Method Article
Mevcut el yazması, hipokampal arteriyol ve kılcal damarları fare beyninden nasıl izole edilebildiğini ve basınç miyografisi, immünoresans, biyokimya ve moleküler çalışmalar için nasıl basınçlandırılabildiğini ayrıntılarıyla anlatmaktadır.
İnce davranışsal değişikliklerden geç evre demansa kadar, vasküler kognitif bozukluk genellikle serebral iskemi sonrasında gelişir. İnme ve kardiyak arrest son derece cinsel dimorfik hastalıklardır, ve her ikisi de serebral iskemi neden. Ancak, vasküler bilişsel bozukluğu anlamada ilerleme, ve daha sonra cinsiyete özgü tedaviler geliştirme, kısmen fonksiyonel çalışmalarda fare modellerinden beyin mikrosirkülasyon soruşturma zorlukları ile sınırlı olmuştur. Burada, fare beyninden ex vivo hipokampal kapiller-parenkimal arteriyol (HiCaPA) preparatında kapiller-arteriyol sinyalini incelemek için bir yaklaşım salıyoruz. Kapiller stimülasyona yanıt olarak arterioler çapı ölçmek için mikrosirkülasyonu nasıl izole edebileceğimizi, kanülasyonu nasıl bastırabileceğimizi ve basınçlendirebileceğimizi anlatıyoruz. Biz uygun fonksiyonel kontroller HiCaPA hazırlık bütünlüğünü doğrulamak ve tipik sonuçlar görüntülemek için kullanılabilir göstermek, bir nörovasküler kaplin ajan olarak potasyum test ve Kir2 içe doğrulayan potasyum kanal ailesinin son karakterize inhibitörü etkisi de dahil olmak üzere, ML133. Ayrıca, erkek ve dişi farelerden elde edilen preparatlarda yanıtları karşılaştırıyoruz. Bu veriler fonksiyonel araştırmaları yansıtırken, yaklaşımımız moleküler biyoloji, immünkimya ve elektrofizyoloji çalışmalarında da kullanılabilir.
Beyin yüzeyinde pial dolaşım çok çalışmanın nesnesi olmuştur, kısmen deneysel erişilebilirlik nedeniyle. Ancak serebral vaskülatürün topolojisi farklı bölgeler oluşturur. Kan akışını yönlendirmek için önemli kapasite ile anastomozlar açısından zengin sağlam pial ağ aksine, intraserebral parenkimal arterioller (PAs) mevcut sınırlı teminat kaynağı, her biri sinirdokusununayrı bir hacim perfüzyon 1,2. Bu, benzersiz fizyolojik özellikleri ile birlikte3,4,5,6,7,8, intraserebral arterioller serebral kan akımı için önemli bir site yapar kan akışı üzerinde bir darboğaz etkisi oluşturur (CBF) yönetmelik9,10. Izolasyon ve PAs cannülasyonu doğasında teknik zorluklara rağmen, son on yılda basınçlıkaplar 11 ,12,13,14,15,16,17kullanarak ex vivo fonksiyonel çalışmalarda artan bir ilgi gördü. Bu artan ilgi nin nedenlerinden biri nörovasküler kaplin (NVC), beyin fonksiyonel hiperemi18sürdüren mekanizma üzerinde yürütülen önemli araştırma çabasıdır.
Bölgesel olarak, CBF hızla lokal nöral aktivasyon19aşağıdaki artabilir. NVC'yi kontrol eden hücresel mekanizmalar ve sinyal özellikleri tam olarak anlaşılamamıştır. Ancak, nöral aktivite algılama ve yukarı arteriyol20,21,22dilate bir hiperpolarize elektrik sinyali içine çevirerek NVC sırasında beyin kılcal damarları için daha önce beklenmedik bir rol tespit . Eylem potansiyelleri23,24 ve astrositik endfeet üzerinde büyük iletkenlik Ca2 +aktive K+ (BK) kanallarının açılması25,26 interstisyel potasyum iyon konsantrasyonu artırmak [K+]o, hangi kılcal damar damar endotel güçlü içe doğrulayıcı K+ (Kir) kanallarının aktivasyonu ile sonuçlanır. Bu kanal harici K+ tarafından değil, aynı zamanda hiperpolarizasyon kendisi tarafından aktive edilir. Boşluk kavşakları ile yayılan, hiperpolarize akım sonra arteriyol kadar komşu kapiller endotel hücrelerinde yeniler, nerede miyosit gevşeme ve CBF artış nedenolur 20,21. Bu mekanizmanın çalışması bize vazoaktif ajanlar ile kapiller stimülasyon sırasında arterioler çapı ölçmek için basınçlı kapiller-parankimal arteriyol (CaPA) hazırlık geliştirmek için yol açtı. CaPA preparat bozulmamış bir kanüle intraserebral arteriyol segmenti oluşur, aşağı kapiller ramification. Kılcal uçlar bir mikropipet ile oda cam alt karşı sıkıştırılır, hangi tıkabasır ve tüm vasküler oluşumu stabilize20,21.
