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Aquí, presentamos un nuevo método para la resección parcial del lóbulo izquierdo hepático en ratones neonatales (día 0). Este nuevo protocolo es adecuado para el estudio de la lesión del higado aguda y la respuesta de lesiones en el ámbito neonatal.
Regeneración de órganos morfológicos después de una pérdida aguda de tejido es común entre los vertebrados inferiores, pero se observa raramente en vida postnatal mamífera. Adultos regeneración hepática después de hepatectomy parcial 70% resulta en hipertrofia de hepatocitos con algunos replicación en lóbulos restantes con la restauración de la actividad metabólica, pero con pérdida permanente de la morfología del lóbulo lesionado y la arquitectura. Aquí detallamos un nuevo método quirúrgico en el recién nacido que sale de un ambiente fisiológico propicias a la regeneración. Este modelo implica la amputación del ápice del lóbulo izquierdo y un régimen de tratamiento conservador posterior y carece de la necesidad de ligadura de grandes vasos sanguíneos hígados o lesión química, dejando un ambiente fisiológico donde puede ocurrir la regeneración. Extendemos este protocolo amputaciones en juveniles ratones (P7-14), durante el cual el hígado lesionado transiciones de regeneración del órgano al crecimiento compensatorio por hipertrofia. El protocolo presentado, breve 30 minutos proporciona un marco para estudiar los mecanismos de regeneración, su declive asociado a la edad en mamíferos y la caracterización de la supuesta madre hepática o progenitores.
La capacidad de regenerar un órgano, o para restaurar la forma y función, se ha pensado sobre todo se pierden en el tiempo evolutivo. Se ha encontrado el potencial regenerativo del hígado mamífero adultos después de lesión aguda del químico o físico que implica la movilización de todos los hepatocitos restantes dando lugar a olas de hipertrofia y rondas de división celular, resultando en un funcional pero órgano arquitectónicamente diferentes1,2,3,4,5. Recientemente, estudios han empezado a caracterizar la respuesta regenerativa de órganos mamíferos neonatales lesiones dentro de la primera semana de vida6,7,8. Estos estudios han demostrado que cuando se lesionó durante el desarrollo neonatal, ciertos órganos mamíferos responden con regeneración morfológica en vez de compensatoria crecimiento o fibrosis7,8.
Estudios recientes han demostrado que la regeneración de la estructura global y la función se produce durante el temprano período neonatal6,7,8. Lesión hepática establecido protocolos involucran daño químico o la administración de etanol9,10,11, acetaminophen12,13,14,15 , tetracloruro de carbono16,17,18,19, 70% hepatectomía parcial4,20,21o retirada de la izquierda y lóbulos medianos. Administración química conduce a la muerte celular de hepatocitos, pero a menudo deja intactas las estructuras micro y macro. Regeneración morfológica no puede estudiarse fácilmente en este contexto, como la arquitectura en general hepática no fue borrada. La hepatectomía parcial 70% consiste en la ligadura de sutura de los vasos principales, que es necesaria para detener el sangrado, pero deja un ambiente no-fisiológica con la interrupción permanente de la vasculatura. Además, este método ha sido utilizado sólo en roedores adultos y su aplicación a los recién nacidos es técnicamente muy difícil. Con esto en mente, hemos desarrollado un método en el que 20-30% del ápice del lóbulo izquierdo se quita en un ratón recién nacido de P0 (figura 1A-1B). Este método es quirúrgico conservador, mínimamente invasivo, no técnicamente difícil y conduce a pérdida de la morfología sin la ligadura de vasos, dejando espacio para que se produzca la regeneración. El resultante protocolo paso a paso, que se describe a continuación, permite para que cualquier investigador realizar una hepatectomía parcial lobulada en ratones neonatales para estudiar mamífera regeneración neonatal en las primeras etapas de la vida post-natal. Este método también tiene claras aplicaciones a los estudios comparativos en medicina regenerativa y biología de células madre, ya que puede ser utilizado en el hígado durante fases más posteriores de la vida.
