Name: analysis of extracellular vesicle-mediated vascular calcification using in vitro and in vivo models
Uploaded: 2023-01-27T14:50:00
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Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni del National Heart, Lung, and Blood Institute del National Institutes of Health (NIH) (1R01HL160740 e 5 T32GM132054-04) e della Florida Heart Research Foundation. Vorremmo ringraziare Kassandra Gomez per il suo aiuto nella sintesi e nell'imaging degli idrogel.

Il lavoro in vivo è stato approvato e supervisionato dall'Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) presso la Florida International University e conforme alle attuali linee guida del National Institutes of Health (NIH). Per questo protocollo, la procedura non differisce a seconda del ceppo, del peso, dell'età e del sesso del topo. Il tipo di calcificazione studiata, le diete e i trattamenti possono alterare la durata dello studio e il peso del topo utilizzato e possono dipendere da un ceppo specifico...

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	<li>Bakhshian Nik, A., Hutcheson, J. D., Aikawa, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extracellular+vesicles+as+mediators+of+cardiovascular+calcification.">Extracellular vesicles as mediators of cardiovascular calcification.</a> Frontiers in Cardiovascular Medicine. 4, 78 (2017).</li><li>Ho, C. Y., Shanahan, C. 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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=Phosphate+feeding+induces+arterial+medial+calcification+in+uremic+mice:+role+of+serum+phosphorus,+fibroblast+growth+factor-23,+and+osteopontin.">Phosphate feeding induces arterial medial calcification in uremic mice: role of serum phosphorus, fibroblast growth factor-23, and osteopontin.</a> Kidney International. 75 (12), 1297-1307 (2009).</li><li>Veseli, B. 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=Animal+models+of+atherosclerosis.">Animal models of atherosclerosis.</a> European Journal of Pharmacology. 816, 3-13 (2017).</li><li>Chen, N. X., 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=Transglutaminase+2+accelerates+vascular+calcification+in+chronic+kidney+disease.">Transglutaminase 2 accelerates vascular calcification in chronic kidney disease.</a> American Journal of Nephrology. 37 (3), 191-198 (2013).</li><li>Wu, L. 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=Physicochemical+characterization+of+the+nucleational+core+of+matrix+vesicles.">Physicochemical characterization of the nucleational core of matrix vesicles.</a> Journal of Biological Chemistry. 272 (7), 4404-4411 (1997).</li><li>Hutcheson, J. D., 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=Genesis+and+growth+of+extracellular-vesicle-derived+microcalcification+in+atherosclerotic+plaques.">Genesis and growth of extracellular-vesicle-derived microcalcification in atherosclerotic plaques.</a> Nature Materials. 15 (3), 335-343 (2016).</li></ol>

Quando si esegue il protocollo, è importante notare i passaggi critici per ottenere risultati positivi. Durante l'isolamento dell'aorta murina, è fondamentale che la perfusione venga eseguita correttamente. Quando si inietta il PBS, bisogna fare attenzione a non perforare il ventricolo destro. Ciò causerebbe la fuoriuscita del liquido direttamente dal ventricolo e non riuscirebbe a circolare attraverso i polmoni, lasciando sangue all'interno dell'aorta. Una volta che la perfusione è stata condotta correttamente e la ...

