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* Estes autores contribuíram igualmente
Os modelos animais provaram ser ferramentas valiosas para a definição de acolhimento e de patógenos mecanismos específicos que contribuem para o desenvolvimento da inflamação crônica. Aqui nós descrevemos um modelo do rato de infecção oral com o patógeno humano Porphyromonas gingivalis e metodologias detalhe para avaliar a progressão da inflamação em sites locais e sistêmicos.
A inflamação crônica é um importante motor de danos no tecido patológico e uma característica unificadora de muitas doenças crônicas em seres humanos, incluindo neoplásicas, auto-imunes e doenças inflamatórias crônicas. Emergentes evidência implica inflamação crônica induzida por patógeno no desenvolvimento e progressão de doenças crônicas com uma grande variedade de manifestações clínicas. Devido à etiologia complexa e multifatorial da doença crônica, projetar experimentos para a prova do nexo de causalidade e do estabelecimento de relações mecanicistas é quase impossível em humanos. Uma vantagem da utilização de modelos animais, é que ambos os factores genéticos e ambientais que podem influenciar o curso de uma doença particular pode ser controlada. Assim, projetar modelos animais relevantes de infecção representa um passo fundamental na identificação de acolhimento e de patógenos mecanismos específicos que contribuem para a inflamação crônica.
Aqui nós descrevemos um modelo de mouse induzida por patógeno Infla crônicammation em sites locais e sistêmicos após a infecção com o patógeno Porphyromonas gingivalis via oral, uma bactéria estreitamente associada à doença periodontal humano. A infecção oral de agentes patogénicos específicos de ratos livre induz uma resposta inflamatória local, resultando na destruição de dente de apoio do osso alveolar, uma marca da doença periodontal. Em um modelo de camundongo estabelecido de aterosclerose, infecção com P. gingivalis acelera deposição de placas inflamatórias dentro da artéria inominada e sinus aórtico, acompanhado por activação do endotélio vascular, a um aumento da infiltração de células imunitárias, e a expressão elevada de mediadores inflamatórios em lesões. Nós metodologias detalhe para a avaliação da inflamação em sites locais e sistêmicos. O uso de camundongos transgênicos e bactérias mutantes definidos torna este modelo particularmente adequado para identificar tanto o hospedeiro e os fatores microbianos envolvidos na iniciação, progressão e evolução da doença. Adicionalmente podey, o modelo pode ser utilizado para o rastreio de novas estratégias terapêuticas, incluindo a vacinação e a intervenção farmacológica.
A inflamação crônica é um importante motor de danos no tecido patológico e uma característica unificadora de muitas doenças crônicas em seres humanos. Estas doenças neoplásicas incluem, auto-imunes, doenças inflamatórias crónicas e um. A etiologia de muitas doenças crônicas ainda não está claro, mas entende-se complexa e multifatorial, envolvendo tanto a predisposição genética ea introdução de fatores ambientais. Enquanto os perpetuadores da inflamação permanecem ainda desconhecidos, os perfis celulares e moleculares da ativação imune sobrepõem consideravelmente com esses padrões observados na resposta do hospedeiro a patógenos 2.
Evidências crescentes implica a infecção por patógenos microbianos no desenvolvimento e na progressão da inflamação crônica e suas diversas manifestações clínicas 2,3. Patógenos podem induzir e manter a inflamação crônica diretamente por subverter o sistema imune do hospedeiro e infecções persistentes 4. Na ausência de persistência microbiana, a infecção pode precipitar a inflamação crônica de reações auto-imunes desencadeadas por mimetismo molecular para auto-antígenos, mudanças na auto-antígenos que os tornam imunogênica, ou dano que libera antígenos do hospedeiro previamente mascarados. Raramente no entanto ter patogénios específicos foram identificados como a causa de uma doença universal crónica particular. Em vez disso, a maioria dos dados disponíveis sugere que os patógenos usar mecanismos distintos para provocar inflamação crônica com um amplo espectro de manifestações clínicas e evolução das doenças no hospedeiro geneticamente suscetível 3. Assim, uma compreensão detalhada dos mecanismos pelos quais os patógenos específicos induzem a inflamação crônica pode ter implicações importantes para a saúde pública, bem como tratamento e prevenção de muitas doenças crônicas.
Embora os mecanismos específicos do hospedeiro e do patógeno que contribuem para a indução e manutenção da inflamação crónica estámal compreendida, os avanços na modelagem de inflamação crônica induzida por patógeno começaram a promover nossa compreensão desses processos. O P. gingivalis modelo de infecção oral é um rato modelo único, bem caracterizada de inflamação crônica induzida por patógeno que permite a análise de acolhimento e de patógenos mecanismos específicos que contribuem para a inflamação crônica no local (perda óssea bucal) e sítios sistêmicos (aterosclerose) 5,6.