Los estudios más comunes de lesión del higado aguda son daños inducida químicamente, amputación de hígado adulto o hepatectomía parcial 70%. Daño químico a menudo implica la administración intravenosa, intraperitoneal u oral de paracetamol, tetracloruro de carbono y etanol y es un modelo relativamente fácil y no invasivo de la lesión. Como anteriormente analizados, resultados de daños químicos en la muerte celular de hepatocitos, pero a menudo hojas de estroma y parénquima estructuras intactas, lo que es difícil hacer afirmaciones sobre regeneración morfológica. Daños químicos a menudo se centra en los vasos hepáticos, lo que es una técnica útil para estudiar el sitio y lesión de la célula-específica, pero también hace que sea difícil de interrogar, en el nivel de órgano entero, otras poblaciones que puede estar situado más lejos de los vasos y que puede contribuir a la regeneración. A pesar de estas limitaciones, daño químico sigue siendo un modelo útil y altamente fisiológicamente relevantes de la lesión.
Adultos 70% hepatectomía parcial consiste en la extirpación de los lóbulos izquierdos y mediales después de la ligadura de la vasculatura hepática. La respuesta a la hepatectomía ha sido bien caracterizada: el hígado amputado 14 días post 70% hepatectomía parcial desarrolla una arquitectura muy diferente de la del lóbulo intacto original, como los hepatocitos de los restantes lóbulos derecho y caudados sufren hipertrofia y unas cuantas rondas de división celular4,5. Esto hace masa perdida y la función, pero es incapaz de regenerar los dos lóbulos amputados y por lo tanto no reemplaza la morfología gruesa. Como resultado, la respuesta de la lesión a hepatectomía parcial 70% es útil para estudiar mecanismos de crecimiento compensatorio con la regeneración limitada.
Aquí, describimos completamente un protocolo para una neonatal hepatectomía parcial de lobulado. El procedimiento implica la selección adecuada del animal y preparación, preparación del campo quirúrgico, cirugía y recuperación. Optimización y adaptación de cada uno de estos pasos pueden requerir para diferentes aplicaciones del protocolo.
Hemos realizado extensivamente y este protocolo en cachorros de C57BL/6J de tipo salvaje (JAX 000664), sin embargo, para el estudio de diferentes poblaciones celulares y los mecanismos de regeneración, también utilizamos varios animales transgénicos incluyendo ratones albergar varios Cre y CreERT2 transgenes o knock-ins (JAXAxin2CreERT2 018867, y Sox9CreERT2 JAX 018829) en combinación con los reporteros fluorescentes, tales como los sistemas de arco iris y mTmG (R26VT2/GK3, R26 mT/mG) 22 , 23. hemos encontrado necesario cambiar esta metodología para las cepas de ratón diferente, como se observó ninguna diferencia en los resultados de supervivencia o potencial regenerativo.
Además del uso de diferentes cepas animales, también realizamos hepatectomías parciales de lobulado en ratones neonatales tratados con moléculas pequeñas, como la 4-hidroxi-tamoxifeno y 5-ethynyl-2 '-desoxiuridina (EdU). Dimetil sulfóxido (DMSO) y el etanol fueron utilizados como disolventes, como se encontró que el aceite de maíz fue una causa importante de morbilidad. De lo contrario nos encontramos con que la administración intraperitoneal de pequeñas moléculas no afectó la supervivencia o los resultados de regeneración. Predecimos que este Protocolo será adaptado para su uso con otras moléculas pequeñas a interrogar a diversos aspectos de la regeneración.
Cirugías de ratón neonatal pueden ser técnicamente difíciles y pueden requerir especiales conocimientos en manejo de animales y la disección microscópica. Experiencia de cría de animales es necesaria para evitar canibalismo maternal después de la cirugía y durante el período de recuperación inmediata.
Todos los experimentos con animales se llevaron a cabo en estricta conformidad con las directrices establecidas por la Asociación para la evaluación y acreditación de laboratorio Animal Care Internacional (AAALAC) y la Universidad de Stanford Panel administrativo en Animal de laboratorio Cuidado (APLAC), (número de protocolo #10266) y en los Estados Unidos, o el Acta de Bienestar Animal Europea, Directiva 2010/63/UE. El protocolo fue aprobado por la Comisión de ética de los experimentos del Animal del gobierno de Baviera, Alemania y recibió el permiso No: 55.2-1-54-2532-150-2015.
1. animal preparación
2. preparar el terreno quirúrgico
3. parcial Hepatectomy lobulado
4. recuperación y análisis
Figura 1A detalla una cronología general de la hepatectomía lobulado parcial neonatal (esquemática en la figura 1B) y la duración prevista de tiempo de espera hasta que se observa regeneración. Regeneración sutil del lóbulo izquierdo puede ser observado entre 7 y 14 días post cirugía. Regeneración completa se observa a menudo después de 56 días post cirugía. Ratones no deben mostrar ningún signo de anormalidades fisiológicas después de la cirugía.
