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* Questi autori hanno contribuito in egual misura
Descriviamo un modello murino di ileo postoperatorio generato tramite manipolazione intestinale. La funzione del transito gastrointestinale, i cambiamenti patologici e l'attivazione delle cellule immunitarie sono stati valutati 24 ore dopo l'intervento chirurgico.
La maggior parte dei pazienti sperimenta ileo postoperatorio (POI) dopo l'intervento chirurgico, che è associato a un aumento della morbilità, della mortalità e del tempo di ospedalizzazione. La POI è una conseguenza di un danno meccanico durante l'intervento chirurgico, con conseguente interruzione della motilità nel tratto gastrointestinale. I meccanismi dei POI sono correlati alla sensibilità neuronale aberrante, alla compromissione della funzione della barriera epiteliale e all'aumento dell'infiammazione locale. Tuttavia, i dettagli rimangono enigmatici. Pertanto, i modelli murini sperimentali sono fondamentali per chiarire la fisiopatologia e il meccanismo del danno dei POI e per lo sviluppo di nuove terapie.
Qui, introduciamo un modello murino di POI generato tramite manipolazione intestinale (IM) che è simile alla chirurgia clinica; Ciò si ottiene con un danno meccanico all'intestino tenue massaggiando l'addome 1-3 volte con un batuffolo di cotone. IM ha ritardato il transito gastrointestinale 24 ore dopo l'intervento chirurgico, come valutato mediante sonda gastrica FITC-destrano e rilevamento a fluorescenza del tratto digestivo segmentale. Inoltre, il rigonfiamento tissutale della sottomucosa e l'infiltrazione delle cellule immunitarie sono stati studiati mediante colorazione con ematossilina ed eosina e citometria a flusso. La corretta pressione dell'IM e un effetto iperemico sull'intestino sono fondamentali per la procedura. Questo modello murino di POI può essere utilizzato per studiare i meccanismi del danno intestinale e del recupero dopo la chirurgia addominale.
L'ileo postoperatorio (POI) è una sindrome che rappresenta una sfida significativa nel campo della salute umana, in particolare nella gestione dei pazienti sottoposti a chirurgia addominale. Caratterizzata da un ritardo nel recupero della motilità gastrointestinale, la POI contribuisce a prolungare le degenze ospedaliere e ad aumentare i costi sanitari, ma non esiste una definizione, un'eziologia o un trattamento stabiliti1. Recenti ricerche hanno fatto luce sul ruolo fondamentale delle cellule immunitarie nella progressione dei POI 2,3,4, ma sono necessarie ulteriori indagini per chiarire i meccanismi sottostanti coinvolti.
In questo protocollo, introduciamo un modello murino di POI indotto dalla chirurgia intra-addominale, che imita da vicino l'impatto della chirurgia addominale sul tratto digestivo. Il nostro obiettivo era quello di fornire un metodo standardizzato per la modellazione dei POI nei topi, consentendo ai ricercatori di studiarne la fisiopatologia ed esplorare nuovi interventi terapeutici.
Il razionale alla base dello sviluppo e dell'utilizzo di questa tecnica risiede nella necessità di modelli preclinici affidabili per lo studio dei POI. Gli approcci tradizionali allo studio dei POI spesso mancano di rilevanza traslazionale o non riescono a catturare la complessa interazione dei fattori che contribuiscono alla condizione. Introducendo un modello murino che replica fedelmente lo scenario clinico, i ricercatori possono studiare in modo più accurato i meccanismi alla base dei POI e testare potenziali interventi terapeutici in un contesto sperimentale controllato.
Rispetto alle tecniche alternative, il modello murino di POI presentato in questo protocollo offre diversi vantaggi. Inizialmente, abbiamo integrato i nostri risultati sperimentali con i recenti progressi per stabilire un protocollo standardizzato e riproducibile per l'induzione di POI negli animali da esperimento. Questo protocollo facilita la valutazione coerente della funzione del transito gastrointestinale. In secondo luogo, l'impiego della colorazione istologica e della citometria a flusso ha permesso di valutare il gonfiore dei tessuti, la proliferazione e l'attivazione delle cellule immunitarie, fornendo preziose informazioni sui processi infiammatori alla base del POI5.
