Method Article
Das vorliegende Protokoll beschreibt ein detailliertes chirurgisches Protokoll zur Isolierung von fließender Darmlymphe als Reaktion auf intraduodenale Nährstoffinfusionen bei Mäusen. Dies ermöglicht die physiologische Bestimmung der gesamten intestinalen Lipidabsorption und der Chylomikronsynthese und -sekretion als Reaktion auf verschiedene experimentelle Nährstoffe.
Darmlipoproteine, insbesondere triglyceridreiche Chylomikronen, sind ein wichtiger Treiber von Stoffwechsel, Entzündungen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Die Isolierung von intestinalen Lipoproteinen in vivo ist jedoch sehr schwierig, da sie zunächst aus dem Dünndarm in die mesenterialen Lymphgefäße sezerniert werden. Die Chylomikron-haltige Lymphe entleert sich dann aus dem Ductus thoracicus in die Vena subclavia, um die Bestandteile der Mahlzeit an das Herz, die Lunge und schließlich an den gesamten Körperkreislauf zu liefern. Es ist unmöglich, naive Chylomikronen aus dem Blut zu isolieren, da Chylomikron-Triglyceride sofort nach der Interaktion mit der Lipoproteinlipase und anderen im Kreislauf befindlichen Lipoproteinrezeptoren hydrolysiert werden. Daher wurde das ursprüngliche 2-tägige Lymphfistelnverfahren, das von Bollman et al. bei Ratten beschrieben wurde, in der Vergangenheit verwendet, um frische mesenteriale Lymphe vor ihrem Eintritt in die thorakale Vene zu isolieren. Dieses Protokoll wurde in den letzten 45 Jahren vom Labor von Patrick Tso verbessert und professionalisiert, was die Analyse dieser kritischen Lipoproteine und Sekrete aus dem Darm ermöglicht. Das Verfahren der Tso-Lymphfistel wurde nun aktualisiert und wird hier erstmals visuell dargestellt. Bei diesem überarbeiteten Verfahren handelt es sich um eine eintägige Operationstechnik zur Anlage einer duodenalen Ernährungssonde, zur Kanülierung des mesenterialen Lymphgangs und zur Entnahme von Lymphe nach einer Mahlzeit bei bewussten Mäusen. Zu den Hauptvorteilen dieser neuen Techniken gehört die Fähigkeit, Lymphe von Mäusen reproduzierbar zu sammeln (was die Leistungsfähigkeit genetischer Mausmodelle nutzt); die verkürzte Anästhesiezeit bei Mäusen während der Implantation des Zwölffingerdarm-Infusionsschlauchs und der Lymphkanüle; die Fähigkeit, während der gesamten Fütterungs- und postprandialen Phase kontinuierlich Lymphproben zu entnehmen; die Fähigkeit, Hormone und Zytokine vor ihrer Verdünnung und enzymatischen Hydrolyse im Blut quantitativ zu messen; und die Fähigkeit, große Mengen Lymphe zu sammeln, um intestinale Lipoproteine zu isolieren. Diese Technik ist ein leistungsfähiges Werkzeug zur direkten und quantitativen Messung der Nährstoffaufnahme über die Nahrung, der intestinalen Lipoproteinsynthese und der Chylomikronsekretion.
Die physiologische Bedeutung des mesenterialen Lymphsystems
Die mesenterialen Lymphgefäße wurden in irgendeiner Form seit ~300 v. Chr. beschrieben, als Herophilos das hepatische Pfortadersystem und alle "absorbierenden Venen im Darm" beschrieb1,2,3,4,5. Mehr als 1.700 Jahre nach dieser Erstbeschreibung war das Vorhandensein von Milchflüssigkeit in der mesenterialen Lymphe kurz nach einer Mahlzeit ein bestimmendes Merkmal der intestinalen Lymphe3. Inzwischen weiß man, dass milchige, Chylomikron-haltige Lymphe ("chylöse" Lymphe) nicht in Pfortader und Leber abfließt, sondern durch die Cisterna chyli in den Ductus thoracicus wandert und sich schließlich an der linken Vena subclavia6 mit dem Blut verbindet. Aufgrund dieser anatomischen Anordnung wandert die chylöse Lymphe zunächst durch Herz und Lunge, bevor sie durch den Rest des Körpers zirkuliert. Das bedeutet, dass Herz und Lunge einen "First-Pass" bei den Sekreten in die mesenteriale Lymphe7 erhalten.
