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Method Article
* Estos autores han contribuido por igual
Accurate assessment of anti-inflammatory effects is of utmost importance for the evaluation of potential new drugs for the treatment of inflammatory bowel disease. Digital holographic microscopy provides assessment of inflammation in murine and human colonic tissue samples as well as automated multimodal evaluation of epithelial wound healing in vitro.
La incidencia de la enfermedad inflamatoria intestinal, es decir, la enfermedad de Crohn y la colitis ulcerosa, ha aumentado considerablemente en la última década. La etiología de la IBD permanece desconocida y estrategias terapéuticas actuales se basan en la supresión no específica del sistema inmune. El desarrollo de tratamientos que se dirigen específicamente la inflamación intestinal y la curación de la herida epitelial podría mejorar significativamente la gestión de la EII, sin embargo esto requiere una detección precisa de los cambios inflamatorios. Actualmente, los posibles candidatos a fármacos se evalúan por lo general el uso de modelos animales in vivo o con técnicas basadas en cultivos celulares in vitro. El examen histológico por lo general requiere que las células o tejidos de interés para ser teñidas, que pueden alterar las características de la muestra y, además, la interpretación de los resultados puede variar por la experiencia del investigador. microscopía holográfica digital (DHM), basado en la detección de retardo de longitud del camino óptico, permite-Libre de manchas de imágenes de contraste de fase cuantitativa. Esto permite que los resultados que se correlacionan directamente con los parámetros biofísicos absolutos. Se demuestra cómo la medición de los cambios en la densidad del tejido con DHM, basado en la medición del índice de refracción, puede cuantificar alteraciones inflamatorias, sin tinción, en diferentes capas de muestras de tejido del colon de ratones y seres humanos con colitis. Además, demostramos monitoreo libre de etiquetas multimodal continua de la curación de heridas epiteliales in vitro, utilizando DHM posible gracias a la determinación automatizada sencilla de la zona de la herida y la determinación simultánea de los parámetros morfológicos, como una masa seca y espesor de la capa de células que migran. En conclusión, DHM representa un valioso, herramienta novedosa y cuantitativo para la evaluación de la inflamación intestinal con valores absolutos de los parámetros posibles, la cuantificación simplificada de la curación de heridas epiteliales in vitro y por lo tanto tiene un alto potencial de diagnóstico u traslacionalse.
Enfermedad inflamatoria del intestino (IBD), es decir, la colitis ulcerosa (UC) y la enfermedad de Crohn (CD) son trastornos inflamatorias idiopáticas del tracto gastrointestinal 1. La investigación sobre la fisiopatología subyacente de la EII y la evaluación de los potenciales nuevos fármacos o enfoques novedosos de diagnóstico es de particular importancia. Tanto en la investigación básica y el manejo clínico de los pacientes con EII, la mucosa intestinal se ha convertido en un foco de atención 2,3. La mucosa representa un límite anatómico, en la que la interacción entre bacterias comensales, células epiteliales y diversos componentes celulares del sistema inmunitario intestinal orquestar intestino homeostasis 4,5. Sin embargo, en los pacientes con EII, la inflamación intestinal incontrolada y persistente conduce a la mucosa daño, detectable como ulceraciones o estenosis, que finalmente pueden culminar en la descomposición de la función de la barrera epitelial, que a su vez agrava la inflamación local 6.
epitelial de cicatrización de la herida tanto, es crucial para la regeneración epitelial después de la inflamación, pero también es un requisito esencial para la cicatrización de las úlceras gastrointestinales o dehiscencia de la anastomosis después de la cirugía gastrointestinal 7. Epitelial cicatrización de la herida puede ser simulado en la herida in vitro los ensayos de curación y en modelos murinos de inflamación intestinal 8,9. Tanto in vitro como in vivo enfoques tienen inconvenientes, que limitan la precisión de la evaluación experimental. Ensayos in vitro, como los ensayos de cero clásicos, requerir procedimientos de tinción o prolongadas de la transfección con cromóforos fluorescentes. A menudo están limitadas por su monitorización discontinua de la proliferación celular y la migración que no puede ser automatizado 10. Modelos in vivo, tales como sulfato de dextrano sódico (DSS) La colitis inducida, con frecuencia carecen de robustos lectura de los, en parte debido a la variación significativa vista en los marcadores de laboratorio, marey dichos marcadores inadecuados para evaluar la gravedad de la colitis 11,12. El análisis histológico de la mucosa inflamada es actualmente todavía el método más válido para determinar la gravedad colitis pero esto, como los ensayos de curación de heridas epiteliales in vitro, requiere tinción y depende de la experiencia del investigador 13.Microscopía holográfica Recientemente digital (DHM), una variante de la microscopía de fase cuantitativa 14, se identificó como herramienta útil para la evaluación de epitelial cicatrización de heridas in vitro y in vivo 15. DHM permite la evaluación de la densidad del tejido mediante la medición de retardo de longitud del camino óptico (OPD) , que el diagnóstico del cáncer perspectivas novela 16-18 y cuantificación de las alteraciones del tejido relacionado con la inflamación 19. Además, DHM permite la monitorización de la dinámica de la morfología celular mediante la determinación de espesor de la celda, el área de superficie de la célula cubierta y intracelular (proteína) la cantidad de contenido 15,20. En ensayos in vitro, DHM también permite el análisis de procesos fisiológicos, por ejemplo, celular permeabilidad al agua mediante la evaluación de los cambios en el volumen celular y el espesor de 21,22. Por otra parte, las mediciones se pueden automatizar DHM que evita el sesgo de la muestra por el investigador asociado.
