Diese Arbeit wurde durch Mittel aus der American Heart Association (AM), US Department of Defense (BC074986) und Boston Kinderkrankenhaus Fakultät Career Development Fellowship (TM, PM) unterstützt. Die Autoren danken Amanda Jiang und Elisabeth Jiang für die technische Unterstützung.

HINWEIS: Die in-vivo-Tierstudie wurde in strikter Übereinstimmung mit den Empfehlungen in der Bedienungsanleitung für die Pflege und Verwendung von Labortieren der National Institutes of Health durchgeführt. Das Protokoll wurde überprüft und von der Animal Care und Verwenden Committee von Boston Kinderkrankenhaus (Protokoll-Nummern: 13-10-2526R, 14-02-2568R) zugelassen. Alle Arzneistoffe in diesem Protokoll verwendet werden pharmazeutischer Qualität und diese Medikamente werden unter sterilen Bedingungen hergestellt. 1. Fibrin Gel Vorbereitung <ol><li> Bereiten Fibringel dass VEGF und bFGF enthält. <ol><li> Tau-Stammlösungen von Fibrinogen und Thrombin, die bei -80 ° C bis Raumtemperatur (25 ° C) gelagert werden. </li><li> Hinzufügen Thrombin (Endkonzentration: 2,5 U / ml), CaCl 2 (Endkonzentration: 45 mM), VEGF (Endkonzentration: 0-100 ng / ml) und bFGF (Endkonzentration: 0-100 ng / ml) zu der Fibrinogen -Lösung (Endkonzentration: 12,5 mg / ml in 0,9% sodium Chloridlösung 43-45) in einem 1,5-ml-Röhrchen. </li><li> Vorsichtig mischen. </li><li> Gently Pipette 200 ul der Mischung auf einer sterilen Kunststoffschale in einer tropfenweise Mode mit p200 Pipettenspitze. </li><li> Die Tropfen bei 37 ° C für 30-60 min, bis sie sich verfestigen. ANMERKUNG: Das erstarrte Gel kann in dem verschlossenen Kunststoffschale bei Raumtemperatur (25 ° C) für mehrere Stunden vor der Implantation (1a) gehalten werden kann. </li></ol></li><li> Schneiden Sie die Fibrin-Gel in ca. 3 x 3 x 3 mm Würfel mit kleinen chirurgische Scheren vor der Implantation. </li></ol> 2. Maus Vorbereitung <ol><li> Anesthetize adulten Maus (8-12 Wochen) durch intraperitoneale (IP) Injektion von Ketamin (100 mg / kg) und Xylazin (10 mg / kg) und bestätigen, dass die Maus ausreichend durch Einklemmen Zehe des Maus anästhesiert. <ol><li> Verwenden Tierarzt Salbe auf Augen der Maus bis zur Trockenheit während des Experiments zu verhindern. </li></ol></li><li> Shave fur auf der linken Seite des Brustkorbs der Maus. </li><li> Führen Intubation der Maus. </li><li> Platzieren Sie die Maus auf der Intubation stehen bei 70 ° abgewinkelt und halten Maus anstelle durch Einhaken seine oberen Schneidezähne in einem kleinen Gummiband an der Spitze des Stativs befindet. </li><li> Die Zunge vorsichtig zurückziehen, um eine Seite mit stumpfen Pinzette. </li><li> Visualisieren des Kehlkopfes mit Hilfe eines faseroptischen Gooseneck Mikroskopleuchte. </li><li> Legen endotrachealen elastischen Katheters (21 G) in die Luftröhre. </li><li> Überprüfen Sie, ob die Maus spontan atmenden eine reibungslose Umstellung (regular 100-150 Atemzüge / min, keine paradoxen oder flache Atmung). </li><li> Platzieren Sie die Maus in Bauchlage unter der Dissektionsmikroskop. </li><li> Die Maus mit einem Nagetier Ventilator mechanisch lüften (150 Atemzüge / min und 7 ml / kg Atemvolumen). </li><li> Graf Rippen Zwischenrippenraum zwischen 4 und 5. Rippe zu finden. </li><li> Erstellen Sie einen sterilen Bereich über den Bereich by gründlich Abwischen mit Alkohol und PVP-Jod. Decken Sie das Operationsfeld ausreichend mit einem sterilen Operationstuch. </li></ol> 3. Maus-Chirurgie <ol><li> Nachdem lokale Injektion von 0,25% Bupivacain (200 ul) in der Haut, machen Sie einen Querhautschnitt (ca. 1 cm Länge) über den Zwischenrippenraum mit Präparierscheren. </li><li> Nach Injektion von 0,25% Bupivacain (200 ul) in die Zwischenrippenmuskel, einen Muskel Einschnitt zwischen dem 4. und 5. Rippe mit feinen kleinen Schere. </li><li> Legen Sie eine Sezieren Aufroller zwischen den Rippen, um die linke Lunge vollständig zu visualisieren. <ol><li> Kratzen Sie einen kleinen Bereich (1 x 1 mm im Quadrat) der Pleura von der Mitte der linken Lunge mit feinen Pinzette. </li><li> Drücken Sie vorsichtig auf den Bereich mit einem sterilen Wattestäbchen bis Blutungen und Luftleckagen vollständig gesteuert. </li><li> Legen Sie kleine Menge frischer Mischung aus Fibrinogen / Thrombin (Fibrinkleber) (Schritt 20 1.1.2. &amp; #181; l) über den Bereich mit p200 Pipettenspitze. </li></ol></li><li> Legen Sie vorsichtig eine Fibrin-Gel (Schritt 1.2) mit kleinen Zange über den Bereich (Abbildung 1b). <ol><li> Bestätigen Sie, dass das Gel auch auf den Bereich während der Atembewegungen der Lunge fest. </li></ol></li><li> Stellen Sie sicher, dass es weder massive Luft undicht oder Blutungen aus der Lunge. </li><li> Schließen Einschnitte (Muskel- und Hautschichten) mit einer absorbierbaren Naht, welches nicht entfernt werden. </li><li> Saugen Sie das Brusthöhle mit 27 G Nadel und 1-ml-Spritze zu Pneumothorax zu verhindern. </li><li> Beenden der mechanischen Beatmung. </li></ol> 4. Mauswiederherstellung <ol><li> Achten Sie darauf, die Maus spontan atmenden eine reibungslose Umstellung (regular 100-150 Atemzüge / min, keine paradoxen oder flache Atmung). </li><li> IP Injektion 1 ml vorgewärmtes, 0,9% NaCl, um Austrocknung zu verhindern. </li><li> Lassen Sie mit der Maus auf dem zirkulierenden Warmwasserpolster erholen. </li><li> Entfernen Sie die endotracheal Rohr nach der Bestätigung, dass die Maus über stabile Atmung. </li><li> Injizieren Meloxicam (5 mg / kg, subkutane Injektion (SC), für 3 Tage als postoperative analgetische. </li><li> Überwachen Sie die Bewegungen der Maus vorsichtig auf ein Minimum von 15 Minuten-Intervallen, bis es sternale (in der Lage, auf den Bauch rollen und bleiben aufrecht) und bei Bewusstsein. </li><li> Nach der Wiederherstellung zurück die Maus, um einen neuen Käfig aus Mäusen isoliert ohne Operation. </li><li> Überwachen Sie die Operationsstelle auf Anzeichen einer Infektion (Rötung, Schwellung, Ausfluss), grundlegende biologische Funktionen Tieres (Futter- und Wasseraufnahme, Wasserlassen, Stuhlgang, Gewichtszunahme) sowie klinische Anzeichen von Leiden (Piloerektion, reduziert Bewegungs) täglich im Anschluss an die chirurgischen Eingriffs. </li></ol> 5. Ernten der Lunge <ol><li> 7 bis 30 Tage nach der Implantation, euthanize der Maus unter Verwendung von CO 2 über Druckgasquelle. </li><li> Einen Einschnitt zwischen der Spitze des Schwertfortsatz und der BrustbeinKerbe (mediane Sternotomie) und Ernte ganze Lunge mit dem implantierten Gel zur histologischen und biochemischen Analyse, indem die Luftröhre und seziert alle Verbindungen zum Herz, Lunge und Luftröhre. </li><li> Fix implantierte Gel mit Lungenkrebs mit 4% Paraformaldehydlösung über Nacht bei 4 ° C, in OCT-Verbindung eingebettet werden, und nehmen Sie die Serienstufenabschnitte von 30 um Dicke. </li><li> Führen histologische (Hämatoxylin und Eosin-Färbung) und immunhistochemische Analysen (endotheliale Marker: CD31, epithelialen Marker: Aquaporin (AQP) 5 und Surfactant Protein (SP) -B) mit konfokalen Mikroskop 22,37,40. </li><li> Kompilieren Stapeln optischer Schnitte (30 um dick), um dreidimensionale Bilder der Lungen Endothel- und Epithelzellen mit 3D-Bildanalyse-Software 37 zu bilden. </li><li> Quantifizieren projizierten Flächen der neugebildeten Blutgefäßen mit Bildanalyse-Software 46. </li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