P. gingivalis é, um agente patogénico bucal anaeróbio Gram-negativas implicadas na doença periodontal humano, uma doença inflamatória crónica impulsionado-infecção caracterizada pela destruição de tecidos de suporte dos dentes 7. Além de patologia no local inicial da infecção, evidências acumuladas implica P. gingivalis induzida por inflamação crônica no desenvolvimento e progressão de doenças sistêmicas, incluindo a aterosclerose 5, uma doença caracterizada por inflammatio crônican da parede do vaso arterial. A infecção oral de-patógeno específico camundongos livre com P. gingivalis induz uma resposta inflamatória local, que resulta na destruição de osso alveolar de suporte do dente 8. p gingivalis pode ser recuperado das bocas de camundongos infectados até 42 dias após a infecção e 8 ratos desenvolver altos níveis de anticorpos séricos títulos específicos do micróbio 9. Em um modelo de camundongo estabelecido de aterosclerose utilizando-apolipoproteína E - / - murganhos (ApoE - / -), a infecção com P. bucal gingivalis induz inflamação crônica que leva a deposição de placa inflamatória dentro do seio da aorta 10 e 11 da artéria inominada. Inflamação progressiva dentro da artéria inominada P. gingivalis infectados camundongos pode ser monitorado em animais vivos, usando ressonância magnética in vivo. Histologicamente, as lesões arteriais de P. gingivalis infectados camundongos apresentam maior acúmulo de lipídios acomnhado por activação do endotélio vascular, um aumento infiltrado de células imunitárias, e a expressão elevada de mediadores inflamatórios 12. A utilização deste modelo em ratinhos knockout elucidou o papel de elementos de sinalização de acolhimento e de mediadores inflamatórios, assim como a célula de interacções específicas que dirigem P. gingivalis induzida imunopatologia 12-14. Além disso, as experiências utilizando mutantes bacterianas definidas identificaram P. crítico gingivalis fatores de virulência que contribuem para a inflamação crônica em sites locais e sistêmicos 15.
Este artigo detalha metodologias para a avaliação de P. gingivalis induzida por inflamação crônica em sites locais e sistêmicos. Nós fornecer um protocolo detalhado para a análise de perda de osso alveolar por microCT usando software Amira. Além disso, definimos a utilidade da série in vivo MRI animal vivo para a avaliação da progressiva eminflamação dentro da artéria inominada. Nós incluem metodologias para a visualização e quantificação de placa inflamatória em lesões arteriais, e descrever sua caracterização histológica. O uso de camundongos transgênicos e bactérias mutantes definidos torna este modelo particularmente adequado para identificar tanto o hospedeiro e os fatores microbianos envolvidos na iniciação, progressão e evolução da doença. Além disso, o modelo pode ser utilizado para o rastreio de novas estratégias terapêuticas, incluindo a vacinação e a intervenção farmacológica.
1. Crescimento e cultivo de bactérias
2. Infecção Oral
NOTA: Como ilustrado na Figura 1, utilizando o modelo de ratinho apropriado e o regime de infecção oral, P. gingivalis induz inflamação crônica e imunopatologia no local (cavidade oral) e sítios sistêmicos (artérias).
3. Micro-tomografia computadorizada (microCT)
4 Avaliação de Aterosclerose
5. histológica Avaliação de lesões ateroscleróticas
6. imunohistoquímica Caracterização de lesões ateroscleróticas.
Os passos abaixo descrevem um protocolo baseado em anticorpo geral rotineiramente empregadas para avaliar lesões ateroscleróticas em P. gingivalis ratinhos infectados. Este protocolo requer otimização para cada anticorpo ou reagente.
7 MRI
Utilizando o modelo de ratinho apropriado e o regime de infecção oral, P. gingivalis induz inflamação crônica e imunopatologia no local (cavidade oral) e sítios sistêmicos (artérias) (Figura 1).
Em ratos, infecção oral com P. gingivalis induz uma resposta inflamatória local que conduz à destruição do osso alveolar dente de apoio 8. p gingivalis infectados camundongos desenvolver respostas de anticorpos séricos para este organismo, que são predominantemente do isotipo IgG 9. Os resultados mostrados na Figura 4 são representativos de uma experiência em que murganhos C57BL / 6 foram infectados com P. gingivalis três vezes em intervalos de dois dias e sacrificados 6 semanas mais tarde, para a estimativa da perda de osso alveolar por microCT. Análise volumétrica usando software Amira revela que P. camundongos gingivalis infectado pelo exibem perda óssea significativa em comparação com os controles não infectados (Figura 4A). A inspecção visual de reconstruída hemi-maxilar, ilustra um aumento na área de superfície exposta das raízes molar em murganhos infectados, em comparação com os controlos (Figura 4B e figura 4C).
