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Method Article
Este protocolo descreve um método detalhado para a preparação e a coloração da imunofluorescência de montagem e análise plana de retina de camundongos. O uso de fluoresceína fundus angiography (FFA) para filhotes de camundongos e processamento de imagem também são descritos em detalhes.
A retinopatia induzida por oxigênio (OIR) é amplamente utilizada para estudar o crescimento anormal de vasos em doenças isquêmicas da retina, incluindo retinopatia da prematuridade (ROP), retinopatia diabética proliferativa (RDR) e oclusão da veia retinista (RVO). A maioria dos estudos de OIR observa a neovascularização da retina em pontos de tempo específicos; no entanto, o crescimento dinâmico de embarcações em camundongos vivos ao longo de um curso de tempo, essencial para a compreensão das doenças de vasos relacionadas ao OIR, tem sido subestudado. Aqui, descrevemos um protocolo passo-a-passo para a indução do modelo de mouse OIR, destacando as potenciais armadilhas, e fornecendo um método aprimorado para quantificar rapidamente áreas de vaso-obliteração (VO) e neovascularização (NV) usando coloração de imunofluorescência. Mais importante, monitoramos o recrescimento de embarcações em camundongos vivos de P15 a P25 realizando angiografia de fundus fluoresceína (FFA) no modelo de mouse OIR. A aplicação da FFA ao modelo de mouse OIR nos permite observar o processo de remodelação durante o recrescimento da embarcação.
A neovascularização da retina (RNV), que é definida como um estado onde novos vasos patológicos se originam das veias retinárias existentes, geralmente se estende ao longo da superfície interna da retina e cresce no espaço vítreo (ou subretral sob algumas condições)1. É uma característica marcante e comum de muitas retinopatias isquêmicas, incluindo retinopatia da prematuridade (ROP), oclusão da veia da retina (RVO) e retinopatia diabética proliferativa (PDR)2.
Inúmeras observações clínicas e experimentais indicaram que a isquemia é a principal causa da neovascularizaçãoda retina 3,4. No ROP, os recém-nascidos são expostos ao oxigênio de alto nível em incubadoras fechadas para aumentar as taxas de sobrevivência, o que também é um importante motor para a prisão do crescimento vascular. Após o tratamento, as retinas dos recém-nascidos experimentam um período relativamente hipóxico5. Outras situações são observadas na oclusão das veias de retina central ou ramificada no RVO e também é observado dano de capilares de retina que é causado por microangiopatia na PDR2. A hipóxia aumenta ainda mais a expressão de fatores angiogênicos, como o fator de crescimento endotelial vascular (VEGF) através do fator induzido por hipóxia-1α (HIF-1α) caminho de sinalização que, por sua vez, guia as células endoteliais vasculares para crescer na área hipóxica e formar novos vasos 6,7.
O ROP é uma espécie de retinopatia proliferativa vascular em bebês prematuros e uma das principais causas de cegueira infantil 8,9, caracterizada por hipóxia retiniana, neovascularização da retina e hiperplasia fibrosa 10,11,12. Na década de 1950, pesquisadores descobriram que a alta concentração de oxigênio pode melhorar significativamente os sintomas respiratórios de bebês prematuros13,14. Como resultado, a oxigenoterapia foi cada vez mais utilizada em bebês prematuros na época15. No entanto, concomitantemente com o uso generalizado de oxigenoterapia em bebês prematuros, a incidência de ROP aumentou ano a ano. Desde então, pesquisadores associaram oxigênio ao ROP, explorando vários modelos animais para entender a patogênese do ROP e RNV16.
No ser humano, a maioria do desenvolvimento da vasculatura da retina é concluída antes do nascimento, enquanto nos roedores a vasculatura da retina se desenvolve após o nascimento, fornecendo um sistema modelo acessível para estudar angiogênese na vasculatura da retina2. Com o progresso contínuo da pesquisa, os modelos de retinopatia induzida por oxigênio (OIR) tornaram-se grandes modelos para imitar a angiogênese patológica resultante da isquemia. Não há espécies animais específicas no estudo do modelo OIR e o modelo foi desenvolvido em várias espécies animais, incluindo gatinho17, rato18, rato19, filhote de beagle20 e zebrafish21. Todos os modelos compartilham o mesmo mecanismo pelo qual são expostos à hiperoxia durante o desenvolvimento precoce da retina e depois retornados ao ambiente normóxico. Smith et al. observaram que expor filhotes de camundongos à hiperoxia de P7 por 5 dias induziu uma forma extrema de regressão do vaso na retina central e trazê-los de volta ao ar da sala em P12 gradualmente desencadeou tufos neovasculares, que cresceram em direção ao corpo vítreo19. Este foi um modelo de mouse OIR padronizado também chamado de modelo Smith. Connor et al. otimizaram ainda mais o protocolo e forneceram um método universalmente aplicável para quantificar a área de VO (vaso-obliteração) e NV (neovascularização) em 2009, o que aumentou a aceitação e utilização do modelo22. O modelo de mouse OIR ainda é o modelo mais utilizado agora por causa de seu pequeno tamanho, reprodução rápida, fundo genético claro, boa repetibilidade e alta taxa de sucesso.