Daha önce fare korteks20,21 ve sıçan amigdala13 ve hipokampus16,17arteriyollerden CaPA preparatları görüntüleyerek enstrümantal yenilikler yaptık. Hipokampal vaskülatür patolojik koşullara yatkınlığı nedeniyle daha fazla dikkat alır gibi, burada fare hipokampus CaPA hazırlık için bir adım adım yöntem sağlamak (HiCaPA) sadece fonksiyonel NVC çalışmalarda değil, aynı zamanda moleküler biyoloji, immünokimya ve elektrofizyoloji kullanılabilir.
Tüm deneyler Colorado Üniversitesi, Anschutz Tıp Kampüsü Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi (IACUC) tarafından onaylandı ve Ulusal Sağlık Enstitüleri yönergelerine göre yapıldı.
1. Çözümler
2. Organ odası hazırlığı
3. Hipokampus diseksiyon ve izolasyon
4. Hipokampal arteriyol izolasyonu
5. Hipokampal kapiller-parenkimal arteriyol kanülülasyonu
6. Basınç miyografisi
7. Kapiller uçların fokal stimülasyonu
Endotel küçük iletkenliği (SK) ve ara iletkenlik (IK) Ca2+duyarlı K+ kanalları PA'ların çapı üzerinde dilatrasyon etkisi uygular. Sentetik IK ve SK kanal agonisti olan 1 μM NS309'un banyo uygulaması maksimal genişlemeye neden olur(Şekil 2A,B). Ancak, kapiller endotel hücreleri IK ve SK kanalları eksikliği ve NS30920yanıt olarak hiperpolarize vermedi. Sonuç olarak, fokal basınç ejeksiyonu (20 s, 5 psi) ile 1 μM NS309 ile uyarıcı kapiller biter upstream arterioler genişlemeye neden olmadı(Şekil 2A,B). Bu sonuç, NS309'un HiCaPA preparatlarında arteriyol'a ulaşmadığını ve basınç ejeksiyonu ile kılcal damarlara uygulanan bileşiğin mekansal kısıtlamasını değerlendirmek için bir kontrol olarak kullanılabileceğini göstermektedir.
Bu hazırlık temelde kılcal damarlardan PA'lara içeriden gelen elektrik sinyallerinin ölçülmesi için tasarlanmıştır. HiCaPA preparatını kullanarak, kılcal uçlara 10 mM K+ içeren aCSF uyguladık ve daha önce kortikal vaskülature20'denCaPA preparatlarında yaptığımız gibi yukarı akım arterioler dilatasyonu(Şekil 2A,C)ölçtük. Daha sonra, bildiğimiz kadarıyla ilk kez, HiCaPA preparatları kullanarak kadın farelerde kapiller-arteriyol elektrik sinyalizasyon araştırdı. 10 mM K+ ile kapiller stimülasyon ile uyarılmış arterioler dilatasyon erkek ve dişi farelerin preparatları arasında farklılık yoktu(Şekil 2A,C).
Son olarak, bu yaklaşımın bir diğer temel yararı kılcal stimülasyon önce banyoda farmakolojik araçlar uygulamak imkanıdır. Burada ML133, yeni geliştirilen Kir2 inhibitörü28etkisini test etti. Banyo perfüzyonuna 10 μM ML133 eklenmesi, hem erkek hem de dişi farelerin HiCaPA preparatlarında 10 mM K+ yanıt olarak kılcal kaynaklı arterioler dilatasyonu neredeyse ortadan kaldırmış(Şekil 2A,C). Bu son sonuç, Kir2.1 kanalının daha önce erkek beyninin kortikal mikrosirkülasyonunda tanımlandığı gibi kadın serebral vaskülatürde elektriksel sinyalizasyona aracılık ettiğini göstermektedir.