La calcificazione è il predittore più significativo della mortalità e della morbilità delle malattie cardiovascolari1. La calcificazione altera la meccanica della parete arteriosa a causa dell'accumulo di minerali di calcio e fosfato2. Nell'aterosclerosi, la calcificazione può esacerbare lo stress locale e provocare la rottura della placca, che è la principale causa di attacchi di cuore. La calcificazione mediale, spesso derivante da malattia renale cronica, è più diffusa e porta a un significativo irrigidimento arterioso, disfunzione e sovraccarico cardiaco 2,3. Attualmente, non ci sono opzioni terapeutiche per il trattamento o la prevenzione della calcificazione vascolare.
Le cellule muscolari lisce vascolari (VSMC) adottano un fenotipo simile agli osteoblasti e rilasciano vescicole extracellulari calcificanti (EV) che nucleano i minerali nascenti, guidando così la calcificazione 4,5,6. Questo processo assomiglia alla mineralizzazione fisiologica degli osteoblasti nell'osso7. Sebbene l'endpoint della mineralizzazione sia simile nella parete vascolare e nella matrice ossea, i meccanismi con cui hanno origine le EV calcificanti differiscono nei due tessuti8. Esistono molti tipi di modelli utilizzati per studiare la calcificazione vascolare. In vitro, i modelli di coltura cellulare imitano la transizione osteogenica dei VSMC e la successiva formazione di minerali con mezzi specializzati.
Quando si studia la calcificazione in vivo, il modello utilizzato dipende dal tipo di calcificazione studiata. I modelli murini iperlipidemici sono spesso usati per studiare la calcificazione aterosclerotica, che appare più focale all'interno delle placche ricche di lipidi9. Al contrario, la calcificazione mediale è più diffusa in tutta la vascolarizzazione ed è spesso studiata utilizzando modelli di malattia renale cronica che impiegano un regime dietetico ricco di adenina per indurre insufficienza renale o tecniche chirurgiche per rimuovere porzioni significative dei reni10,11. I modelli aggressivi di calcificazione vascolare hanno utilizzato una combinazione di modelli di malattia renale iperlipidemica e cronica12. Questo protocollo fornisce un metodo per valutare la calcificazione vascolare nelle aorte murine sia per la calcificazione mediale che aterosclerotica, estraendo EV dalla parete aortica e osservando il potenziale di mineralizzazione nelle EV ottenute da modelli di coltura cellulare in vitro. Studi futuri possono utilizzare queste procedure nelle analisi meccanicistiche della calcificazione vascolare e per valutare potenziali interventi terapeutici.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>8-well chambered coverglass</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>155409PK</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 mL Syringe</td>
			<td>BD</td>
			<td>302995</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>20 G 1 inch Needle</td>
			<td>BD</td>
			<td>305175</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collagen, High Concentraion, Rat Tail</td>
			<td>Corning</td>
			<td>354249</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collagenase</td>
			<td>Worthington Biochemical</td>
			<td>LS004174</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Curved Forceps</td>
			<td>Roboz Surgical Instrument</td>
			<td>RS-8254</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dissection Dish</td>
			<td>Living Systems Instrumentation</td>
			<td>DD-90-S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dissection Pan and Wax</td>
			<td>United Scientific Supplies</td>
			<td>DSPA01-W</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM</td>
			<td>Cytiva</td>
			<td>SH30022.FS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>26675-46-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LI-COR Odyssey</td>
			<td>LI-COR</td>
			<td>DLx</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro Dissecting Curved Scissors (24 mm Blade)&#160;</td>
			<td>Roboz Surgical Instrument</td>
			<td>RS-5913</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro Dissecting Spring Scissors (13 mm Blade)</td>
			<td>Roboz Surgical Instrument</td>
			<td>RS-5677</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro Dissecting Spring Scissors (5 mm Blade)</td>
			<td>Roboz Surgical Instrument</td>
			<td>RS-5600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro Dissecting Tweezers (0.10 x 0.06 mm Tip)</td>
			<td>Roboz Surgical Instrument</td>
			<td>RS-4976</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optima MAX-TL Ultracentrifuge</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>B11229</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OsteoSense 680EX</td>
			<td>Perkin Elmer</td>
			<td>NEV10020EX</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pierce Protease Inhibitor</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>A32963</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium Chloride</td>
			<td>Fischer Chemical</td>
			<td>P217</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RIPA Lysis and Extraction Buffer</td>
			<td>G Biosciences</td>
			<td>786-489</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Chloride</td>
			<td>Fischer Chemical</td>
			<td>BP358</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Hydroxide</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>A4782602</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium phosphate monobasic</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S0751</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>S7903</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Synergy HTX Multimode Reader</td>
			<td>Agilent</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue culture plate, 96-well</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>167008</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T-Pins</td>
			<td>United Scientific Supplies</td>
			<td>TPIN02-PK/100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris Hydrochloride</td>
			<td>Fischer Chemical</td>
			<td>BP153</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

analysis of extracellular vesicle-mediated vascular calcification using in vitro and in vivo models

Le malattie cardiovascolari sono la principale causa di morte nel mondo e la calcificazione vascolare è il predittore più significativo di eventi cardiovascolari; Tuttavia, attualmente non ci sono trattamenti o opzioni terapeutiche per la calcificazione vascolare. La calcificazione inizia all'interno di vescicole extracellulari specializzate (EV), che fungono da focolai nucleanti aggregando ioni calcio e fosfato. Questo protocollo descrive i metodi per ottenere e valutare la calcificazione nelle aorte murine e analizzare le EV estratte associate. In primo luogo, la dissezione grossolana del topo viene eseguita per raccogliere tutti gli organi rilevanti, come i reni, il fegato e i polmoni. Quindi, l'aorta murina viene isolata e asportata dalla radice aortica all'arteria femorale. Due o tre aorte vengono quindi raggruppate e incubate in una soluzione digestiva prima di essere sottoposte a ultracentrifugazione per isolare gli EV di interesse. Successivamente, il potenziale di mineralizzazione degli EV viene determinato attraverso l'incubazione in una soluzione ad alto contenuto di fosfato e misurando l'assorbanza della luce a una lunghezza d'onda di 340 nm. Infine, gli idrogel di collagene vengono utilizzati per osservare la formazione e la maturazione dei minerali calcificati prodotti dagli EV in vitro.