Dieser Artikel stellt eine neue Methode zur Biomaterialien auf der Lungenoberfläche lebender erwachsener Mäuse zu implantieren. Mit diesem System wird die Host-Lungen-abgeleitete Angiogenese erfolgreich im Material rekapituliert. Dieses System ermöglicht es den Forschern, um Übersprechen zwischen den Endothelzellen zu erforschen, andere Zellen (beispielsweise Epithelzellen, mesenchymale Zellen, Immunzellen) und verschiedene ECM-Komponenten, die für die lokale Angiogenese 50-53 und alveolären Re...

Das übergeordnete Ziel dieses Protokolls ist es, ein Verfahren einzuführen, um Fibrin-Gel auf der Lungenoberfläche der erwachsenen Maus, die Forscher die molekularen Mechanismen der Lungenkreislauf und alveoläre Entwicklung charakterisieren können implantieren, und dieses Wissen, um biomimetische Materialien zu entwickeln in der Lage zu nutzen von rekapituliert physiologische Lungengefäß und alveoläre Bildung auf verschiedene Lungenkrankheiten zu behandeln. Mehr als 35 Millionen Amerikaner leiden an chronischen Lungenerkrankungen wie chronisch obstruktive Lungenerkrankung und Lungenfibrose. Diese Patienten haben lang anhaltende chronische respiratorische Symptome wie Kurzatmigkeit, Brustenge, quälende Husten und Müdigkeit, die ihr tägliches Leben 1-3 erheblich beeinträchtigen. Trotz einer großen Aufwand zu wirksamen Therapien für diese Lungenerkrankungen zu entwickeln, derzeit gibt es keine Heilung; deshalb ist die Lebensqualität für diese Patienten schlecht und wirtschaftlichen und menschlichen Kosten sind hallogh 4-7. Derzeit ist eine Lungentransplantation die einzige Möglichkeit, Patienten im Endstadium einer chronischen Lungenerkrankungen zu speichern. Aufgrund der Knappheit von Transplantatspender, hohe Kosten, schweren Komplikationen und geringe Überlebensrate 8-11 Jedoch ist die Transplantation keine optimale Ansatz. Neue schnelle Fortschritte im Tissue Engineering Techniken konnten die Forscher implantierbaren Lungen von Bestandsauffüllung dezellularisierte ganze Lunge mit verschiedenen Arten von Vorläuferzellen oder induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen) 12,13 bioengineer. Allerdings sind diese biotechnologisch Lunge nur für einige Stunden nach der Implantation 12,14,15 Funktions in Wirtstiere. Verwendung von Biomaterialien, die komplexen Strukturen und Funktionen der Lunge zu regenerieren ist ebenfalls recht erfolgreich. Dies kann, weil die wichtigsten biologischen Prozesse, die erwachsenen Lungenregeneration regeln wurden nicht gut erforscht. In der Lunge ist die Bildung des vaskulären Systems eines der frühesten und bedeutendsten Ereignisse during Entwicklung und Regeneration 16-21. Neu in der Lunge liefern nicht nur Sauerstoff, Nährstoffen und verschiedenen Zellkomponenten für Organbildung erforderlich ist, sondern auch lehrreich Regulationssignale zur umgebenden Zellen 22-25 gebildeten Gefäßsystemen. So spielt die Angiogenese eine Schlüsselrolle bei der regenerativen Alveolarisierung bei erwachsenen Lungen 24,26,27. Zusätzlich trägt deregulierten Angiogenese zu chronischen Lungenerkrankungen, wie chronische obstruktive Lungenerkrankung (COPD) 28, bronchopulmonale Dysplasie (BPD), 21-23, und Lungenfibrose 29. Um somit effizienter Strategien für das Engineering Lungen oder der Behandlung von chronischen Lungenerkrankungen zu entwickeln, ist es notwendig, die grundlegenden Mechanismen der lungenspezifischen Angiogenese zu verstehen. Jedes Organ zeigt außergewöhnliche mechanische und chemische Eigenschaften, die zwischen physiologischen und pathologischen Bedingungen 30-33 unterscheiden. Diese organspezifische microenvirongen regeln Endothelzellen Verhaltensweisen und orchestrieren Gefäßnetzwerkbildung in einer organspezifisch 24,34-36. Um somit effizienter Strategien für Lungenregeneration zu entwickeln, wobei der Mechanismus lungenspezifischen Angiogenese Basiswert muss verstanden werden. Während herkömmliche In-vivo-Angiogenese-Assays, wie subkutane Implantation Hydrogel wurden ausgiebig für Angiogeneseforschung 37-39 verwendet wurde, müssen diese Methoden nicht rekapitulieren organspezifischen Angiogenese. Kürzlich wurde ein neues Verfahren auf Matrigel in einer elastischen Form auf der Mauslunge implantieren ist entwickelt worden und dargestellt, die Blutgefäße und Lungenepithelzellen erfolgreich rekrutieren in die Gele 22. Dieser einzigartige Ansatz wird es den Forschern ermöglichen, den