Ratones sometidos a hepatectomías lobulado parcial podían recuperar de 2, 7, 14, 35 y 56 días. Hematoxilina y eosina (H & E) de lóbulos izquierdos lesionados de estos ratones después de la recuperación se muestran en la figura 2. En particular, después de 56 días, el lóbulo izquierdo amputado parezcan indistinguible de control, lóbulos ileso. Cirugías en P14 ratones juveniles fueron hechos por comparación y permitió recuperar para 7, 14 y 56 días post cirugía (Figura S1).
Para caracterizar la regeneración neonatal, 45 ratones experimentaron hepatectomy parcial lobulado en el día 0 y las masas de todos los lóbulos se tomaron 56 días post cirugía. La masa del lóbulo izquierdo lesionado experimentó un cambio mayor en masa en comparación con la mediana ileso, a la derecha y lóbulos caudados (Figura 3A) y controles ileso, acercándose a la masa de un lóbulo izquierdo ileso en P56. Esto indica la regeneración que sigue lesión hepática neonatal es localizada en el lóbulo izquierdo. Cirugías en P14 ratones juveniles se realizaron para la comparación, que demostró disminución de la regeneración en el lóbulo izquierdo y mayor compensación de los lóbulos ileso (figura 3B), lo que indica que por 14 días, la respuesta de la lesión aguda resección cambiado de regeneración específica del lóbulo a la indemnización global. La caracterización adicional fue realizada por zonas del lóbulo izquierdo de los ratones lesionados la coloración en el día postoperatorio 56 con la actinia filamentosa (f-actina) para visualizar las membranas celulares (Figura 4A). Las zonas distales y proximales a la zona de lesión se compararon con controles ileso y lóbulos adultos 14 días tras hepatectomías parciales 70%. Hepatocitos fueron encontrados para tener áreas similares como controles ileso, de 1.5-2 x ratones menos adultas experimentando regeneración después de hepatectomy parcial de clásicos 70% (Figura 4B). Esto sugiere que la hipertrofia no desempeña un papel en la regeneración. Por último, se inyectaron ratones neonatales con 0,025 mg de 5-ethynyl-2'-desoxiuridina (EdU) en 90% de PBS y 10% de etanol y 1, 3, 5, 7 y 14 días después de la cirugía. El número de células positivas EdU fueron contado a partir de ratones permitidas recuperar 7 días después de la cirugía (figura 4). Se encontraron un aumento significativo en el número de células positivas de EdU en el lóbulo izquierdo/regeneración de heridas en comparación con controles ileso, lo que indica que la proliferación celular contribuye a la regeneración neonatal.
Figura 1: Resumen parcial de hepatectomía lobulado. (A) Se muestra un esquema general y cronología de la hepatectomía parcial lobulado con resección hepática neonatal en P0. Los análisis se realizaron en P7, P14, P35 o P56. Las resecciones fueron juzgadas también en P7 y P14. (B) un esquema de la extensión de la resección del lóbulo izquierdo se muestra, demarcación de resecciones de 20 y 30%. (Esta cifra ha sido modificada de Tsai et al.) 6. (C) imágenes de cirugías neonatales mostrando: derecho cara incisión mediados de-clavicular (izquierda, centro) y la exposición del ápice del lóbulo izquierdo (derecha). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: regeneración después de Hepatectomy parcial lobulado. Ratones sometidos a hepatectomías parciales lobulado en P0 siguieron por 2, 7, 14, 35 y 56 días. Hígados fueron fijados y teñidos con H & E, y el grado de regeneración del ápice izquierdo fue observado. Las flechas indican zonas donde regeneración ocurrió en ratones de P0. Barra de escala es 1 cm. Esta figura fue modificada de Tsai et al. 6 Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: regeneración por lóbulo tras hepatectomía parcial lobulado. (A) de ratones sometidos a hepatectomías lobuladas parciales en P0 se analizaron a los 7, 35 y 56 días postoperatoriamente. Ratones fueron sacrificados y las masas de todos los lóbulos de los ratones lesionados (rojo) fueron tomadas y en comparación con la edad las masas combinadas de ileso control (rojo). (B) Ratones sometidos a hepatectomías parciales lobulado en P14 se analizaron a los 7, 35 y 56 días postoperatoriamente. Las masas de todos los lóbulos de los ratones lesionados (rojo) fueron