Eine wichtige Rolle der mesenterialen Lymphgefäße ist der Transport von Nahrungslipiden aus dem Dünndarm 8,9,10. Anatomisch, Chylomikronen, intestinale Immunzellen 11,12,13,14, Darmhormone 15,16,17,18, Antigene 19,20,21, nicht-chylomikronische lipophile Verbindungen22,23 und überschüssige Flüssigkeit gelangt in die Laktelen, die unter der Basalmembran der Enterozyten liegen, und wird dann durch die Lymphkapillaren zu den mesenterialen Lymphknoten konzentriert. Wahrscheinlich gibt es viele unbekannte mesenteriale lymphatische Komponenten, darunter Metaboliten, Antigene, Umweltschadstoffe, Nährstoffe und Signalmoleküle.
Die Bestandteile der mesenterialen Lymphe wurden nicht systematisch identifiziert, was vor allem auf die Schwierigkeit zurückzuführen ist, mesenteriale Lymphe zu isolieren. Der Zugang zur mesenterialen Lymphe war schon immer eine ernsthafte Herausforderung, da die Lymphkanäle farblos sind und außer nach einer fetthaltigen Mahlzeit, wenn sie chylös und milchig werden, die mesenterialen Lymphgefäße farblose Lymphflüssigkeit enthalten 6,8,9,10.
Aktuelle und gängige Methoden zur Isolierung der Darmlymphe
Mesenteriale Lymphe ist beim Menschen nicht zugänglich (außer in seltenen und extremen Fällen, in denen ein schweres Magen-Darm-Trauma aufgetreten ist)24. Die In-vivo-Lymphentnahme ist chirurgisch komplex und anspruchsvoll. Das ursprüngliche 2-tägige Lymphfistelverfahren wurde von Bollman et al.25 beschrieben und in den letzten 45 Jahren vom Labor von Patrick Tso verbessert und professionalisiert 26,27. Das Lymphfistelverfahren ermöglicht es den Forschern, fließende Lymphe von bewussten Tieren während einer 6-stündigen Zwölffingerdarmlipidinfusion zu entnehmen.
Das Lymphfistelmodell wurde hauptsächlich bei Ratten verwendet, um die Lymphflussrate, die Ausscheidung von Triglyceriden und Cholesterin (oder anderen mit Duodenal angereicherten Verbindungen), die Chylomikronzusammensetzung und die intestinalen Hormonkonzentrationen zu messen. In geringerem Maße kann diese Technik auch bei Mäusen angewendet werden, wobei das chirurgische Überleben und das Lymphvolumen darunter leiden. Aufgrund der Schwierigkeiten, mesenteriale Lymphkanäle zu sehen, umfassten historische Methoden die Kanülierung von mesenterialer Lymphe bei größeren Tieren wie Minischweinen28, Schafen29, Schweinen30, Hunden31 und Ratten17. Die Arbeit mit diesen größeren Modellen ist ressourcenintensiv und erlaubt keine Studien in Knock-in- oder Knock-out-Modellen.
Es wurden auch alternative Ansätze verwendet. Chylomikronen können im postprandialen Zustand aus Blut isoliert werden (obwohl diese teilweise durch Plasma-Lipoproteinlipase hydrolysiert werden)32,33,34,35. Der Ductus thoracicus kann ebenfalls kanüliert werden, wobei die dort gesammelte Lymphe eine Beimischung aus mesenterialer Lymphe und extraintestinaler Lymphdrainage enthält26,36. In vitro sezernieren Caco-2-Zellen als Reaktion auf eine Fettsäurebehandlung ein Chylomikron-ähnliches Partikel, und diese Zellen können mit relevanten lymphatischen Endothel- oder Gefäßzellen kokultiviert werden37,38. Es wurde gezeigt, dass intestinale Organoidkulturen von Mensch und Maus apikale Lipide verarbeiten und Chylomikronen sezernieren 39,40,41,42. Diese Modelle sind sehr vorteilhaft und ermöglichen mechanistische Einblicke in die Dünndarmphysiologie, aber sie können die Komplexität, die physikalisch-chemischen Gradienten oder den dynamischen Lymphfluss von in situ mesenterialen Lymphgefäßen nicht abbilden.
