Name: three-dimensional imaging of nociceptive intraepidermal nerve fibers in human skin biopsies
Uploaded: 2013-04-29T13:00:00
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Diese Arbeit wurde vom National Institutes of Health unterstützt Grants K08 NS061039-01A2, das Programm für Neurologie Research &amp; Discovery, and The A. Alfred Taubman Medical Research Institute an der University of Michigan. Diese Arbeit verwendet die Morphologie und Bildanalyse Kern der Michigan Diabetes Research and Training Center, National Institutes of Health Grants 5P90 DK-20572 aus dem National Institute of Diabetes and Digestive und Nierenkrankheiten finanziert. Die Autoren bedanken sich bei Robinson Singleton und Gordon Smith (University of Utah) für die großzügige Spende von menschlichen Hautproben, die anfängliche Entwicklung des nozizeptiven Biomarker Immunhistochemie Technik unterstützt danken.

Teil A: Immunhistochemie Herstellung von 96-Well-Platte und Prävention von Hintergrundfärbung Durchschlag Hautproben von menschlichen Probanden gesammelt und inkubiert für 12-24 Stunden in Fixierlösung (2% Paraformaldehyd mit 0,75 M L-Lysin-Lösung (pH 7,4) und 0,05 mM Natriumperiodat) bei 4 ° C wie zuvor 8 beschrieben. Die Proben werden dann in Phosphat kryogeschützt Kochsalzlösung (PBS) mit 20% Glycerin bei 4 ° C für bis zu 1 Woche, eingebettet in Eindeckmitteln optimale S...

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	<li>Lauria, G., Holland, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epidermal+innervation:+changes+with+aging,+topographic+location,+and+in+sensory+neuropathy.">Epidermal innervation: changes with aging, topographic location, and in sensory neuropathy.</a> J. Neurol. Sci. 164 (2), 172-178 (1999).</li><li>Sullivan, K. A., Hayes, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mouse+models+of+diabetic+neuropathy.">Mouse models of diabetic neuropathy.</a> Neurobiol. Dis. 28 (3), 276-285 (2007).</li><li>McArthur, J. C., Stocks, E. A., Hauer, P., Cornblath, D. R., Griffin, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epidermal+nerve+fiber+density:+normative+reference+range+and+diagnostic+efficiency.">Epidermal nerve fiber density: normative reference range and diagnostic efficiency.</a> Arch. Neurol. 55 (12), 1513-1520 (1998).</li><li>Griffin, J. W., McArthur, J. C., Polydefkis, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+cutaneous+innervation+by+skin+biopsies.">Assessment of cutaneous innervation by skin biopsies.</a> Curr. Opin. Neurol. 14 (5), 655-659 (2001).</li><li>Cheng, H. T., Dauch, J. R., Hayes, J. M., Yanik, B. M., Feldman, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nerve+growth+factor/p38+signaling+increases+intraepidermal+nerve+fiber+densities+in+painful+neuropathy+of+type+2+diabetes.">Nerve growth factor/p38 signaling increases intraepidermal nerve fiber densities in painful neuropathy of type 2 diabetes.</a> Neurobiol. Dis. 45 (1), 280-287 (2012).</li><li>Lauria, G., Lombardi, R., Camozzi, F., Devigili, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skin+biopsy+for+the+diagnosis+of+peripheral+neuropathy.">Skin biopsy for the diagnosis of peripheral neuropathy.</a> Histopathology. 54 (3), 273-285 (2009).