tomadas y comparadas con masas de ileso control (rojo). * = p < 0.05, ** = p < 0.005, *** = p < 0,0005, NS = no significativo. Esto calculado ha sido modificado desde Tsai et al. 6 Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: caracterización de regeneración Post hepatectomía. (A) de ratones sometidos a hepatectomías lobuladas parciales en P0 se analizaron 56 días después de la resección y manchados para la F-actina. Imágenes se muestran de las manchas de las zonas proximales y distales a la zona de amputación, así como de controles de edad comparable de ileso y de ratones adultos 14 días después de hepatectomy parcial 70%. Barras de escala son 100 μm. (B) áreas de hepatocitos después de lesiones en áreas proximales o distales al sitio de resección fueron comparadas con áreas de hepatocitos de controles ileso y adultos 70% parcial hepatectomies.* = p < 0.05, ** = p < 0.005, *** = p < 0,0005, *** = p < 0.00005, NS = no significativo. (C) ratones sometidos a hepatectomías lobulado en P0 fueron tratados con EdU y se analizaron 7 días después de la resección. Se muestran células EdU+ en el lóbulo izquierdo. (Barra de escala, 100 μm). (D) cuantificación de EdU+ células en ratones tratados con EdU 7 y 14 días después de hepatectomy parcial lobulado en comparación con controles. Los valores son medios ± SEM. Esto pensé sido ha modificado de Tsai et al. 6 Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura S1: regeneración incompleta de los ratones jóvenes. Ratones sometidos a hepatectomías parciales lobulado en P14 fueron seguidos de 7, 35 y 56 días. Hígados fueron fijados y teñidos con H & E y el grado de regeneración del ápice izquierdo fue observado. Las flechas indican zonas donde regeneración ocurrió en ratones de P0. Barra de escala es 1 cm. Esto pensé fue modificado de Tsai et al. 6 Haga clic aquí para descargar este archivo.
Lesión hepática aguda tradicionalmente se ha estudiado usando químico (acetaminofen, etanol, tetracloruro de carbono), o modelos quirúrgicos (hepatectomía parcial del 70%). La respuesta regenerativa después de hepatectomy parcial 70% se ha caracterizado para implicar hipertrofia de hepatocitos global y múltiples rondas de división celular4,5. Para detener la hemorragia, sin embargo, este modelo es limitado, como los vasos principales se deben ligarse dejando un ambiente anormal para la regeneración. Por lo tanto, muchos estudios han empleado otros modelos menos invasivos de la lesión aguda por daño químico, dejando la arquitectura bruta en lugar de regeneración que se produzca. Recientemente, Porrello et al. y Chang et al han demostrado una respuesta regenerativa neonatal marcadamente diferente después de lesión aguda en el corazón, consejos de dígitos y orejas7,8. Sus conclusiones de resultados paralelos presentados que el hígado sufre también un fenómeno regenerativo distinto en vida neonatal6. Con múltiples resultados similares en los órganos principales, la regeneración en las etapas tempranas del desarrollo postnatal es un campo emergente con posibles implicaciones para la biología de la célula de vástago.
La mortalidad temprana de hepatectomías lobulado parcial neonatal viene a menudo de recuperación inadecuado, hemorragia importante o abandono materno. Como se indicó anteriormente, el uso de una fuente de calor más alto de intensidad como una lámpara de calor para la recuperación, pueden conducir a la muerte después de la cirugía. Ratones neonatales son dependientes de su madre para por lo menos las dos primeras semanas de vida. Al mismo tiempo, la madre será a menudo negligencia y o canibalizar a sus crías si detecta una anormalidad (por ejemplo, el olor de la sangre u otros productos químicos)24,25. Por lo tanto es muy importante que el recién nacido es limpiado bien postoperatoriamente y frota con la ropa de cama para enmascarar cualquier olores ofensivos. Si estas cuestiones se aborden adecuadamente, la supervivencia puede alcanzar hasta un 100%. Si el canibalismo maternal se convierte en un problema, los cachorros pueden colocarse en una jaula con una madre subrogada con algunos de sus propios cachorros. Si este es el caso, use ropa de cama de la Madre Subrogada en los pasos anteriores.
