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Method Article
Mikrovesikel, die von der Plasmamembran abgestoßen werden, wirken als zelluläre Effektoren. Milz-Mikrovesikel (SMVs) sind Surrogatmarker für pathophysiologische Zustände. Bei Ratten und Mäusen charakterisieren der Gehalt und die Eigenschaften von SMV das Altern oder die Entzündung und werden durch zytoprotektive Behandlungen verändert, was sie zu einem wertvollen, aber reichhaltigen Überwachungsinstrument für die präklinische Forschung macht.
Mikrovesikel (MVs) sind Submikron-Fragmente, die von der Plasmamembran aktivierter Zellen freigesetzt werden und als proinflammatorische und prokoagulansive zelluläre Effektoren wirken. Bei Ratten sind Milz-MVs (SMVs) Surrogatmarker für pathophysiologische Zustände. Frühere In-vitro-Studien zeigten, dass Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis), ein wichtiger parodontaler Erreger, die endotheliale Ausscheidung und Apoptose ermöglicht, während Lipopolysaccharid (LPS) die Ausscheidung von Splenozyten-abgeleiteten Mikrovesikeln (SMVs) begünstigt. In-vivo-Studien zeigten die Durchführbarkeit einer pharmakologischen Kontrolle der SMV-Ausscheidung. Das vorliegende Protokoll etabliert ein standardisiertes Verfahren zur Isolierung von Milz-SMVs aus dem P . gingivalis-Modell für akute murine Infektionen. Eine P. gingivalis-Infektion wurde bei jungen C57BL/6-Mäusen durch intraperitoneale Injektion induziert (drei Injektionen von 5 x 107 Bakterien/Woche). Nach zwei Wochen wurden die Milz entnommen, gewogen und die Milzzellen gezählt. SMVs wurden isoliert und durch Protein-, RNA- und Prothrombinase-Assays quantifiziert. Die Lebensfähigkeit der Zellen wurde entweder mit Propidiumiodid oder Trypanblau-Ausschlussfarbstoffen bewertet. Nach der Splenozytenextraktion wurden die Neutrophilenzahlen durch Durchflusszytometrie nach 24 Stunden Splenozytenkultur ermittelt. Bei Mäusen, die mit P. gingivalis injiziert wurden, wurde eine 2,5-fache Zunahme des Milzgewichts und eine 2,3-fache Erhöhung der Splenozytenzahl beobachtet, während die Anzahl der Neutrophilen um das 40-fache erhöht war. Die Zellviabilität von Splenozyten aus P . gingivalis-injizierten Mäusen lag zwischen 75 % und 96 % und war nach 24 Stunden Kultur um 50 % verringert, ohne dass ein signifikanter Unterschied im Vergleich zu nicht exponierten Kontrollen bestand. Splenozyten von injizierten Mäusen scheiden jedoch durch Prothrombinase-Assays oder Proteinmessungen höhere Mengen an MVs aus. Die Daten zeigen, dass die prokoagulanzien SMVs zuverlässige Werkzeuge sind, um eine frühe Milzreaktion auf eine intraperitoneale P. gingivalis-Infektion zu beurteilen.
Mikrovesikel (MVs), auch Mikropartikel oder Ektosomen genannt, sind Plasmamembranfragmente mit einem Durchmesser von 0,1-1,0 μm, die in Körperflüssigkeiten und im extrazellulären Raum als Reaktion auf verschiedene Zellreize freigesetzt werden. MVs, die zuerst als Blutplättchenstaub identifiziert wurden, der das Gerinnungs-Phospholipid, meist Phosphatidylserin (PSer), freilegt, stellen eine zusätzliche Oberfläche für den Aufbau der Blutgerinnungskomplexedar 1,2. Die Schlüsselrolle zirkulierender MVs als prokoagulanziöse Effektoren wurde bei Patienten mit Scott-Syndrom2 gezeigt, einer seltenen genetischen Erkrankung, die zu dysfunktionaler PSer-Exposition und Blutungen führt (Ergänzende Abbildung 1). MVs wurden als zirkulierende Biomarker für das thrombotische Risiko bei chronischen Erkrankungen im Zusammenhang mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen wie Diabetes, chronischen Nierenerkrankungen, Präeklampsie und Bluthochdruck ausführlich untersucht 3,4. Sie sind derzeit als echte zelluläre Effektoren in Flüssigkeiten oder Organgeweben wie dem Myokard1 anerkannt. Da sie aktive Proteine, Lipide und miRNA transportieren, modulieren sie aus der Ferne vaskuläre Reaktionen wie Blutstillung, Entzündung, vaskuläre Angiogenese und vaskuläres Wachstum oder Gewebeumbau5.
