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Le présent protocole décrit la préparation et l’utilisation de tranches pulmonaires coupées avec précision par des souris pour évaluer la contractilité des voies respiratoires et des muscles lisses artériels intrapulmonaires dans un milieu presque in vivo .
Les cellules musculaires lisses (SMC) médient la contraction des voies respiratoires et de l’artère intrapulmonaire pour modifier la résistance au flux d’air et la circulation pulmonaire, respectivement, jouant ainsi un rôle essentiel dans l’homéostasie du système pulmonaire. La dérégulation de la contractilité SMC contribue à plusieurs maladies pulmonaires, y compris l’asthme et l’hypertension pulmonaire. Cependant, en raison de l’accès limité aux tissus et d’un manque de systèmes de culture pour maintenir les phénotypes SMC in vivo , les mécanismes moléculaires sous-jacents à la contractilité DÉRÉGULée du SMC dans ces maladies restent pleinement identifiés. La tranche de poumon découpée avec précision (PCLS) offre un modèle ex vivo qui contourne ces difficultés techniques. En tant que section de tissu pulmonaire mince et vivant, le PCLS retient le SMC dans un environnement naturel et permet un suivi in situ de la contraction du SMC et de la signalisation intracellulaire Ca2+ qui régule la contractilité du SMC. Ici, un protocole détaillé de préparation PCLS de souris est fourni, qui préserve les voies respiratoires intactes et les artères intrapulmonaires. Ce protocole implique deux étapes essentielles avant de soumettre le lobe pulmonaire au tranchage: gonfler les voies respiratoires avec de l’agarose à faible point de fusion à travers la trachée et remplir les vaisseaux pulmonaires de gélatine à travers le ventricule droit. Le PCLS préparé à l’aide de ce protocole peut être utilisé pour des essais biologiques afin d’évaluer la régulation contractile médiée par ca2+ de la SMC dans les voies respiratoires et les compartiments artériels intrapulmonaires. Lorsqu’il est appliqué à des modèles murins de maladies respiratoires, ce protocole permet l’étude fonctionnelle de la SMC, fournissant ainsi un aperçu du mécanisme sous-jacent de la dérégulation de la contractilité SMC dans les maladies.
La cellule musculaire lisse (SMC) est un type de cellule structurelle majeur dans le poumon, résidant principalement dans la paroi médiale des voies respiratoires et des vaisseaux pulmonaires. Les SMC se contractent pour modifier le calibre luminal, régulant ainsi le flux d’air et de sang 1,2. Par conséquent, la régulation contractile des SMC est essentielle pour maintenir l’homéostasie de la ventilation de l’air et de la circulation pulmonaire. En revanche, la contractilité aberrante du SMC provoque des maladies vasculaires obstructives ou pulmonaires comme l’asthme et l’hypertension artérielle pulmonaire. Cependant, l’évaluation fonctionnelle des SMC pulmonaires a été remise en question par un accès limité au tissu pulmonaire, en particulier aux petites voies respiratoires et aux microvaisseaux dans la partie distale du poumon 2,3. Les solutions actuelles ont recours à des tests indirects, tels que la mesure de la résistance au flux d’air par Flexivent pour refléter la constriction des voies respiratoires et la vérification de la pression artérielle pulmonaire par cathétérisme cardiaque droit pour évaluer la vasocontraction pulmonaire 4,5. Cependant, ces essais indirects présentent de multiples inconvénients, tels que le fait d’être confondus par des facteurs structurels, de ne pas capturer la diversité spatiale des réponses vasculaires ou vasculaires dans l’ensemble de l’échelle pulmonaire 6,7 et de ne pas convenir à l’étude mécaniste de la régulation contractile au niveau cellulaire. Par conséquent, des approches alternatives utilisant des cellules primaires isolées,des bandes musculaires trachées/ bronchiques 8,9 ou de grands segments vasculaires10 ont été appliquées pour l’étude SMC in vitro. Néanmoins, ces méthodes ont également des limites. Par exemple, une adaptation phénotypique rapide des SMC primaires dans la condition de culture11,12 rend problématique l’extrapolation des résultats de la culture cellulaire aux contextes in vivo. De plus, le phénotype contractile des SMC dans les voies respiratoires proximales isolées ou les segments vasculaires peut ne pas représenter les SMC dans le poumon distal 6,7. De plus, la mesure de la force musculaire au niveau tissulaire reste dissociée des événements moléculaires et cellulaires qui sont essentiels pour la compréhension mécaniste de la régulation contractile.
La tranche pulmonaire coupée avec précision (PCLS), une section de tissu pulmonaire vivant, fournit un outil ex vivo idéal pour caractériser les SMC pulmonaires dans un microenvironnement quasi in vivo (c.-à-d. architecture et interaction multicellulaires préservées)13. Depuis que les Drs Placke et Fisher ont introduit pour la première fois la préparation de tranches pulmonaires à partir de poumons de rat et de hamster gonflés à l’agarose dans les années 1980 14,15, cette technique a été continuellement avancée pour fournir aux PCLS une qualité supérieure et une plus grande polyvalence pour la recherche biomédicale. Une amélioration significative est l’amélioration de la préservation artérielle pulmonaire par perfusion de gélatine en plus de l’inflation pulmonaire avec l’agarose via la trachée. En conséquence, les artères respiratoires et pulmonaires sont maintenues intactes dans le PCLS pour l’évaluation ex vivo 16. De plus, le PCLS est viable pendant une période prolongée en culture. Par exemple, les PCLS de souris n’ont eu aucun changement significatif dans la viabilité cellulaire et le métabolisme pendant au moins 12 jours en culture, ainsi que, ils ont conservé la contractilité des voies respiratoires jusqu’à 7 jours17. En outre, PCLS conserve des voies respiratoires ou des vaisseaux de différentes tailles pour les tests de contraction et de relaxation. De plus, la signalisation intracellulaire Ca2+ des SMC, le facteur déterminant de la contractilité cellulaire, peut être dosée avec des colorants rapporteurs Ca2+ imagés par un microscope confocal ou à 2 photons13.
