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Method Article
* Estes autores contribuíram igualmente
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.
A incidência de doença inflamatória intestinal, ou seja, doença de Crohn e colite ulcerosa, aumentou significativamente ao longo da última década. A etiologia de IBD permanece desconhecida e estratégias terapêuticos actuais baseiam-se na supressão não específica do sistema imunitário. O desenvolvimento de tratamentos que visam especificamente a inflamação intestinal e a cicatrização de feridas epiteliais poderia melhorar significativamente a gestão da DII, no entanto, isto exige uma detecção precisa das alterações inflamatórias. Actualmente, os potenciais candidatos a fármacos são geralmente avaliada utilizando modelos animais in vivo ou com técnicas baseadas cultura de células in vitro. O exame histológico geralmente requer as células ou tecidos de interesse a serem manchadas, que podem alterar as características da amostra e, além disso, a interpretação dos resultados podem variar de acordo com especialização investigador. microscopia holográfica digital (DHM), com base na detecção de atraso comprimento do percurso óptico, permitemancha-livre imagem de contraste de fase quantitativa. Isso permite que os resultados sejam directamente correlacionada com parâmetros biofísicos absolutos. Demonstramos como a medição das mudanças na densidade do tecido com DHM, com base na medição do índice de refração, pode quantificar alterações inflamatórias, sem coloração, em diferentes camadas de amostras de tecido do cólon de ratos e seres humanos com colite. Além disso, demonstramos monitoramento livre-label multimodal contínuo de cicatrização de feridas epiteliais in vitro, possível usando DHM através da determinação automatizado simples da área ferida e determinação simultânea de parâmetros morfológicos, tais como a massa seca e espessura da camada de células que migram. Em conclusão, DHM representa um valioso, novos e ferramenta quantitativa para a avaliação da inflamação intestinal com valores absolutos de parâmetros possíveis, quantificação simplificado de cicatrização de feridas epiteliais, in vitro e, por conseguinte, tem um elevado potencial para o retorno de diagnóstico translacionalSE.
Doença inflamatória do intestino (IBD), isto é, a colite ulcerosa (UC) e doença de Crohn (CD) são desordens inflamatórias idiopáticas do tracto gastrointestinal 1. A investigação sobre a fisiopatologia subjacente de IBD ea avaliação de potenciais novos medicamentos ou novas abordagens de diagnóstico é particularmente importante. Tanto na pesquisa básica e o manejo clínico de pacientes com DII, a mucosa intestinal tornou-se um foco de atenção 2,3. A mucosa representa um contorno anatómico, em que a interacção entre as bactérias comensais, células epiteliais e os vários componentes celulares do sistema imune do intestino intestino orquestrar homeostase 4,5. No entanto, em pacientes com DII, inflamação intestinal descontrolada e persistente conduz a danos da mucosa, detectável como ulcerações ou estenose, o que pode finalmente culminam na degradação da função de barreira epitelial, que se agrava a inflamação local 6.
epitelial cicatrização de feridas é, portanto, crucial para a regeneração epitelial seguinte inflamação, mas também é um requisito fundamental para a cura de úlceras gastrointestinais ou deiscência de anastomose após a cirurgia gastrointestinal 7. Epitelial a cicatrização de feridas pode ser simulada in vitro Os ensaios de cura de feridas e em modelos de murídeo de inflamação intestinal 8,9. Tanto in vitro como in vivo abordagens apresentam desvantagens, o que limita a precisão da avaliação experimental. Os ensaios in vitro, como ensaios clássicos de raspar, requerem procedimentos de coloração prolongadas ou transfecção com cromóforos fluorescentes. Eles são, muitas vezes limitada pela sua monitorização descontínua da proliferação e migração celular, que não pode ser automatizado 10. Modelos in vivo, tais como o sulfato de dextrano de sio (DSS) de colite induzida, carecem frequentemente robustos read-outs, em parte devido à variação significativa observada em marcadores laboratoriais, marei tais marcadores inadequados para avaliar a gravidade da colite 11,12. A análise histológica da mucosa inflamada ainda está a abordagem mais válida para determinar a gravidade da colite, mas isso, como ensaios in vitro de cicatrização de feridas epiteliais, requer coloração e depende de perícia do investigador 13.Microscopia holográfica recentemente digitais (DHM), uma variante de microscopia de fase quantitativa 14, foi identificada como uma ferramenta útil para a avaliação da cicatrização do epitélio da ferida in vitro e in vivo 15. DHM permite a avaliação da densidade do tecido através da medição de atraso comprimento do trajecto óptico (OPD) , cujo diagnóstico perspectivas romance câncer de 16-18 e quantificação de inflamação relacionada alterações teciduais 19. Além disso, DHM permite o monitoramento da dinâmica da morfologia celular por determinar a espessura das células, células coberta área de superfície e intracelular (proteína) a quantidade de conteúdo 15,20. Em ensaios in vitro, DHM também permite a análise de processos fisiológicos, por exemplo, permeabilidade à água celular por avaliar alterações no volume celular e espessura 21,22. Além disso, as medições DHM pode ser automatizado que evita viés de amostra associada ao investigador.
Aqui, demonstramos a utilização de DHM em um modelo murino de inflamação intestinal, e também se aplicam DHM para análise de amostras de tecidos humanos para monitorização quantitativa de cicatrização de feridas como um ensaio in vitro isento de etiqueta. Em primeiro lugar, avaliar as alterações inflamatórias de diferentes parede camadas do cólon em camundongos col�icos e cortes de tecidos de seres humanos com IBD. Depois de descrever o procedimento de imagiologia quantitativa fase DHM, que fornecem instruções detalhadas para a utilização dos componentes de microscópio, a preparação de secções de tecido e também descrevem a avaliação das imagens de fase quantitativa adquiridos.
Em seguida, mostramos que DHM pode ser utilizado para a monitoração contínua de multimodal epitelial cicatrização de feridas in vitro, e descrever a análise das características celulares como a espessura da camada de células, massa seca e volume celular dar dicas sobre as alterações induzidas por drogas e celulares fisiológico.
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Todos os experimentos com animais foram aprovados pelo comité regional de ética (o Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz, LANUV, Alemanha) de acordo com a Lei de Protecção dos Animais alemã. O comitê de ética local da Universidade de Münster aprovou o uso de tecidos humanos para análise histológica e microscópio.
1. Os animais e Materiais
2. Configuração experimental para DSS-colite e In-vitro Wound Healing 'Ensaios
3. Equipamento Técnico, Software e Procedimentos de Aquisição e Avaliação de hologramas digitais
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Configuração típica para DHM Imaging for Digital Holographic Microscopy (DHM)
Para realizar imagem de campo brilhante e as imagens de contraste de fase quantitativa DHM, aplicou-se um microscópio invertido, como representado na Figura 1 B. O sistema foi modificado por fixação de um módulo de DHM, conforme descrito anteriormente 25. Hologramas...
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Nós demonstramos que DHM fornece uma avaliação precisa dos danos histológico em modelos de colite murina e amostras de tecido do cólon humanos ex vivo. Além disso, temos mostrado DHM pode monitorar continuamente a cicatrização de feridas epiteliais e proporcionar simultaneamente informação multimodal sobre alterações celulares. Em DHM, a reconstrução de hologramas captadas digitalmente é realizada numericamente 32. Portanto, em comparação com a microscopia de campo claro, contraste d...
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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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