</li><li>Vlckova-Moravcova, E., Bednarik, J., Dusek, L., Toyka, K. V., Sommer, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diagnostic+validity+of+epidermal+nerve+fiber+densities+in+painful+sensory+neuropathies.">Diagnostic validity of epidermal nerve fiber densities in painful sensory neuropathies.</a> Muscle Nerve. 37 (1), 50-60 (2008).</li><li>Casanova-Molla, J., Morales, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Axonal+fluorescence+quantitation+provides+a+new+approach+to+assess+cutaneous+innervation.">Axonal fluorescence quantitation provides a new approach to assess cutaneous innervation.</a> J. Neurosci. Methods. 200 (2), 190-198 (2011).</li><li>Wang, L., Hilliges, M., Jernberg, T., Wiegleb-Edstrom, D., Johansson, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+gene+product+9.5-immunoreactive+nerve+fibres+and+cells+in+human+skin.">Protein gene product 9.5-immunoreactive nerve fibres and cells in human skin.</a> Cell Tissue Res. 261 (1), 25-33 (1990).</li><li>Lauria, G., Morbin, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Expression+of+capsaicin+receptor+immunoreactivity+in+human+peripheral+nervous+system+and+in+painful+neuropathies.">Expression of capsaicin receptor immunoreactivity in human peripheral nervous system and in painful neuropathies.</a> J. Peripher. Nerv. Syst. 11 (3), 262-271 (2006).</li><li>Penna, G., Fibbi, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+benign+prostatic+hyperplasia+stromal+cells+as+inducers+and+targets+of+chronic+immuno-mediated+inflammation.">Human benign prostatic hyperplasia stromal cells as inducers and targets of chronic immuno-mediated inflammation.</a> J. Immunol. 182 (7), 4056-4064 (2009).</li><li>Lentz, S. I., Edwards, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+DNA+(mtDNA)+Biogenesis:+Visualization+and+Duel+Incorporation+of+BrdU+and+EdU+Into+Newly+Synthesized+mtDNA+In+Vitro.">Mitochondrial DNA (mtDNA) Biogenesis: Visualization and Duel Incorporation of BrdU and EdU Into Newly Synthesized mtDNA In Vitro.</a> J. Histochem. Cytochem. 58 (2), 207-218 (2010).</li><li>Polydefkis, M., Hauer, P., Griffin, J. W., McArthur, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skin+biopsy+as+a+tool+to+assess+distal+small+fiber+innervation+in+diabetic+neuropathy.">Skin biopsy as a tool to assess distal small fiber innervation in diabetic neuropathy.</a> Diabetes Technol. Ther. 3 (1), 23-28 (2001).</li><li>Lauria, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small+fibre+neuropathies.">Small fibre neuropathies.</a> Curr. Opin. Neurol. 18 (5), 591-597 (2005).</li><li>Sorensen, L., Molyneaux, L., Yue, D. 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P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epidermal+nerve+fiber+density,+axonal+swellings+and+QST+as+predictors+of+HIV+distal+sensory+neuropathy.">Epidermal nerve fiber density, axonal swellings and QST as predictors of HIV distal sensory neuropathy.</a> Muscle Nerve. 29 (3), 420-427 (2004).</li><li>Navarro, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chapter+27:+Neural+plasticity+after+nerve+injury+and+regeneration.">Chapter 27: Neural plasticity after nerve injury and regeneration.</a> Int. Rev. Neurobiol. 87, 483-505 (2009).</li></ol>