Mechanismus der lungenspezifischen Angiogenese sowie Wechselwirkungen zwischen Blutgefäßen und nicht-vaskulären Lungenzellen in physiologischen und pathologischen Bedingungen zu erforschen. Seit 1) Matrigel ist nicht geeignet für die klinische Anwendung; 2) die Elastic Form, um das Gel kann Wechselwirkungen zwischen Hydrogelen und Wirtslungengewebe und 3) die elastische Form an der Lunge möglicherweise verursacht eine Beeinträchtigung der Lungenfunktion und Schmerzen während der Atmung beeinflussen geworfen, als mehr klinisch relevanten Ansatz verwendet, ein 3D-Fibrin-Matrix, die angiogenen Faktoren (vaskulärer endothelialer Wachstumsfaktor (VEGF) / basischen Fibroblasten-Wachstumsfaktor (bFGF)) wurde auf der Mauslunge ohne Casting in der elastischen Form implantiert worden und hat Gast Lunge abgeleitete Angiogenese erfolgreich rekapituliert. Fibrin-Gel, Polymerfibrillen aus Thrombin gespaltenen Fibrinogen erzeugt wird, wird zum Einfangen einer Vielzahl von angiogenen Faktoren wie bFGF und VEGF die Angiogenese in vivo 40,41 beschleunigen bekannt. Wegen ihrer Regenerationsfähigkeit und biologisch abbaubare Natur 42 wird Fibringel verbreitet auf dem Gebiet des Tissue Engineering eingesetzt. Dieser Artikel stellt einen neuen und einzigartigen Ansatz zur Fibringel auf der Lungenoberfläche lebender adul implantierent-Maus und zeigt, dass die Host-Lungen-abgeleitete Angiogenese in den Gelen in vivo rekapituliert. Diese Methode, die Forscher ermöglicht, lungenspezifischen Angiogenese zu untersuchen, wird wahrscheinlich zur Entwicklung neuer Therapieansätze für verschiedene Arten von Lungenerkrankungen führen und die Bemühungen um adulten Lunge erfolgreich regenerieren erheblich voranbringen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="956">
	<tbody>
		<tr height="48">
			<td height="48" style="height:48px;width:343px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:177px;">Company</td>
			<td style="width:147px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:289px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;">Fibrinogen from human placenta</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>F4883</td>
			<td>For fabrication of fibrin gel</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;">Thrombin from bovine plasma</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T9549</td>
			<td>For fabrication of fibrin gel</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;">Recombinant mouse VEGF 164</td>
			<td>R&#38;D</td>
			<td>493-MV</td>
			<td>For supplementation to fibrin gel</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;">Recombinant mouse bFGF</td>
			<td>R&#38;D</td>
			<td>3139-FB</td>
			<td>For supplementation to fibrin gel</td>
		</tr>
		<tr height="48">
			<td height="48" style="height:48px;width:343px;">Rodent Intubation Stand</td>
			<td style="width:177px;">Braintree Scientific INC</td>
			<td style="width:147px;">RIS 100</td>
			<td>For intubation</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;">Fiber-Optic Light Source</td>
			<td style="width:177px;">Fisher Scientific</td>
			<td>12-565-35</td>
			<td>For intubation</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;">20G Elastic catheter</td>
			<td>B.Braun</td>
			<td>4251652-02</td>
			<td>For intubation</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:343px;">MiniVent Ventilator</td>
			<td style="width:177px;">Harvard Apparatus</td>
			<td style="width:147px;">CGS-8009</td>
			<td>For ventilation</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;">Stemi DV4 Steromicroscope</td>
			<td style="width:177px;">Fisher Scientific</td>
			<td>12-070-515</td>
			<td>For surgey</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;">Absobable suture</td>
			<td>Ethicon</td>
			<td>PDP304</td>
			<td>Surgical suture</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;">Antibody against CD31</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td align="right">553370</td>
			<td>Immunohistochemistry</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;">Antibody against AQP5</td>
			<td style="width:177px;">Abcam</td>
			<td>AB78486</td>
			<td>Immunohistochemistry</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;">Antibody against SP-B</td>
			<td style="width:177px;">Millipore</td>
			<td>AB40876</td>
			<td>Immunohistochemistry</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