Nel più ampio contesto della letteratura, la definizione di un modello murino di POI contribuisce all'espansione del corpo di ricerca volto a comprendere la fisiopatologia di questa condizione. Colmando il divario tra scienza di base e pratica clinica, i modelli preclinici svolgono un ruolo fondamentale nello sviluppo di nuove strategie terapeutiche per il POI6. Inoltre, la disponibilità di modelli animali standardizzati migliora la riproducibilità e la comparabilità dei risultati della ricerca tra diversi laboratori. Tuttavia, questo modello di POI si basa sulla stimolazione meccanica durante la procedura chirurgica. Altre forme di ileo indotto dalla stimolazione potrebbero non essere adatte a questo modello. Inoltre, i ricercatori dovrebbero considerare fattori come le normative sul benessere degli animali, le considerazioni etiche e la disponibilità di risorse quando pianificano esperimenti che utilizzano questo modello.
In sintesi, l'introduzione di un modello murino di POI significa un notevole progresso nella ricerca preclinica su questa condizione debilitante. Inoltre, abbiamo impiegato la colorazione H&E e la citometria a flusso per valutare il rigonfiamento dei tessuti e la proliferazione e l'attivazione delle cellule immunitarie. La creazione di un modello murino di POI faciliterebbe la scoperta dei meccanismi dei POI e promuoverebbe lo sviluppo di nuove terapie per i POI.
La cura degli animali e le procedure sperimentali sono state condotte in conformità con i Principi guida nella cura e nell'uso degli animali (Cina) e sono state approvate dal Comitato di revisione etica dell'Ospedale dell'amicizia di Pechino (n. 20-2056). Per lo studio sono stati utilizzati topi C57BL/6 (8-12 settimane).
1. Preparazione per l'intervento chirurgico
2. Anestesia
3. Chirurgia
4. Saggio del transito gastrointestinale
5. Inclusione di paraffina e colorazione con ematossilina ed eosina (HE)
6. Isolamento delle cellule immunitarie e citometria a flusso
In questo protocollo, la POI è stata indotta chirurgicamente dalla manipolazione intestinale (IM), che è simile all'effetto della chirurgia clinica. Nel gruppo fittizio, è stata praticata un'incisione senza l'IM. I topi POI sono stati sacrificati 24 ore dopo l'intervento chirurgico insieme ai topi di controllo fittizi. La funzione critica del tratto digestivo, la funzione di transito del contenuto, è stata rilevata mediante sonda gastrica di FITC-destrano. Il modello POI è stato considerato di successo perché l'intensità FITC è aumentata nella parte prossimale dell'intestino tenue (Figura 2B). I GC medi sono stati calcolati per quantificare la disfunzione del transito dell'IM e indicare la coerenza dell'operazione (Figura 2C).
La colorazione HE indicava la morfologia di diversi segmenti del tratto digestivo (Figura 3). La sottomucosa e lo strato muscolare liscio del duodeno e dell'ileo si sono gonfiati 24 ore dopo l'induzione del POI (Figura 3A, B). Rispetto a quelli nei topi fittizi, la colorazione HE del duodeno ha rivelato un aumento dell'infiltrazione di cellule immunitarie nei topi POI (Figura 3A).
L'analisi citofluorimetrica multicolore è il metodo centrale per analizzare la proporzione, lo stato e la funzione delle cellule immunitarie. Il tessuto intestinale è stato digerito con collagenasi e desossiribonucleasi e separato in una sospensione unicellulare per la citometria a flusso. La strategia di gating è stata utilizzata per determinare le proporzioni delle cellule T CD3 e delle sottopopolazioni correlate tra le LPL (Figura 4A). Il marcatore di attivazione e adesione CD69 e l'espressione delle cellule T CD4, delle cellule T CD8 e delle cellule T gd sono sovraregolati nei topi POI (Figura 4B)7. Allo stesso modo, la proporzione della sottopopolazione CD44+ PD-1+ (attivazione, differenziazione terminale e marcatore di esaurimento) ha mostrato una tendenza all'aumento (Figura 4C)7. Oltre ai linfociti, anche le proporzioni di sottogruppi di cellule mieloidi (neutrofili, cellule dendritiche e macrofagi) sono aumentate dopo l'intervento chirurgico IM (Figura 4D)8.