Messung der IENFD wurde weithin verwendet, um den Grad von peripheren Neuropathien 13,14 bestimmen. Derzeit ist die am häufigsten verwendete Protokoll misst nur die Dichten von Nervenfasern, die die Basalmembran der Epidermis eindringen, es nicht zu berücksichtigen axonale Verzweigung und / oder morphologische Veränderungen der Nerven. Darüber hinaus hat IENFD aktuellen Analyse nicht gezeigt worden, um mit dem Vorhandensein von Schmerzen in PN 15 IENFD korrelieren. ...

Derzeit ist es üblich, für Ärzte, intraepidermalen Nervenfaser Dichten (IENFD) von der Haut Stanzbiopsien, die verwendet werden, um kleine Faser Neuropathie 3, 6-8 diagnostizieren kann quantifizieren. Biopsien aus dem distalen Schenkel (DL), 10 cm über den Malleolus lateralis und den proximalen Schenkel (PT), 20 cm unterhalb der Spina iliaca anterior 9. Alle IENF sind beschriftet mit Protein-Genprodukt 9.5 (PGP), ein pan-neuronalen Marker 10-12. Derzeit ist es üblich, kleine Faser mit Neuropathien diagnostizieren IENFD bestimmt durch Färbung mit PGP Hellfeldmikroskopie 6. Darüber hinaus haben mehrere Arbeitsgruppen Immunfluoreszenz Protokolle für PGP Immunhistochemie 7-9 verwendet. Kleine Faser Neuropathie ist häufig mit neuropathischen Schmerzen verbunden. Zur weiteren Verständnis der Rolle von IENF wichtig für Schmerzen Verarbeitung, entwickelten wir eine Technik, um Co-Label insgesamt IENF mit Fasern, die Schmerzen zu erzeugen. Nozizeptorentive IENF, speziell A &amp;dgr; und C-Fasern, durch die Co-Kennzeichnung IENF mit PGP und des nozizeptiven Marker, Tropomyosin-Rezeptor-Kinase A (Trk A) 5 untersucht werden. Trk A ist der Rezeptor mit hoher Affinität für NGF, die für die Entwicklung der Nozizeption ist. Die Trk A-positive nozizeptiven Nervenfasern sind peptiderge Fasern, express Substanz P (SP) und Calcitonin Gene Related Peptide (CGRP). Zuvor angewendet Lauria und Kollegen der doppelten Kennzeichnung Technik PN, Co-Kennzeichnung PGP-positive IENF mit einer nozizeptiven Markierung 10 zu studieren. In unserer früheren Studie haben wir gezeigt, dass Trk A-positive IENF, aber nicht Trk A-negative IENF, in einem Tiermodell der schmerzhaften diabetischen Neuropathie 5 wurden hochreguliert. Diese Co-Kennzeichnung Technik bietet die Möglichkeit, die Quantifizierung von nozizeptiven IENFD vergleichen, um IENFD und die Fähigkeit zur morphologischen Veränderungen mit PN zugeordnet studieren insgesamt. Die Fähigkeit, nozizeptiven IENF und Unternehmen visualisierenre Quantifizierung der gesamten IENFD zu nozizeptiven IENFD könnte Ziel Beweis für das Vorhandensein von Schmerz und möglicherweise Einblick in die Schwere der Schmerzen mit PN assoziiert ist. Diese Technik ist auch auf die Haut von Tiermodellen. Im Vergleich zu früheren Studien, beschreibt das aktuelle Protokoll Methoden zur 3D-Bildanalyse, die Schaffung der Möglichkeit, Fehler, die in 2D Bildanalyse auftreten könnten, zu vermeiden.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of the reagent</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalogue number</td>
			<td>Comments (optional)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10X PBS</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP399-4</td>
			<td>To make up 1X PBS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Image-IT FX Signal</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>I36933</td>
			<td>Image-IT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Protein Gene Product 9.5 (Polyclonal rabbit)</td>
			<td>AbD Serotec</td>
			<td>7863-0504</td>
			<td>PGP</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tropomyosin Related-Kinase A (Polyclonal goat)</td>
			<td>R&amp;D Systems</td>
			<td>AF1056</td>
			<td>Trk A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 488 donkey &alpha;-rabbit</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A21206</td>
			<td>AF488 donkey &alpha;-goat</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 647 donkey &alpha;-goat</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A21447</td>
			<td>AF647 donkey &alpha;-goat</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Albumin, from Bovine Serum</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A7906-100</td>
			<td>BSA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X- 100</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T9284</td>
			<td>TX-100</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Non-calibrated Loop</td>
			<td>LeLoop</td>
			<td>MP 199025</td>
			<td>inoculating Loop</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96-well assay plate</td>
			<td>Corning Incorporated</td>
			<td>3603</td>
			<td>Well plate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prolong Gold antifade reagent with DAPI</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>P36931</td>
			<td>DAPI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope Cover Glass 22x22 mm</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>12-541-B</td>
			<td>Coverslips</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Superfrost Plus Microscope Slides</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>12-550-15</td>
			<td>Microscope Slides</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Olympus Fluoview Laser Scanning Confocal Microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>FV500</td>
			<td>Confocal Microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optimum Cutting Temperature</td>
			<td>Sakura</td>
			<td>4583</td>
			<td>OCT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Leica cryostat</td>
			<td>Leica</td>
			<td>CM1850</td>
			<td>Cryostat</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

three-dimensional imaging of nociceptive intraepidermal nerve fibers in human skin biopsies