implantation of fibrin gel on mouse lung to study lung-specific angiogenesis

Neue bedeutende Fortschritte in der Stammzellforschung und der Biotechnologie Techniken haben große Fortschritte bei der Nutzung von Biomaterialien zur Regeneration und Reparatur von Schäden in einfachen Gewebe in den orthopädischen und Zahn Feldern. Versuche, die Strukturen und Funktionen von komplexeren dreidimensionalen (3D) Organen wie Lunge regenerieren waren nicht sehr erfolgreich, da die biologischen Prozesse der Organregeneration wurden nicht gut erforscht. Es wird deutlich, dass die Angiogenese, die Bildung neuer Blutgefäße, spielt eine Schlüsselrolle bei Organregeneration. Die neu gebildeten Gefäßsystemen liefern nicht nur Sauerstoff, Nährstoffen und verschiedenen Zellbestandteile, die für die Organregeneration erforderlich sind, aber auch lehr Signale an die Regeneration von lokalen Geweben. Deshalb, um erfolgreich zu regenerieren Lungen bei einem Erwachsenen, ist es notwendig, die lungenspezifische Mikroumgebungen, bei denen Angiogenese Antriebe Regeneration lokalen Lungengewebe zu rekapitulieren. Obwohl Conventional in vivo Angiogenese-Assays, wie subkutane Implantation von extrazellulärer Matrix (ECM) -reiche Hydrogele (zB Fibrin oder Kollagengelen oder Matrigel - ECM Proteingemisch durch Engelbreth-Holm-Swarm-Maus-Sarkom-Zellen sezerniert), werden in großem Umfang genutzt, um das zu erforschen allgemeine Mechanismen der Angiogenese, lungenspezifischen Angiogenese ist nicht gut charakterisiert, weil Verfahren zur orthotope Implantation von Biomaterialien in der Lunge wurden nicht gut etabliert. Das Ziel des Protokolls ist es, eine einzigartige Methode einzuführen, um Fibrin-Gel auf der Lungenoberfläche von lebenden erwachsenen Maus implantiert werden, der eine erfolgreiche Wiederholung der Host Lunge abgeleitete Angiogenese innerhalb des Gels. Dieser Ansatz ermöglicht es Forschern, die Mechanismen, mit denen die lungenspezifischen Mikroumgebung steuert Angiogenese und alveoläre Regeneration in normalen und pathologischen Bedingungen zu erforschen. Seit implantierte Biomaterialien Release und liefern physikalischen und chemischen Signale zu benachbarten lung Gewebe kann Implantation dieser Biomaterialien auf kranken Lunge möglicherweise normalisieren die angrenzenden krankem Gewebe, so dass die Forscher neue Therapieansätze für verschiedene Arten von Lungenerkrankungen zu entwickeln.