Vorteile des hier vorgestellten 1-Tages-Maus-Lymphfistelnmodells
In Bezug auf diese anderen Methoden zur Isolierung von intestinalen Lipoproteinen gilt die Tso Lab Lymphfistelntechnik traditionell als Goldstandardtechnik zur Messung der Aufnahme von Nahrungsnährstoffen in die mesenteriale Lymphe. Diese In-vivo-Technik hat den Vorteil, dass sie wichtige physiologische Aspekte der diätetischen Lipidabsorption erfasst - das dynamische Erscheinungsbild von Verbindungen während der Absorptionszeit, was die wiederholte Probenahme von fließender mesenterialer Lymphe bei lebenden Tieren mit zwölffingerdarmen Nährstoffen erfordert. Bei dieser Operationstechnik werden auch Darmhormone und Zytokine direkt in ihrem physiologischen Kompartiment und nicht im Blut gemessen, wo sie verdünnt und enzymatisch abgebaut werden17,43.
Wenn die experimentelle Fragestellung ein Verständnis der Dynamik der Lipidsekretion oder der dynamischen Absorption und des Stoffwechsels einer hydrophoben GI-Verbindung oder eines Medikaments erfordert, dann ist diese Technik nicht nur geeignet, sondern auch der einzige Ansatz, der die Bewegung des luminalen Inhalts vom proximalen zum distalen Darm (Magen zum Dickdarm) und von der apikalen zur basolateralen Oberfläche (luminaler Inhalt über Enterozyten zu Milchprodukten und Pfortaderzirkulation) interpoliert. Da bei dieser Technik die luminale Abgabe von Nährstoffen durch den intraduodenalen Katheter verwendet wird und die fließende mesenteriale Lymphe umgeleitet und gesammelt wird, steht der gesamte Resorptionsapparat unter experimenteller Kontrolle und kann zur qualitativen Beurteilung von Dünndarm-Resorptionsprofilen verwendet werden.
Zum ersten Mal visuell vorgestellt wird hier ein großes Update des Tso Lab Lymphfistelnmodells, das (1) die experimentelle Zeit auf eine 1-tägige chirurgische Implantation und experimentelle Entnahmezeit reduziert; (2) verbessert das Überleben der Mäuse und den Tierschutz; und (3) erhöht die Reproduzierbarkeit des Ansatzes in Mäusen, die Leistungsfähigkeit genetischer Mausmodelle zu nutzen. Diese Technik muss als Goldstandard für alle experimentellen Fragen der Darmsekretion, der Lipoproteine oder der diätetischen Lipidabsorption angesehen werden und ist die beste Technik für die High-Fidelity-Bestimmung der Lipidabsorptionskinetik und der Chylomikronen.
Alle chirurgischen Eingriffe wurden vom University of Pittsburgh Internal Animal Care and Use Committee [Protokoll # 20047008] genehmigt und entsprechen dem NIH-Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren. Für die vorliegende Studie wurden männliche C57BL6/J-Mäuse im Alter von 8-14 Wochen verwendet. Die Mäuse wurden aus einer kommerziellen Quelle bezogen (siehe Materialtabelle). Alle Mäuse wurden in einem 12-stündigen Hell/Dunkel-Zyklus mit Ad-libitum-Zugang zu Standardfutter und Wasser untergebracht.
1. Vorbereitung der Tiere
2. Chirurgie und Versuchsplanung
3. Entnahme von luminalen Inhalten und Schleimhautgewebe
4. Dünnschichtchromatographie (TLC)
5. Isolierung und Charakterisierung von Chylomikron
Abbildung 2 zeigt die Triglyceridsekretion in mesenterialer Lymphe und die durchschnittlichen Lymphflussraten bei den letzten n = 17 Wildtyp-Mäusen (WT), die sich der hier beschriebenen eintägigen Lymphfistelnprozedur unterzogen haben. Wie in Abbildung 2A dargestellt, steigt die Triglyceridkonzentration in der Lymphe als Reaktion auf einen intraduodenalen Bolus von 300 μl SMOFLipid an. Die maximale Triglyceridkonzentration wird ~2-3 h nach dem Bolus erreicht und nimmt während der 6-stündigen Zeit (unmittelbar vor der Euthanasie) stetig ab. Parallel zur Triglyceridsekretion steigt die Lymphflussrate von der Bolusinfusion zum Zeitpunkt 0 bis zum Ende des Experiments an (Abbildung 2B).
Diese Ergebnisse zeigen, dass die chirurgische Implantation sowohl des mesenterialen Lymphgangs als auch der intraduodenalen Kanüle stattgefunden hat und sind repräsentativ für eine Positivkontrolle, mit der andere lymphatische Inhalte (Hormone, Peptide, Nährstoffe) verglichen werden konnten. Kommt es zu keiner Veränderung der Triglyceridkonzentration in der Lymphe als Reaktion auf die intraduodenalen Boluslipide, signalisiert dies, dass die Operation den Dünndarm erheblich geschädigt hat, so dass die Lipidaufnahmekapazität fehlt, oder, in bisher nicht phänotypisierten Genmodellen, würde dies darauf hindeuten, dass die Maus einen physiologisch bedeutsamen Defekt in der Lipidabsorption hat.
