Method Article
A microscopia intravital é uma ferramenta poderosa que fornece informações sobre as relações temporais e espaciais de processos rápidos e/ou sequenciais. Descrevemos um protocolo para avaliar as interações proteína-proteína e as interações plaqueta-neutrófilo-endotelial em sinusóides hepáticos em um modelo murino de sepse experimental (endotoxemia).
Inflamação e trombose são processos complexos que ocorrem principalmente na microcirculação. Embora a histologia padrão possa fornecer informações sobre a via final da inflamação e da trombose, ela não é capaz de mostrar as mudanças temporais que ocorrem ao longo do curso de tempo desses processos. A microscopia intravital (IVM) é o uso de imagens de animais vivos para obter informações temporais sobre os processos fisiológicos in vivo. Este método é particularmente poderoso ao avaliar as interações celulares e proteicas dentro da circulação devido aos eventos rápidos e sequenciais que muitas vezes são necessários para que essas interações ocorram. Embora o IVM seja uma metodologia de imagem extremamente poderosa, capaz de visualizar processos complexos in vivo, há uma série de fatores metodológicos que são importantes a serem considerados ao planejar um estudo de IVM. Este artigo descreve o processo de realização de imagens intravitais do fígado, identificando considerações importantes e possíveis armadilhas que podem surgir. Assim, este artigo descreve o uso da MIV para estudar as interações plaquetas-leucócitos-endoteliais em sinusóides hepáticos para estudar as contribuições relativas de cada um em diferentes modelos de lesão hepática aguda.
Inflamação e trombose são processos complexos que ocorrem principalmente na microcirculação. Este protocolo descreve a preparação cirúrgica que permite a imagem da microvasculatura hepática in vivo. Embora a histologia padrão possa fornecer informações sobre as vias finais da inflamação e da trombose, ela não pode mostrar as mudanças temporais que ocorrem ao longo do processo. Além disso, este método é particularmente poderoso ao avaliar as interações celulares e proteicas transitórias que ocorrem dentro da circulação microvascular devido à sua capacidade de capturar, via videomicroscopia, as interações muitas vezes rápidas e sequenciais que ocorrem dentro de sistemas biológicos. Este artigo descreve o uso da microscopia intravital para estudar as interações plaquetário-leucocitário-endotelial em sinusóides hepáticos para estudar a contribuição relativa de cada um em diferentes modelos de lesão hepática aguda.
Embora essa preparação cirúrgica e a modalidade de imagem tenham o potencial de serem adaptadas a uma série de modelos inflamatórios e patológicos, dois modelos de inflamação vascular são descritos aqui: um modelo de endotoxemia de sepse murina e lesão hepática induzida por paracetamol (APAP). A injeção de endotoxina (lipopolissacarídeo; LPS) para induzir um modelo experimental de sepse murina começou já na década de 1930 com seu isolamento e subsequente exploração como uma molécula-chave na progressão da sepse1. Embora este modelo seja limitado porque o LPS é apenas um único componente das bactérias Gram-negativas, este é um método amplamente aceito e utilizado que é relativamente simples e rápido de executar. Além disso, replica com rapidez e precisão as manifestações fisiológicas da sepse1. Dado o papel que a absorção de endotoxinas intestinais desempenha no desenvolvimento de doenças hepáticas e inflamações2, este é um excelente modelo para estudar as interações plaquetas-leucócitos-endoteliais no fígado de camundongos.
Além de um modelo LPS de sepse, a overdose de APAP fornece um excelente modelo para o estudo de interações patológicas célula-célula no fígado. A superdosagem de APAP pode levar à insuficiência hepática aguda, marcada por trombocitopenia e acúmulo de plaquetas no fígado, bloqueando subsequentemente a recuperação hepática mediada por leucócitos3. Embora a preparação cirúrgica e a metodologia de imagem para este modelo possam ser adaptadas para uma série de questões biológicas e para estudar vários processos patológicos, tanto o modelo LPS de sepse quanto a lesão hepática induzida por APAP são excelentes modelos para o estudo das interações plaqueta-leucócitos-endotelial in vivo.
O IVM tem algumas vantagens inerentes às técnicas histológicas padrão. Embora os métodos histológicos padrão permitam o estudo de amostras de tecido inteiro ou seccionado e a apreciação de proteínas e arquitetura de tecido, essas metodologias apresentam limitações. Por design, esses processos requerem processamento de tecidos, que tem o potencial de distorcer ou mascarar o que é encontrado no sistema vivo. O tecido deve ser fixado durante o preparo histológico, introduzindo o potencial para artefatos de fixação ou autofluorescência aprimorada. A fixação também pode levar a alterações intracelulares no tecido, e o potencial de fixação inadequada pode levar à degradação do tecido. Além disso, os métodos histológicos não têm o potencial de estudar diretamente os aspectos temporais das interações proteicas ou celulares e têm o potencial de perder interações efêmeras ou pouco frequentes.
