Этот протокол описывает метод выполнения переломов на взрослых мышах и мониторинга процесса заживления.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Этот протокол описывает метод выполнения переломов на взрослых мышах и мониторинга процесса заживления.
Восстановление переломов является важной функцией скелета, которая не может быть надежно смоделирована in vitro. Модель травмы мыши является эффективным подходом к проверке того, влияет ли ген, генный продукт или лекарство на восстановление костей, потому что мышиные кости повторяют этапы, наблюдаемые во время заживления переломов человека. Когда мышь или человек ломает кость, инициируется воспалительная реакция, и надкостница, ниша стволовых клеток, окружающая саму кость, активируется и расширяется. Клетки, находящиеся в надкостнице, затем дифференцируются, образуя васкуляризированную мягкую мозоль. Переход от мягкой мозоли к твердой мозоли происходит, когда рекрутированные скелетные клетки-предшественники дифференцируются в минерализующие клетки, а мост сломанных концов приводит к объединению костей. Минерализованная мозоль затем подвергается ремоделированию, чтобы восстановить первоначальную форму и структуру зажившей кости. Заживление переломов было изучено на мышах с использованием различных моделей травм. Тем не менее, лучший способ повторить весь этот биологический процесс - прорваться через поперечное сечение длинной кости, которая охватывает обе коры. Этот протокол описывает, как стабилизированный поперечный перелом бедренной кости может быть безопасно выполнен для оценки заживления у взрослых мышей. Также предоставляется хирургический протокол, включающий подробные методы сбора и визуализации для характеристики различных этапов заживления переломов.
Переломы, разрывы в непрерывности костной поверхности, происходят во всех слоях населения. Они становятся тяжелыми у людей с хрупкими костями из-за старения или болезней, а расходы на здравоохранение при переломах хрупкости, как ожидается, превысят 25 миллиардов долларов через 5 лет 1,2,3,4,5. Понимание биологических механизмов, участвующих в восстановлении переломов, станет отправной точкой в разработке новых методов лечения, направленных на улучшение процесса заживления. Предыдущие исследования показали, что при переломе происходят четыре значительных шага, которые позволяют кости заживать: (1) образование гематомы; (2) образование фиброхрящевой мозоли; (3) минерализация мягкой мозоли с образованием кости; и 4) ремоделирование зажившей кости 6,7. Многие биологические процессы активизируются для успешного заживления перелома. Во-первых, острая провоспалительная реакция инициируется сразу после перелома 6,7. Затем надкостница активируется и расширяется, а периостальные клетки дифференцируются в хондроциты, образуя мозоль хряща, которая растет, чтобы заполнить пробел, оставленный нарушенными сегментамикости 6,7,8,9. Нервные и сосудистые клетки вторгаются во вновь образованную мозоль, чтобы обеспечить дополнительные клетки и сигнальные молекулы, необходимые для облегчения восстановления 6,7,8,9,10. В дополнение к содействию образованию мозоли, периостальные клетки также дифференцируются в остеобласты, которые откладывают тканую кость в мостовой мозоли. Наконец, остеокласты ремоделируют вновь образованную кость, чтобы вернуть свою первоначальную форму и пластинчатую структуру 7,8,9,10,11. Многие группы разработали мышиные модели восстановления переломов. Одной из более ранних и наиболее часто используемых моделей переломов у мышей является подход Эйнхорна, при котором вес падает на ногу с определенной высоты12. Отсутствие контроля над углом и силой, приложенной для индуцирования перелома, создает большую изменчивость в расположении и размере разрыва кости. Впоследствии это приводит к изменениям в специфической реакции заживления переломов. Другими популярными подходами являются хирургическое вмешательство для получения монокортикального дефекта большеберцовой кости или стрессовых переломов, процедуры, которые вызывают сравнительно более мягкие реакции заживления10,13. Изменчивость в этих моделях обусловлена в первую очередь человеком, проводящим процедуру14.