Na aterosclerose propensas ApoE - / - ratos, P. gingivalis induz inflamação crônica que leva a perda óssea alveolar 12 e deposição de placa inflamatória dentro do seio da aorta 15 e artéria inominada 11. P. gingivalis induzida por aterosclerose ocorre nas primeiras 24 horas após a última infecção e pode ser prevenida pela imunização antes da infecção 16. Inflamação progressiva na artéria inominada de P. gingivalis infectados camundongos pode ser monitorada em camundongos vivos por série no MRI vivo em vários pontos de tempo pós-infecção (Figura 5). en medições de face do Sudão IV aortas coradas demonstra que P. gingivalisinfecção aumenta significativamente a deposição de lípidos e a área lesionada na superfície da íntima (Figura 6). No momento do sacrifício, a histologia e imuno-histoquímica pode ser usada para qualitativa ou quantitativamente caracterização das lesões ateroscleróticas no contexto da composição celular, a expressão de vários antigénios, e lípidos. A análise imuno-histoquímica das lesões do seio da aorta revela aumento da infiltração de macrófagos e aumento da expressão do receptor Toll-like receptor imune inato 2 (TLR2) em P. gingivalis infectado com ratos (Figura 7).
Figura 1 P. gingivalis induzida por inflamação crônica em sites locais e sistêmicos. Antes de infecção com P. camundongos gingivalis são administe vermelho libitum antibióticos ad na sua água de beber, durante 10-14 dias, seguido por um período de repouso de dois dias de antibióticos. O tratamento com antibióticos elimina a flora bucal indígenas e facilita a colonização. Para a indução da perda alveolar, os ratinhos foram infectados por três vezes em intervalos de dois dias e ao volume de osso alveolar é efectuada 6 semanas após a infecção. Ao avaliar a aterosclerose, arteriosclerose propensas ApoE - / - murganhos são tipicamente infectadas 5 vezes por semana durante 3 semanas e sacrificaram-se 16-24 semanas pós-infecção. Inflamação progressiva no interior da artéria inominada de ratinhos vivos pode ser medido por ressonância magnética, em série in vivo em vários pontos de tempo após a infecção. A histologia e imunohistoquímica pode ser usado para manchar para lipídios e células inflamatórias no término do experimento para validar os dados de imagem. No momento do sacrifício, a perda de osso alveolar é medida por microCT e carga aterosclerótica mundial é avaliada por coloração en face da aorta inteiras. https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51556/51556fig1highres.jpg "target =" _blank "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2 Rato hemi-maxila, ilustrando o posicionamento da OBS 1 e 2 OBS Os três molares são rotulados (M1-M3) e terminologia anatômica relevante é indicado. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3 Rato hemi-maxilar superior que ilustra o posicionamento da OBS 1 a 5.1556 / "target =" _blank "51556fig3highres.jpg> Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4 a perda óssea alveolar como medido por microCT. C57BL Homem / 6 foram infectados oralmente com P. gingivalis ou veículo (não infectado) e volume ósseo alveolar foi avaliada por microCT 6 semanas mais tarde usando Amira. (A) o volume ósseo alveolar em hemi-maxilas de não infectado e P. gingivalis infectados C57BL / 6. Os resultados representam o volume de osso acima do plano de referência (120 microns do CEJ). Os dados são expressos como volume ósseo SD a partir de n = 8 ratinhos por grupo. *** P <0,001, comparado com os controlos não infectados. (B) e (C) reconstruções representativas 3D de hemi-maxilas de não infectados (B)e P. gingivalis infectados (C) ratos. Um decréscimo significativo do volume ósseo alveolar pode ser visto em P. gingivalis infectados camundongos quando comparados aos controles não infectados. As setas indicam regiões em que ocorre perda óssea visível em P. gingivalis camundongos infectados por (nota o aumento da área de superfície exposta das raízes molares). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5 inflamação progressiva dentro da artéria inominada seguinte P. infecção gingivalis medida pelo MRI (A) Ressonância Magnética Representante (MR) angiografia do arco aórtico e grandes navios de ApoE. -/ -. Rato (B) Imagem axial MR a partir da linha amarela em um da artéria inominada de um rato, 0,3 milímetros abaixo da sua bifurcação. Artérias inominada foram fotografadas pela MRA no início e aos 12 e 16 semanas após a infecção. (C) A mudança temporal na área luminal (mm 2) foi calculado para ratos indivíduo (n = 10-12 / grupo). Não infectado ApoE - / - (azul); P. gingivalis infectados ApoE - / -. (vermelho) Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6 Determinação En face da área lesionada em toda a aorta. (A) coloração do Sudão IV aorta en lesões na face 16 semanas após a infecção com P. gingivalis. (B) Quantificação do teor de lipídios dentro da aorta total de (símbolos brancos) não infectados e P. gingivalis infectado com ratinhos (símbolos pretos) (n = 10-13 / grupo). Percentual de aorta ocupada por lipídeos foi calculado usando ImageJ. * P <0,05. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 7 Análise imunohistoquímica de lesões seio aórtico Masculino ApoE -. / - Ratos alimentados com uma dieta normal de comida foram infectados com P. gingivalis ou não infectados e sacrificados 16 semanas após a infecção. Criosecções obtidos a partir do seio aórtico foram marcadas com anti-rato F4 / 80 e TLR2. Barra de escala, 100 mm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
O P. gingivalis modelo infecção oral proporciona uma ferramenta valiosa para o estudo da inflamação crônica induzida por patógeno em sites locais e sistêmicos. Este modelo único permite a caracterização de ambos os mecanismos específicos de acolhimento e de patógenos que contribuem para a inflamação crônica e imunopatologia. Além disso, o modelo pode ser utilizado para o rastreio de novas estratégias terapêuticas, incluindo a imunização e a intervenção farmacológica. Os passos descritos neste protocolo descrever o sucesso do uso deste modelo e detalhe metodologias para avaliar a iniciação, progressão e evolução de P. gingivalis induzida por inflamação crônica.
Há vários aspectos críticos para manter em mente quando se utiliza este protocolo para analisar a perda óssea inflamatória. Em primeiro lugar, deve notar-se que o resultado da infecção com P. gingivalis é determinado por três fatores principais: 1) a susceptibilidade genética do hospedeiro à infecção 2) patógenovirulência (genética do agente patogénico) e 3) a interacção hospedeiro-patogénio resultante (interacção dos dois genomas). Suscetibilidade a P. gingivalis induzida perda óssea alveolar é geneticamente determinada em camundongos, assim, os cuidados devem ser tomados ao selecionar a linhagem de camundongos para o estudo 17. Respostas do hospedeiro diferenciais entre as estirpes puras de ratos pode ser aproveitado para realizar telas frente genéticos e caracterizar genes envolvidos na resistência e suscetíveis à inflamação crônica induzida por patógeno. Além disso, existe uma heterogeneidade considerável na capacidade dos diferentes p gingivalis esforça para induzir a perda óssea alveolar em camundongos 18. Este protocolo utiliza ratinhos no fundo por causa da disponibilidade de ratinhos transgénicos e a sua susceptibilidade à aterosclerose C57BL / 6. P gingivalis tensão 381 induz à perda óssea alveolar e aterosclerose em camundongos na C57BL / 6 fundo, e várias bactérias mutantes foram projetados usando this estirpe.
Os ratos são particularmente resistentes à aterosclerose e o desenvolvimento de lesões arteriais evidentes requer a utilização de modelos de rato geneticamente modificadas de aterosclerose. Usamos a ApoE - modelo de ratinho uma vez que é um modelo de ratinho bem estabelecido de aterosclerose, não exige alimentação de dieta rica em gorduras para a formação da lesão, e recapitula muitos aspectos da doença humana 19 - /. O tipo de dieta para alimentar os animais durante o curso da experiência é uma variável importante. Para a maioria de nosso trabalho, alimentar ratos com uma dieta normal de comida para evitar a contribuição de lipídios exógenos na interpretação de nossos resultados. Em estudos preliminares, descobrimos que alimentando ratos Máscaras dieta rica em gordura diferenças en área de lesão rosto entre infectado e P. gingivalis infectados camundongos dentro do seio da aorta. No entanto, a dieta de alta gordura e P. trabalho infecção gingivalis sinergicamente quando a progressão de inflammação é acompanhada no inominada por ressonância magnética ou histologia 11. Em ratinhos, a artéria inominada tem um elevado grau de progressão da lesão, e lesões na artéria expressa esta apresenta características de doença clínica em seres humanos, incluindo estreitamento dos vasos, meios atróficas, inflamação perivascular, e ruptura da placa. As distinções na composição celular das lesões são evidentes em diferentes sítios anatômicos. Os macrófagos são as células imunes primárias infiltrando lesões do seio da aorta, enquanto lesões da artéria inominada são compostos de ambos os macrófagos e células T.