Por outro lado, a microscopia intravital de fluorescência permite evitar muitas das complicações e limitações inerentes à histologia padrão. A MIV evita a fixação e, portanto, os artefatos ou degradação tecidual que podem ocorrer durante o preparo histológico. Por design, também permite a imagem de tecidos dentro do sistema biológico vivo e, como tal, o isolamento e o seccionamento do tecido não são necessários. Além disso, permite a imagem e o estudo de processos transitórios ou pouco frequentes, que podem ser difíceis ou impossíveis de capturar usando histologia. Esse método de MIV também pode ser usado para capturar e identificar processos sequenciais (por exemplo, interações iniciadas por plaquetas ou leucócitos, resultando em agregados plaquetários-leucócitos ligados ao endotélio vascular). Finalmente, este método pode ser adaptado a uma série de sistemas de imagem. Dependendo das necessidades do estudo e do conjunto de dados desejado, após a preparação cirúrgica, o fígado externalizado pode ser colocado em quase qualquer sistema de imagem desejado. Aplicamos com sucesso este protocolo a imagens usando microscopia de fluorescência de campo amplo, microscopia de disco giratório, microscopia confocal de varredura a laser usando um scanner de cabeça de ressonância, bem como microscopia de dois fótons. No entanto, não há razão para acreditar que esse método deva ser limitado aos sistemas de microscopia acima mencionados.
Este artigo de métodos descreve um protocolo para IVM, que foi usado anteriormente para estudar as interações plaqueta-leucócitos-endotelial no fígado de camundongo. Esse protocolo tem sido utilizado para comparar a adesão plaquetária-endotelial temporal de plaquetas, marcadas com anticorpos conjugados fluorescentes ou geneticamente modificadas para fluorescência endógena4. Este protocolo tem sido usado para avaliar as interações transitórias plaquetas-leucócitos-endoteliais nos sinusóides hepáticos em um modelo endotoxêmico de inflamação hepática e para co-localizar a P-selectina e a proteína recombinante. Além disso, esse protocolo possibilitou determinar se as diferenças observadas na densidade de neutrófilos usando histologia padrão eram resultado de diferenças nas velocidades dos glóbulos vermelhos (como substituto da taxa de fluxo volumétrico)5. Finalmente, esse método tem sido usado para avaliar o recrutamento de plaquetas pelas células de Kupffer nos sinusóides hepáticos em um modelo agudo de lesão hepática induzida por APAP6. Este corpo de trabalho não teria sido possível usando métodos histológicos padrão. Como afirmado, este protocolo pode ser adaptado para uma variedade de sistemas de imagem e, com preparação cirúrgica adequada, escolha de anticorpos fluorescentes e configurações de imagem, este protocolo é altamente confiável e reprodutível para o estudo da patologia hepática.
Todos os protocolos de animais foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais do Baylor College of Medicine e pelo Comitê de Pesquisa e Desenvolvimento do Michael E. DeBakey Veterans Affairs Medical Center. Todos os experimentos são terminais, com a eutanásia realizada no final sob um plano cirúrgico de anestesia. Consulte a Tabela de Materiais para obter detalhes relacionados a todos os materiais, reagentes e equipamentos usados neste protocolo.
1. Preparação de anticorpos e corantes
2. Injeção intraperitoneal de endotoxina
NOTA: Para avaliar as interações plaqueta-neutrófilo-endotelial nos sinusóides hepáticos em um modelo experimental de sepse murina, a injeção de endotoxina pode ser usada.
3. Indução e manutenção da anestesia dos animais e eutanásia
4. Cateterismo da veia jugular e traqueia
5. Exteriorização do fígado
6. Imagem de microscopia intravital do fígado
NOTA: Este protocolo usa um microscópio confocal de varredura a laser com um scanner de cabeça de ressonância bidirecional para microscopia intravital. Para estabilizar a frequência da cabeça de ressonância, ligue o sistema por pelo menos 30 minutos antes da imagem. Sistemas diferentes podem ter recursos diferentes. A discussão sobre isso está fora do escopo deste artigo. Entre em contato com os representantes do equipamento para obter detalhes técnicos de sistemas específicos.
7. Análise de imagem
NOTA: ImageJ/FIJI foi usado para processar todas as imagens deste artigo. FIJI (fiji.sc) é uma versão de código aberto do Image J (imagej.nih.gov) que tem mais funcionalidade por meio do uso de plug-ins e macros adicionais13.