Figura 1: Modello murino dell'ileo postoperatorio. (A) Schema del modello murino dell'ileo postoperatorio. (B) Fissazione del topo dopo l'anestesia e la rasatura. (C) L'incisione è stata esposta e coperta con una garza medica sterile. (D) I tubi intestinali sono stati spremuti fuori dalla cavità addominale attraverso l'incisione addominale ed esposti posizionandoli su una garza sterile. (E) L'intero intestino tenue è stato esposto a un batuffolo di cotone sterile inumidito. (F) Lo strato muscolare è stato chiuso con sutura chirurgica. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Saggio del transito gastrointestinale per la valutazione della funzione del tratto digestivo. A 22,5 ore dopo l'intervento chirurgico, i topi fittizi o POI sono stati sottoposti a gasging con soluzione di FITC-destrano e sacrificati 90 minuti dopo. (A) Il tubo digerente è stato diviso in 15 segmenti e numerato in base alla posizione fisiologica. (B) Intensità FITC di ogni segmento dal tratto digestivo di topi sham e POI. (C) I centri geometrici del destrano FITC-somministrato sono stati calcolati e sono mostrati come grafici a violino. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: Colorazione rappresentativa dell'HE dell'intestino tenue di topi POI. Colorazione HE di sezioni trasversali del duodeno (A) e dell'ileo (B) da topi sham e POI. Barre della scala: 100 μm o 25 μm (immagine ingrandita dell'inserto). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: Analisi citofluorimetrica rappresentativa di cellule immunitarie dell'intestino tenue da topi POI. (A) Strategia di gating della citometria a flusso per popolazioni di cellule T da tessuti intestinali tenue di topi POI 24 ore dopo l'intervento chirurgico. (B) Le proporzioni del marcatore attivo delle cellule T CD69+ nelle cellule T CD4, nelle cellule T CD8 e nelle cellule T gd dell'intestino tenue di topi fittizi e POI. (C) Le proporzioni dei marcatori attivi CD44+ PD-1+ tra le cellule T CD4, le cellule T CD8 e le cellule T gd nell'intestino tenue di topi sham e POI. (D) Le proporzioni di neutrofili (Ly6G+ , CD11b+), cellule dendritiche (CD11c+ , MHC-II+) e macrofagi (CD11b+ , F4/80+) tra le cellule immunitarie CD45+ Aqua- vive dell'intestino tenue di topi fittizi e POI. Il numero in ogni pannello rappresenta la percentuale dei rispettivi tipi di cella. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Il successo della chirurgia si basa su diversi passaggi critici. In primo luogo, mantenere la coerenza durante la chirurgia intramurale intestinale (IM) è fondamentale per indurre lesioni estese all'intestino tenue. La corretta pressione applicata durante la procedura IM e il conseguente effetto iperemico sull'intestino sono fondamentali per il successo chirurgico. L'osservazione dell'intero tratto digestivo che diventava rosa e mostrava macchie emorragiche rosse dopo lo sfregamento con un batuffolo di cotone serviva come indicatore di un'operazione riuscita. Inoltre, garantire che il valore medio del GC rimanga a circa 5 dopo l'intervento chirurgico indica che il modello ha avuto successo rispetto a quello dei topi operati con sham. L'esame microscopico del gonfiore tissutale nella sottomucosa e dell'infiltrazione delle cellule immunitarie, come dimostrato dalla colorazione HE, funge anche da passaggio critico per convalidare la gravità del POI.
Potrebbero essere necessarie modifiche al protocollo per ottimizzare i risultati o risolvere eventuali sfide riscontrate. Ad esempio, per visualizzare con precisione i cambiamenti morfologici nell'epitelio intestinale, si raccomanda di incorporare il tessuto intestinale insieme al suo contenuto utilizzando il fissativo di Carnoy9. Questo esclusivo protocollo di inclusione garantisce una fissazione rapida, essenziale per preservare la morfologia dei tessuti. Tuttavia, se gli obiettivi dello sperimentatore si concentrano sull'epitelio o sulla lamina propria, è consigliabile utilizzare la tecnica di laminazione svizzera migliorata per l'inclusione in cera della preparazione del tessuto intestinale10. Questa tecnica comprime l'interspazio del tessuto intestinale e garantisce una direzione coerente dei villi, facilitando l'inclusione dell'intero intestino tenue in un unico campione incorporato in cera.