Compte tenu de l’application étendue du modèle murin dans la recherche pulmonaire, un protocole détaillé est décrit ici pour préparer le PCLS de souris avec des voies respiratoires et des artères intrapulmonaires intactes pour la recherche pulmonaire ex vivo . À l’aide des LPC préparés, nous avons ensuite démontré comment évaluer les réponses artérielles et pulmonaires aux stimuli constrictifs ou relaxants. En outre, la méthode de chargement du PCLS avec un colorant rapporteur Ca2+ , puis l’imagerie de la signalisation Ca2+ des SMC associés à des réponses contractiles ou relaxantes sont également décrites.
Tous les soins aux animaux étaient conformes aux directives de l’Institutional Animal Care and Use Committee du Massachusetts General Hospital. Des souris mâles de type sauvage C57/B6, âgées de 8 semaines, ont été utilisées pour la présente étude.
1. Préparation expérimentale
2. Gonflage des poumons de souris avec une solution d’agarose et de gélatine
3. Sectionnement des lobes pulmonaires en fines tranches
4. Analyse des réponses contractiles des voies respiratoires et des artères intrapulmonaires
5. Analyse de la signalisation Ca2+ des SMC des voies respiratoires ou vasculaires
Préparation pcLS de souris préservant les voies respiratoires et les artères intrapulmonaires intactes
Un PCLS de 150 μm d’épaisseur a été observé au microscope à contraste de phase inversé. Dans les poumons de souris, les voies respiratoires conductrices sont accompagnées d’artères intrapulmonaires, allant du hile au poumon périphérique. Un faisceau sinusoïdal-artère pulmonaire représentatif dans un PCLS de souris est illustré à la figure 2B. Les v...
La préparation du PCLS implique plusieurs étapes critiques. Tout d’abord, il est essentiel de gonfler le lobe pulmonaire de manière homogène pour éviter la variation de la rigidité tissulaire due à une distribution inégale de l’agarose. Comme l’agarose liquide se gélifie rapidement dans de minces cathéters ou des voies respiratoires à une température inférieure à 37 ° C, le défaut de remplissage résultant dans le champ pulmonaire distal pourrait augmenter la disparité de la rigidité du tissu pulm...
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Ce travail est soutenu par des subventions des NIH, K08135443 (Y.B), 1R01HL132991 (X.A).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 mL syringe | BD | 309626 | |
15 mL sterile centrifuge tubes | Celltreat | 229411 | |
3 mL syringe | BD | 309585 | |
50 mL sterile centrifuge tubes | Celltreat | 229422 | |
Acetyl-beta-methacholine | Millipore Sigma | 62-51-1 | |
Antibiotic-anitmycotic | Thermo Fisher | 15240-062 | |
CCD-camera | Nikon | Nikon Ds-Ri2 camera | |
Cover glassess | Fisher Scientific | 12-548-5CP; 12-548-5PP | |
Cryogenic vials | Fisher Scientific | 430488 | |
Custom-built laser scanning confocal microscope | Details in Reference 18 | ||
DMEM/F12 | Fisher Scientific | MT-10-092-CM | |
Endothelin 1 | Millipore Sigma | E7764 | |
Fine dissecting scissor | Fisher Scientific | NC9702861 | |
Freezing container | Sigma-Aldrich | C1562 | |
Gelatin from porcine skin | Sigma-Aldrich | 9000-70-8 | |
Hanks' Balanced Salt Solution (HBSS) | Thermo Fisher | 14025092 | |
Hemostatic forcep | Fisher Scientific | 16-100-117 | |
HEPES | Thermo Fisher | 15630080 | |
High vaccum silicone grease | Fisher Scientific | 146355d | |
Isopropyl alcohol | Sigma-Aldrich | W292907-1KG-K | |
Metal washers | Home Depot Product Authority | 800442 | Everbilt Flat Washers #10 |
Micro-dissecting forcep | Sigma-Aldrich | F4142 | |
Needle scalp vein set (25 G) | EXELINT | 26708 | |
NOC-5 | Cayman Chemical | 16534 | |
Nylon mesh | Component Supply | U-CMN-300 | |
Oregon green 488 BAPTA-1 AM | Life Technologies | o-6807 | |
Phase-contrast microscope | Nikon | Nikon Eclipse TS 100 | |
Pluronic F-127 | Thermo Fisher | P-6867 | |
Razor blades | Personna | Personna Double Edge Razor Blades in White Wrapper 100 count | |
Sulfobromophthalein | Sigma-Aldrich | S0252 | |
Superglue | Krazy Glue | Krazy Glue, All purpose | |
Ultrapure low melting point agarose | Thermo Fisher | 16520050 | |
Vibratome | Precisionary | VF 310-0Z | |
Vibratome chilling block | Precisionary | SKU-VM-CB12.5-NC | |
Vibratome specimen tube | Precisionary | SKU VF-SPS-VM-12.5-NC | |
Y shaped IV catheter | BD | 383336 | BD Saf-T-Intima closed IV catheter |
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