Una volta estratte le aorte, l'imaging utilizzando uno scanner ottico nel vicino infrarosso mostra una rappresentazione visiva dell'aorta e della calcificazione vascolare (Figura 1). I valori di intensità dei pixel all'interno dell'immagine fluorescente scansionata rappresentano la distribuzione della calcificazione e vengono mostrati qui utilizzando una mappa di calore colorata. I metodi di quantificazione includono l'identificazione di una soglia positiva e la segnalazione dell'area perce...

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Analysis of Extracellular Vesicle-Mediated Vascular Calcification Using In Vitro and In Vivo Models

Questo articolo presenta la metodologia per ottenere e valutare la calcificazione vascolare isolando le aorte murine seguita dall'estrazione di vescicole extracellulari calcificate per osservare il potenziale di mineralizzazione.

Analisi della calcificazione vascolare extracellulare vescicolo-mediata mediante modelli in vitro e in vivo

Cardiovascular disease is the leading cause of death in the world, and vascular calcification is the most significant predictor of cardiovascular events; ...

Questo protocollo fornisce un metodo che può essere utilizzato per aiutare a valutare e, in futuro, aiutare a sviluppare trattamenti per la calcificazione vascolare, che è il predittore più significativo delle malattie cardiovascolari. La capacità di isolare le EV ci consente di studiare ulteriormente i meccanismi che portano alla calcificazione vascolare e il cambiamento fenotipico delle cellule muscolari lisce vascolari. Questa tecnica fornisce informazioni sui primi meccanismi molecolari della calcificazione mediata dalle cellule della muscolatura liscia vascolare.La comprensione di questo consente di studiare le opzioni terapeutiche per il meccanismo compreso. Qualsiasi EV di interesse può essere studiato utilizzando questo metodo. Non è esclusivo delle cellule muscolari lisce vascolari, degli osteoblasti o della calcificazione vascolare.Dopo aver eutanasia il topo, sollevare la pelle usando una pinzetta e fare un'incisione lungo la linea mediana. Rimuovere la pelle in eccesso o il grasso. Quindi rimuovere gli organi riproduttivi, la vescica e il grasso al di fuori della linea mediana.Quindi spostare gli organi gastrointestinali sul lato destro e seguire l'intestino nella linea mediana. Una volta trovato, sollevare la linea mediana e asportare il tratto gastrointestinale fino allo stomaco. Asportare i reni sollevandoli dalla linea mediana.Tagliare il più vicino possibile al rene. Rimuovere il fegato sollevando i lobi e tagliando via dalla linea mediana. Quindi perfondere il cuore e l'aorta iniettando PBS freddo nel ventricolo destro usando una siringa da 10 millilitri.Aspetta che i polmoni si gonfino e diventi bianco. Rimuovere i polmoni e qualsiasi diaframma in eccesso o gabbia toracica. Per rimuovere l'osso, aprire un paio di forbici larghe e posizionarle nella regione inferiore del mouse sopra la coda.Tagliare verso il basso, sollevare la colonna vertebrale dalla pelle e rimuovere il grasso dai lati della linea mediana. Una volta che la pelle è staccata, asportare la colonna vertebrale e gli organi intatti tagliando proprio sopra il cuore. Posizionare la colonna vertebrale e gli organi intatti in un becher di PBS nel secchiello del ghiaccio se si trasporta su uno stereoscopio.Dopo aver spostato la colonna vertebrale e gli organi nel piatto di dissezione, riempirlo con PBS ghiacciato e fissare la colonna vertebrale e la gabbia toracica usando gli aghi. Sotto il microscopio a dissezione, sollevare il cuore con attenzione usando una pinzetta e iniziare a tagliare sopra la colonna vertebrale e sotto l'aorta. Continuare fino a raggiungere la parte inferiore della colonna vertebrale.Rimuovere la colonna vertebrale dal piatto di dissezione e fissare il cuore e qualsiasi grasso estraneo o muscolo. Partendo dall'area appena sotto il cuore, identificare l'esofago, la vena cava e l'aorta. Rimuovere l'esofago e la vena cava per avere un campo visivo chiaro dell'aorta.Usando la pinza e le forbici da microdissezione, iniziare a sollevare il tessuto adiposo e tagliare il più vicino possibile all'aorta. Continuare questo lungo la linea mediale fino a quando tutta l'aorta e le arterie femorali sono esposte. Al cuore, rimuovere tutto il tessuto adiposo esponendo i tre rami all'arco aortico.Rimuovere la radice aortica dal ventricolo sinistro inserendo le forbici di micro-dissezione nel ventricolo sinistro e tagliando il muscolo che circonda l'aorta. Una volta che l'aorta è isolata e pulita, visualizzare l'aorta utilizzando uno scanner nel vicino infrarosso per