Em camundongos, a vascularização da retina começa após o nascimento com o crescimento dos vasos da cabeça do nervo óptico para a retina interna em direção à ora serrata. Durante o desenvolvimento normal da retina, os primeiros vasos da retina brotam da cabeça do nervo óptico ao redor do nascimento, formando uma rede em expansão (o plexo primário) que atinge a periferia em torno do dia pós-natal 7(P7)23. Em seguida, os vasos começam a crescer na retina para formar uma camada profunda, penetrar na retina, e estabelecer uma rede laminar em torno da camada nuclear interna (INL) como no humano24. Ao final da terceira semana pós-natal (P21), o desenvolvimento mais profundo do plexo está quase concluído. Para o modelo de camundongo OIR, a oclusão vascular sempre aparece na retina central devido à rápida degeneração de um grande número de redes vasculares imaturas na região central durante a exposição à hiperoxia. Assim, o crescimento da neovascularização patológica também ocorre na retina periférica média, que é o limite da área de não perfusão e da área vascular. No entanto, os vasos de retina humana quase se formaram antes do nascimento. Quanto aos prematuros, a retina periférica não é completamente vascularizada quando exposta à hiperoxia 25,26. Assim, a oclusão vascular e a neovascularização aparecem principalmente na retina periférica27,28. Apesar dessas diferenças, o modelo OIR do camundongo recapitula de perto os eventos patológicos que ocorrem durante a neovascularização induzida pela isquemia.
A indução do modelo OIR pode ser dividida em duas fases29: na fase 1 (fase da hiperoxia), o desenvolvimento vascular da retina é preso ou retardado com oclusão e regressão dos vasos sanguíneos como resultado do declínio do VEGF e da apoptose das células endoteliais 24,30; na fase 2 (fase da hipóxia), o suprimento de oxigênio da retina se tornará insuficiente sob as condições de ar29, essencial para o desenvolvimento neural e homeostase19,31. Esta situação isquêmica geralmente resulta em neovascularização anormal não regulamentada.
Atualmente, o método de modelagem comumente utilizado é alternar alta/baixa exposição ao oxigênio: Mães e seus filhotes são expostos a 75% de oxigênio por 5 dias em P7 seguido por 5 dias no ar do quarto até p17 demonstrar resultadoscomparáveis 22, que é o ponto final da indução do modelo de camundongo OIR. (Figura 1). Além de simular ROP, essa neovascularização patológica mediada por isquemia também pode ser usada para estudar outras doenças isquêmicas da retina. As principais medidas deste modelo incluem quantificar a área de VO e NV, que são analisadas a partir de montagens planas de retina por coloração de imunofluorescência ou perfusão FITC-dextran. Cada rato só pode ser estudado uma vez por causa da operação letal. Atualmente, existem poucos métodos para observar mudanças dinâmicas da vasculatura da retina continuamente durante o processo de regressão vascular e angiogênese patológica32. Neste artigo, fornecemos um protocolo detalhado da indução do modelo OIR, análise de montagens planas de retina, bem como um fluxo de trabalho de angiografia de fluoresceína fundus (FFA) em camundongos que seria útil para obter uma compreensão mais abrangente das mudanças dinâmicas vasculares durante duas fases do modelo de mouse OIR.
Todos os procedimentos envolvendo o uso de camundongos foram aprovados pelo comitê de ética experimental animal do Centro Oftalmológico de Zhongshan, Sun Yat-sen University, China (número autorizado: 2020-082), e de acordo com as diretrizes aprovadas do Comitê de Cuidados e Uso de Animais do Centro Oftalmológico de Zhongshan e da Declaração da Associação de Pesquisa em Visão e Oftalmologia (ARVO) para o Uso de Animais em Pesquisa Oftalmológica e Visão.
1. Indução do modelo OIR do mouse
2. Preparação de montagens inteiras de retina e coloração de imunofluorescência
3. Análise e quantificação de montagens planas de retina
NOTA: Para o modelo de camundongo OIR, os pesquisadores frequentemente registram a área de oclusão vascular da retina central e neovascularização patológica da retina periférica durante P12-P25. Estudos anteriores mostraram que a área avascular central da retina atinge o máximo em P12 e gradualmente encolhe de P13 para P17; ao mesmo tempo, a retina dos camundongos OIR atinge o pico da área de neovascularização em torno de P1722,29. A partir de P17, os neovessels gradualmente regredim e os vasos funcionais recrescem na área avascular. A vasculatura da retina basicamente volta ao normal em P2533.
4. Imagem in vivo com angiografia de fluoresceína fundus (FFA)
NOTA: Para camundongos OIR, tanto a perfusão FITC quanto a coloração de imunofluorescência só podem ser usadas por uma vez devido à morte de animais experimentais. Em comparação com isso, uma das vantagens da FFA é a observação das mudanças dinâmicas dos vasos de retina do camundongo durante o desenvolvimento e estado patológico in vivo35,36.
