يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

تطبيق حمض الريتينويك الحصول الثقافات Osteocytes من الابتدائية ماوس خلايا الأوستيوبلاستس

13K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/51465

⸱

مايو 13, 2014

في هذه المقالة

ملخص

علاج بانيات الماوس الأساسي مع حمض الريتينويك تنتج السكان متجانسة من الخلايا المتشعبة التي تحمل ميزات المورفولوجية والجزيئية من osteocytes. الأسلوب يتغلب على صعوبة الحصول على والحفاظ على osteocytes الأولية في الثقافة، ويمكن أن تكون مفيدة لدراسة الخلايا المشتقة من النماذج المعدلة وراثيا.

الملخص

الحاجة إلى الثقافات خلية عظمية هو معروف جيدا للمجتمع من الباحثين العظام؛ عزل osteocytes الأساسي هو صعبة وتنتج أعداد الخلايا منخفضة. ولذلك، فإن نظام الهاتف الخلوي الأكثر استخداما على نطاق واسع هو خط الخلية MLO-Y4 مثل خلية عظمية.

طريقة وصفها هنا يشير إلى استخدام حمض الريتينويك لتوليد السكان متجانسة من الخلايا المتشعبة مع ميزات خلية عظمية المورفولوجية والجزيئية.

بعد عزل الخلايا بانية العظم من calvaria الماوس، يتم إضافة حمض الريتينويك جميع العابر (ATRA) والمتوسطة الخلية، وتتم المراقبة اليومية الخلية تحت مجهر مقلوب. التغيرات المورفولوجية الأولى هي اكتشاف 2 بعد أيام من العلاج والتمايز اكتمال عموما في 5 أيام، مع التطوير التدريجي للالتشعبات، وفقدان القدرة على إنتاج مصفوفة خارج الخلية، بانخفاض التنظيم من علامات بناء العظم ويصل تنظيم جزيئات خلية عظمية محددة. المحتويات "> وهناك حاجة للرصد خلية يوميا بسبب تقلب المتأصل في الخلايا الأولية، والبروتوكول يمكن تكييفها مع الحد الأدنى من الاختلاف إلى الخلايا التي تم الحصول عليها من سلالات الفئران مختلفة وتطبيقها على النماذج المعدلة وراثيا.

طريقة سهلة لتنفيذ و لا يتطلب أدوات خاصة، هو تكرار للغاية، ويولد بسرعة عدد سكانها خلية عظمية ناضجة في غياب كامل للالمصفوفة خارج الخلية، مما يتيح استخدام هذه الخلايا للتطبيقات البيولوجية غير محدود.

المقدمة

Osteocytes، والأكثر وفرة نوع من الخلايا العظمية، هي متباينة من شفائهم، وخلايا متشعبة للغاية وتقع عميقا داخل الهيكل العظمي. وترد خلايا الجسم من osteocytes ناضجة في الثغرات العظام ولها أشكال متنوعة؛ تم العثور على osteocytes مع الهيئات الخلية ممدود في العظام القشرية، في حين osteocytes مدورة هي أكثر شيوعا في العظام تربيقي 1. تمديد التشعبات متفرعة من جسم الخلية ويقيم في قنوات صغيرة تسمى نفيق، وتشكيل شبكة معقدة تجعل عدة جهات اتصال ليس فقط مع osteocytes الأخرى، ولكن أيضا مع أنواع أخرى خلايا العظام ونخاع العظام والأوعية الدموية وpericytes المرتبطة بها. من خلال السائل الخلالي الواردة في الثغرات ونفيق، osteocytes هي أيضا مرتبطة في نهاية المطاف إلى نظام تداول، وبالتالي فإنها يمكن أن تؤثر المحلي فحسب، بل أيضا الأحداث النظامية، والعكس بالعكس سلوكهم يمكن أن ينظم من قبل كل من التغيرات المحلية والنظامية 2.

