Name: in vivo imaging method to distinguish acute and chronic inflammation
Uploaded: 2013-08-16T12:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about In vivo Imaging Method to Distinguish Acute and Chronic Inflammation at JoVE.com

Ce travail a été soutenu par la Fondation Nancy Lurie marques. Nous remercions le Dr Nancy E. Kohl pour la lecture critique du manuscrit. Nous remercions Kin K. Wong pour son aide dans la préparation de ce reportage vidéo.

Note: Toutes les études chez l&#39;animal ont été réalisées selon des protocoles approuvés institutionnels et des lignes directrices de soins aux animaux. 1. Réactifs et solutions <ol><li> Solution PMA pour sc inoculation: Préparer une solution stock de phorbol 12-myristate 13-acétate (PMA) à 5 mg / ml dans le DMSO. Conservez la solution stock à -20 ° C. Avant inoculation, décongeler la solution de stock et diluer à 1 mg / ml de PMA dans PBS. </li><li> LPS so...

<ol>
	<li>Premack, B. A., Schall, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemokine+receptors:+gateways+to+inflammation+and+infection.">Chemokine receptors: gateways to inflammation and infection.</a> Nat. Med. 2, 1174-1178 (1996).</li><li>Singer, A. J., Clark, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cutaneous+wound+healing.">Cutaneous wound healing.</a> N. Engl. J. Med. 341, 738-746 (1999).</li><li>Wellen, K. E., Hotamisligil, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inflammation,+stress,+and+diabetes.">Inflammation, stress, and diabetes.</a> J. Clin. Invest. 115, 1111-1119 (2005).</li><li>Weitzman, S. A., Gordon, L. 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Med. 336, 973-979 (1997).</li><li>Wyss-Coray, T., Mucke, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inflammation+in+neurodegenerative+disease--a+double-edged+sword.">Inflammation in neurodegenerative disease--a double-edged sword.</a> Neuron. 35, 419-432 (2002).</li><li>Hamilton, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Colony-stimulating+factors+in+inflammation+and+autoimmunity.">Colony-stimulating factors in inflammation and autoimmunity.</a> Nat. Rev. Immunol. 8, 533-544 (2008).</li><li>Harlan, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Leukocyte-endothelial+interactions.">Leukocyte-endothelial interactions.</a> Blood. 65, 513-525 (1985).</li><li>Bedard, K., Krause, K. 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J., 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=Inside+the+neutrophil+phagosome:+oxidants,+myeloperoxidase,+and+bacterial+killing.">Inside the neutrophil phagosome: oxidants, myeloperoxidase, and bacterial killing.</a> Blood. 92, 3007-3017 (1998).</li><li>Serhan, C. N., Savill, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resolution+of+inflammation:+the+beginning+programs+the+end.">Resolution of inflammation: the beginning programs the end.</a> Nat. Immunol. 6, 1191-1197 (2005).</li><li>Jiang, F., Zhang, Y., 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=NADPH+oxidase-mediated+redox+signaling:+roles+in+cellular+stress+response,+stress+tolerance,+and+tissue+repair.">NADPH oxidase-mediated redox signaling: roles in cellular stress response, stress tolerance, and tissue repair.</a> Pharmacol. Rev. 63, 218-242 (2011).</li><li>Calafat, J., Kuijpers, T. W., 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=Evidence+for+small+intracellular+vesicles+in+human+blood+phagocytes+containing+cytochrome+b558+and+the+adhesion+molecule+CD11b/CD18.">Evidence for small intracellular vesicles in human blood phagocytes containing cytochrome b558 and the adhesion molecule CD11b/CD18.</a> Blood. 81, 3122-3129 (1993).</li><li>Johansson, A., Jesaitis, A. J., 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=Different+subcellular+localization+of+cytochrome+b+and+the+dormant+NADPH-oxidase+in+neutrophils+and+macrophages:+effect+on+the+production+of+reactive+oxygen+species+during+phagocytosis.">Different subcellular localization of cytochrome b and the dormant NADPH-oxidase in neutrophils and macrophages: effect on the production of reactive oxygen species during phagocytosis.</a> Cell. Immunol. 161, 61-71 (1995).</li><li>Kumar, A. P., Piedrafita, F. J., 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=Peroxisome+proliferator-activated+receptor+gamma+ligands+regulate+myeloperoxidase+expression+in+macrophages+by+an+estrogen-dependent+mechanism+involving+the+-463GA+promoter+polymorphism.">Peroxisome proliferator-activated receptor gamma ligands regulate myeloperoxidase expression in macrophages by an estrogen-dependent mechanism involving the -463GA promoter polymorphism.</a> J. Biol. Chem. 279, 8300-8315 (2004).</li><li>Tseng, J. C., Kung, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+imaging+of+inflammatory+phagocytes.">In vivo imaging of inflammatory phagocytes.