Um zu untersuchen, ob Host Lungen abgeleiteten Gefäßbildung im Inneren der Biomaterialien auf die Lunge implantiert rekapituliert Fibringele mit großen angiogenetischen Faktoren VEGF und bFGF supplementiert (0, 10 und 100 ng / ml) wurden auf die Oberfläche von lebenden Maus-Lungen implantiert berichtet mit Matrigel 22. Fibringele 47, die diese angiogene Wachstumsfaktoren enthalten, wurden hergestellt, wie in 1a gezeigt. Nach Thorakotomie wurde ein kleiner Bereich der linken Lun...

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Implantation of Fibrin Gel on Mouse Lung to Study Lung-specific Angiogenesis

Recapitulation of the organ-specific microenvironment, which stimulates local angiogenesis, is indispensable for successful regeneration of damaged tissues. This report demonstrates a novel method to implant fibrin gels on the lung surface of living mouse in order to explore how the lung-specific microenvironment modulates angiogenesis and alveolar regeneration in adult mouse.

Die Implantation von Fibrin Gel auf Maus Lung Lung spezifischen Angiogenese Studieren

Recent significant advances in stem cell research and bioengineering techniques have made great progress in utilizing biomaterials to regenerate and ...

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Research

JoVE Journal

Medicine

10.0K Aufrufe.  Boston Children's Hospital and Harvard Medical School. Recapitulation of the organ-specific microenvironment, which stimulates local angiogenesis, is indispensable for successful regeneration of damaged tissues. This report demonstrates a novel method to implant fibrin gels on the lung surface of living mouse in order to explore how the lung-specific microenvironment modulates angiogenesis and alveolar regeneration in adult mouse. 

Serie: Implantation of Fibrin Gel on Mouse Lung to Study Lung-specific Angiogenesis

A Mouse Model of the Cornea Pocket Assay for Angiogenesis Study

A normal cornea is clear of vascular tissues. However, blood vessels can be induced to grow and survive in the cornea when potent angiogenic factors are administered 1. This uniqueness has made the cornea pocket assay one of the most used models for angiogenesis studies. The cornea composes multiple layers of cells. It is therefore possible to embed a pellet containing the angiogenic factor of interest in the cornea to investigate its angiogenic effect 2,3. Here, we provide a step by step demonstration of how to (I) produce the angiogenic factor-containing pellet (II) embed the pellet into the cornea (III) analyze the angiogenesis induced by the angiogenic factor of interest. Since the basic fibroblast growth factor (bFGF) is known as one of the most potent angiogenic factors 4, it is used here to induce angiogenesis in the cornea.

The cornea is unique in that it lacks vascular tissues. However, robust blood vessel growth and survival can be induced in the cornea by potent angiogenic factors. Therefore, the cornea can provide with us a valuable tool for angiogenic studies. This protocol demonstrates how to perform the mouse model of cornea pocket assay and how to assess the angiogenesis induced by angiogenic factors using this model.

Ein Maus-Modell der Cornea Pocket-Assay für die Angiogenese-Studie

A normal cornea is clear of vascular tissues. However, blood vessels can be induced to grow and survive in the cornea when potent angiogenic factors are ...

Forschung

Medizin

Treatment of Osteochondral Defects in the Rabbit's Knee Joint by Implantation of Allogeneic Mesenchymal Stem Cells in Fibrin Clots

