Lymphedema Conference Presentation

20
Lympha’c transport of lipid Alana L. Reed, PhD 12 October 2013

Transcript of Lymphedema Conference Presentation

Lympha'c  transport  of  lipid  

Alana  L.  Reed,  PhD  12  October  2013  

Func;ons  of  the  lympha;c  system  

•  Tissue  fluid  balance  •  Immune  cell  trafficking  •  Lipid  uptake  –  Peripheral  –  Intes;nal  

Pepper  MS  and  Skobe  M  (2003)  J  Cell  Biol  163(2):209-­‐213  

Structure  of  the  lympha;c  system  

•  Peripheral  dermal  lympha;cs  

•  Lympha;c  vessels  made  up  of  endothelial  cells  (LECs)  

•  LECs  connected  via  specialized  junc;ons  

Alitalo  K  et  al.  (2005)  Nature  438:946-­‐953  

Lympha;c  intes;nal  physiology  

Dixon  JB  (2010)  Trends  Endocrinol  Metab  21(8):480-­‐487  

Intes;nal  lympha;c  dysfunc;on  

•  Chylous  ascites:    leakage  of  lipid  into  abdominal  cavity  

•  Acquired  or  congenital  •  Draining  and  dietary  management  

•  Leakage  may  also  occur  in  thoracic  cavity  and  around  the  heart  in  lymphangiomatosis.  

Dietrich  S  et  al.  (2009)  Case  Rep  Oncol  2(2):144-­‐149  

Herman  TE  and  Sigel  MJ  (2009)  J  Perinatol  29:178-­‐180  

Inherited  lymphedema  and  other  lympha;c  disorders  

•  Result  from  rare,  inherited  chromosomal  disorders  or  muta;ons  

•  Malforma;ons  of  the  lympha;cs  

•  Mul;-­‐factorial,  systemic  diseases    

Alders  M  et  al.  (2012)  Mol  Syndromol  4:107-­‐113  

Abnormal  lipid  accumula;on  is  a  feature  of  secondary  lymphedema  

Courtesy  of  H.  Brorson,  MD  

“Lymphedema  is  regional  obesity.”    -­‐    Babak  J.  Mehrara,  MD  

Animal  model  of  lympha;c  dysfunc;on  

Harvey  NL  et  al.  (2005)  Nature  Gene>cs  37(10):1072-­‐1081  

Increased  subcutaneous  fat  deposits  and  larger  adipocytes  were  observed  in  the  skin.  

Many  mice  died  with  chylous  ascites  in  the  abdominal  and  thoracic  cavi;es  soon  aYer  birth.  

Mice  that  survived  became  obese  as  they  reached  adulthood    and  had  elevated  insulin  and  lipid  in  the  liver.  

Animal  model  of  lymphedema  

Zampell  JC  et  al.  (2012)  Plas>c  and  Rec  Surg  129(4):825-­‐834  

Lipid  accumulated  in  ;ssue  in  lymphedema  condi;on.    

Toward  a  ;ssue  engineered  lacteal  

Toward  a  ;ssue  engineered  lacteal  

Dixon  JB  et  al.  (2009)  Biotechnol  and  Bioeng  103(6):1224-­‐1235  

Further  evidence  of  ac;ve  transport  

•  The  lympha;cs  clear  cholesterol  from  the  peripheral  ;ssue  space.  

•  Transport  is  specific  and  transcellular.  

•  This  process  helps  maintain  cholesterol  levels  and  prevents  atherosclerosis.  

Lim  HY  et  al.  (2013)  Cell  Metab  17(5):671-­‐684    

Experimental  objec;ve  

•  To  inves;gate  the  ac;ve  component  of  lympha;c  lipid  transport  and  its  rela;ve  importance  to  overall  uptake  using  in  vitro  models  of  the  peripheral  lympha;cs  and  the  enterocyte-­‐lacteal  interface.    

Transcellular  lipid  transport  

0 mM 10 mM0

20

40

60

80

100

NaN3 Concentration

% fl

ux o

f con

trol *

LECs  growing  on  permeable  membrane  

Basolateral  compartment  containing  albumin-­‐bound  bodipy  

and  dextran  

Apical  compartment  from  which  sample  was  collected  and  fluorescence  measured  

Transcellular  transport  of  fluorescent  lipid  was  inhibited  when  cellular  fuel  was  depleted,  sugges;ng  transport  is  ac;ve.    

Chylomicron  transport  

0 mM 2 mM 5 mM 10 mM0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

Pef

f (µ

m/s

ec)

NaN3 concentration

**

*

0 mM 2 mM 5 mM 10 mM0

20

40

60

80

100

NaN3 concentration

% fl

ux o

f con

trol

*

* *

Total  and  transcellular  transport  of  chylomicrons  was  significantly  reduced  when  cellular  fuel  was  depleted,  sugges;ng  both  these  process  are  ac;ve,  par;cularly  transcellular  transport.  

Lympha;c  lipid  transport  in  vivo  

Kassis  T  et  al.  (2012)  J  Biomed  Opt  17(8):086005,1-­‐13    

Summary  

•  The  lympha;cs  play  a  pivotal  role  in  lipid  uptake  and  movement.  

•  Abnormal  lipid  accumula;on  is  a  feature  of  lympha;c  disease  and  can  be  modeled  in  animals.  

•  An  important  frac;on  of  lipid  is  transported  via  an  ac;ve,  transcellular  route.  

 

Future  direc;ons  

•  Elucida;ng  the  molecular  mechanisms  of  transport.  

•  Op;mizing  drug  delivery  strategies  to  target  the  lympha;cs.  –  Encapsula;ng  a  chemotherapeu;c  agent  resulted  in  increased  efficacy  in  the  blood  via  lympha;c  uptake  and  delivery  (A\li-­‐Qadri  et  al.  (2013)  PNAS  Early  Ed.  

Acknowledgements  

•  NIH  R00HL091133  •  Sydney  Rowson  •  Pe;t  Undergraduate  Research  Scholars  Program  Mentorship  Funds  

•  Timothy  Kassis  •  John  McDonald  lab  

Ques'ons?