Abbildung 1: Vorgeschlagener Zeitplan für das Mausmodell der Lymphfistel. T-4, T-3, T-2: Die Doppelkanülierung dauert ca. 2-4 h, gefolgt von der Platzierung der Mäuse in Auffangkammern. T-1: Sobald sich die Mäuse in der Erholungsphase befinden, erhalten sie eine kontinuierliche Duodenalinfusion mit 5 % Glukose und 0,9 % Kochsalzlösung. T0: Die kontinuierliche intraduodenale Infusion wird von 5 % Glukose-0,9 % Kochsalzlösung auf eine Infusion experimenteller Nährstoffe umgestellt. T0-T6: Mäuse erhalten kontinuierlich intraduodenale 5% Glukose in Kochsalzlösung oder alternativ kontinuierliche Nährstoffe. In dieser Zeit wird stündlich Lymphe entnommen. Endpunkt: Mäuse werden eingeschläfert und Gewebe kann entnommen werden. Die Figur wurde mit BioRender.com erstellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Abbildung 2: Triglyceridkonzentration und Flussrate der mesenterialen Lymphe. Wildtyp-Mäuse wurden mit einer intraduodenalen Ernährungssonde und einer mesenterialen Lymphkanüle versorgt. Die Mäuse erhielten eine Bolusinfusion von 300 μl Lipid. Die Lymphe wurde für 6 h in stündlichen Aliquots gesammelt und auf Eis gehalten. (A) Der Lymphtriglyceridgehalt wurde durch einen chemischen Assay in jedem stündlichen Aliquot der Lymphe bestimmt. (B) In den 6 Stunden nach der Bolusinfusion wird der Lymphfluss in Gramm Lymphe aufgetragen, die pro Stunde ausgeschieden werden. Punkte sind Mittelwerte ± SEM. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung zu sehen.
Methoden der Lipidverabreichung | Empfehlungen/Hinweise | |||||
Gemischter Lipidemulsionsbolus | Eine 0,3-ml-Dosis von entweder (A ) Liposyn III 20 % Lipid injizierbar oder (B) SMOFlipid 20 % Lipid injizierbare Emulsion, USP, über ein intraduodenales Infusionsrohr kann verwendet werden. Diese emulgierten Lipide sind nützlich, weil sie nicht im Voraus zubereitet werden müssen, bei Raumtemperatur flüssig sind, steril sind und weil sie eine "leicht verdauliche" Mischung aus freien Fettsäuren, Triglycerid, Phospholipiden und Natriumtaurocholat enthalten. Dies ist eine gute Starterinfusion für Mäuse, die möglicherweise eine Bauchspeicheldrüsen- oder Gallenschwäche haben. | |||||
Triglycerid-Bolus | 0,3 ml sanft erwärmtes Olivenöl (oder gereinigtes Triolein) als neutrales Lipid, das eine Ernährung widerspiegelt, die reich an ungesättigten Fettsäuren ist, Schmalz (spiegelt eine Diät mit hohem Gehalt an gesättigten Fettsäuren wider) oder Kokosöl (spiegelt eine Ernährung mit hohem Gehalt an mittelkettigen Triglyceriden wider) können alle über eine intraduodenale Infusionssonde oder eine orale Sonde verabreicht werden. Wenn das experimentelle Triglycerid gesättigt ist, muss es bei Raumtemperatur flüssig erwärmt werden. | |||||
Gemischter Mahlzeit-Bolus | 0,3 ml Stellen Sie sicher, dass die Formulierung 0,075 g Fett (21,6 %), 0,5 g Kohlenhydrate (64,0 %) und 0,1125 g Protein (14,4 %) enthält und eine fettarme Mischmahlzeit widerspiegelt, kann als intraduodenale Infusion verabreicht werden. | |||||
Radioaktiv markierter Lipidbolus | 5,0 μCi 3 H-markiertes Glycerintrioleat und/oder 1,0 μCi 14C-Cholesterin in 0,3ml Olivenöl können als intraduodenale Infusion verabreicht werden. 14 C-Cholesterin: Cholesterin-[4-14C] mit spezifischer Aktivität von 55Ci/mmol und einer Konzentration von 0,1mCi/ml. 3 H-TG-Triolein [9,10-3H(N)] (3H-TG) mit spezifischer Aktivität von 60Ci/mmol und Konzentration von 1mCi/ml | |||||
Kontinuierliche Dosis | Die Infusion einer der oben genannten experimentellen Nährstoffformulierungen mit einer Rate von 0,3 ml/h (anstelle von 0,3 ml Gesamtbolus) führt zu einer gleichmäßigen Ausscheidung von Triglyceriden in die Lymphe. Dies unterscheidet sich von einer Bolusinfusion, bei der die Triglyceridkonzentration in der Lymphe nach ~2–3 h ihren Höhepunkt erreicht und dann nach ~6–8 h wieder auf den Ausgangswert zurückkehrt. |
Tabelle 1: Tabelle der Lipidinfusionen.