Avaliação do efeito do domínio do bastonete de vimentina na adesão de leucócitos ao endotélio inflamado
A ligação do ligante-1 da glicoproteína P-selectina leucocitária (PSGL-1) à P-selectina endotelial e plaquetária ocorre durante a fase aguda da inflamação da lesão hepática induzida por sepse. No entanto, o domínio de bastonetes humanos recombinantes da vimentina (rhRod) demonstrou se ligar à P-selectina e bloquear a adesão de leucócitos ao endotélio e às plaquetas. Este protocolo foi utilizado em um modelo de sepse em camundongos para visualizar o efeito em tempo real do rhRod na adesão leucocitária dependente de PSGL-1 no fígado. Verificou-se que o rhRod co-localiza com a P-selectina nos sinusóides hepáticos e, de fato, diminui a adesão leucocitária no fígado5.
Recrutamento hepático de plaquetas na lesão hepática induzida por paracetamol
O acúmulo de plaquetas no fígado contribui para a lesão hepática induzida por APAP. Este protocolo foi utilizado para avaliar a contribuição da Quitinase 3-like-1 (Chi3l1) no recrutamento de plaquetas dentro dos sinusóides hepáticos. A aplicação desse protocolo permitiu a visualização do recrutamento plaquetário na fase aguda da lesão hepática induzida por APAP, onde foi constatado que a administração de APAP resulta em aumento de Chi3l1 e acúmulo de plaquetas no fígado, que foi atenuado em camundongos Chi3l1-/- 6.
Validação da marcação fluorescente de plaquetas para microscopia intravital
Para utilizar este protocolo para a avaliação das interações plaquetárias in vivo, foi necessário que o método de marcação fluorescente utilizado para a visualização das plaquetas fosse completamente validado. Originalmente, avaliamos duas fontes diferentes de fluorescência: plaquetas marcadas com anticorpos X488 e camundongos contendo fluorescência plaquetária endógena. Usando este protocolo, verificou-se que ambas as abordagens atingem fluorescência específica de plaquetas, e níveis semelhantes de agregação e adesão plaquetária foram encontrados em camundongos com fluorescência plaquetária endógena e seus irmãos de ninhada. No entanto, camundongos com fluorescência plaquetária endógena exibiram agregação e adesão plaquetária significativamente maiores quando comparados a camundongos C57BL/6 com plaquetas marcadas com X488. Como tal, a marcação de plaquetas com anticorpos X488 foi preferida às plaquetas endogenamente fluorescentes para a avaliação funcional intravital de plaquetas em camundongos4.
Atenuação do movimento hepático durante a imagem intravital
A janela de visualização ideal é aquela em que há um movimento mínimo do fígado. No entanto, o fígado pode se mover devido à sua adjacência ao diafragma (Vídeo Suplementar S2). Vários fatores podem influenciar o grau em que o fígado se move, como o tamanho do animal em comparação com a geometria do estágio de imagem. Se o estágio for muito plano, o fígado pode ser pressionado contra a lamínula e ter áreas de isquemia devido ao excesso de pressão e/ou impacto dos vasos no fígado (ou seja, artéria hepática e/ou veia porta). Em nosso estágio personalizado, incorporamos uma concavidade para minimizar a pressão externa no fígado. Métodos adicionais de minimizar o movimento incluem ajustar o tamanho da incisão abdominal para permitir que o fígado fique mais longe do diafragma. Deve-se tomar cuidado para evitar que outros órgãos internos (por exemplo, intestinos e rins) caiam e obscureçam a visão. Para reduzir ainda mais o movimento, alguns grupos utilizam um pequeno pedaço de filme plástico sobre o lobo do fígado e a bandeja de imagem15,16. Além disso, o ligamento falciforme pode ser cortado para isolar ainda mais o fígado do movimento abdominal17,18. Finalmente, se o movimento do fígado ainda estiver presente, a estabilização de software (também conhecida como registro; exemplos no Vídeo Suplementar S3) pode ser usada para estabilizar a imagem para análise. Deve-se estar ciente de que este pode ser um processo computacionalmente desgastante e pode não ser necessário, dependendo do resultado desejado. Se os vídeos contiverem ruído indesejado, os filtros medianos são recomendados. Exemplos de vídeos com filtro mediano podem ser vistos em Vídeo Suplementar S4 e Vídeo Suplementar S5.