Duração Experimental eo momento em que endpoints inflamatórios são avaliados são fatores adicionais a serem considerados quando se avalia a iniciação, progressão e evolução de P. gingivalis induzida por aterosclerose. Nós já demonstraram que P. gingivalis infectados ApoE - / - ratos apresentam infiltração de macrófagos, aumento da expressão de marcadores da imunidade inata, umnd o aumento da deposição de placas inflamatórias tão cedo quanto 24 horas após a última infecção dentro da cavidade aórtica e isto pode ser evitado por imunização 16. No nosso aumento mãos, inflamação e imunopatologia com o avanço da idade e são evidentes até 24 semanas pós-infecção. No entanto, as decisões relativas à duração do estudo que confiar na hipótese subjacente a ser estudado, o modo de análise e conhecimento prévio da extensão da aterosclerose, sob condições ambientais específicas.
O uso de técnicas de imagem não invasivos para monitorizar a inflamação progressiva da artéria inominada pode ser utilizado para orientar a duração experimental. Serial MRI permite estudos detalhados de progressão da aterosclerose no mesmo animal que pode retratam o estreitamento do lúmen arterial e áreas de pequenos vasos de parede 20. Em contraste com os métodos tradicionais, tais como a coloração com lípido de vasos dissecados, RM não necessita eutanásiae permite estudos longitudinais para avaliar a iniciação e progressão da aterosclerose. Em conjunção com ratinhos transgénicos, bactérias mutantes, ou tratamentos experimentais, as informações temporais fornecidas por ressonância magnética pode ser utilizada para avaliar o efeito da genética do hospedeiro, factores de virulência de patógenos e intervenção terapêutica. Como um benefício adicional, histologia e imuno-histoquímica pode ser usado para manchar para lipídios e células inflamatórias no término do experimento para validar os dados de imagem. Nós recentemente utilizado estes métodos para demonstrar que a infecção oral com P. gingivalis acelera aterosclerose nas arterties inominada ApoE - / - ratos, que a imunização fornece proteção contra a progressão da placa, e se correlaciona com a diminuição do acúmulo de lipídios e células inflamatórias 11.
Em resumo, este protocolo descreve os passos necessários para produzir um modelo robusto de inflamação crônica induzida por patógeno, bemcomo os métodos utilizados para avaliar a inflamação em sites locais e sistêmicos. Além de utilizar este modelo para examinar hospedeiras e organismos patogénicos mecanismos específicos envolvidos na perda óssea inflamatória e aterosclerose, que pode ser adaptado para estudar a contribuição da inflamação crónica induzida pelo patógeno modelos de doenças adicionais. Isto pode ser conseguido utilizando os modelos de ratos transgénicos de doença incluindo a artrite reumatóide, diabetes e cancro. Emergentes evidências indicam que uma série de doenças crônicas de etiologia desconhecida podem ter origens infecciosas. Estas doenças neoplásicas incluem, auto-imunes, e doenças inflamatórias, e em conjunto comprometer as principais causas de morbilidade e mortalidade em todo o mundo. Assim, a utilização de modelos animais para examinar o papel de agentes patogénicos das doenças accionados por inflamação crónica tem o potencial para grande impacto terapêutico e de diagnóstico melhoradas.
Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.
Este trabalho foi financiado pelo Instituto Nacional de Alergia e Doenças Infecciosas Grant P01 A1078894 para CAG
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Amira analysis software | Visualization Sciences Group | ||
Anaerobic chamber DW Scientific Model MG500 | Microbiology International | ||
BHI | Becton-Dickinson | 211059 | |
Hemin | Sigma-Aldrich | 51280-5G | |
Menadione (Vitamin K) | Sigma-Aldrich | M5625-25G | |
Yeast Extract | Becton-Dickinson | 212750 | |
Carboxymethyl cellulose (medium viscocity) | Sigma-Aldrich | C-4888 | |
Sulfamethoxazole and trimethoprim oral suspension 200 mg/40 mg per 5 ml | Hi-Tech Pharmacal | NDC 50383-823-16 | |
μCT 40 | Scanco | ||
HistoChoice Tissue Fixative | Sigma-Aldrich | H2904 | |
Sudan IV | Sigma-Aldrich | S4261-25G | |
Vertical-bore 11.7T Avance spectrometer | Bruker | ||
Paravision | Paravision | ||
ImageJ | NIH | ||
Rat anti-mouse F4/80 | Serotec | MCA497R | |
Rat anti-mouse TLR2 | eBioscience | 13-9021-80 | |
Leica S4 dissecting scope | Leica | ||
Microm HM 550 cryostat | Microm |
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