The treatment of osteochondral articular defects has been challenging physicians for many years. The better understanding of interactions of articular cartilage and subchondral bone in recent years led to increased attention to restoration of the entire osteochondral unit. In comparison to chondral lesions the regeneration of osteochondral defects is much more complex and a far greater surgical and therapeutic challenge. The damaged tissue does not only include the superficial cartilage layer but also the subchondral bone. For deep, osteochondral damage, as it occurs for example with osteochondrosis dissecans, the full thickness of the defect needs to be replaced to restore the joint surface 1. Eligible therapeutic procedures have to consider these two different tissues with their different intrinsic healing potential 2. In the last decades, several surgical treatment options have emerged and have already been clinically established 3-6.
Autologous or allogeneic osteochondral transplants consist of articular cartilage and subchondral bone and allow the replacement of the entire osteochondral unit. The defects are filled with cylindrical osteochondral grafts that aim to provide a congruent hyaline cartilage covered surface 3,7,8. Disadvantages are the limited amount of available grafts, donor site morbidity (for autologous transplants) and the incongruence of the surface; thereby the application of this method is especially limited for large defects.
New approaches in the field of tissue engineering opened up promising possibilities for regenerative osteochondral therapy. The implantation of autologous chondrocytes marked the first cell based biological approach for the treatment of full-thickness cartilage lesions and is now worldwide established with good clinical results even 10 to 20 years after implantation 9,10. However, to date, this technique is not suitable for the treatment of all types of lesions such as deep defects involving the subchondral bone 11.
The sandwich-technique combines bone grafting with current approaches in Tissue Engineering 5,6. This combination seems to be able to overcome the limitations seen in osteochondral grafts alone. After autologous bone grafting to the subchondral defect area, a membrane seeded with autologous chondrocytes is sutured above and facilitates to match the topology of the graft with the injured site. Of course, the previous bone reconstruction needs additional surgical time and often even an additional surgery. Moreover, to date, long-term data is missing 12.
Tissue Engineering without additional bone grafting aims to restore the complex structure and properties of native articular cartilage by chondrogenic and osteogenic potential of the transplanted cells. However, again, it is usually only the cartilage tissue that is more or less regenerated. Additional osteochondral damage needs a specific further treatment. In order to achieve a regeneration of the multilayered structure of osteochondral defects, three-dimensional tissue engineered products seeded with autologous/allogeneic cells might provide a good regeneration capacity 11.
Beside autologous chondrocytes, mesenchymal stem cells (MSC) seem to be an attractive alternative for the development of a full-thickness cartilage tissue. In numerous preclinical in vitro and in vivo studies, mesenchymal stem cells have displayed excellent tissue regeneration potential 13,14. The important advantage of mesenchymal stem cells especially for the treatment of osteochondral defects is that they have the capacity to differentiate in osteocytes as well as chondrocytes. Therefore, they potentially allow a multilayered regeneration of the defect.
In recent years, several scaffolds with osteochondral regenerative potential have therefore been developed and evaluated with promising preliminary results 1,15-18. Furthermore, fibrin glue as a cell carrier became one of the preferred techniques in experimental cartilage repair and has already successfully been used in several animal studies 19-21 and even first human trials 22.
The following protocol will demonstrate an experimental technique for isolating mesenchymal stem cells from a rabbit's bone marrow, for subsequent proliferation in cell culture and for preparing a standardized in vitro-model for fibrin-cell-clots. Finally, a technique for the implantation of pre-established fibrin-cell-clots into artificial osteochondral defects of the rabbit's knee joint will be described.

Treatment of Osteochondral Defects in the Rabbit&#039;s Knee Joint by Implantation of Allogeneic Mesenchymal Stem Cells in Fibrin Clots

An experimental technique for the treatment of osteochondral defects in the rabbit's knee joint is described. The implantation of allogeneic mesenchymal stem cells into osteochondral defects provides a promising development in the field of tissue engineering. The preparation of fibrin-cell-clots in vitro offers a standardized method for implantation.

Behandlung von osteochondralen Defekten in des Kaninchens Kniegelenk durch Implantation von allogenen mesenchymalen Stammzellen in Fibringerinnseln

The treatment of osteochondral articular defects has been challenging physicians for many years. The better understanding of interactions of articular ...

Angiogenesis in the Ischemic Rat Lung

The adult lung is perfused by both the systemic bronchial artery and the entire venous return flowing through the pulmonary arteries. In most lung pathologies, it is the smaller systemic vasculature that responds to a need for enhanced lung perfusion and shows robust neovascularization. Pulmonary vascular ischemia induced by pulmonary artery obstruction has been shown to result in rapid systemic arterial angiogenesis in man as well as in several animal models. Although the histologic assessment of the time course of bronchial artery proliferation in rats was carefully described by Weibel 1, mechanisms responsible for this organized growth of new vessels are not clear. We provide surgical details of inducing left pulmonary artery ischemia in the rat that leads to bronchial neovascularization. Quantification of the extent of angiogenesis presents an additional challenge due to the presence of the two vascular beds within the lung. Methods to determine functional angiogenesis based on labeled microsphere injections are provided.

The lung is perfused by both the systemic bronchial artery and pulmonary arteries. In most lung pathologies, it is the smaller systemic vasculature that shows robust neovascularization. Cessation of pulmonary blood flow promotes brisk bronchial angiogenesis. We provide surgical details of inducing left pulmonary artery ischemia that promotes bronchial neovascularization.

Angiogenese im ischämischen Rat Lung

The  adult lung is perfused by both the systemic bronchial artery and the entire  venous return flowing through the pulmonary arteries. In most lung ...

A Simple Method of Mouse Lung Intubation

A simple procedure to intubate mice for pulmonary function measurements would have several advantages in longitudinal studies with limited numbers or expensive animal. One of the reasons that this is not done more routinely is that it is relatively difficult, despite there being several published studies that describe ways to achieve it. In this paper we demonstrate a procedure that eliminates one of the major hurdles associated with this intubation, that of visualizing the trachea during the entire time of intubation. The approach uses a 0.5 mm fiberoptic light source that serves as an introducer to direct the intubation cannula into the mouse trachea. We show that it is possible to use this procedure to measure lung mechanics in individual mice over a time course of at least several weeks. The technique can be set up with relatively little expense and expertise, and it can be routinely accomplished with relatively little training. This should make it possible for any laboratory to routinely carry out this intubation, thereby allowing longitudinal studies in individual mice, thereby minimizing the number of mice needed and increasing the statistical power by using each mouse as its own control.

This paper describes a striaghforward and efficient method of intubating mice for pulmonary function measurements or pulmonary instillation, that allows the mice to recover and be studied at later times. The procedure involves an inexpensive fiberoptic light source that directly illuminates the trachea.

Eine einfache Methode der Maus Lung Intubation

A  simple procedure to intubate mice for pulmonary function measurements would  have several advantages in longitudinal studies with limited numbers or  ...