La resección del 20-30% del lóbulo izquierdo neonatal y posterior regeneración es probable no inherentes al lóbulo izquierdo. Actualmente, este método ha sido probado sólo en la izquierda, como exponer la mediana y más los lóbulos derecho y caudados posteriores requieren una laparotomía mayor, resultando en un mayor riesgo de hemorragia e, indirectamente, un mayor riesgo de canibalismo maternal para el recién nacido. Sin embargo, si los mecanismos de regeneración neonatal son heterogéneos dentro del hígado son una cuestión importante a abordar, y por lo tanto, deben hacerse ajustes quirúrgicos en este protocolo para interrogar a los otros lóbulos hepáticos.
Los resultados de estos estudios de hepatectomía neonatal han demostrado un periodo de tiempo (P0-P7) durante el cual la regeneración es capaz de ocurrir. Resecciones hepáticas similares se han realizado en ratones jóvenes (P7, P10, P14) y no resulta en la completa regeneración con demostrada la cicatriz y la fibrosis, marcando una zona clara donde se produjo la amputación. Aunque la respuesta de la lesión en ratones juveniles después de hepatectomy parcial lobular no era el foco de un estudio inicial, la discrepancia en el potencial regenerativo entre ratones neonatales y de menores y la pérdida de la capacidad de reconstituir órganos y tejidos arquitectura, será esencial para comprender por qué células madre o progenitoras de mecanismo se produce regeneración neonatal.
Previamente hemos demostrado que hígados regenerados neonatales no sólo aparecen lo mismo en la arquitectura y estructura, sino que también son indistinguibles por la función. Las manchas de inmunofluorescencia para enzimas hepáticas funcionales tales como glutamina sintetasa (GS), del carbamoylphosphate (CPS) y citocromo p450 2E1 muestran una distribución similar en zonas regeneradas comparado con lóbulos ileso. Sin embargo, el potencial regenerativo secundario de un recién nacido regenerado no ha sido probado. Como ratones neonatales permitidas recuperación durante 56 días son fisiológicamente indistinguibles de controles ileso, es probable que la respuesta regenerativa clásica después de hepatectomy parcial de adultos 70% ocurriría. Sin embargo, esta regeneración del hígado es a menudo limitada por agotamiento de hepatocitos y por lo tanto serial hepatectomías tras hepatectomías lobulado parcial sería un estudio importante.
Los autores no tienen ninguna revelación.
Agradecemos a P. Chu para realizar H & E y la histología; y C. Wang y A. McCarty para discusiones útiles. Investigación fue apoyada con fondos de la Virginia y D. K. Ludwig Fund para investigación del cáncer; el National Heart, Lung and Blood Institute (R01HL058770 y U01HL099999); y el Instituto de California de medicina regenerativa (RC1 00354) subvenciones a I.W. Y.R. fue apoyado por el humano frontera programa carrera desarrollo Premio de Ciencias (CDA00017), la Fundación alemana de investigación (RI 2787/1), el Instituto de células madre de Siebel y la Thomas y Stacey Siebel Foundation (1119368-104-GHBJI). J.M.T. fue apoyado por el NIH (T32GM007365), el Premio Nacional de servicio de investigación (1F30DK108561) y Paul y Daisy Soros Fellowship para nuevos americanos.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Animals | |||
Mother with litter of day 0 neonatal pups (any strain) | |||
Surrogate mother and surrogate litter (optional) | |||
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Standard Reagents | |||
Phosphate Buffered Serum (PBS) | |||
Providine-iodine or equivalent antiseptic solution | |||
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Surgical Equipment | |||
Dissecting microscope | Zeiss | ZEMSDV4L MFR # 435421-9901-000 | |
3mm straight spring micro scissors | Vannas | 72932-01 | |
5SF Forceps | Dumont | 11252-00 | |
Straight Kelly forceps | Grainger | 17-050G | |
Heating pad | Sunbeam | 000771-810-000 | |
Isoflurane | Abbott Labs | 0044-5260-05 | |
Rodent Anesthesia System | Kent Scientific | 1205S | |
Gauze, 10.16 x 10.16cm | Fisher Scientific | 13-761-52 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Standard Equipment | |||
1.5ml microcentrifuge tube | Eppendorf | 22363204 | |
6-0 monocryl sutures | Ethicon | MCP489G | |
Petri dish | Fisher Scientific | S35839 | |
Pipet-Aid, Plain, 110V | Drummond | 4-000-110 | |
Mettler Toledo NewClassic ME Analytical Balances | Fisher Scientific | 01-912-402 | |
Low Cost Induction Chamber | Kent Scientific | SOMNO-0730 |
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