Şekil 1: Hipokampal kapiller-parenkimal arteriyol (HiCaPA) preparatının fareden izolasyon ve basınçlandırma metodolojisi. (A) Yeni izole beyin interhemisferik fissür aşağıdaki sagital düzlemde ikiye kesilir ve medial tarafı yukarı bakacak şekilde yerleştirilir. (B) Talamus, septum ve hipotalamus yavaşça hipokampus ortaya çıkarmak için kaldırılır. (C) Hipokampus dikkatle çıkarılır. (D) Kılcal ağaçları ile arterioller hipokampus izole edilir ve arterioler segmentin bir ucu bir basınç sistemine bağlı bir mikropipet ile canülize edilir, ve diğer ucu tıkanmış. Kılcal uçlar kapatılır ve cam pipet ucu ile kapak kaymakarşı muhafaza edilir. İç çap arteriyol bir veya birkaç bölgede bir kenar algılama sistemi ile izlenir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: 1 μM NS309 ile kılcal damarların fokal stimülasyonunun yukarı arteriolar çap üzerinde etkisi yoktur, 10 mM K+içeren aCSF ile stimülasyonundan farklı olarak. (A) 1 μM NS309 banyo uygulamasının etkisini gösteren upstream arteriolar çapının ve ardından 1 μM NS309 ile art arda kılcal uçsama (20 s, 5 psi) ve Kir2 kanal inhibitörü ML133'ün yokluğunda veya varlığında 10 mM K+ içeren aCSF ile temsili kayıt. 10 mM K+ kapiller üzerine uygulanması 10 μM ML133 tarafından bloke edildi hızlı upstream arterioler dilatasyon üretti. NS309 genişlemeye neden olmadı. NS309 ile kapiller stimülasyona yanıt olarak upstream arterioler dilatasyon yokluğu basınç la ilgili bileşiklerin arteriyol ulaşmadığını göstermektedir. (B) Banyoda veya kılcal uçlarda uygulanan 1 μM NS309 ile indüklenen çap değişikliklerini gösteren özet veriler (n = 14; ****p < 0.0001, eşleştirilmiş t-testi). (C) Banyoda 10 μM ML133'ten önce ve sonra hiCaPA preparatlarında doğrudan uygulanan 10 mM K+ ile indüklenen arterioler çap değişikliklerini gösteren özet veriler banyoda uygulanmıştır (***p < 0.0005, n.s. = önemsiz, eşleşmemiş t-testi). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Bu el yazmasında açıklanan basınçlı HiCaPA (hipokampal kapiller-parenkimal arteriyol) hazırlığı, parenkimal arteriyol29'u izole etmek, basınçlandırmak ve çalışma prosedürümüzün bir uzantısıdır29. Yakın zamanda beyin kapiller endotel hücrelerinde Kir2.1 kanallarının sinirsel aktivasyonile ilişkili [K+]o hissartışları olduğunu ve yukarı yayılan arteriyoles20'yigenişleten bir hiperpolarize sinyal ürettiğini bildirdik. Kılcal damarlar için bu daha önce beklenmeyen rolü ortaya kortikal mikrosirkülasyon capa hazırlık geliştirerek kısmen mümkün olmuştur20,21. Bu el yazması benzer bir deneysel yaklaşım sunar ama nörovasküler kaplin sırasında kılcal-arteriyol sinyalaraştırmak için basit ve tekrarlanabilir bir yaklaşım tanımlamak için fare beyninin daha derin ve daha sınırlı yapısından.
Beyin mikrosirkülasyonu zarif kırılgan ve bazı uygulamalar, özellikle germe ve damarların işleme en aza indirmek, arteriyol ve kılcal damarların hayatta kalmasını sağlamak için kullanılmalıdır. Miyojenik tonun spontan gelişimi bir preparatın canlılığının ilk göstergesidir30. Endotel fonksiyonu daha sonra sk ve IK kanallarının agonist NS309'u banyo çözeltisine ekleyerek değerlendirilebilir, bu da neredeyse maksimum genişlemeye neden olur. NS309'un banyo uygulamasına bir ton veya yanıt geliştirilmemesi durumunda, hazırlık başka bir tonda değiştirilmelidir. NS309 ayrıca fokal kapiller stimülasyonun yayılmasını test etmek için de kullanılır. Kapiller endotel hücreleri SK ve IK kanalları eksikliği nedeniyle20, basınç ejeksiyon uğrama ile kapiller üzerine NS309 lokal teslimat Şekil 2'degösterildiği gibi yukarı arterioler çapı üzerinde hiçbir etkisi olmamalıdır , bileşikler yanlışlıkla arteriol uyarmak olmadığını gösteren. Bu adımlar doğrulandıktan sonra, kapiller-arteriyol sinyalizasyon test edilebilir.