Noninvasive Intratracheal Intubation to Study the Pathology and Physiology of Mouse Lung

The use of a model that mimics the condition of lung diseases in humans is critical for studying the pathophysiology and/or etiology of a particular disease and for developing therapeutic intervention. With the increasing availability of knockout and transgenic derivatives, together with a vast amount of genetic information, mice provide one of the best models to study the molecular mechanisms underlying the pathology and physiology of lung diseases. Inhalation, intranasal instillation, intratracheal instillation, and intratracheal intubation are the most widely used techniques by a number of investigators to administer materials of interest to mouse lungs. There are pros and cons for each technique depending on the goals of a study. Here a noninvasive intratracheal intubation method that can directly deliver exogenous materials to mouse lungs is presented. This technique was applied to administer bleomycin to mouse lungs as a model to study pulmonary fibrosis.

The use of a model that mimics the condition of lung diseases in humans is critical for studying the pathophysiology and/or etiology of a particular disease and for developing therapeutic intervention. Here a noninvasive intratracheal intubation method that can directly deliver exogenous materials to mouse lungs is presented.

Nichtinvasive Intratracheale Intubation, die Pathologie und Physiologie der Maus Lung Study

The use of a model that mimics the condition of lung diseases in humans is critical for studying the pathophysiology and/or etiology of a particular ...

Retinal Detachment Model in Rodents by Subretinal Injection of Sodium Hyaluronate

Subretinal injection of sodium hyaluronate is a widely accepted method of inducing retinal detachment (RD). However, the height and duration of RD or the occurrence of subretinal hemorrhage can affect photoreceptor cell death in the detached retina. Hence, it is advantageous to create reproducible RDs without subretinal hemorrhage for evaluating photoreceptor cell death. We modified a previously reported method to create bullous and persistent RDs in a reproducible location with rare occurrence of subretinal hemorrhage. The critical step of this modified method is the creation of a self-sealing scleral incision, which can prevent leakage of sodium hyaluronate after injection into the subretinal space. To make the self-sealing scleral incision, a scleral tunnel is created, followed by scleral penetration into the choroid with a 30 G needle. Although choroidal hemorrhage may occur during this step, astriction with a surgical spear reduces the rate of choroidal hemorrhage. This method allows a more reproducible and reliable model of photoreceptor death in diseases that involve RD such as rhegmatogenous RD, retinopathy of prematurity, diabetic retinopathy, central serous chorioretinopathy, and age-related macular degeneration (AMD).

Creating experimental retinal detachments with a reproducible and sustained height of detachment, and without subretinal hemorrhage, is important for studying the pathophysiology of photoreceptor cell loss in retinal disease and evaluating potential therapeutic interventions. Here, we report such a method in detail.

Modell Netzhautablösung in Nagetiere durch subretinale Injektion von Natriumhyaluronat

Subretinal injection of sodium hyaluronate is a widely accepted method of inducing retinal detachment (RD). However, the height and duration of RD or the ...

Intubation-mediated Intratracheal (IMIT) Instillation: A Noninvasive, Lung-specific Delivery System

Respiratory disease studies typically involve the use of murine models as surrogate systems. However, there are significant physiologic differences between the murine and human respiratory systems, especially in their upper respiratory tracts (URT). In some models, these differences in the murine nasal cavity can have a significant impact on disease progression and presentation in the lower respiratory tract (LRT) when using intranasal instillation techniques, potentially limiting the usefulness of the mouse model to study these diseases. For these reasons, it would be advantageous to develop a technique to instill bacteria directly into the mouse lungs in order to study LRT disease in the absence of involvement of the URT. We have termed this lung specific delivery technique intubation-mediated intratracheal (IMIT) instillation. This noninvasive technique minimizes the potential for instillation into the bloodstream, which can occur during more invasive traditional surgical intratracheal infection approaches, and limits the possibility of incidental digestive tract delivery. IMIT is a two-step process in which mice are first intubated, with an intermediate step to ensure correct catheter placement into the trachea, followed by insertion of a blunt needle into the catheter to mediate direct delivery of bacteria into the lung. This approach facilitates a &#62;98% efficacy of delivery into the lungs with excellent distribution of reagent throughout the lung. Thus, IMIT represents a novel approach to study LRT disease and therapeutic delivery directly into the lung, improving upon the ability to use mice as surrogates to study human respiratory disease. Furthermore, the accuracy and reproducibility of this delivery system also makes it amenable to Good Laboratory Practice Standards (GLPS), as well as delivery of a wide range of reagents which require high efficiency delivery to the lung.

Intubation-mediated Intratracheal IMIT Instillation: A Noninvasive, Lung-specific Delivery System

Intubation-mediated intratracheal (IMIT) instillation of reagents is an excellent, noninvasive method for studying respiratory disease, as well as a method for instilling therapeutic reagents directly into the lung. It is a rapid and highly reproducible method which is suitable for preclinical testing.

Intubation vermittelte Intratracheale (IMIT) Instillation: eine nichtinvasive, lungenspezifischen Delivery System

Respiratory disease studies typically involve the use of murine models as surrogate systems. However, there are significant physiologic differences ...