Nonostante la sua utilità, il protocollo ha dei limiti. Una limitazione è la dipendenza da modelli animali, che potrebbero non replicare completamente la complessità della fisiopatologia umana. Inoltre, le variazioni nella tecnica chirurgica e nelle risposte individuali dei topi possono introdurre variabilità nei risultati. Secondo il nostro recente studio, l'utilizzo di un operatore coerente è un principio importante per ridurre la variabilità operatore-dipendente. Inoltre, Van et al. hanno introdotto un dispositivo autocostruito in grado di applicare un peso specifico all'intestino, garantendo una pressione costante sull'IM in diversi topi11. Questo approccio si rivela infatti prezioso per mantenere la coerenza del modello.
Questo protocollo rappresenta un prezioso contributo al campo fornendo un metodo standardizzato per l'induzione di POI attraverso la chirurgia IM nei topi. Chiarendo i passaggi critici e offrendo modifiche per l'inclusione dei tessuti e l'isolamento delle cellule immunitarie, questo protocollo migliora la riproducibilità e l'affidabilità nella modellazione dei POI. L'utilizzo della citometria a flusso 7,8 per l'analisi delle cellule immunitarie consente un'indagine completa della risposta immunitaria alla base della patogenesi dei POI, integrando le tecniche esistenti e ampliando la nostra comprensione di questa complessa sindrome.
Il protocollo qui presentato è promettente per la futura ricerca preclinica incentrata sulla comprensione e il trattamento dei POI. Perfezionando le tecniche chirurgiche e ottimizzando i metodi di elaborazione dei tessuti, i ricercatori possono esplorare ulteriormente i meccanismi alla base dello sviluppo dei POI e identificare nuovi bersagli terapeutici. Inoltre, la compatibilità del protocollo con la citometria a flusso consente una profilazione immunitaria approfondita, aprendo la strada per lo studio di interventi immunomodulanti volti ad alleviare i sintomi dei POI. Nel complesso, il protocollo getta le basi per far progredire la nostra conoscenza dei POI e sviluppare strategie terapeutiche mirate per migliorare gli esiti dei pazienti.
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Siamo grati al Laboratory Animal Center, al Beijing Clinical Research Institute e al Beijing Friendship Hospital per aver fornito cure agli animali. Questo lavoro è stato sostenuto dal National Key Technologies R&D Program (n. 2015BAI13B09), dalla Beijing Natural Science Foundation (n. 7232035), dalla National Natural Science Foundation of China (n. 82171823, 82374190) e da Distinguished Young Scholars del Beijing Friendship Hospital (n. yyqcjh20222-4).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1 M HEPES | Thermo | 15630080 | |
APC anti-mouse I-A/I-E (MHC-II) | Biolegend | 107614 | |
APC anti-mouse TCRb | Biolegend | 109212 | |
APC/Cy7 anti-mouse CD4 | Biolegend | 100414 | |
APC/Cy7 anti-mouse Ly6G | Biolegend | 127624 | |
Brilliant Violet 421 anti-mouse CD69 | Biolegend | 104545 | |
Brilliant Violet 421 anti-mouse F4/80 | Biolegend | 123132 | |
Brilliant Violet 785 anti-mouse/human CD44 | Biolegend | 103041 | |
BUV395 anti-mouse CD8a | BD | 563786 | |
BUV737 anti-mouse CD3e | BD | 612771 | |
Collagenase IV | Sigma-Aldrich | C5138 | |
Culture Microscope | CKX53 | Olympus | |
Deoxyribonuclease I from bovine pancreas (DNase I) | Sigma-Aldrich | DN25-5G | |
DL-Dithiothreitol solution | Sigma-Aldrich | 43816-10ML | |
EDTA | Sigma-Aldrich | EDS-100G | |
FITC anti-mouse CD45 | Biolegend | 147709 | |
FITC-dextran (70 kWM) | Sigma-Aldrich | FD70-100MG | Gastrointestinal Transit Assay |
HE staining kit | solarbio | G1120 | |
PE anti-mouse CD11b | Biolegend | 101208 | |
PE anti-mouse PD-1 | Biolegend | 114118 | |
PE/Cy7 anti-mouse CD11c | Biolegend | 117318 | |
Percoll | GE (Pharmacia) | 17-0891-01 | |
Symphony A5 Flow cytometer | BD | - | Immune cell detection and sorting |
Tribromoethanol | Sigma-Aldrich | T48402 | Anesthesia |
Varioskan LUX | Thermo | N16699 | Multimode microplate reader |
Zombie Aqua Fixable Viability kit | Biolegend | 423102 | Fluorescent viability dye |
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