visualizzare la calcificazione vascolare. Utilizzando lo script MATLAB personalizzato, quantificare il segnale totale del tracciante di calcio normalizzato nell'area totale dell'aorta scansionata.Indirizza il MATLAB verso la posizione dei file TIF dalla scansione nel vicino infrarosso delle aorte, apri i singoli file ed estrai i valori di intensità dei pixel dai file TIF. Selezionare l'aorta con la maggiore calcificazione come scala massima sull'immagine mappata a colori. Quando il comando, Quanti campioni sono nell'immagine, appare sulla finestra, inserisci il numero di aorte nell'immagine corrente e seleziona ciascuna aorta una per una.Una volta selezionata un'aorta, MATLAB creerà immagini binarie con una maschera dell'area totale e dell'area calcificata dell'aorta. I valori di queste immagini mascherate vengono quindi utilizzati per determinare l'area calcificata totale, l'area totale dell'aorta, l'area percentuale positiva per la calcificazione e l'intensità media dell'area calcificata. Immediatamente dopo la scansione delle aorte, raggruppare da due a tre aorte per produrre una concentrazione proteica sufficiente.Incubare da due a tre aorte raggruppate in 1,5 millilitri di soluzione digestiva per due ore a 37 gradi Celsius. Raccogliere la soluzione e centrifugare a 1.000 g per 15 minuti per rimuovere i detriti cellulari. Quindi, per rimuovere le microvescicole, centrifugare nuovamente il surnatante per 30 minuti a 33.000 g.Raccogliere e valutare il surnatante per il potenziale di calcificazione. Dopo aver rimosso i detriti cellulari dal mezzo raccolto condizionato mediante centrifugazione, ruotare il surnatante raccolto a 33.000 g per 30 minuti. Raccogliere il surnatante e trasferirlo in un nuovo tubo.Quindi aggiungere l'1% di 300 millimolari di sodio diidrogeno fosfato ai campioni di vescicole extracellulari e mescolare la soluzione mediante pipettaggio. Trasferire 200 microlitri della soluzione di miscela in una piastra a 96 pozzetti e incubare la piastra a 96 pozzetti nel lettore di micropiastre a 37 gradi Celsius. Impostare il lettore di piastre per registrare l'assorbanza a una lunghezza d'onda di 340 nanometri ogni minuto.Pipettare 300 microlitri della soluzione di collagene in ciascun pozzetto di un vetro a otto pozzetti e incubare a 37 gradi Celsius e 5% di anidride carbonica per 72 ore. Dopo l'incubazione, aggiungere 300 microlitri di DMEM come controllo nei pozzetti. Aggiungere 300 microlitri dei campioni di mezzo vescicola extracellulare raccolti in precedenza ai pozzetti rimanenti e incubare per sei giorni, come dimostrato in precedenza.Il 10 ° giorno, pipettare 2,5 microlitri della miscela OsteoSense e DMEM in ciascun pozzetto e incubare per 24 ore. Alla fine dell'incubazione, visualizzare gli idrogel con filtri per la fluorescenza OsteoSense attraverso il fondo di una camera di vetro di copertura utilizzando un microscopio invertito o dall'alto con un obiettivo a lunga distanza di lavoro. Valutare il numero di calcificazioni e la dimensione della calcificazione e le immagini raccolte utilizzando le opzioni di analisi delle particelle disponibili in ImageJ.Quindi passare a Immagine, selezionare Regola e fare clic su Soglia per binarizzare le immagini, in modo che solo il segnale OsteoSense appaia bianco. Quindi utilizzare l'analisi e fare clic sul comando Analizza particelle per ottenere informazioni per ogni calcificazione nell'immagine. Utilizzare gli stessi parametri di soglia per coerenza per ogni immagine analizzata.L'imaging dello scanner ottico nel vicino infrarosso delle aorte sezionate ha mostrato un segnale OsteoSense più elevato in tutta l'aorta di un topo con malattia renale cronica rispetto alle due aorte dei topi di controllo. Il mezzo condizionato ottenuto da cellule muscolari lisce vascolari coltivate in un mezzo pro-calcifico ha mostrato un'assorbanza più elevata a 340 nanometri rispetto al mezzo di controllo. L'aumento dell'assorbanza si è verificato 1,5 volte più velocemente nel campione pro-calcifico rispetto a un campione di controllo.Il mezzo condizionato da cellule coltivate in condizioni procalcifiche conteneva depositi minerali. Quando si micro-seziona l'aorta, è importante tagliare attentamente il grasso che circonda l'aorta. Vuoi la maggior parte possibile dell'aorta da analizzare, ma questo può essere piuttosto noioso.Una volta isolati gli EV, potrebbero essere completati ulteriori test, come un test di attività della fosfatasi alcalina o un corpo immunologico. Questi test mostrerebbero ulteriormente i meccanismi e le proteine presenti nelle EV.

Research

JoVE Journal

Biology

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