Identificação de vasos e interação plaqueta-Kupffer-endotélio
O Vídeo Suplementar S6 e o Vídeo Suplementar S7 dão exemplos de veias maiores que podem ser visualizadas com esta técnica. Usando esta metodologia de MIV hepática, também podemos avaliar as interações plaquetas-Kupffer-endotelial após lesão hepática aguda induzida por APAP (Vídeo Suplementar S8). Para comparar as células aderentes entre os grupos experimentais, a área vascular é medida primeiro (etapa 7.4). Em seguida, as células aderentes podem ser contadas e (etapa 7.5) normalizadas para densidade vascular (Figura 7).
Figura 1: Colocação do tubo de traqueostomia. (A) O tubo de traqueostomia consiste em um tubo PE90 com uma agulha romba de 21 G inserida para permitir a conexão a um ventilador. (B) A superfície anterior da traqueia é cortada caudal à laringe. Uma sutura é passada por baixo para prender o tubo de traqueostomia após sua inserção. (C) Tubo de traqueostomia inserido e preso dentro da traqueia. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Cateter vascular. Tubo PE50 com uma agulha romba de 23 G inserida em uma extremidade e tubo PE10 inserido na outra. (Inserção) Vista ampliada da tubulação PE10 dentro da tubulação PE90. Cola adesiva pode ser necessária para evitar o deslocamento da tubulação PE10 e/ou vazamento. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: Identificação e canulação da veia jugular externa. (A) O EJV (cabeça de seta) deve ser visível após a colocação do tubo de traqueostomia se as glândulas salivares forem refletidas para longe da linha média. (B) A extremidade cranial do EJV exposto é ligada. Uma alça solta de sutura é colocada ao redor da extremidade caudal do EJV exposto. (C) Após o isolamento do EJV, é feita uma pequena incisão e o cateter é inserido no vaso, após a sutura caudal. (D) Depois que a colocação do cateter é confirmada por aspiração de sangue, ele é lavado com solução salina e fixado ao vaso. Abreviatura: EJV = veia jugular externa. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4: Exteriorização do fígado. (A) Uma pequena incisão vertical é feita no centro do abdome superior. A dissecção romba é usada para separar a pele do músculo. (B) Um cautério é usado para cauterizar os vasos de alimentação da pele e do músculo para evitar sangramento com dissecção. (C) Após a cauterização, é feita uma incisão horizontal, dividindo a incisão vertical. A pressão abdominal leve permite que o fígado seja exteriorizado em um pedaço de gaze úmida. (D) Uma visão do fígado externalizado abaixo da bandeja personalizada de IVM do fígado. (E) A bandeja personalizada de IVM de fígado é mostrada sem um animal, destacando o tubo do ventilador, o isolamento de espuma e a janela de visualização. (Inserção) O mouse é colocado em decúbito dorsal no estágio personalizado. Abreviatura: IVM = microscopia intravital. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5: Esquemas para a bandeja personalizada de IVM de fígado. A bandeja IVM é impressa com um centro rebaixado para minimizar a pressão no fígado. Uma lamínula de 35 mm #1 ou #1.5 é colocada no centro e presa com esmalte transparente. Esta bandeja foi projetada para a platina do microscópio e as dimensões individuais podem variar dependendo do equipamento do investigador. Abreviatura: IVM = microscopia intravital. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6: Borda do fígado. A seta aponta para a borda do fígado, que não deve ser usada para análise de imagens. Barra de escala = 50 μm. Clique aqui para ver uma versão ampliada desta figura.
Figura 7: Medição da densidade do vaso e cálculo do PMN/mm2. Os vasos foram destacados com a ferramenta pincel de seleção com (A) todos os canais e (B) apenas os PMNs e canais de dextrana selecionados. (C) Os PMNs podem ser mais facilmente identificados com o canal de dextrano removido. Os PMNs que estavam firmemente aderidos foram marcados (cruzes amarelas). Esses cálculos podem então ser usados para medir a área vascular e PMN/mm2 no campo de visão. Abreviatura: PMN = neutrófilo polimorfonuclear. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 8: Usando o MTrackJ para medir a velocidade dos glóbulos vermelhos como uma estimativa do fluxo sanguíneo. O plugin MTrackJ no ImageJ/FIJI foi usado para selecionar e seguir os RBCs para medir a velocidade dos RBCs. Depois de selecionar um RBC, a pilha avança automaticamente para permitir que o usuário selecione a nova posição do RBC selecionado. Uma vez que as faixas são selecionadas, a velocidade média de cada faixa pode ser determinada. Abreviatura: RBC = glóbulo vermelho. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Vídeo Suplementar S1: Vídeo de rastreamento de hemácias usando MTrackJ. Vídeo das trilhas do RBC em tempo real. Abreviatura: RBC = glóbulo vermelho. Clique aqui para baixar este arquivo.
