5.3.1。
         1. 通过单击菜单中的"显示"并选择"仅显示当前时间的轨迹点"来更改轨迹的显示选项。要查看所有轨迹，请取消选择此选项。
      4. 继续点击直到看到第一个单元格的轨迹。然后点击"保存"保存轨迹。
   6. 跟踪第二个单元格。
      1. 在菜单中，单击"添加"开始新的轨道。重复步骤2.3.5.1 - 2.3.5.4跟踪新单元格。点击"保存"保存第二个轨道。
      2. 对于观察到的所有可跟踪单元，请继续执行这些步骤。跟踪单元格后，单击菜单选项卡中的"测量"和"确定"以获取结果。
         注意:结果窗口自动打开，可以保存并打开电子表格进行进一步分析。

结果

用1.5％ICG标记的红细胞在C57BL / 6J小鼠（野生型）的视网膜循环中显现。 1.5％ICG标记的红细胞的1％和5％血细胞比容在视网膜循环中是可区分的。然而，用1％红细胞比容为1.5％的ICG标记的红细胞，可以更清楚地观察到各个标记细胞的可视化（ 图1 ）。在5％的血细胞比容中，由于视网膜血管中的标记细胞数量很多，不可能标记个体细胞。在两个条件下?...

讨论

研究视网膜和脉络膜循环中的血液动力学对于了解许多眼部疾病的病理生理学至关重要。视网膜循环中的血流动力学可以通过傅立叶域光学相干断层扫描（FD-OCT），激光散斑图（LSFG）和视网膜血氧饱和度检测来研究。尽管这些方法使用不同的方法来研究视网膜循环40,41,42,43,44,45中的总血流量，但是它们具有不能研究各种细胞类型的流动动力学的限制。视网膜和脉络膜组织的营养物质和氧气供应以?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Cardiogreen polymethine dye (Indocyanine green)	Sigma Aldrich	12633-50MG
Fluorescein 100 mg/mL	Novartis	U1705A/H-1330292
10X Phosphate-buffered saline (PBS) Ultra Pure Grade	1st BASE	BUF-2040-10X1L
Bovine serum albumin	Sigma Aldrich	A7906-100G
Microtainer tubes with K2E (K2EDTA) - EDTA concentration - 1.8 mg/mL of blood	BD, USA	REF 365974
Histopaque 1077 solution	Sigma Aldrich	10771
Centrifuge 5810 R	Eppendorf	05-413-401
Microcentrifuge tubes 2mL	Axygen	MCT-200-C-S
Vortex mixer	Insta BioAnalytik pte. ltd	FINE VORTEX
Shaker incubator	Lab Tech
Ceva Ketamine injection (Ketamine hydrochloride 100mg/mL)	Ceva	KETALAB03
ILIUM XYLAZIL-20 (Xylazine hydrochloride 20mg/Ml)	Troy Laboratories PTY. Limited	LI0605
1% Mydriacyl 15 mL (Tropicamide 1%)	Alcon Laboratories, Inc. USA	NDC 0998-0355-15
2.5% Mydfrin 5 mL (Phenylephrine hydrochloride 2.5%)	Alcon Laboratories, Inc. USA	NDC 0998-0342-05
Terumo syringe with needle 1cc/mL Tuberculin	Terumo (Philippenes) Corporation, Philippines	SS-01T2613
Vidisic Gel 10G	Dr. Gerhard Mann, Chem.-Pharm, Fabrik Gmbh, Berlin, Germany
Alcohol swabs	Assure medical disposables	7M-004-L-01
Confocal laser scanning angiography system (Heidelberg Retina Angiograph 2)	Heidelberg Engineering, GmbH, Heidelberg, Germany
Hiedelberg Spectralis Viewing Module software, v4.0	Heidelberg Engineering, GmbH, Heidelberg, Germany
Fluorescent microscope	ZEISS	Model: axio imager z1