الاكتسبت دراسة osteocytes مؤخرا الزخم، وذلك بفضل العديد من التطورات التقنية، مثل توليد الأنسجة والخلايا محددة الحيوانات المعدلة وراثيا، واستخدام تقنيات الفحص المجهري قوية وعالية الإنتاجية الفحص الجزيئي 3،4. ومع ذلك، ومعرفة هذه الخلايا لا تزال غير مكتملة، ويرجع ذلك أساسا إلى الندرة النسبية للنماذج كافية في المختبر. في الواقع، كانت osteocytes دائما من الصعب الحصول على والحفاظ في الثقافة نظرا للموقع العميقة، وانخفاض مستوى انتشار الذي يميز هذا نوع من الخلايا المتمايزة.

على طول السنين، وقد وضعت عددا من الأساليب لعزل osteocytes الأولية 5-7، على الرغم من أنها تنتج عادة غلة الخلية منخفض وتحمل المخاطر التي حتى عدد قليل من الخلايا الليفية تلويث سوف اكتسى بسرعة osteocytes 8. لهذا السبب، وقد أجريت معظم التجارب في المختبر حتى الآن العمل على راسخة خلية خلية عظمية لالمعهد الوطني للإحصاء MLO-Y4 9.

في المختبر منهجيات إضافية يمكن أن تعزز إمكانية دراسة هذه الخلايا ويمكن تحسين تحليل البيولوجيا والفيزيولوجيا المرضية خلية عظمية. أن يعتمد إلى حد كبير، وينبغي أن تكون مثل هذه الأساليب من السهل على الإنجاب، ولن تتطلب أجهزة خاصة أو أوقات طويلة جدا للوصول إلى نضوج الخلية. الأهم من ذلك، إن وجدت إلى الخلايا الأولية، فإنها تجعل من الممكن الاستفادة من الحيوانات المعدلة وراثيا. وصفنا مؤخرا أن العلاج من خط الخلايا العظمية MC3T3-E1 وبانيات الأولية مع حمض الريتينويك يؤدي الى تغيير النمط الظاهري السريع الرائدة في تطوير مجموعة من السكان متجانسة من الخلايا متشعبة تحمل الميزات المورفولوجية والجزيئية من osteocytes 10.

جميع العابر حمض الريتينويك (ATRA) هو منتج الأيض نشطة من فيتامين (أ) الذي ينظم النسخ الجيني بواسطة ربط مستقبلات حمض الريتينويك النووية (RARS). RARSربط الحمض النووي كما heterodimers مع ريتينويد X مستقبلات (RXRS)، مما يؤدي في نهاية المطاف إلى التشكيل من حمض الريتينويك (RA) استجابة الجينات المستهدفة 11. وقد تبين ATRA لتعديل التمايز والنضج العديد من أنواع الخلايا، ومن بينها الخلايا المتشعبة الأخرى مثل الخلايا العصبية 12 و 13 podocytes.

طريقة وصفها هنا يقوم على إضافة ATRA لبانيات الأولية. لكي تكون فعالة، يجب أن ATRA أن تضاف في مرحلة النضج دقيقة على الخلايا مطلي في مناطق ذات كثافة محددة؛ في تجربتنا هذه الظروف الحرجة للحصول على مفتاح النمط الظاهري من بانيات لosteocytes.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

أجريت جميع التجارب على الحيوانات وفقا للوائح الحالية الأوروبي بشأن حماية الحيوانات المستخدمة لأغراض علمية وتم مراجعتها والموافقة عليها من قبل اللجنة الأخلاقية من جامعة ميلان والوطنية.

1. عزل بانيات الابتدائية

الأسلوب، مع تعديلات طفيفة، يتبع الإجراء التي وصفها دوديج وآخرون 14.