Primary Tumor and MEF Cell Isolation to Study Lung Metastasis

In breast tumorigenesis, the metastatic stage of the disease poses the greatest threat to the affected individual. Normal breast cells with altered genotypes now possess the ability to invade and survive in other tissues. In this protocol, mouse mammary tumors are removed and primary cells are prepared from tumors. The cells isolated from this procedure are then available for gene profiling experiments. For successful metastasis, these cells must be able to intravasate, survive in circulation, extravasate to distant organs, and survive in that new organ system. The lungs are the typical target of breast cancer metastasis. A set of genes have been discovered that mediates the selectivity of metastasis to the lung. Here we describe a method of studying lung metastasis from a genetically engineered mouse model.. Furthermore, another protocol for analyzing mouse embryonic fibroblasts (MEFs) from the mouse embryo is included. MEF cells from the same animal type provide a clue of non-cancer cell gene expression. Together, these techniques are useful in studying mouse mammary tumorigenesis, its associated signaling mechanisms and pathways of the abnormalities in embryos.

The goal of this protocol is to study breast tumorigenesis. With this technique, mouse mammary tumors are removed and primary cells are prepared from tumors. A lung extraction protocol is included for studying lung metastasis. Furthermore, another protocol for analyzing mouse embryonic fibroblasts from the mouse embryo is included.

Primärtumor und MEF Zellisolation zu Lungenmetastasen Studieren

In breast tumorigenesis, the metastatic stage of the disease poses the greatest threat to the affected individual. Normal breast cells with altered ...

Establishment of a Human Multiple Myeloma Xenograft Model in the Chicken to Study Tumor Growth, Invasion and Angiogenesis

Multiple myeloma (MM), a malignant plasma cell disease, remains incurable and novel drugs are required to improve the prognosis of patients. Due to the lack of the bone microenvironment and auto/paracrine growth factors human MM cells are difficult to cultivate. Therefore, there is an urgent need to establish proper in vitro and in vivo culture systems to study the action of novel therapeutics on human MM cells. Here we present a model to grow human multiple myeloma cells in a complex 3D environment in vitro and in vivo. MM cell lines OPM-2 and RPMI-8226 were transfected to express the transgene GFP and were cultivated in the presence of human mesenchymal cells and collagen type-I matrix as three-dimensional spheroids. In addition, spheroids were grafted on the chorioallantoic membrane (CAM) of chicken embryos and tumor growth was monitored by stereo fluorescence microscopy. Both models allow the study of novel therapeutic drugs in a complex 3D environment and the quantification of the tumor cell mass after homogenization of grafts in a transgene-specific GFP-ELISA. Moreover, angiogenic responses of the host and invasion of tumor cells into the subjacent host tissue can be monitored daily by a stereo microscope and analyzed by immunohistochemical staining against human tumor cells (Ki-67, CD138, Vimentin) or host mural cells covering blood vessels (desmin/ASMA).
In conclusion, the onplant system allows studying MM cell growth and angiogenesis in a complex 3D environment and enables screening for novel therapeutic compounds targeting survival and proliferation of MM cells.

Human multiple myeloma (MM) cells require the supportive microenvironment of mesenchymal cells and extracellular matrix components for survival and proliferation. We established an in vivo chicken embryo model with engrafted human myeloma and mesenchymal cells to study effects of cancer drugs on tumor growth, invasion and angiogenesis.

Einrichtung eines Menschen Multiple Myeloma Xenograftmodell im Huhn, das Tumorwachstum, Invasion und Angiogenese Studieren

Multiple myeloma (MM), a malignant plasma cell disease, remains incurable and novel drugs are required to improve the prognosis of patients. Due to the ...

Apical Resection Mouse Model to Study Early Mammalian Heart Regeneration

Cardiovascular disease plagues the whole world due to intensive lifestyle changes. Heart regeneration holds great promise for repairing and restoring cardiomyocytes lost due to injury and disease. In contrast to the robust cardiac regeneration of certain lower vertebrates, adult mammalian hearts typically show minimal capacity for heart regeneration and repair. However, recent studies have sparked considerable scientific interest with the finding that, between postnatal day 1 to 7 (P1 to P7), the neonatal mouse heart retains significant regenerative potential after apical resection (i.e., surgical amputation and exposure of left ventricular apex). One major controversy over this finding might be due to the diverse surgery-related procedures used in efforts to replicate or expand upon this important finding. These instructions dynamically present the materials and methodology for apical resection in a mouse model. The salient steps of this rodent survival surgery involve hypothermia anesthesia, thoracotomy, surgical amputation of heart ventricular apex, and suture and recovery of mice. The approach described could expand the application of the apical resection mouse model for cardiovascular research.

A step-by-step video protocol of apical resection is demonstrated in this study. Apical resection is a recently highlighted surgical approach in mammalian heart regeneration research. This study may promote the application of apical resection as a standard methodology in research into the mechanism underlying heart regeneration.

Wurzelspitzenresektion Mausmodell zur frühen Säugetierherzregeneration Studieren

Cardiovascular disease plagues the whole world due to intensive lifestyle changes. Heart regeneration holds great promise for repairing and restoring ...

Methods Article

Die Implantation von Fibrin Gel auf Maus Lung Lung spezifischen Angiogenese Studieren