Vídeo Suplementar S2: Campo de visão da MIV hepática com movimento devido ao movimento do diafragma com a respiração. Abreviatura: IVM = microscopia intravital. Clique aqui para baixar este arquivo.
Vídeo suplementar S3: Estabilização de imagem usando ImageJ/FIJI. Campo de IVM de fígado estabilizado por imagem usando o plug-in de registro baseado em descritor. Abreviatura: IVM = microscopia intravital. Clique aqui para baixar este arquivo.
Vídeo Suplementar S4: Vídeo de montagem de sinusóides hepáticos em um camundongo controle (solução salina normal). Em camundongos controle, há relativamente poucos neutrófilos aderentes (ciano) e plaquetas (verde). A P-selectina (magenta) reveste os sinusóides (cinza). Clique aqui para baixar este arquivo.
Vídeo Suplementar S5: Vídeo de montagem de sinusóides hepáticos em um camundongo endotoxêmico. Em comparação com o camundongo controle, os camundongos endotoxêmicos têm mais neutrófilos aderentes (ciano) e plaquetas (verde) nos sinusóides hepáticos (cinza). A P-selectina (magenta) é observada revestindo os sinusóides. Clique aqui para baixar este arquivo.
Vídeo Suplementar S6: Vídeo de montagem de sinusóides hepáticos drenando para uma veia central em um camundongo controle. Este é um exemplo de um campo de visão contendo uma embarcação maior que pode ou não ser do interesse de um investigador. É importante observar que há diminuição da coloração de P-selectina (magenta) na veia central maior em comparação com os sinusóides. As outras cores indicam neutrófilos (ciano), plaquetas (verde) e espaço intravascular (cinza). Clique aqui para baixar este arquivo.
Vídeo Suplementar S7: Vídeo de montagem de um ramo da veia porta dando origem aos sinusóides hepáticos em um camundongo endotoxêmico. Nesse campo de visão, um ramo da veia porta é visto dando origem aos sinusóides. Observe o aumento do número de neutrófilos aderidos (ciano) e plaquetas (verde). Há também expressão de P-selectina (magenta) no vaso maior. O espaço intravascular é marcado com TRITC-dextrano (cinza). Abreviatura: TRITC = tetrametilrodamina. Clique aqui para baixar este arquivo.
Vídeo Suplementar S8: Vídeo de lesão hepática aguda em um modelo de lesão hepática induzida por paracetamol. Este é um exemplo de uso de MIV hepática para estudar as interações plaqueta-Kupffer-endotelial em um modelo agudo de lesão hepática induzida por APAP. (Esquerda) Existem várias células de Kupffer (ciano) e plaquetas (brancas) observadas nos sinusóides hepáticos (vermelho) 150 minutos após a overdose de APAP. (Direita) Usando a mesma objetiva (60x), realizamos um zoom de 3x na célula de Kupffer superior para avaliar as interações Kupffer-plaquetas. Abreviaturas: MIV = microscopia intravital; APAP = paracetamol. Clique aqui para baixar este arquivo.
Arquivo suplementar 1: arquivo .stl para a bandeja de microscopia de IVM hepática personalizada. Dependendo do microscópio usado, pode ser necessária a alteração do arquivo .stl para adaptar a bandeja ao sistema de microscopia específico do investigador. Clique aqui para baixar este arquivo.
O objetivo deste artigo de métodos é delinear as etapas necessárias para capturar de forma confiável imagens e vídeos intravitais de alta resolução do fígado de camundongo sob condições homeostáticas e após a administração de endotoxina ou APAP. Embora esse protocolo tenha permitido a produção consistente de dados sobre as interações plaqueta-leucócitos-endotélio no fígado, há uma série de etapas críticas necessárias para o sucesso, bem como possíveis armadilhas que são importantes evitar ao usar esse paradigma de imagem. O sucesso com este protocolo requer um planejamento minucioso e extenso durante a seleção de anticorpos para evitar interferir na função celular/proteica, técnica cirúrgica adequada para evitar danos teciduais e preservar a hemodinâmica homeostática, cuidados durante a externalização hepática para evitar isquemia hepática ou externalização de órgãos adicionais e configurações de imagem adequadas para evitar danos teciduais induzidos por luz/corante.