  1. إعداد هضم المتوسطة، وذلك بإضافة 0.1٪ كولاجيناز P و 0.05٪ التربسين (بدءا من 2.5٪ التربسين 10X، لا أحمر الفينول) لHBSS المتوسطة (هانكس محلول الملح المتوازن، لا الكالسيوم، المغنيسيوم، أو أحمر الفينول).
  2. استخدام الفئران القديمة 3-4 يوم (يمكن تطبيق الإجراء لبضعة مثل الماوس 1).
  3. التضحية بقطع الرأس. رذاذ الرأس مع الايثانول 70٪ والحفاظ على الجليد. إزالة طبقات الجلد والعضلات بواسطة ملاقط وتشريح / مقص جراحي.
  4. بلطف إزالة العظام الجداري وتفصل بينهما باتباع الدرز السهمي إلى نصفين. تأكد من العظام هي خالية من أي نوع من الأنسجة والخيوط ملتصقة ووضع قطعة عظم الفردية في جيدا لوحات تحتوي على HBSS متوسطة حتى يتم الانتهاء من الإجراء.
  5. تجاهل HBSS وإضافة إلى كل بئر المتوسطة هضم لمدة 15 دقيقة عند 37 درجة مئوية.
  6. تجاهل طاف.
  7. إضافة مرة أخرى وسيلة هضم لمدة 15 دقيقة عند 37 درجة مئوية.
  8. هذه المرة حفظ طاف ووضعه في ألفا MEM (الحد الأدنى متوسطة الأساسية) تستكمل مع FBS 10٪ (مصل بقري جنيني) و 1٪ الستربتوميسين / البنسلين.
  9. كرر الخطوات من 1.7 و 1.8 2X.
  10. تجميع الكسور التي جمعت ثلاثة، تدور الخلايا بواسطة الطرد المركزي في 425 غ لمدة 5 دقائق، وتجاهل طاف، إضافة 3 مل من MEM تستكمل ألفا إلى resuspend الكرية الخلية، ونقل إلى 25 سم 2 القارورة.
  11. تغيير المتوسطة بعد 24 ساعة لإزالة الحطام والخلايا الميتة.
  12. إضافة 50 ميكروغرام / مل حمض الاسكوربيك (AA) و 3 ملي الغليسينcerol 2 فوسفات ثنائي الصوديوم هيدرات الملح (GP) إلى المتوسطة ألفا MEM.
  13. بعد ذلك، قم بتغيير المتوسطة (ألفا MEM بالإضافة إلى AA / GP) كل يوم.

2. البروتوكول ATRA

  1. إجراء جميع التجارب مع ATRA (جميع العابر حمض الريتينويك) في غرفة مظلمة لمنع تعطيل.
  2. إعداد محلول التربسين 1X في HBSS المتوسطة والحفاظ على 37 درجة مئوية حتى الاستخدام.
  3. إزالة متوسطة من الخلايا subconfluent وبعناية غسلها مع HBSS.
  4. إضافة 1 مل التربسين، وتناوب بلطف القارورة للسماح لجميع الخلايا لتكون مشمولة التربسين، واحتضان لمدة 3 دقائق عند 37 درجة مئوية.
  5. التحقق من وجود مفرزة الفعلي من الخلايا تحت مجهر مقلوب.
  6. إضافة 3 مل من MEM ألفا المتوسطة لتعطيل التربسين.
  7. استرداد خلايا وأجهزة الطرد المركزي لمدة 15 دقيقة في 425 غرام.
  8. resuspend الكرية خلية في متوسطة جديدة.
  9. وضع قطرة في غرفة عدادة الكريات العد، والسماح لتسوية لبضع دقائق وعد معدد يرة لبنانية.
  10. خلايا المكان في 25 سم 2 القوارير في مناطق ذات كثافة من 10،000 خلية / سم 2 مع ألفا MEM بالإضافة إلى AA / GP. تكون على علم بأن كثافة الخلية ذات الصلة بتطوير الأمثل للعمليات الخلية والاتصالات بين الخلايا. A الكثافة انطلاق أعلى من 10،000 خلية / سم 2 يعوق التنمية السليمة للعمليات الخلية، ولكن أعداد الخلايا أقل يؤدي إلى موت الخلايا قبل الأوان، وذلك بسبب غياب الاتصالات بين الخلايا.
  11. إضافة 5 ميكرومتر ATRA إلى المتوسط ​​كل 24 ساعة.
  12. رصد الخلايا اليومي لتقييم التشكل: لوحظ تغيرات شكلية عادة بعد 48 ساعة. إذا، وبعد ساعة 24-48 الأولى، وخلايا لا تزال تنتشر، replate في كثافة أعلاه. عدد السكان متجانسة من osteocytes ناضجة موجودا بعد 4-5 أيام. اعتمادا على الاحتياجات، واستخدام الخلايا في أي نقطة زمنية، تصل إلى 12-15 يوما.
  13. عندما ومطلي الخلايا على الدعم الأخرى (مثل coverslips أو جيدا لوحات)، تأكد من أن يتم الحفاظ على كثافة أعلاه والاستمرار في إضافة ATRA كل 24 ساعة حتى الاستخدام. ترك الخلايا التمسك دعم جديد لمدة 24 ساعة على الأقل قبل التجربة.