5. Processamento de imagem da angiografia de fundus fluoresceína (FFA)
6. Análise estatística
No modelo de mouse OIR, o resultado mais importante e básico é a quantificação da área de VO e NV. Depois de viver no ambiente de hiperoxia por 5 dias a partir de P7, a retina central dos filhotes apresentou a maior área de não perfusão. Sob a estimulação da hipóxia em mais 5 dias, a neovascularização da retina foi gradualmente produzida, que fluoresced mais intensamente do que vasos normais circundantes. Após P17, o sinal de fluorescência da neovascularização patológica regrediu rapidamente como a remo...
A suscetibilidade dos camundongos ao OIR é afetada por muitos fatores. Os filhotes de diferentes origens genéticas e cepas não podem ser comparados. Em camundongos albinos BALB/c, os vasos recrescem rapidamente na área de VO com tufos neovasculares reduzidos significativos38, que trazem algumas dificuldades para a pesquisa. Em camundongos C57BL/6, há aumento do dano do fotoreceptor quando comparado com a cepa de rato BALB/cJ39,40. O m...
Os autores não têm nada a revelar.
Agradecemos a todos os membros do nosso laboratório e laboratório de animais oftalmológicos do Centro Oftalmológico Zhongshan por sua assistência técnica. Agradecemos também ao Prof. Chunqiao Liu pelo apoio experimental. Este trabalho foi apoiado por subsídios da Fundação Nacional de Ciência Natural da China (NSFC: 81670872; Pequim, China), a Fundação de Ciência Natural da Província de Guangdong, China (Grant No.2019A1515011347), e projeto de construção hospitalar de alto nível do Laboratório Estadual de Oftalmologia do Centro Oftalmológico Zhongshan (Grant No. 303020103; Guangzhou, Província de Guangdong, China).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 mL sterile syringe | Solarbio | YA0550 | For preparation of retinal flat mounts and intraperitoneal injection |
1× Phosphate buffered saline (PBS) | Transgen Biotech | FG701-01 | For preparation of retinal flat mounts |
2 ml Microcentrifuge Tube | Corning | MCT-200-C | For preparation of retinal flat mounts |
48 Well Clear TC-Treated Multiple Well Plates | Corning | 3548 | For preparation of retinal flat mounts |
Adhesive microscope slides | Various | For preparation of retinal flat mounts | |
Adobe Photoshop CC 2019 | Adobe Inc. | For image analysis | |
Carbon dioxide gas | Various | For sacrifice | |
Cover slide | Various | For preparation of retinal flat mounts | |
Curved forceps | World Precision Instruments | 14127 | For preparation of retinal flat mounts |
DAPI staining solution | Abcam | ab228549 | For labeling nucleus on retinal flat mounts |
Dissecting microscope | Olmpus | SZ61 | For preparation of retinal flat mounts |
Fluorescein sodium | Sigma-Aldrich | F6377 | For in vivo imaging |
Fluorescent Microscope | Zeiss | AxioImager.Z2 | For acquisition of fluorescence images of retinal flat mounts |
Fluoromount-G Mounting media | SouthernBiotech | 0100-01 | For preparation of retinal flat mounts |
Hydroxypropyl Methylcellulose | Maya | 89161 | For in vivo imaging |
Isolectin B4 594 antibody | Invitrogen | I21413 | For labeling retinal vasculature on retinal flat mounts |
Mice C57/BL6J | GemPharmatech of Jiangsu Province | For OIR model induction | |
Micro dissecting scissors-straight blade | World Precision Instruments | 503242 | For preparation of retinal flat mounts |
No.4 straight forceps | World Precision Instruments | 501978-6 | For preparation of retinal flat mounts |
Normal donkey serum | Abcam | ab7475 | For preparation of retinal flat mounts |
O2 sensor | Various | For monitoring the level of O2 | |
OxyCycler | Biospherix | A84XOV | For OIR model induction |
Paraformaldehyde (PFA) | Sigma | P6148-1KG | For tissue fixation |
Pentobarbital sodium | Various | For anesthesia | |
Soda lime | Various | For absorbing excess CO2 in the oxygen chamber | |
SPECTRALIS HRA+OCT | Heidelberg | HC00500002 | For in vivo imaging |
SPSS Statistics 22.0 | IBM | For statistical analysis | |
Tansference decloring shaker | Kylin-Bell | ZD-2008 | For preparation of retinal flat mounts |
Tissue culture dish (Low attachment) | Corning | 3261-20EA | For preparation of retinal flat mounts |
Transfer pipettes | Various | For preparation of retinal flat mounts | |
Triton X-100 | Sigma-Aldrich | SLBW6818 | For preparation of retinal flat mounts |
Tropicamide | Various | For in vivo imaging | |
ZEN Imaging Software | ZEISS | For image acquisition and export |
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