Während klinische Studien den Prognosewert von MVs hinsichtlich Risikofaktoren untersuchen, ermöglichen MVs, die aus der Flüssigkeit oder dem Gewebe des Patienten isoliert wurden, die ex vivo Beurteilung ihrer Effektoreigenschaften6. Die Entschlüsselung der Mechanismen, die die MV-Biogenese und die Cross-Talk-Fähigkeiten steuern, wird im Allgemeinen in Zellkulturmodellen erreicht, um aktive Moleküle zu identifizieren, die von den MVs freigelegt oder in ihnen eingekapselt sind, und ihre nachgeschaltete Signalübertragung. Die MV-Wechselwirkungen mit den Zielzellen hängen von der Membranprotein-Protein-Bindung ab, sofern geeignete Gegenliganden verfügbar sind, und/oder von der Lipidfusion7.
Unter physiologischen Bedingungen stammen die im Plasma zirkulierenden MVs hauptsächlich aus vaskulären Zellen, wie durch die Lineage Cluster Differentiation Marker (CD)8,9 identifiziert wird. In der Pathologie jedoch, insbesondere bei Krebs10 und Transplantatabstoßung11,12, werden MVs aus dem geschädigten Gewebe abgestoßen und weisen schädliche prokoagulanziöse und proinflammatorische Merkmale auf. Diese werden im systemischen Kreislauf nachgewiesen, was sie zu nützlichen Sonden für die Überwachung von Schutz- oder Verjüngungstherapien und möglichen pharmakologischen Zielen macht13. Da MVs als dynamischer Speicherpool zirkulieren, der die Homöostase von Gefäß- und Gewebezellen in Gesundheit und Krankheit widerspiegelt, muss ein besseres Verständnis ihrer Fernwirkung auch in vivo nach intravenöser Injektion oder nasaler Instillation bei Kleintieren untersucht werden14,15. In der Tat gelten MVs als Hauptverursacher der komplizierten Signalwege, die übertriebene Entzündungen und Thrombosen koppeln16.
Parodontitis ist eine entzündliche Erkrankung infektiösen Ursprungs, die das zahnstützende Gewebe betrifft17,18 und mit einem thrombotischen Risiko verbunden ist. Sie ist gekennzeichnet durch Zahnfleischbluten, Zerstörung des Alveolarknochens, Zahnbeweglichkeit und kann letztendlich zu Zahnverlust führen. Parodontitis ist weltweit weit verbreitet und betrifft mehr als 50 % der Bevölkerung, wobei 11 % eine schwere Form19 aufweisen. Die Parodontitis wird durch eine bakterielle Dysbiose der subgingivalen Biofilme induziert, die eine verschlimmerte Entzündungsreaktion aufrechterhalten, die die Gewebezerstörung auslöst20. In den letzten zehn Jahren wurde Parodontitis mit systemischen Erkrankungen wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes und rheumatoider Arthritis in Verbindung gebracht. Mögliche Erklärungen sind die Fernwirkung der parodontalen Erreger und/oder die erhöhte systemische Entzündung, die durch proinflammatorische Zytokine wie Interleukin (IL-1, IL-6) und TNF-αvermittelt wird 21,22.
Unter den Krankheitserregern, die mit dem Auftreten und der Entwicklung von Parodontitis in Verbindung gebracht werden, findet sich Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis)23 in den schwersten Läsionen, die mehrere Virulenzfaktoren ernten, einschließlich Lipopolysaccharid (LPS)24, das Toll-like-Rezeptor (TLR)-vermittelte Entzündungsreaktionen induziert25 und die Rekrutierung von Neutrophilen und polymorphkernigen Leukozyten (PMNs) am Ort der Erstinfektion26. Das LPS von P. gingivalis aktiviert TLR-4 oder TLR-2 und erleichtert so den Immunnachweis und die Umgehung des bakteriellen Überlebens27. Auf vaskulärer Ebene ist die Aktivierung von TLR2 durch LPS mit Immunthrombose assoziiert. Die einzigartige Fähigkeit von P. gingivalis, die TLR-2-Signalgebung auszulösen, während die TLR-4-abhängige Erkennung signifikant beeinträchtigt ist, begünstigt eine persistierende niedriggradige Infektion28,29.
In-vivo-Verfahren zur Untersuchung der MV-Reaktionen auf niedriggradige Erreger, chronische und anhaltende Infektionen sind rar. Methodische Ansätze zur Extraktion von tissularen MVs sind in der Literatur nur unzureichend beschrieben und betreffen im Allgemeinen die Entnahme von MVs aus pathologischen Geweben wie soliden Tumoren, Lebersteatose, atherothrombotischen Plaques oder Transplantaten 11,29,30, während die Milz Bakterien und Viren im Blutkreislauf wahrnimmt. Es speichert auch Erythrozyten, Blutplättchen, Lymphozyten, Monozyten, Basophile und Eosinophile, die an der Immunantwort beteiligt sind. Granulozyten wie Neutrophile aus der roten Pulpa erzeugen auch reaktive Sauerstoffspezies (ROS) und Proteasen, die Krankheitserreger zerstören und die Ausbreitung der Infektion verhindern31,32. Erstaunlicherweise und nach unserem besten Wissen werden Milz-MVs nicht im Zusammenhang mit erregerinduzierten Gewebeschädigungen untersucht. Es besteht ein weltweit ungedeckter Bedarf, die Variationen von tissularen MVs in der Physiopathologie zu untersuchen.
In-vitro-Daten aus unserem Labor zeigten, dass LPS die Ausscheidung von prokoagulanziellen MVs aus Ratten-Splenozyten induziert, was wiederum die Seneszenz von kultivierten koronaren Endothelzellen und einen konsekutiven proinflammatorischen und proinflammatorischen prokoagulanziellen endothelialen Phänotyp induziert11. Die Machbarkeit der pharmakologischen Kontrolle der Milz-MVs wurde nach der Behandlung des Tieres mit einer optimierten Omega-3-Formel weiter demonstriert. Es wurde festgestellt, dass die orale Sonde von Ratten mittleren und älteren Alters sowohl vor der Ausscheidung von prokoagulanzien MVs aus den Splenozyten als auch vor ihren proseneszenten schädlichen Eigenschaften gegenüber dem Koronarendothel schützt33.
Im Vergleich zu Blut bietet die Milz den Vorteil, dass sie bei einem Individuum eine wichtige Quelle für Leukozyten ist. Darüber hinaus wurde kürzlich eine Milz-Herz-Achse vorgeschlagen 3,34, was die Milz zu einem möglichen Faktor für das infektionsbedingte kardiovaskuläre Risiko macht, was für die pharmakologische Kontrolle von Vorteil ist. Die Bewertung der Eigenschaften oder der Freisetzung von SMVs ist der Schlüssel zum Verständnis von erregerinduzierten oder entzündlichen Reaktionen. Interessanterweise kann es bei behandelten Tieren und in verschiedenen physiopathologischen Modellen (Alter, Bluthochdruck, Diabetes) erreicht werden. Durch den Vergleich von Ratten mittleren und älteren Alters33 können die Unterschiede in den Eigenschaften und der Freisetzung von Milz-MVs nach einer einfachen 24-Stunden-Splenozytenkultur nachgewiesen werden.
Angesichts der oben genannten Hinweise auf die Veränderung der Effektoreigenschaften von Milz-MVs mit dem physiopathologischen Zustand und der Durchführbarkeit ihrer pharmakologischen Kontrolle bei Ratten wird hier ein standardisiertes Protokoll für die Isolierung von murinen Milz-MVs beschrieben. Das Verfahren würde besser zu eingehenden Untersuchungen der In-vivo-Mechanismen passen, die SMV-vermittelte Effekte unterstützen, möglicherweise in manipulierten Mäusen. Das Verfahren wurde an C57BL/6-Mäusen unter Verwendung einer lokalen intraperitonealen Infektion durch P. gingivalis etabliert, um den Nachweis einer Fernwirkung des Erregers auf die Effektoreigenschaften von Milz-MV (SMV) zu erbringen.
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Alle Versuchsprotokolle wurden von der lokalen Ethikkommission (APAFIS#28745-2020121815051557) und der Tierbetreuung der Heimatuniversität und des INSERM genehmigt und befolgten deren Richtlinien. Für die Experimente wurden männliche junge C57BL/6-Mäuse im Alter von 6-8 Wochen verwendet. Die Mäuse wurden regelmäßig untersucht, um Schmerzen und Stress zu bewerten, und ihr Gewicht wurde täglich überwacht. Sofern nicht anders angegeben, müssen alle Extraktionspuffer und -lösungen steril und bei Raumtemperatur sein.
1. Vorbereitung der Tiere
2. Extraktion von Splenozyten
3. Entfernung von Erythrozyten durch einen osmotischen Schock
4. Einstellung der isolierten Splenozytenkonzentration
5. Isolierung von Splenozyten-Mikrovesikeln
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Die bereitgestellten Daten geben eine vollständige Darstellung des gesamten Verfahrens unter Verwendung von zwei Haupttierbedingungen: unbehandelte junge C57BL/6-Mäuse und ihre Wurfgeschwister erhielten 2 Wochen lang alle 2 Tage sechs intraperitoneale (IP) PG-Injektionen. Sie zeigen auch die Fernwirkung einer intraperitonealen PG-Injektion auf die Milzreaktion nach 2 Wochen. Splenozyten-Mikrovesikel wurden entweder durch einen enzymatischen Prothrombinase-Assay oder durch spektrophotom...
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Die vorliegende Studie bestätigt, dass die Milz eine wichtige und zuverlässige Quelle für MVs mit physiopathologischer Relevanz im Vergleich zu anderen Quellen wie Blut mit begrenztem Volumen bei Mäusen ist. Vorsichtsmaßnahmen vorausgesetzt, ist die Methode einfach einzurichten und erfordert keine teure Ausrüstung. Da es keinen anderen Weg als die In-vivo-Bewertung gibt, scheint das aktuelle Modell eine wertvolle Methode zu sein, um die Auswirkungen von Pro-Medikamenten au...
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Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Die Autoren danken Claudine Ebel vom Service commun de cytométrie en flux (Institut de Génétique et de Biologie Moléculaire et Cellulaire, Straßburg) für die fachkundige Unterstützung und Ausbildung zur komplexen durchflusszytometrischen Analyse der Milz und Ali El Habhab für die Erstausbildung zur Markierung von Milzzellen der Ratte. Deniz Karagyoz half beim Ausgraben, Sammeln von Literatur. Diese Arbeit wurde teilweise durch zwei ANR-Zuschüsse unterstützt: COCERP (N°A17R417B), ENDOPAROMP (N°ANR-17-CE17-0024-01).
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
2 mL tubes type Eppendorf | Dutscher | 54816 | Conical bottom stériel microtubes |
Allegra 64 R Centrifuge | Beckman Coulter | ||
Automatic cell counter | Biorad | ||
Bovine serum albumin | Euromedex | 04-100-812-E | Prepared, filtered with 0.22 µm sieve and stored at 4 °C under sterile conditions by using the following formulas: 2 mM EDTA, 0,5% BSA and sterile PBS |
CD11 (Mac-1) | e-Biosciences | 45-00112-80 | Conjugated to eFluor 450; λmax excitation 405 nm λmax emission 445 nm |
CD16/32 | BD Biosciences | 553142 | unconjugated |
EDTA | Calbiochem | Calbiochem | S 6381-92-6 |
Falcon tube | Cell star | 227261 | 50 mL |
Fetal Bovine serum | Dutscher | S1810-500 | Batch number = S14028S1810 |
Fortessa Aria | BD Biosciences | for cell sorting | |
Fortessa flow cytometer | Becton-Dickinson. | ||
Fungizone | PAN biotech | P06-01050 | |
HBSS | Gibco | 14175-053 | Without phenol red, without Ca+2 and Mg+2 |
ICAM-1 | abcam | ab171123 | |
LYG-6 (Gr-1) | BD Biosciences | 566218 | Conjugated to BUV395; λmax excitation 348 nm, λmax emission 395 nm |
Lysis buffer erythrocytes (ACK) | Sigma | Prepared, filtered with 0.22 µm sieve and stored at 4°C under sterile conditions by using the following formulas: NH4Cl, 0.15 M (molarity), 53.491 (mw) 4 g KHCO3 1 mM (molarity) 100.115 (mw), 50 mg EDTA 0.1 mM (molarity), 292.24 (mw), 14.6 g pH: 7.2–7.4 | |
NanoDrop 1000 spectrophotometer | Thermoscientific | ||
PBS | Lonza | 17-516F | Without Ca+2 and Mg+2 |
Plastic petri dish | 100 mm | ||
Polystyren tube | Falcon | 352070 | |
q-Nano Gold | iZON science | ||
RPMI 1640 culture medium: 2 g/L glucose | PAN biotech | p04-18047 | Supplemented withsupplemented with Streptomycin (100 U/mL) /Penicillin (100 U/mL), Fungizone (250 mg/mL), L-glutamine (2 mM) and FBS 10%. |
Scalpels | |||
Sieve Nylon | Falcon USA | 352360 | 100 µm |
Streptomycin/Penicillin | PAN biotech | P06-07100 | |
Syringe | 2 mL | ||
Trypan Blue | Biorad | 1450013 | |
VCAM1 | abcam | ab215380 |
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