Здесь подробная модель травмы бедренной кости мыши позволяет контролировать разрыв, чтобы обеспечить воспроизводимую травму и позволить количественную и качественную оценку восстановления перелома бедренной кости. В частности, вводится полный прорыв в бедренных костях взрослых мышей и стабилизирует концы переломов, чтобы учесть роль физической нагрузки в заживлении костей. Также подробно представлены методы сбора тканей и визуализации различных этапов процесса заживления с использованием гистологии и микрокомпьютерной томографии (микроКТ).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все описанные эксперименты на животных были одобрены Институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию Гарвардской медицинской области. В этом протоколе использовались 12-недельные мыши C57BL/6J (самцы и самки). C57BL/6J самцы и самки мышей достигают пиковой костной массы в возрасте около 12 недель с бедренными костями, достаточно широкими, чтобы вместить стабилизирующий штифт, что делает их подходящим штаммом для использования в этомпротоколе 15.
1. Подготовка к операции
2. Хирургия
3. Сбор ткани
4. Гистология - Окрашивание альциановым синим / эозиным / оранжевым G
ПРИМЕЧАНИЕ: Окрашивание Alcian Blue/Orange G/Eosin обычно используется для визуализации хряща (синий) и кости (розовый). Площадь хряща может быть количественно определена как доля от общей площади мозоли (рисунок 2A,B).
5. МикроКТ
ПРИМЕЧАНИЕ: На более поздних стадиях заживления микроКТ может быть выполнен для изображения и количественной оценки минерализации в твердой мозоли и разрыве перелома. У мышей C57BL/6J мозоль обычно минерализуется и обнаруживается микроКТ через 10 дней после перелома (dpf) (рисунок 2C).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У мышей C57BL/6J успешная операция завершает этапы заживления, упомянутые ранее, практически без местной воспалительной реакции или периостального поражения в фиктивной контралатеральной бедренной кости. Гематома образуется через несколько часов после операции, а надкостница активируется для набора скелетных предшественников для хондрогенеза. Различные клеточные популяции, такие как мезенхимальные предшественники Prx1+ , могут быть прослежены в процессе восстановления с использованием коммерчески доступных мод...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Модель травмы, подробно описанная в этом протоколе, охватывает все четыре значительных этапа, наблюдаемых во время заживления спонтанных переломов, включая (1) провоспалительную реакцию с образованием гематомы, (2) набор скелетных предшественников из надкостницы для формирования мягкой мозоли, (3) минерализацию мозоли остеобластами и (4) ремоделирование кости остеокластами.
Хирургическая процедура, описанная в этой рукописи, оптимизирована для взрослых мышей в возрасте не менее 12 недель. В ка...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы не имеют каких-либо конфликтов интересов для раскрытия.
Мы благодарим д-ра Вики Розен за финансовую поддержку и руководство проектом. Мы также хотели бы поблагодарить ветеринаров и сотрудников IACUC в Гарвардской школе медицины за консультации относительно стерильной техники, благополучия животных и материалов, используемых для разработки этого протокола.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 23 G x 1 TW IM (0,6 мм x 2 5 мм) игла | BD точность | 305193 | Использование в качестве направляющей иглы |
| 27 G x 1 ¼ (0,4 мм x 30 мм) | Прецизионный | 305136 | BD Используйте в качестве стабилизирующего штифта |
| 9 мм Аппликатор/съемник автоклипов Набор для аппликации/снятия зажимов | Braintree Scientific, INC | ACS-KIT | |
| Alcian Blue 8 GX | Электронная микроскопия Sciences | 10350 | |
| Гидроксид аммония | Millipore Sigma | AX1303 | |
| Круглое лезвие X926.7 THIN-FLEX | Абразивные технологии | CELBTFSG633 | |
| DREMEL 7700-1/15, 7,2 В Набор вращающихся инструментов | Dremel | 7700 1/15 | |
| Eosin Y | ThermoScientific | 7111 | |
| Тонко изогнутые рассекающие щипцы | VWR | 82027-406 | |
| Гематоксулин Гилл 2 | Sigma-Aldrich | GHS216 | |
| Соляная кислота | Миллипоры Sigma | HX0603-4 | |
| Изофлуран | Patterson Veterinary | 07-893-1389 | |
| Микрохирургический набор | VWR | 95042-540 | |
| Orange G | Sigma-Aldrich | 1625 | |
| Флоксин B | Sigma-Aldrich | P4030 | |
| Повидон-йодные тампоны | PDI | S23125 | |
| SCANCO Medical & micro; CT35 | Scanco | ||
| Бупренорфин с медленным высвобождением | Zoopharm |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.