Com a prática, este protocolo permite imagens reprodutíveis e de alta qualidade da microvasculatura hepática in vivo e tem benefícios significativos quando comparado aos métodos de estudo existentes e alternativos. Embora dois modelos de patologia hepática sejam descritos aqui, a endotoxina e a lesão hepática induzida por APAP, a base deste protocolo tem o potencial de ser aplicada a uma miríade de modelos de lesões adicionais. Além disso, embora anticorpos e técnicas de análise tenham sido delineados para o estudo das interações plaqueta-leucócitos-endotelial, com planejamento adequado e seleção de anticorpos, este protocolo pode ser adaptado para o estudo de células/proteínas adicionais de interesse. Por exemplo, para lesão induzida por APAP6, os seguintes anticorpos podem ser usados: anticorpo F4/80 marcado com BV421 (0,75 μg/camundongo); Albumina sérica bovina marcada com TRITC (500 μg/camundongo); e anticorpo anti-GPIbβ marcado com DyLight649 (3 μg/camundongo). Existem alguns clones de anticorpos P-selectina com capacidade de bloqueio/neutralização (por exemplo, clones RB40.3 e AK-420). O clone de anticorpo P-selectina que usamos é Psel.KO2.3. Até onde sabemos, este clone não possui capacidade de bloqueio. A lesão hepática induzida por APAP pode ser realizada usando uma metodologia semelhante à acima, usando APAP em vez de endotoxina6. Os animais devem ser jejuados durante a noite21, e há uma diferença de sexo observada na resposta22. Uma dose de 210 mg / kg de APAP é administrada aos homens e 325 mg / kg às mulheres. A administração deve ser realizada da mesma maneira que as etapas 2.1-2.3 do protocolo. A imagem ocorre 2-3 h após a injeção para lesão aguda e 24 h após a injeção para lesão tardia.
A maioria dos estudos envolvendo imagens de fluorescência do tecido hepático utiliza a prática histológica padrão. Como mencionado anteriormente, embora isso tenha o potencial de produzir dados precisos e de alta qualidade, há uma série de suposições e limitações inerentes ao processo. A fixação por si só pode levar ao aumento da autofluorescência (uma questão particularmente relevante para o fígado, pois mesmo o tecido hepático recém-isolado tem autofluorescência significativa23), bem como encolhimento e distorção do tecido. Deve-se ter cuidado ao estudar o fígado usando práticas histológicas padrão para garantir que o que é capturado seja semelhante ao que é visto in vivo. A remoção de tecido também vem com suas próprias considerações, especialmente quando se estuda células hemopoiéticas e endotélio vascular. O processo de dissecção do tecido é por si só uma lesão e tem o potencial de introduzir artefatos não encontrados in vivo. Também deve ser considerado ao estudar a vasculatura que a remoção do tecido resulta na perda de pressão fisiológica dentro dos vasos e no colapso do vaso que o acompanha. A fixação por perfusão também elimina a maioria das células da vasculatura.
A modalidade de imagem intravital descrita neste artigo evita completamente o potencial de artefatos de fixação ou degradação tecidual e mantém a integridade do tecido, pois o fígado é meramente externalizado e não removido do sistema vivo. Embora isso seja por si só uma vantagem notável sobre os métodos histológicos padrão, a imagem intravital também permite a imagem e a identificação de processos sequenciais (por exemplo, processos iniciados por plaquetas versus leucócitos), bem como processos efêmeros e transitórios. Enquanto os métodos histológicos permitem apenas um único instantâneo do tecido no momento da fixação, o IVM oferece ao investigador a possibilidade de videomicroscopia do sistema vivo e uma apreciação temporal das funções biológicas. Por exemplo, usando moléculas fluorescentes de tamanho apropriado, como TRITC-dextrana ou TRITC-albumina, pode-se estudar os aspectos temporais e espaciais da permeabilidade vascular e vazamento. Deve-se notar, no entanto, que a profundidade do tecido que pode ser efetivamente visualizada depende do sistema de imagem que está sendo usado e da intensidade máxima do feixe permitida antes que ocorra dano tecidual induzido por luz/corante. A este respeito, a secção de tecido nas práticas histológicas padrão permite a aquisição de imagens em qualquer profundidade dentro do fígado, embora com perda de temporalidade.
Embora a MIV hepática seja uma ferramenta poderosa, existem limitações que devem ser consideradas ao planejar experimentos. Em primeiro lugar, este protocolo não permite medições repetidas; em vez disso, os experimentos são todos terminais. Embora seja esse o caso, existem métodos para permitir a repetição de imagens ao longo de uma série de dias ou semanas, como o uso de janelas de imagem abdominal implantadas24. Outra limitação está no movimento do fígado. Isso se deve ao órgão diretamente adjacente ao diafragma, que empurra o fígado caudalmente a cada respiração. Isso pode ser mitigado com o posicionamento e o uso de gaze úmida para manter o fígado no lugar na lâmina, mas nem sempre é possível. Dependendo do objetivo da imagem, o movimento do fígado ainda pode permitir a análise se o campo de visão retornar ao local original. Por exemplo, ao usar a rede vascular como um mapa para identificar campos únicos, uma vez que estamos avaliando células aderentes, a primeira e a última imagens com lapso de tempo podem ser comparadas para determinar se uma célula se moveu ou não. Para objetos em movimento rápido, como o movimento do fígado pode dificultar a análise de dados, a estabilização de imagem (também conhecida como registro no ImageJ) pode ser necessária. É importante notar que esse processo geralmente é computacionalmente desgastante e pode não funcionar se o movimento não for rítmico. Ao examinar o fígado quanto à epifluorescência, é imperativo que o microscopista esteja cego para o grupo experimental ao qual cada animal é designado. Isso diminuirá o viés do observador na seleção dos campos de visão. Além disso, escolher coordenadas aleatórias (x,y) também reduzirá o viés de confirmação e seleção. Esta e outras dicas para melhorar o rigor na microscopia são revisadas por Jost e Waters25.