</a> Chem Biol. 19, 1199-1209 (2012).</li><li>Gross, S., Gammon, S. T., 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=Bioluminescence+imaging+of+myeloperoxidase+activity+in+vivo.">Bioluminescence imaging of myeloperoxidase activity in vivo.</a> Nat. Med. 15, 455-461 (2009).</li><li>Kielland, A., Blom, T., 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=In+vivo+imaging+of+reactive+oxygen+and+nitrogen+species+in+inflammation+using+the+luminescent+probe+L-012.">In vivo imaging of reactive oxygen and nitrogen species in inflammation using the luminescent probe L-012.</a> Free Radic. Biol. Med. 47, 760-766 (2009).</li><li>Zhou, J., Tsai, Y. T., 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=Noninvasive+assessment+of+localized+inflammatory+responses.">Noninvasive assessment of localized inflammatory responses.</a> Free Radic. Biol. Med. 52, 218-226 (2012).</li><li>Karlsson, A., Nixon, J. 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=Phorbol+myristate+acetate+induces+neutrophil+NADPH-oxidase+activity+by+two+separate+signal+transduction+pathways:+dependent+or+independent+of+phosphatidylinositol+3-kinase.">Phorbol myristate acetate induces neutrophil NADPH-oxidase activity by two separate signal transduction pathways: dependent or independent of phosphatidylinositol 3-kinase.</a> J. Leukoc. Biol. 67, 396-404 (2000).</li><li>Taylor, R. G., McCall, C. E., 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=Histopathologic+features+of+phorbol+myristate+acetate-induced+lung+injury.">Histopathologic features of phorbol myristate acetate-induced lung injury.</a> Lab Invest. 52, 61-70 (1985).</li><li>Fukaya, S., Matsui, Y., 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=Overexpression+of+TNF-alpha-converting+enzyme+in+fibroblasts+augments+dermal+fibrosis+after+inflammation.">Overexpression of TNF-alpha-converting enzyme in fibroblasts augments dermal fibrosis after inflammation.</a> Lab Invest. 93, 72-80 (2013).</li><li>Lu, Y. C., Yeh, W. C., 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=LPS/TLR4+signal+transduction+pathway.">LPS/TLR4 signal transduction pathway.</a> Cytokine. 42, 145-151 (2008).</li><li>Aitken, R. J., Buckingham, D. W., 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=Reactive+oxygen+species+and+human+spermatozoa:+analysis+of+the+cellular+mechanisms+involved+in+luminol-+and+lucigenin-dependent+chemiluminescence.">Reactive oxygen species and human spermatozoa: analysis of the cellular mechanisms involved in luminol- and lucigenin-dependent chemiluminescence.</a> J. Cell. Physiol. 151, 466-477 (1992).</li><li>Allen, R. C., Loose, L. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phagocytic+activation+of+a+luminol-dependent+chemiluminescence+in+rabbit+alveolar+and+peritoneal+macrophages.">Phagocytic activation of a luminol-dependent chemiluminescence in rabbit alveolar and peritoneal macrophages.</a> Biochem. Biophys. Res. Commun. 69, 245-252 (1976).</li><li>Caldefie-Chezet, F., Walrand, S., 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=Is+the+neutrophil+reactive+oxygen+species+production+measured+by+luminol+and+lucigenin+chemiluminescence+intra+or+extracellular?+Comparison+with+DCFH-DA+flow+cytometry+and+cytochrome+c+reduction.">Is the neutrophil reactive oxygen species production measured by luminol and lucigenin chemiluminescence intra or extracellular? Comparison with DCFH-DA flow cytometry and cytochrome c reduction.</a> Clin. Chim. Acta. 319, 9-17 (2002).</li><li>Dahlgren, C., Aniansson, H., 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=Pattern+of+formylmethionyl-leucyl-phenylalanine-induced+luminol-+and+lucigenin-dependent+chemiluminescence+in+human+neutrophils.">Pattern of formylmethionyl-leucyl-phenylalanine-induced luminol- and lucigenin-dependent chemiluminescence in human neutrophils.</a> Infect. Immun. 47, 326-328 (1985).</li><li>Dahlgren, C., Karlsson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Respiratory+burst+in+human+neutrophils.">Respiratory burst in human neutrophils.</a> J. Immunol. Methods. 232, 3-14 (1999).</li><li>Aerts, C., Wallaert, 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=Release+of+superoxide+anion+by+alveolar+macrophages+in+pulmonary+sarcoidosis.">Release of superoxide anion by alveolar macrophages in pulmonary sarcoidosis.</a> Ann. N.Y. Acad. Sci. 465, 193-200 (1986).</li><li>Zhang, N., Francis, K. 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=Enhanced+detection+of+myeloperoxidase+activity+in+deep+tissues+through+luminescent+excitation+of+near-infrared+nanoparticles.">Enhanced detection of myeloperoxidase activity in deep tissues through luminescent excitation of near-infrared nanoparticles.</a> Nat Med. , (2013).</li></ol>

Dans ce rapport, nous démontrons une méthode de bioluminescence pour l&#39;imagerie non-invasive de l&#39;inflammation chez les animaux vivants. Profitant de deux substrats luminescent, le luminol et lucigénine, la méthode peut distinguer les différentes phases de l&#39;inflammation. Bioluminescence luminol est associée à des neutrophiles dans la phase aiguë de l&#39;inflammation, de la bioluminescence alors que la lucigénine est médiée par des macrophages dans la phase chronique. Relativement faible (MW = 17...

L&#39;inflammation est une réponse biologique très réglementé impliqué dans une variété de maladies humaines, y compris l&#39;infection microbienne 1, la cicatrisation 2, le diabète 3, 4 cancer, les maladies cardiovasculaires 5, 6 neurodégénératives, maladies auto-immunes et 7. inflammation des tissus nécessite une bonne coordination des différentes cellules immunitaires afin d&#39;atteindre dégagement pathogène, la réparation des tissus et de la résolution de la maladie. Neutrophiles et les macrophages sont des médiateurs immunitaires clés de l&#39;inflammation des tissus. Dans la phase aiguë de l&#39;inflammation, les neutrophiles sont les premiers intervenants à divers stimuli nocifs et des lésions tissulaires 8. Les neutrophiles s&#39;extravaser rapidement de la circulation au site de la lésion, où les cellules inactivent microbes envahisseurs en libérant des granulés anti-microbiennes et la phagocytose. Au cours de la phagocytose, les neutrophiles engloutir microbes envahisseurs en phagosomes, dans lequel les cellules produisent des niveaux élevés de superoxydeide (O 2 · -). Superoxyde phagosome est la principale source de beaucoup d&#39;espèces réactives de l&#39;oxygène en aval (ROS). Par exemple, on peut dismutées superoxyde en peroxyde d&#39;hydrogène (H 2 O 2) par dismutation spontanée ou par la superoxyde dismutase (SOD) 9, 10. Dans les neutrophiles, la myéloperoxydase (MPO) convertit en outre du peroxyde d&#39;hydrogène à de l&#39;acide hypochloreux antimicrobien (HOCl) 11. Comme les réactions inflammatoires se poursuivent, monocytes circulants migrent progressivement vers le site de la lésion et se différencient en macrophages matures 2, dont la fonction phagocytaire aider à éliminer les agents pathogènes inactivés et les débris cellulaires. En outre, comme un régulateur clé dans la dernière phase de l&#39;inflammation, les macrophages favorise la réparation des tissus en produisant des cytokines anti-inflammatoires 12 et en générant extracellulaire ROS à un niveau inférieur 9. Le ROS généré à ce stade ultérieur réguler le remodelage des tissus, formation de nouveaux vaisseaux, et reepithelialisation 13. Phagocyte NADPH oxydase (Phox) est la principale source de production de superoxyde dans les deux neutrophiles et les macrophages 9. Phox est un complexe multi-unité dont l&#39;assemblage est strictement réglementé 9. L&#39;holoenzyme contient plusieurs sous-unités régulatrices cytosolique (p67 phox, p47 phox, p40 phox, et RAC) et une membrane-bound hétérodimère cytochrome b 558 (composé de sous-unité CYBA et CYBB). Cytochrome b 558 est le noyau réaction dans laquelle la sous-unité CYBB (également connu comme p91 phox et NOX2) effectue la première réaction en chaîne oxydo-réduction 9. Fait intéressant, ses sites d&#39;assemblage sont différents entre les neutrophiles et les macrophages. Dans les neutrophiles au repos, le cytochrome b 558 est surtout présente dans la membrane des granules de stockage intracellulaires 14. Au cours de la phagocytose, les neutrophiles assembler les holoenzymes à phagosomes 9, où des niveaux élevés d&#39;activité MPO sont également présents. Le neutrophiles Phox consomme rapidement l&#39;oxygène et exerce son pouvoir microbicide par la production de ROS, un phénomène appelé l&#39;explosion respiratoire 11. En revanche, les macrophages ont un faible niveau d&#39;expression MPO et le cytochrome b 558 se trouve principalement dans la membrane plasmique 15, 16. Ainsi neutrophiles produisent des niveaux élevés de superoxyde de l&#39;activité anti-microbienne, tandis que les macrophages génèrent moins de superoxyde des fonctions de réglementation 15. Depuis l&#39;inflammation est un complexe dans le processus vivo, des méthodes d&#39;imagerie non invasives spécifiques pour les différentes phases de l&#39;inflammation permettraient une évaluation quantitative et longitudinale de modèles de maladies. En utilisant des études mécanistes, nous avons déjà démontré que l&#39;utilisation de deux agents chimiluminescents, le luminol (5-amino-2 ,3-dihydro-1 ,4-phtalazinedione) et lucigénine (bis-N-méthylacridinium nitrate), Pour l&#39;imagerie non-invasive de phase aiguë et chronique (retard) de l&#39;inflammation, respectivement 17. Luminol permet de visualiser l&#39;activité MPO neutrophiles dans la phase aiguë de l&#39;inflammation 18-20, alors que la bioluminescence de lucigénine peut être utilisé pour évaluer l&#39;activité des macrophages, en association avec la phase tardive ou une inflammation chronique 17. Dans ce manuscrit, nous avons utilisé deux modèles d&#39;inflammation expérimentales (sc PMA et sc LPS) pour démontrer ces techniques d&#39;imagerie.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of Reagent/Material</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA)</td>
			<td>Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO</td>
			<td>P8139</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lipopolysaccharide from Salmonella enterica serotype enteritidis</td>
			<td>Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO</td>
			<td>L2012</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Luminol (5-amino-2,3-dihydro-1,4-phthalazinedione, sodium salt)</td>
			<td>Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO</td>
			<td>A4685</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lucigenin (bis-N-methylacridinium nitrate)</td>
			<td>Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO</td>
			<td>M8010</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IVIS Spectrum imaging system with Living Imaging 4.2 software package</td>
			<td>Caliper LS/Perkin Elmer, Hopkinton, MA</td>
			<td>&nbsp;</td>
			<td>&nbsp;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in vivo imaging method to distinguish acute and chronic inflammation

L&#39;inflammation est un aspect fondamental de nombreuses maladies humaines. Dans ce reportage vidéo, nous démontrons techniques d&#39;imagerie non invasives bioluminescence qui distinguent inflammation aiguë et chronique chez des modèles de souris. À une lésion tissulaire ou invasion pathogène, les neutrophiles sont la première ligne de défense, en jouant un rôle majeur dans la médiation de la réponse inflammatoire aiguë. Comme la réaction inflammatoire progresse, monocytes circulants migrent progressivement dans le site de la lésion et se différencient en macrophages matures, qui interviennent dans l&#39;inflammation chronique et de promouvoir la réparation des tissus par l&#39;enlèvement des débris de tissus et la production de cytokines anti-inflammatoires. L&#39;injection intrapéritonéale de luminol (,4-phtalazinedione, sel de sodium 5-amino-2 ,3-dihydro-1) permet la détection d&#39;une inflammation aiguë largement médiatisée par infiltrant les tissus neutrophiles. Luminol réagit spécifiquement avec le superoxyde généré dans les phagosomes de neutrophiles puisque les résultats de bioluminescence d&#39;une myéloperoxydase (MPO) réaction médiée. Lucigénine (bis-N-méthylacridinium nitrate) réagit également avec le superoxyde afin de générer la bioluminescence. Cependant, lucigénine bioluminescence est indépendant du MPO et il repose uniquement sur phagocyte NADPH oxydase (Phox) dans les macrophages au cours de l&#39;inflammation chronique. Ensemble, luminol et lucigénine permettent la visualisation non invasive et l&#39;évaluation longitudinale des différentes populations phagocytaires dans les phases inflammatoires aigus et chroniques. Compte tenu du rôle important de l&#39;inflammation dans une variété de maladies humaines, nous pensons que cette méthode d&#39;imagerie non-invasive peut aider à enquêter sur les rôles différentiels de neutrophiles et de macrophages dans une variété de conditions pathologiques.

Nous avons procédé à l&#39;imagerie par bioluminescence longitudinale pour évaluer l&#39;inflammation aiguë et chronique dans les modèles expérimentaux d&#39;inflammation. Phorbol 12-myristate 13-acétate (PMA) est une protéine kinase C agoniste puissant (PKC) qui active Phox pour la production d&#39;anion superoxyde et déclenche des réactions inflammatoires aiguës intenses 21. Injection sous-cutanée de 50 mg de PMA chez la souris nude NCR a causé une irritation rapide de la peau et une inflammat...

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In vivo Imaging Method to Distinguish Acute and Chronic Inflammation

Nous décrivons une méthode d&#39;imagerie non-invasive permettant de distinguer les stades inflammatoires. Administration systémique de luminol révèle des zones d&#39;inflammation aiguë dépendent activité MPO dans les neutrophiles. En revanche, l&#39;injection de lucigénine permet de visualiser l&#39;inflammation chronique dépend de l&#39;activité Phox dans les macrophages.

In vivo méthode d&#39;imagerie à distinguer inflammation aiguë et chronique

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Une méthode Simple et efficace pour établir les NK et les lymphocytes T lignes provenant de Patients avec une Infection chronique Active Virus Epstein - Barr

A number of methods have been described to establish NK/T cell lines from patients with lymphoma or lymphoproliferative syndrome. These methods employed ...