Ein Schlag Biopsie der Haut wird üblicherweise zur intraepidermal Nervenfaser Dichten (IENFD) für die Diagnose der periphere Polyneuropathie 1,2 quantifizieren. Derzeit ist es üblich, 3 mm Hautproben von dem distalen Schenkel (DL) und dem proximalen Schenkel (PT) für die Bewertung der längenabhängigen Polyneuropathien 3 sammeln. Aufgrund der multidirektionalen Art IENFs, ist es schwierig zu prüfen überlappenden Nervenstrukturen durch die Analyse von zweidimensionalen (2D-) Bildgebung. Alternativ könnte dreidimensionale (3D)-Bildgebung eine bessere Lösung für dieses Dilemma. Im vorliegenden Bericht stellen wir Methoden für die Anwendung 3D-Bildgebung zu schmerzhaften Neuropathie (PN) zu studieren. Um IENFs zu identifizieren, werden Hautproben für Immunfluoreszenz-Analyse von Protein-Genprodukt 9.5 (PGP), ein pan-neuronalen Marker verarbeitet. Derzeit ist es üblich, kleine Faser Neuropathie mit IENFD abschrecken diagnostizierenabgebaut durch PGP Immunhistochemie mit Hellfeldmikroskopie 4. In der aktuellen Studie, angewendet wir doppelte Immunfluoreszenz Analyse insgesamt IENFD identifizieren, die mit PGP und nozizeptiven IENF, durch den Einsatz von Antikörpern, die Tropomyosin-Rezeptor-Kinase erkennen A (Trk A), die hohe Affinität Rezeptor für nerve growth factor 5. Die Vorteile der Co-Färbung IENF mit PGP und Trk A-Antikörper profitiert die Studie von PN deutlich Färbung PGP-positive, nozizeptiven Fasern. Diese fluoreszierenden Signale quantifiziert nozizeptiven IENFD und morphologische Veränderungen von IENF mit PN assoziiert zu bestimmen. Die Fluoreszenzbilder werden durch konfokale Mikroskopie erfasst und verarbeitet, für die 3D-Analyse. 3D-Bildgebung liefert Dreh-Fähigkeiten weiter zu analysieren morphologische Veränderungen mit PN verbunden. Zusammengenommen fluoreszierenden Co-Färbung, konfokale Bildgebung und 3D-Analyse eindeutig profitieren die Studie von PN.

Dabei haben wir das aktuelle Protokoll, um die Morphologie der IENF in PT und DL Hautbiopsien von Patienten mit PN studieren. Die Haut, aus drei Themen, wurde an der Universität von Utah gesammelt, um die Pathomorphologie mit PN zugeordnet demonstrieren. Die Themen umfassen: Fall 1: ein 51-jähriger Mann mit einer Geschichte von PN von Diabetes Typ 2 (Dauer: 14 Monate; Schmerz-Score: 51); Fall 2: ein 56-jähriger Mann mit einer Geschichte von PN von Diabetes Typ 2 (Dauer: 108 Monate; Schmerz-Score: 47) und Fall 3: ein ...

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Three-dimensional Imaging of Nociceptive Intraepidermal Nerve Fibers in Human Skin Biopsies

Um die Änderungen des nozizeptiven intraepidermal Nervenfasern (IENFs) in schmerzhafte Neuropathie (PN) zu untersuchen, haben wir Protokolle, die direkt untersuchen könnte dreidimensionalen morphologischen Veränderungen in nozizeptiven IENFs beobachtet. Dreidimensionale Analyse IENFs hat das Potenzial, um die morphologischen Veränderungen in IENF PN bewerten.

Dreidimensionale Bildgebung Nozizeptive Intraepidermale Nervenfasern im menschlichen Hautproben

A punch biopsy of the skin is commonly used to quantify intraepidermal nerve fiber densities (IENFD) for the diagnosis of peripheral polyneuropathy 1,2. ...

Research

JoVE Journal

Medicine

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Menschliche neuroendokrinen Tumor-Zelllinien als dreidimensionales Modell für das Studium der menschlichen neuroendokrinen Tumor-Therapie

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Medizin

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Three-Dimensional (3D) Tumor Spheroid Invasion Assay

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A three-dimensional culture method is described in which primary pituitary adenoma cells are grown in alginate beads. Alginate is a polymer derived from ...

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Light-sheet fluorescence microscopy (LSFM), in combination with chemical clearing protocols, has become the gold standard for analyzing fluorescently ...

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The concept of objective nociceptive assessment and optimal pain management have gained increasing attention. Despite the known negative short- and ...

Three-Dimensional Printing of a Complex Aortic Anomaly

Drei-dimensionale Druck einer komplexen Aorten Anomalie

Complex congenital aortic anomalies include diverse types of malformations that may be clinically asymptomatic or present with respiratory or esophageal ...

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Verfeinerte CLARITY-basierte Gewebereinigung für die dreidimensionale Fibroblastenorganisation in gesunden und verletzten Mäuseherzen

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Hochauflösende dreidimensionale Abbildung der Fußpolstervaskulatur in einem murinen Hinterbein-Gangränmodell

Peripheral arterial disease (PAD) is a significant cause of morbidity resulting from chronic exposure to atherosclerotic risk factors. Patients suffering ...

Guided Endodontics: Three-Dimensional Planning and Template-Aided Preparation of Endodontic Access Cavities

Geführte Endodontie: Dreidimensionale Planung und schablonengestützte Vorbereitung endodontischer Zugangskavitäten

Pulp canal obliterations (PCO) are often a consequence of dental trauma, such as luxation injuries. Even though dentin apposition is a sign of vital pulp, ...