A taxa de aquisição e a duração da imagem dependerão em grande parte do alvo de interesse do usuário final. Em nossos estudos, estudamos as interações plaquetário-leucócito-endotelial na circulação. Esses estudos usaram uma taxa de aquisição de 30 quadros por segundo (fps), o que permite que este sistema capture uma imagem de 512 pixels x 512 pixels usando o scanner de ressonância. O scanner de ressonância do sistema (Olympus FV3000) é capaz de gerar imagens de até quatro cores simultâneas em um padrão de ida e volta (da esquerda para a direita em uma linha e depois da direita para a esquerda na próxima linha). Isso permite que um tamanho de varredura de 512 pixels x 512 pixels seja visualizado em 33,3 ms (~0,063 ms por linha). Isso tem sido adequado para avaliar a velocidade dos eritrócitos e a adesão e/ou rolamento de plaquetas e leucócitos nas paredes dos vasos. Para investigadores interessados em processos mais rápidos ou efêmeros, taxas de aquisição mais altas podem ser necessárias. Neste sistema, podemos capturar mais rapidamente se estreitarmos a área de digitalização. Para nossos propósitos, como queríamos uma área vascular maior para analisar, usamos uma captura full-frame a 30 fps. Da mesma forma, a duração da aquisição da imagem também dependerá do endpoint do usuário final. Para todos os estudos, usamos durações de captura padronizadas. Embora uma duração mais longa possa fornecer mais dados, a principal medida de balanceamento é o tamanho do arquivo, que pode ser bastante grande com imagens multicanal com lapso de tempo. Estamos interessados em leucócitos e/ou plaquetas firmemente aderentes em vasos que fluem e a priori definimos um leucócito firmemente aderido como aquele que se move <1 corpo celular por pelo menos 30 s. Para investigadores interessados em processos mais lentos, como o rastreamento de leucócitos, pode ser necessário um período de tempo mais longo. Por fim, com sistemas mais sofisticados, também é possível combinar várias dimensões para visualizar determinados processos. Por exemplo, plataformas sincronizadas podem ser usadas para capturar pilhas 3D de forma lapsada no tempo. Esses tipos de estudos exigirão mais preparação, mas podem fornecer mais informações sobre certos mecanismos fisiológicos.
O IVM é uma ferramenta incrivelmente poderosa no estudo da vasculatura hepática em condições homeostáticas e patológicas. Ele permite visualizar as interações célula-célula e célula-molécula à medida que ocorrem no sistema biológico e, como tal, sua aplicação potencial no estudo da patogênese hepática não pode ser exagerada. Os exames de imagem podem ocorrer antes do início dos modelos patológicos, durante a fase aguda da patologia ou a qualquer momento para o estudo de sintomas crônicos ou insultos secundários. Embora estudemos as interações plaquetas-leucócitos-endotelial, este protocolo tem um potencial incrível de adaptação para atender às necessidades dos investigadores. Deve-se notar que quaisquer variações do protocolo aqui descrito exigem uma verificação completa de que os anticorpos / soluções fluorescentes não resultam em perda de função ou alteração das células/moléculas alvo. Isso pode ser verificado por meio de estudos preliminares usando os novos anticorpos em condições homeostáticas e patológicas, usando controles adequados e com uma compreensão completa das interações célula-célula ou célula-molécula típicas que estão sendo estudadas. Embora a técnica cirúrgica adequada, a consideração de anticorpos e as configurações de imagem sejam fundamentais para o sucesso dessa modalidade de imagem, uma vez alcançada a proficiência, essa técnica permite imagens repetíveis e de alta qualidade do fígado como ele existe in vivo. Esperamos que o uso deste protocolo para estudos futuros leve a uma maior compreensão da biologia e patogênese do fígado e, ao fazê-lo, nos aproxime do objetivo de produzir novas terapias para aqueles que sofrem de lesão hepática primária ou secundária.