A continuación, se demuestra el uso de DHM en un modelo murino de inflamación intestinal, y también aplicar DHM para el análisis de muestras de tejidos humanos para la monitorización cuantitativa de la cicatrización de heridas como un ensayo libre de etiquetas in vitro. En primer lugar, se evalúa alteraciones inflamatorias de las diferentes capas de la pared del colon-en ratones colíticos y secciones de tejidos de seres humanos con EII. Después de describir el procedimiento de formación de imágenes DHM fase cuantitativa, se proporcionan instrucciones detalladas para el uso de los componentes del microscopio, la preparación de secciones de tejido y también describir la evaluación de las imágenes de fase cuantitativos adquiridos.
A continuación, mostramos que DHM puede ser utilizado para la monitorización multimodal continua de la curación de heridas epiteliales in vitro, y describir el análisis de las características celulares como espesor de la capa de células, masa seca y el volumen celular dar una idea de las alteraciones inducidas por drogas y celulares fisiológica.
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Todos los experimentos con animales fueron aprobados por el comité de ética regional (la Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz, LANUV, Alemania) de acuerdo con la Ley de Protección de Animales alemán. El comité de ética local de la Universidad de Münster aprobó el uso de tejidos humanos para el análisis histológico y el microscopio.
1. Los animales y Materiales
2. Configuración experimental para DSS-colitis y in vitro Los ensayos de curación de heridas
3. Equipo Técnico, Software y procedimientos para la adquisición y evaluación de hologramas digitales
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Configuración típica de los DHM de imagen digital para microscopía holográfica (DHM)
Para llevar a cabo formación de imágenes de campo brillante y la imagen de contraste de fase cuantitativa DHM, se aplicó un microscopio invertido como se representa en la Figura 1 B. El sistema fue modificado uniendo un módulo DHM, como se describió anteriormente
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Demostramos que DHM proporciona una evaluación precisa del daño histológico en modelos murinos de colitis y muestras de tejido del colon humanas ex vivo. Además, hemos demostrado DHM puede monitorizar de forma continua la curación de heridas epiteliales mismo tiempo, proporcione información multimodal sobre las alteraciones celulares. En DHM, la reconstrucción de hologramas capturadas digitalmente se realiza numéricamente 32. Por lo tanto, en comparación con la microscopía de campo claro, c...
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The authors have nothing to disclose.
We thank Faekah Gohar for proofreading the manuscript. We thank Sonja Dufentester and Elke Weber for expert technical assistance.
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Reagents | |||
Azoxymethane (AOM) | Sigma - Aldrich, Deisenhofen, Germany | A5486 | |
Cell Culture Flask | Greiner Bio-One, Frickenhausen, Germany | 658170 | |
Costar Stripette | Corning Inc., New York, USA | 4488 | |
Dextran sulphate sodium (DSS) | TdB Consulatancy, Uppsala, Sweden | DB001 | |
DMEM/Ham's F12 | PAA Laboratories - Pasching - Austria | E15-813 | |
EGF | Sigma - Aldrich, Deisenhofen, Germany | SPR3196 | |
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma - Aldrich, Deisenhofen, Germany | E 9884 | |
Falcon Tube 50 ml | BD Biosciences, Erembodegem, Belgium | 352070 | |
Isopentane (2-Methylbutane) | Sigma - Aldrich, Deisenhofen, Germany | M32631-1L | |
Methylene blue | Merck, Darmstadt, Germany | 1159430025 | |
Mitomycin C | Sigma - Aldrich, Deisenhofen, Germany | M4287 | |
Microscope Slides | G. Menzel, Braunschweig, Germany | J1800AMNZ | |
O.C.T. Tissue Tek compound | Sakura, Zoeterwonde, Netherlands | 4583 | |
Pen/Strep/Amphotericin B | Lonza, Verviers, Belgium | 1558 | |
Phosphate buffered saline, PBS | Lonza, Verviers, Belgium | 4629 | |
RPMI 1640 | Lonza, Verviers, Belgium | 3626 | |
Sodium Chloride 0.9% | Braun, Melsungen, Germany | 5/12211095/0411 | |
Standard diet | Altromin, Lage, Germany | 1320 | |
Tissue-Tek Cryomold | Sakura, Leiden, Netherlands | 4566 | |
Trypsin EDTA | Lonza, Verviers, Belgium | 7815 | |
Vitro – Clud | R. Langenbrinck, Teningen, Germany | 04-0002 | |
µ-Dish 35 mm with Culture-Insert, high | ibidi GmbH, Munich, Germany | 81176 | |
DIC Lid for µ-Dishes, with a glass insert | ibidi GmbH, Munich, Germany | 80050 | |
Equipment | |||
MICROM HM550 | Thermo Fisher Scientific, Inc., Waltham, USA | 46320 | |
Digital holographic microscope | |||
Component | Model | Company | |
Inverted Microscope | iMIC | Till Photonics, Graefelfing, Germany | |
Laser | Compass 315M | Coherent GmbH, Luebeck, Germany | |
Microscope lens | Zeiss EC Plan Neofluar 10x/0.3 | Zeiss, Goettingen, Germany | |
CCD camera | DMK 41BF02 | The Imaging Source, Bremen, Germany |
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