3. المناعية

  1. لالمناعية، لوحة خلايا coverslips على واتباع المنهجيات المقررة (انظر على سبيل المثال بيرى 15).
  2. على سبيل المثال، لالمناعي غير المباشر، وإصلاح في بارافورمالدهيد 4٪ أو الأسيتون البارد، واحتضان بالتتابع مع الأجسام المضادة الأولية في RT لمدة 1 ساعة في غرفة ترطيب، ثم مع الأجسام المضادة الفلورسنت ذات العلامات الثانوية في الظلام، في RT لمدة 30 دقيقة، في غرفة ترطيب.
  3. استخدام دابي أو نظائرها لcounterstaining النووية، وجبل في مكافحة يتلاشى المتوسط.

4. الصبغ الأحمر الأحمر يلطخ واستخراج

  1. لوحة الخلايا coverslips على.
  2. إصلاح الخلايا بغمر ساترة في الايثانول 70٪ لمدة 10 دقيقة.
  3. تغطية الخلايا مع بعض قطرات من الآليزارين حل تلطيخ الحمراء (1 ملغ / مل، ودرجة الحموضة 5.5)لمدة 30 دقيقة.
  4. غسل coverslips مع مياه الحنفية. جبل مع قطرة من الجلسرين على الشرائح الزجاجية واتخاذ الصور باستخدام المجهر تستقيم في 10X 20X والتكبير.
  5. بعد الإجراء أعلاه، واستعادة لل coverslips بغمر الشرائح في مياه الحنفية.
  6. وضع كل ساترة في لوحة جيدا.
  7. إضافة حمض البيركلوريك 60٪ (كمية يجب أن تكون كافية لتغطية تماما الخلايا) وترك O / N عند 4 درجة مئوية مع الإثارة لطيف.
  8. قراءة الكثافة الضوئية من طاف بواسطة القياس الطيفي عند 450 نانومتر الطول الموجي.
  9. لتطبيع القيم لعدد الخلايا، إضافة يانوس الأخضر (حل 0.2٪ في برنامج تلفزيوني) لتغطية إعداد الخلايا لمدة 10 دقيقة.
  10. غسل بعناية مع الماء عالى النقاء.
  11. إضافة حمض الهيدروكلوريك 0.5 N (كمية يجب أن تكون كافية لتغطية جميع الخلايا) ويهز بلطف باليد لبضع ثوانى.
  12. قراءة الامتصاصية في 615 نانومتر بواسطة القياس الطيفي.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

وتم الحصول على نتائج 5-10 تجارب مستقلة.

مورفولوجيا الخلايا

تعامل AA / GP الخلايا الأولية يكون في الغالب مثل الحصوه الميزات، سمة من بانيات ناضجة. الخلايا المتشعبة يتخلل (كما يتبين من السهام الحمراء في الشكل 1A) ويمكن الاطلاع، والتي من المرجح تمثل بعض osteocytes.

مع ال...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

في السنوات الأخيرة برزت باعتبارها الخلية خلية عظمية الأكثر مركزية في العظام. التقدم في البحوث ويكشف تدريجيا عدد من الخصائص خلية عظمية لم تكن متصورة أو غير مثبتة سابقا، والتي هي ذات قيمة هائلة لتصميم الرواية وعلاج أفضل لمجموعة متنوعة من أمراض العظام. ومع ذلك، والتحقيق في خلية عظمية الأحياء تعاني من محدودية توافر نماذج في المختبر لدرجة أن بانيات تم استخدام الخلايا البديلة على مدى فترة طويلة قبل اتخاذ خط الخلية مثل خلية عظمية MLO-Y4 المتاحة. وفي الآونة الأخيرة، تم إدخال خط خ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

والكتاب ليس لديهم ما يكشف.