Burada 10 mM K+içeren aCSF ile kılcal damarları uyararak elektrik sinyalizasyonu inceledik. Ancak, farklı sinyal yöntemleri farklı bilinen vazoaktif ajanlar veya nörotransmitterler ile kılcal damarlar uyararak mevcut yaklaşım kullanılarak araştırılabilir. Bu hazırlık başka bir yararı araştırmak ve sonunda farklı hayvanlar arasında nvc karşılaştırmak ve farklı beyin bölgeleri arasında olasılığıdır. Beyin düzgün serebrovasküler patolojiler31,32tarafından hedef değildir, çünkü bu özellikle ilginç . Burada sunulan yaklaşımın genel bir sınırlama mikrosirkülasyon izole ederek, nörovasküler birimin önemli bileşenleri, nöronlar ve astrositler gibi, kaybolur. In vivo CBF görüntüleme için kranial pencere gibi diğer preparatlar, bozulmamış nörovasküler ünitenin yapısını korumak ve bozulmamış bir sistemde NVC çalışma daha uygundur. Ancak, kranial pencere hazırlanmasında, parenkimal arterioller belirli bir ekipman olmadan görüntü zordur, multifoton mikroskop gibi, ve derin bölgelerde, hipokampus gibi, görüntü zor kalır. Bu bağlamda Filosa laboratuvarında beyin dilimlerindeki miyojenik tonu indüklemek için ışık akışını kullanarak geliştirilen yaklaşım, beyin dilimi ile in vivo yaklaşımlar arasında zarif bir bağlantıyı temsil eder33. Ancak, çevredeki sinir dokusu topikal uygulanan bir ilacın penetrasyon sınırlayabilir, onun off-hedef potansiyelini artırmak ve yorumları zor hale, çeşitli hücre tipleri ilaçlara maruz çünkü. Öncelikle bu potansiyel sorunları çözmek için ex vivo yaklaşımımızı geliştirdik. Sonuç olarak, birden fazla yaklaşım tam NVC çalışma için birlikte kullanılmalıdır.
Özetle, bu rapor, basınçlı hipokampal arteriyol ve kılcal damarların, kılcal damar-arteriyol sürekliliği boyunca ayrı krep pozisyonlarda fonksiyonel parametreler üzerinde test edilmesine olanak tanıyan ek vivo sağlam bir hazırlığı açıklamaktadır.
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Yazarlar, Jules Morin'e el yazması hakkındaki anlayışlı yorumları için teşekkür etmek isterler. Bu araştırma, KAR Amacı Gütmeyen Umut Organizasyonumuz, Kadın Sağlığı ve Araştırma Merkezi ve NHLBI R01HL136636 (FD) tarafından finanse edilmiştir.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.22µm Syringe Filters | CELLTREAT Scientific Products | 229751 | |
12-0 Nylon (12cm) Black | Microsurgery Instruments, Inc | S12-0 NYLON | |
Automatic Temperature Controller | Warner Instruments | TC-324B | |
Borosilicate Glass O.D.: 1.2 mm, I.D.: 0.68 mm | Sutter Instruments | B120-69-10 | |
Bovine serum albumin | Sigma-Aldrich | A7030 | |
CaCl2 dihydrate | Sigma-Aldrich | C3881 | |
D-(+)-Glucose | Sigma-Aldrich | G5767 | |
Dissection Scope | Olympus | SZ11 | |
ECOLINE VC-MS/CA 4-12 — complete Pump with Drive and MS/CA 4-12 pump-head | Ismatec | ISM 1090 | |
EGTA | Sigma-Aldrich | E4378 | |
Fine Scissors - Sharp | Fine Science Tools | 14063-09 | |
Inline Water Heater | Warner Instruments | SH-27B | |
Integra™ Miltex™Tissue Forceps | Fisher Scientific | 12-460-117 | |
KCl | Sigma-Aldrich | P9333 | |
KH2PO4 | Sigma-Aldrich | P5379 | |
Magnesium sulfate heptahydrate | Sigma-Aldrich | M1880 | |
MgCl Anhydrous | Sigma-Aldrich | M8266 | |
Micromanipulator | Narishige | MN-153 | |
ML 133 hydrochloride | Tocris | 4549 | |
MOPS | Sigma-Aldrich | M1254 | |
NaCl | Sigma-Aldrich | S9625 | |
NaH2PO4 | Sigma-Aldrich | S9638 | |
NaHCO3 | Sigma-Aldrich | S8875 | |
NS309 | Tocris | 3895 | |
Picospritzer III - Intracellular Microinjection Dispense Systems, 2-channel | Parker Hannifin | 052-0500-900 | |
Pressure Servo Controller with Peristaltic Pump | Living Systems Instrumentation | PS-200 | |
Sodium pyruvate | Sigma-Aldrich | P3662 | |
Super Fine Forceps | Fine Science Tools | 11252-20 | |
Surgical Scissors - Sharp-Blunt | Fine Science Tools | 14001-13 | |
Vertical Micropipette Puller | Narishige | PP-83 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır