The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
This translation into Arabic was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages
1Department of Chemical Engineering and Chemical Technology, South Kensington campus, Imperial College London, 2Department of Hematology, Northwick Park & St. Mark's campus, Imperial College London
This article is a part of JoVE Bioengineering. If you think this article would be useful for your research, please recommend JoVE to your institution's librarian.
Recommend JoVE to Your LibrarianCurrent Access Through Your IP Address
Current Access Through Your Registered Email Address
Mortera-Blanco, T., Rende, M., Macedo, H., Farah, S., Bismarck, A., Mantalaris, A., et al. Ex vivo Mimicry of Normal and Abnormal Human Hematopoiesis. J. Vis. Exp. (62), e3654, doi:10.3791/3654 (2012).
الخلايا الجذعية المكونة للدم تتطلب المكروية فريدة من نوعها من أجل الحفاظ على دم تشكيل خلية 1؛ نخاع العظم (BM) هي عملية معقدة ثلاثية الأبعاد (3D) تكون الدم فيها الأنسجة وينظم من قبل microenvironments الخلوية نظمت مكانيا يطلق عليه منافذ 2-4. تنظيم منافذ BM أمر بالغ الأهمية بالنسبة لوظيفة أو اختلال وظيفي من BM طبيعي أو خبيثة 5. ولذلك فإن فهم أفضل للالمكروية في الجسم الحي باستخدام محاكاة المجراة سابقا يساعدنا على توضيح المحددات الجزيئية والخلوية وmicroenvironmental من leukemogenesis 6.
حاليا، يتم استزراع الخلايا المكونة للدم في المختبر في ثنائي الأبعاد (2D) قوارير زراعة الأنسجة / 7 لوحات جيدة تتطلب إما التعاون مع ثقافة خيفي أو الخلايا اللحمية xenogenic أو إضافة السيتوكينات الخارجية 8. هذه الشروط هي مصطنعة وتختلف في الجسم الحي 9،10 تعدد القدرات.
هنا، نقدم رواية نخاع العظام 3D منظومة الثقافة التي تحاكي البيئة في الجسم الحي، وتدعم نمو 3D multilineage تكون الدم في غياب عوامل النمو الخارجية. السقالة المسامية العالية المستخدمة في هذا النظام مصنوعة من البولي (بو)، ويسهل عالية الكثافة نمو الخلايا عبر مساحة محددة أعلى من ثقافة أحادي الطبقة التقليدية في 2D 11. وأوضحت أن عملنا هذا النموذج دعم نمو دم الحبل السري البشري (CB) خلايا وحيدات النوى (متعددة الجنسيات) 12 وخلايا اللوكيميا الأولية في غياب السيتوكينات الخارجية. هذا التقليد الأعمى 3D رواية توفر منصة قابلة للتطبيق لتطوير نموذج تجريبي لدراسة الإنسان تكون الدم واكتشاف علاجات جديدة لسرطان الدم.
1. سقالة تصنيع وبيو functionalization، من السقالات
2. وحيدات النوى عزل الخلايا والبذر سقالة
3 في انتشار الخلايا الطبيعي وعلم الصرف: MTS، ووزارة شؤون المرأة وCytospins
5. ممثل النتائج
ويرد مثال للدم حركية النمو الخلوي دون إضافة عوامل النمو الخارجية في الشكل 2. وتتضح طبيعية وغير طبيعية الخلايا المكونة للدم: نظرا لطبيعة متجانسة من تكون الدم، واثنين من انواع مختلفة من الخلايا. في الشكل 2A، الانتشار الخلوي من CBMNC الإنسان هو واضح بعد 28 يوما في الثقافة. 2B ويبين الشكل حركية النمو في محاكاة باستخدام خلايا اللوكيميا الأولية. ويتم تقييم الخلوية انتشار استخدام فحص النظام التجاري المتعدد الأطراف الذي يقيس النشاط الأيضي الخلوية في ما يتعلق الامتصاصية. في كلتا الحالتين، فإن الخلايا تكاثرت، وأنشأ في هذا النموذج. ويلاحظ اختلافات في حركية النمو؛ الخلايا المكونة للدم الطبيعي في تأسيس ثقافة أسرع من خلايا اللوكيميا.
وقد تم تحليل _content "> ومورفولوجيا الخلايا تحصد حتى بعد 28 يوما من تاريخ الثقافة في ظل غياب عوامل النمو الخارجية كان نموذجيا من الخلايا المكونة للدم الطبيعي (الشكل 3A) وخلايا اللوكيميا (الشكل 3B). الفروع المركزية للالسقالات بواسطة SEM بعد تمت إزالة السقالات من ثقافة وأظهرت انتشار الخلايا المصنفة في جميع أنحاء سقالة، تأسيس أنفسهم في مجموعات وفي هياكل "المتخصصة مثل" (الشكل 3A '& B "). يبين الشكل جيم حجم المسام وتوزيعها في غير المصنف تستخدم سقالة كمجموعة تحكم. تم استخدام المجهر Multiphoton بعد 28 يوما لتسليط الضوء على توزيع الخلايا داخل سقالة 3D في الموقع وأنها أظهرت وجود جزر محمر في الفروع المركزية للسقالة (الشكل 4) من التعبير عن علامة CD71 وهو أمر ايجابي في erythroblasts، وهذا يدل على أهمية دو ناضجة والخلايا الناضجةعصابة تكون الكريات الحمر. أخيرا، الرسوم البيانية التدفق الخلوي للخلايا قبل البذر يظهر الاختلاف في النمط الظاهري للخلايا المكونة للدم، حيث 5A الرقم يمثل الخلايا المكونة للدم الطبيعي: CBMNCs الإنسان و5B الشكل يوضح الخلايا المكونة للدم غير طبيعية: خلايا اللوكيميا الأولية. مستويات CD235a + و CD45 + المقابلة لكريات الدم الحمراء وكريات الدم البيضاء هي على التوالي أعلى في عينة من الطبيعي في ابيضاض الدم تسليط الضوء على طبيعة الأرومات من اللوكيميا.
الشكل 1. توضيحات من العمليات التي تنطوي عليها PU سقالة تصنيع والحيوية functionalization. A) يذوب في PU Dioxan (5wt٪)، وبواسطة عملية مرحلة الانفصال التي يسببها حراريا والتسامي مذيب لاحقة يتم إنتاج سقالة، كما وصفها سافينيا وآخرون 13. B) ثم يتم قطع القرص سقالة مادبامكعبات س من 0.5 × 0.5 × 0.5 ملم ومن ثم المغلفة بواسطة الطرد المركزي مع اضافية البروتينات الخلوية (ECM) المصفوفة. ج) يتم استخراج من الشركات متعددة الجنسيات CB السري الإنسان أو من طموح BM باستخدام الطرد المركزي المتدرج الكثافة والمصنفة (2x10 6 خلية / سقالة) في السقالات PU مع micropipette.

قياس الانتشار الرقم الخلوي 2 باستخدام الفحص MTS: أ) استخدام الإنسان الحبل الشركات المتعددة الجنسيات في الدم ب) باستخدام خلايا اللوكيميا الأولية. الأعمدة تظهر نمو الخلايا مع مرور الوقت عندما بذرت في السقالات PU دون إضافة السيتوكينات الخارجية.

الشكل 3: مورفولوجيا الخلايا والتوزيع في جميع أنحاء السقالات باستخدام cytospins، scanniنانوغرام الميكروسكوب الالكتروني. (أ ب) الممثل رايت بالغيمزا cytospins الملون من وخلايا دم الحبل السري) وحيدات النوى التي تم جمعها من السقالات PU بعد 28 يوما من ثقافة، وباء) العظام والخلايا التي تم جمعها من ابيضاض الدم يستنشق السقالات PU بعد 14 يوما من ثقافة. وقد أجريت تجارب على حد سواء في حالة خلوى الحرة. (A'-B ') المقاطع المركزية ممثل الميكروسكوب PU SEM سقالة من A') المصنفة الحبل الدم، والشركات المتعددة الجنسيات 'ب) خلايا اللوكيميا بعد أن تم زرعها لمدة 28 يوما، وجيم) مع عدم وجود سيطرة سقالة الخلايا.

الشكل 4. Multiphoton صورة مجهرية من المصنف سقالة بو دم الحبل مع الشركات المتعددة الجنسيات بعد 28 د في الثقافة والملون مع علامة محمر CD71.
الشكل 5. التدفق الخلوي 3D الدوت المؤامرات ملطخة عن CD71، CD45 وعلامات سطح CD235a التعبير. ويرد أيضا في الحصول على السيطرة isotype للمقارنة من كثافة مضان نسبي. لوحة ويظهر خلايا دم الحبل السري وحيدات النوى إيجابية للعلامات أعلاه؛ لوحة B يظهر خلايا اللوكيميا الأولية.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
وبحكم ثقافة 3D فيفو نظام المقدمة هنا تمكننا من تأسيس تقليد الطبيعة 3D من تكون الدم الذي يلخص بنية الأصلي BM والنمط الظاهري الخلوية مستقل من السيتوكينات الخارجية. نموذج 3D يوفر هيكل والمكروية التي تمكن الخلايا المكونة للدم العادية وغير العادية لتتكاثر في ظروف مماثلة لتلك التي واجهتها في الجسم الحي.
يمثل اختيار المواد البوليمرية سقالة خطوة حاسمة في تصميم تقليد الطبيعة. وقد أدت مزايا هامة في المواد الحيوية إلى تزايد الاهتمام في البوليمرات التي تحاكي البيئة في الجسم الحي من خلال توفير البنية المطلوبة، والخصائص الهيكلية وbiosignals اللازمة. يجب أن البوليمرات تلبية الحد الأدنى من المتطلبات الأساسية لتطبيقها في مجال الطب البيولوجي لأنها دائما على اتصال مباشر مع الخلايا الحية، والتي تعتبر حساسة لبيئتهم المباشرة. بشكل عام، وأناوينبغي أن تكون الصفقة سقالة حيويا، التي يسهل اختراقها للغاية، مع القوة الميكانيكية بما فيه الكفاية للحفاظ على بنية محددة 3D، وارتفاع نسبة المساحة السطحية لكل حجم وتلفيق استنساخه. PU تضم جميع هذه الخصائص معا على الرغم من أن يمكن تكييفها والمسامية العالية والقوة الميكانيكية وتغيرت تبعا لدرجة الحرارة التبريد أثناء عملية النصائح. ونتيجة لذلك، يمكن تكييف هذا تقليد الطبيعة إلى أنواع أخرى من الخلايا عن طريق زيادة أو خفض حجم المسامية والمسام حسب الحاجة.
وهي مغلفة السقالة في هذه التجربة مع الكولاجين ECM نوع من البروتين أنا، وهذا البروتين، وجرى اختبار جنبا إلى جنب مع غيرها من البروتينات ECM سابقا مع نموذجنا 3D 11. وأظهر هذا أن نوع الكولاجين أنا تسارعت التصاق الخلية واختير لهذا السبب. يمكن تعديل الطلاء باستخدام بروتينات ECM مختلفة اعتمادا على نوع من الخلايا التي تجري دراستها. ميزة لإدراج بروتينات ECM إلى الاصطناعية السقالات أناق أن ليس فقط لأنها توفر تسلسل الخلية ملزم للالتصاق الخلية، ولكن تقدم أيضا التفاعلات الثانوية مع بروتينات ECM الأخرى والتفاعل مع عوامل النمو أن استقرار ملزم للخلايا وبالتالي تعزيز التصاق الخلية، مما يؤدي الى نمو الخلايا وأفضل نضوج.
أجريت دراسات عديدة على تكون الدم المجراة سابقا باستخدام كل من 2D و 3D النظم، وجميع من لهم تشمل إضافة تركيزات عالية بشكل غير طبيعي من السيتوكينات الخارجية. وقد ساعدت هذه الدراسات لتوضيح المحددات الجزيئية لتكون الدم، ولكن العناصر الخلوية وmicroenvironmental جزءا لا يتجزأ من هذه العملية كان من الصعب أن يحل على أساس القيود المفروضة على هذه التقنيات ذاتها.
الطريقة الموضحة هنا، وهو تقليد الطبيعة من BM مصنوعة من سقالة 1 البوليمرية المسامية العالية مقرونة طلاء ECM هو الأمثل للحفاظ على استقرار ونمو تكون الدم طبيعية وغير طبيعية من دونالحاجة إلى أي إضافة من السيتوكينات. ويدعم محاكاة متعددة مباشر تكون الدم مما يجعل نظام مناسب للاستخدام كمنصة لاكتشاف المخدرات والدراسة العلمية إلى آليات طبيعية وغير طبيعية تكون الدم المجراة سابقا.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
ليس لدينا ما يكشف.
وقد تم تمويل هذا العمل من قبل الصندوق توماس ريتشارد سرطان الدم، وشركة تاتا ميموريال سيدة الثقة، والثقة مستشفى نورثويك بارك صندوق أبحاث سرطان الدم والمعهد الوطني للبحوث الصحية (NIHR)، المملكة المتحدة.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Dioxan | Invitrogen | D20,186-3 | |
| PBS | GIBCO, by Life Technologies | 14190-094 | |
| IMDM | Invitrogen | 12440-053 | |
| Ficoll-Paque | GE Healthcare | 17-1440-02 | |
| Penicillin/Streptomycin | Sigma-Aldrich | P4333 | |
| MTS | Promega Corp. | G3580 | |
| Glutaraldehyde | Fluka | 49624 | |
| Wright-Giemsa | Sigma-Aldrich | WG32 | |
| Fetal bovine serum | GIBCO, by Life Technologies | 10108-165 | |
| CD71 | Santa Cruz Biotechnology, Inc. | sc-32272 | |
| Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A11001 | |
| CD45-FITC | BD Biosciences | 74895 | |
| CD71-PE | BD Biosciences | 555537 | |
| CD235a-PE-Cy5 | BD Biosciences | 555570 | |
| Sodium azide | Sigma-Aldrich | S-8032 |