Os autores não têm conflitos de interesse a divulgar. Os financiadores não tiveram nenhum papel no desenho do estudo, coleta e análise de dados, decisão de publicação ou preparação do manuscrito. O conteúdo não representa as opiniões do Departamento de Assuntos de Veteranos dos EUA ou do Governo dos Estados Unidos.
Este trabalho foi apoiado pelo NIH / NIGMS GM-123261 (FWL) e NIH / NHLBI HL139425 (JC). O apoio à pesquisa também foi financiado pelo NIH / NHLBI HL116524.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Surgical Supplies | |||
2" x 2" non-woven sponges | McKesson Med. Surg | 92242000 | For liver isolation |
#4-0 silk braided suture with needle | SOFSILK | N/A | 4-0 Softsilk coated braided black, nonabsorbable: C-1 cutting needle |
#4-0 silk braided suture without needle | Ethicon | N/A | 4-0 Black braided silk, nonabsorbable |
21 G blunt needle (0.5 inch) | SAI Infusion Technologies | B21-50 | This is used to attach to the end of the tracheostomy tube to allow for connection to the ventilator. An alternative source is Instech |
23 G blunt needle (0.5 inch) | SAI Infusion Technologies | B23-50 | This is used for the vascular catheter to allow for connection to a syringe. An alternative source is Instech |
Dissecting Scissors (Pointed Tip) | Kent Scientific | INS600393-G | Micro Dissecting Scissors; Carbide Blades; Straight; Sharp Points; 24 mm Blade Length; 4 1/2" Overall Length |
McPherson-Vannas Micro Scissors (Vannas) | Kent Scientific | INS600124 | These are useful for creating the openings in the trachea and vessels |
Polyethylene tubing 10 | Instech | BTPE-10 | This is used to make the intravascular portion of the catheter. An alternative source is BD Intramedic |
Polyethylene tubing 50 | Instech | BTPE-50 | This is used to make the extravascular portion of the catheter. An alternative source is BD Intramedic |
Polyethylene tubing 90 | Instech | BTPE-90 | This is used to make the tracheostomy tube. An alternative source is BD Intramedic |
USP grade sterile normal saline | Coviden | 8881570121 | Hospira 0.0% Sodium Chloride Injection, USP |
Microscopy Supplies | |||
Isoflurane delivery system and ventilator | Kent Scientific | Somnosuite | Combination rodent ventilator and volatile anesthetic delivery system |
Foam spacer for warming pad during microscopy | N/A | N/A | This spacer should be cut from high quality foam, should fit around the liver microscope tray and specific height dimensions are dependent upon the microscope system |
Laser scanning confocal microscope system with resonance head scanner | Olympus | FV3000 | Although we describe the use of an Olympus FV3000 using a resonance head scanner, this protocol with work with most imaging systems |
Liver Microscope Tray | N/A | N/A | The liver microscope tray was designed for an inverted microscope |
Antibodies & Related Reagents | |||
Brilliant Violet 421/anti-mouse Ly6G antibody | BioLegend | 127628 | 3 µg/mouse. To label neutrophils |
BV421/F4/80 antibody | BioLegend | 123132 | 0.75 mg/kg. To label Kupffer cells |
Dulbecco's phosphate buffered saline w/o calcium or magnesium | Gibco/ThermoFisher Scientific | 14190144 | Used as dialysate to remove sodium azide from antibodies |
DyLight649/anti-GPIbβ antibody | emfret Analytics | X649 | 3 µg/mouse. To label platelets |
DyLight488/anti-mouse GPIbβ antibody | emfret Analytics | X488 | 6 µg/mouse. To label platelets |
Endotoxin from Escherichia coli serotype O111:B4 | Sigma-Aldrich | L3024 | 5 mg/kg; Potency of endotoxin may vary from lot to lot. Therefore, the same lot should be used for a series of experiments to minimize variation due to endotoxin lot |
PerCP-eFluor 710/anti-mouse P-selectin antibody | Invitrogen | 46-0626-82 | 4 µg/mouse. To label P-selectin |
Slide-a-Lyzer 7,000 MWCO cassette | Thermo Scientific | 66370 | Used to dialyze antibodies to remove sodium azide |
Texas Red-labeled dextran | Sigma-Aldrich | T1287 | ~150 kDa; 250 µg/mouse |
TRITC/bovine serum albumin | Sigma-Aldrich | A2289 | 500 µg/mouse. Dilute to a stock concentration of 50 mg/mL (5%) in normal saline. Used to label the vasculature. It may leak into the interstitial space more readily than high molecular weight dextran during inflammation |
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