Das ursprüngliche 2-tägige Lymphfistelnverfahren wurde von Bollman et al.25 beschrieben und in den letzten 45 Jahren im Labor von Patrick Tso praktiziert26,27. Das hier vorgestellte Protokoll ist eine leistungsstarke Ergänzung zu dieser klassischen Goldstandard-Methode zur Identifizierung, Quantifizierung und zum Verständnis der einzigartigen chylösen Sekrete des Dünndarms sowie der In-vivo-Dynamik der Nährstoffaufnahme und des Stoffwechsels in der Nahrung, der Darmhormone und der Darmimmunität.
Zu den Vorteilen dieses Modells gehören (1) die Möglichkeit, während der gesamten Fütterungs- und postprandialen Periode kontinuierlich Proben aus mesenterialer Lymphe zu entnehmen, anstatt eine statische Probenahme zu einem bestimmten Zeitpunkt während der Absorption, Verdauung oder Sekretion durchzuführen; (2) die Messung von Darmhormonen und Zytokinen direkt in ihrem physiologischen Kompartiment und nicht im Blut, wo sie verdünnt und enzymatisch abgebaut werden17,44; (3) die Fähigkeit, die vom Dünndarm nach der Einnahme einer Lipidmahlzeit sezernierten Lipoproteine zu isolieren, zu quantifizieren und zu charakterisieren, und das Fehlen von Endothellipasen in der mesenterialen Lymphe, wodurch die Chylomikron-Triglyceridkonzentrationen und die native Chylomikronstruktur erhaltenbleiben 46,47; (4) die Fähigkeit, die Lymphflussrate, die Ausscheidung von Triglyceriden und Cholesterin (oder anderen duodenal-infundierten Verbindungen), die Chylomikron-Zusammensetzung und die intestinale Hormonkonzentration direkt zu messen. Schließlich ermöglicht dieses Protokoll die stündliche Entnahme relativ großer Mengen von >50 μl Lymphe über einen Zeitraum von 6 Stunden. Da die Flüssigkeit mit intraduodenaler Kochsalzlösung und Glukoseinfusion aufgefüllt wird, wird das Lymphfistelmodell im Vergleich zu anderen Lymphentnahmetechniken deutlich verbessert und führt zu fließenden statt statischen Pools von mesenterialer Lymphe. Da das Volumen eine große Hürde für lipidomische, proteomische und metabolomische Ansätze darstellt, ist dies eine große Stärke.
Das hier beschriebene 1-Tages-Lymphfistelprotokoll der Maus hat mehrere Vorteile gegenüber dem ursprünglichen Lymphfistelnprotokoll, einschließlich einer Verringerung der Gesamtzahl der Versuchstiere gegenüber den zuvor beschriebenen 2-Tage-Lymphfistelnprotokollen26,27 aufgrund einer höheren Überlebensrate nach der Operation; Verkürzung der Gesamtversuchszeit von 2 Tagen auf einen Tag; und schließlich eine Verkürzung der Erholungsphase für Mäuse von Nacht (>18 h), wo Durchbruchschmerzen oder schlechte postoperative Ergebnisse auftreten können, auf eine überschaubarere Zeit von ~6 h nach der Operation.
Ein Merkmal dieses 1-Tages-Protokolls ist der Fokus auf humane Überlegungen und Endpunkte. Diese müssen höchste Priorität haben: (1) Tiere müssen intraduodenale oder intravenöse Ersatzflüssigkeiten erhalten; (2) sie müssen warm und so schmerzfrei wie möglich gehalten werden (mit postoperativem Buprenex und/oder Carprofen, je nach Versuchsaufbau und Notwendigkeit, entzündungshemmende Wirkungen zu vermeiden); (3) Blutungen, Zittern, Durchfall oder Anzeichen von Stress sind zwingende Gründe für einen humanen Endpunkt. Gemäß den strengen IACUC-Richtlinien ist Isofluran gefolgt von einer Zervixluxation ein guter Endpunkt. Die chirurgischen Überlebensraten betragen ~70% für einen einzigen Tag (im Vergleich zu ~40% für die ursprüngliche 2-tägige Operation), aber die Forscher sollten nicht zögern, das Experiment bei einem Anzeichen von Stress zu beenden. Dies sollte bei der Planung der Tierzahlen berücksichtigt werden.
In Bezug auf die Fehlersuche bei dieser Technik ist die erfolgreiche Platzierung der Lymphkanüle der größte Engpass bei diesem chirurgischen Eingriff. Während des Übens der Operation hilft es, die Maus ca. 2 Stunden vor der Operation mit 0,3 ml Olivenöl zu versorgen. Dies führt zur Sekretion von Chylomikronen in den mesenterialen Lymphgang, wodurch dieser "milchig" und sichtbarer erscheint. Methylenblau kann ebenfalls verwendet werden, ist aber oft weniger offensichtlich als der milchige Lymphgang. Wenn nach dem Einsetzen der Lymphkanüle und dem Einsetzen mit Klebstoff die mesenteriale Lymphe erfolgreich durch die Kanüle in ein Auffanggefäß fließt, kann mit dem Legen eines Duodenal-Infusionsschlauchs fortgefahren werden. Gelegentlich kann es vorkommen, dass die Lymphe nicht kontinuierlich fließt, aber wieder zu fließen beginnt, wenn das Tier auf den Drehtisch gelegt wird. Achten Sie vor allem auf Gerinnsel in den Lymphschläuchen. Diese sollten aus den Eileitern herausmassiert werden, um einen Rückflussdruck auf den Lymphgang zu vermeiden.
Neben der Triglyceridsekretion und der Lymphflussrate können mit dieser Technik die folgenden Lipidabsorptionskinetiken und Chylomikron-Eigenschaften bestimmt werden:
Chylomikron-Sekretion45,48,49
Unmittelbar nach einer fetthaltigen Mahlzeit kommt es zu einem vorübergehenden Anstieg des zirkulierenden Plasmatriglycerids. Da Triglyceride von Natur aus hydrophob sind, müssen sie zunächst emulgiert werden, damit sie im Blut löslich sind50. Dünndarmenterozyten übernehmen diese Rolle und verpacken diätetische Triglyceride in Chylomikron-Emulsionspartikel51. Chylomikronen enthalten Cholesterin und Triglyceride aus der Nahrung in ihrem Kern, umgeben von Phospholipiden und Apolipoproteinen, darunter apoB-48, apoA-I, apoA-IV und apoC-III 52,53,54,55. ApoB-48 ist das essentielle Strukturprotein, und die anderen Apolipoproteine haben verschiedene Funktionen, die für den Chylomikron-Stoffwechsel und die Ausscheidung aus dem Blut erforderlich sind. Um die wichtigsten Merkmale von Chylomikronen, einschließlich ihres Triglycerid- und Apolipoproteingehalts, zu bestimmen, sollte die hier gezeigte 1-Tages-Lymphfisteltechnik verwendet werden. Die Chylomikron-Sekretionsrate ist der Prozentsatz des infundierten 3-H-Triglycerids, der in die Lymphe sezerniert und durch Szintillation durch Zählung stündlicher Lymphproben gemessen wird. Dies kann mit einer detaillierten Chylomikron-Charakterisierungkombiniert werden 48,49,56,57,58. Stündliche Lymphproben können kombiniert oder separat aufbewahrt werden. Die Lymphe wird in Ultrazentrifugenröhrchen überführt, mit 0,9 % NaCl gemischt und dann vorsichtig mit 300-500 μl 0,87 % NaCl überlagert. Die Proben werden dann bei 110.000 x g bei 4 °C für 16 h ultrazentrifugiert. Die obersten Fraktionen, die isolierte Chylomikronen enthalten, werden gesammelt und mit dem Triglycerid-Assay-Kit auf Triglyceridkonzentrationen getestet. Kurz gesagt werden 2 μl des Chylomikrons (1:10 Verdünnung) mit 200 μl Enzymreagenz bei Raumtemperatur für 10 min in einer 96-Well-Platte inkubiert. Die Platte wird von einem Plattenleser bei 500 nm gelesen, und die Standards und Leerzeichen werden für die Berechnung der Triglyceridkonzentrationen verwendet. Die Chylomikrongröße kann dann durch negative Färbung und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) bestimmt werden14,29. Triglyceride und Cholesterin können durch chemische Assays und den Apolipoproteingehalt (apoB-48, A-I, C-II, C-III) mit ELISA-Kits oder Western Blot quantifiziert werden.
Bestimmung des primären Ortes der Lipidabsorption 48,59
Durch Isolieren der luminalen und epithelialen Zellkompartimente des Zwölffingerdarms, des Jejunums und des Ileums 6 h nach der Infusion von 3 H-Triglyceriden oder einer radioaktiv markierten Mischmahlzeit wird der Inhalt Folch extrahiert, um zu bestimmen, wie viel des 3H-Triglycerids über die Epithelzellmembran absorbiert wird (normal) oder im Lumen (abnormal) entlang der Länge des Dünndarms zurückgehalten wird48 . Diese Studien sind besonders wirkungsvoll, wenn es potenzielle Unterschiede in der gastrointestinalen Motilität gibt 60,61,62, wenn es eine Hypothese bezüglich Gallensäurengibt (hochaktiv während der gesamten Lipidresorption und selbst im Ileum resorbiert)63,64,65,66, oder wenn die Sorge besteht, dass Nährstoffe an der falschen anatomischen Stelle (Ileum oder sogar Dickdarm) absorbiert werden67 ,68,69,70.
Identifizierung der Mechanismen des Transports von 3-H-Triglyceriden in absorptive Epithelzellen48
Dies geschieht durch Berechnung des Prozentsatzes von 3 H-Triglyceriden, die im Darmlumen zu 3 H-freier Fettsäure hydrolysiert, in die Schleimhaut aufgenommen und vor der Sekretion als Chylomikronen wieder in intrazelluläre 3H-Triglyceride verestert werden. Dies ist ein starker Marker für Absorptions-/Sekretionsdefekte, da er zurückverfolgt werden kann, um die Bewegung von Triglyceriden aus der Nahrung in seine Abbauprodukte und die anschließende Verpackung in Chylomikronen zu zeigen. Die mRNA-Expression der Fettsäureabsorptionsmaschinerie (CD36, FABPs, ACSLs), des Wiederveresterungsweges (MGAT, DGAT, MTTP, apoB) und der Apolipoproteine (apoC-III, B-48, C-II, A-I, A-IV) kann mittels RT-PCR weiter quantifiziert werden.
Zukünftige Anwendungen dieser Technik sind nur durch das Interesse an Darm-Organ-Crosstalk, Stoffwechsel, Immunität, Nährstoffaufnahme, Umweltschadstoffen oder anderen Krankheiten, die eine Rolle im Magen-Darm-System spielen, begrenzt. Es ist wahrscheinlich, dass viele überzeugende Experimente und Hypothesen aufgrund der Schwierigkeit, Zugang zum kritischen mesenterialen Lymphsystem zu erhalten, ins Stocken geraten sind, und das Ziel dieses visualisierten Protokolls ist es, diese Technik leichter verfügbar zu machen. Die Isolierung von Chylomikronen und der mesenterialen Lymphe, in der sie sich ursprünglich befinden, ist ein entscheidender Teil des Verständnisses des Ganzkörperstoffwechsels. Das 1-Tages-Maus-Lymphfistel-Modell ist ein leistungsfähiges physiologisches Modell zur Untersuchung dieser Ereignisse.
Die Autoren haben nichts zu verraten.
Wir danken der Cystic Fibrosis Foundation (Pilot and Feasibility Award 1810, an ABK), der Rainin Foundation (Synergy Award, an PI GJ Randolph und Co-I ABK) und den National Institutes of Health (R01DK118239, R03DK116011 an ABK) für ihre Unterstützung dieser Studien.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.9% Sodium Chloride Injection, USP sterile | Hospira, Lake Forest, IL, US | NDC 0409-4888-06 | |
1.7 mL Eppendorf tubes | Fisher Scientific, Waltham, MA, US | 7200184 | |
14C-cholesterol: Cholesterol-[4-14C] (0.1mCi/ mL) | American Radiolabeled Chemicals Inc., St. Louis, MO, US | ARC 0857 | |
18 G needle | Becton Dickinson, Franklin Lakes, NJ, US | 305199 | |
2 Dumont micro-dissecting forceps | Fine Science Tools, Foster City, CA, US | 11251-35 | |
2 Forceps | ROBOZ Surgical Instrument Co., Gaithersburg, MD, US | RS-5130 | |
3H-TAG: Triolein [9,10-3H(N)] (3H-TG) (1mCi/ mL) | American Radiolabeled Chemicals Inc., St. Louis, MO, US | ART0199 | |
3H-TG Triolein [9,10-3H(N)] (3H-TG) | American Radiolabeled Chemicals, INC. St. Louis | MO 63146 | |
50% Dextrode Injection, USP 25grams/50 mL sterile | Hospira, Lake Forest, IL, US | NDC-0409-6648-16 | |
Analtech TLC Uniplates: silica gel matrix Z265500-1PAK | Fisher Scientific, Waltham, MA, US | 11-101-0007 | |
BD CareFusion ChloraPrep Swabstick | Fisher Scientific, Waltham, MA, US | 14-910-501 | |
Betadine surgical scrub | Dynarex Corp., Orangeburg, NY, US | 1201 | |
Bevel-cut cannula | Braintree Scientific., Braintree , MA, US | MRE025 | |
Buprenorphine HCl Injection Carpuject PFS 0.3mg/mL 10/Bx (Buprenex) | HenrySchein, Warrendale, PA, US | 1278184 | |
C57BL6/J male mice | Jackson Laboratory, Bar Harbor, Maine | ||
ChloraPrep | Becton Dickinson, Franklin Lakes, NJ, US | 260100 | |
Cholesterol Assay Kit | FujiFilm Healthcare, Lexington, MA, US | 99902601 | |
Cholesterol-[4-14C] | American Radiolabeled Chemicals, INC. St. Louis | MO 63146 | |
Clear plexiglass box L43cm X W26 X H 21 with temperature-controlled heating pad and humidification | our own design and modifications | ||
commercially available amphibian/reptile heating pad | ShenZhen XingHongChang Electric CO., LTD. ShenZhen, China | XHC-F035D | |
Cotton tip applicators | Fisher Scientific, Waltham, MA, US | 22363156 | |
Duodenal infusion tube - canuala | Braintree Scientific, Braintree , MA, US | MRE037 | |
Ensure | Abbott Nutrition, Columbus, OH | ||
Heating pad surgical platform with circulating warm water pump combination | Patterson Scientific, Waukesha, WI, US | Gaymar T/Pump Classic | |
Hetarin Sodium Injection, USP 1,000 units/mL sterile | Mylan, Morgantown, WV, US | NDC-67457-384-31 | |
Image J Software | National Institute of Health, Bethesda, Maryland, | ||
Iris scissors | ROBOZ Surgical Instrument Co., Gaithersburg, MD, US | RS-5602 | |
Isoflurane | Piramal Pharma Solutions, Riverview, MI, US | NDC 66794-017-25 | |
Isoflurane induction apparatus and Anesthesia Apparatus | Patterson Scientific, Waukesha, WI, US | mouse induction chamber | |
Krazy glue | Elmer's products Inc., Columbus, OH, US | KG484 | |
Liposyn III 20% lipid injectable | Hospira Inc. Lake Forest, Illinois, USA | ||
LS 6500 Multi-Purpose Scintillation Counter | Beckman Coulter, Brea, CA | ||
Micro-dissecting Spring Scissors | ROBOZ Surgical Instrument Co., Gaithersburg, MD, US | RS-5602 | |
Mouse apoB ELISA Kit | ABCAM Inc., Waltham, MA, US | ab230932-1 | |
Needle Holder | Fine Science Tools, Foster City, CA, US | 12002-12 | |
Retractors | Kent Scientific Co., Torrington, CT, US | SURGI-5001 | |
Rimadyl (Carprofen) | Zoetis Inc., Kalamazoo MI, US | 4019449 | |
Rotating table Barnstead Thermolyne | Labquake, Zürich, Switzerland | Barnstead Thermolyne | |
SMOFlipid 20% lipid injectable emulsion, USP | Fresenius Kabi, Warrendale, PA, US | NDC-63323-820-01 | |
Snuggle | Lomir Biomedical Inc., Notre-Dame-de-l'Île-Perrot, QC J7V 7M4, Canada | MS 02.5PM | |
Surgical Scissors | ROBOZ Surgical Instrument Co., Gaithersburg, MD, US | RS-5912SC | |
Suture (5-0 silk with needle) | DemeTECH, Miami Lakes, FL, US | DT-719 | |
Transmission Electron Microscope (JEOL 1400-FLASH 120KV ) | JEOL, Peabody, MA | ||
Triglyceride Assay Kit | Randox Laboratories, Crumlin, United Kingdom | TR210 | |
ULTIMA GOLD XR Scintillation Fluid | Perkin Elmer, Hebron, KY, US | 6013119 | |
Ultracentrifuge, rotor S100AT4-497 | SORVALL RC M120 GX |
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