شكر وتقدير

تم توفير التمويل من قبل "PROGETTO على كونكورسو FONDAZIONE IRCCS أسبيدال ماجيوري Policlinico 2009-2010" لدكتوراه في الطب، وAssociazione بامبينو Nefropatico ABN ONLUS، ميلانو

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
كولاجيناز بيروش للعلوم التطبيقية11213857001
التربسينجيبكو ، تقنيات الحياة15400054
HBSSGibco ، Life Technologies14175129Pre-warm عند 37 درجة ؛ C قبل استخدام
Alpha-MEMInvitrogen ،Life Technologies 22571038التسخين المسبق عند 37 درجة ؛ ج قبل الاستخدام
FBSسيجما ألدريتشF4135
الستربتومايسين / البنسلينسيجما ألدريتشP4333
حمض الأسكوربيكسيجما ألدريتشA4403
الجلسرين 2-فوسفات ثنائي الصوديوم ملح هيدراتسيجما ألدريتشG9422
ATRAسيجما ألدريتشR2625حماية ATRA من الضوء
بارافورمالدهايدسيجما-ألدريتشP6148يذوب في PBS ويصفى قبل الاستخدام. اعمل دائما تحت غطاء كيميائي.
يمكن إضافة DAPISigma-Aldrich32670إلى الجسم المضاد الثانوي
Alizarin redSigma-AldrichA5533
Janus GreenSigma-Aldrich201677
حمض البركلوريكSigma-Aldrich176745الاستخدام بحذر (يوصى بحماية الجلد والعين)
HClSigma-Aldrich320331استخدم بحذر (يوصى بحماية الجلد والعين)
الجلسرينسيجما-ألدريتشG5516
فلورسيفكالبيوكيم - ملاقط345789
# 7 ، نصائح 0.40 × 0.5 ممأدوات الدقة العالمية501981
ملاقط اقتصادية # 4 ، نصائح 0.40 × 0.45 ممأدوات الدقة العالمية501978
مقص تشريح ، مستقيم ، 10 سم منحنيالدقة العالمية14394
مقص جراحي ، 14 سم ، مستقيم ، S / SWorld Precision Instruments501218
قوارير الثقافة Corning430168
Well-Plates Corning3335
Thermanox coverslipsThermo Scientific Nunc12-565-27
مجهرZeiss Apotome
SpectrometerSafas Xenius
الاقتصادية ميرك أدوات

المراجع

  1. Schneider, P., Meier, M., Wepf, R., Müller, R. Towards quantitative 3D imaging of the osteocyte lacuno-canalicular network. Bone. 47 (5), 848-858 (2010).
  2. Cheng, F., Hulley, P. The osteocyte--a novel endocrine regulator of body phosphate homeostasis. Maturitas. 67 (4), 327-338 (2010).
  3. Paic, F., et al. Identification of differentially expressed genes between osteoblasts and osteocytes. 45 (4), 682-692 (2009).
  4. Dallas, S. L., Bonewald, L. F. Dynamics of the transition from osteoblast to osteocyte. Ann N Y Acad Sci. 1192, 437-443 (2010).
  5. van der Plas, A., Nijweide, P. J. Isolation and purification of osteocytes. J Bone Miner Res. 7 (4), 389-396 (1992).
  6. Nijweide, P. J., van der Plas, A., Alblas, M. J., Klein-Nulend, J. Osteocyte isolation and culture. Methods Mol Med. 80, 41-50 (2003).
  7. Stern, A. R., Stern, M. M., Van Dyke, M. E., Jähn, K., Prideaux, M., Bonewald, L. F. Isolation and culture of primary osteocytes from the long bones of skeletally mature and aged mice. Biotechniques. 52 (6), 361-373 Forthcoming.
  8. Kalajzic, I., Matthews, B. G., Torreggiani, E., Harris, M. A., Divieti Pajevic, P., Harris, S. E. In vitro and in vivo approaches to study osteocyte. Bone. 54 (2), 296-206 Forthcoming.
  9. Bonewald, L. F. Establishment and characterization of an osteocyte-like cell line, MLO-Y4. J Bone Miner Metab. 17 (1), 61-65 (1999).
  10. Mattinzoli, D., et al. A novel model of in vitro osteocytogenesis induced by retinoic acid treatment. Eur Cell Mater. 24, 403-425 (2012).
  11. Ross, S. A., McCaffery, P. J., Drager, U. C., De Luca, L. M. Retinoids in embryonal development. Physiol Rev. 80 (3), 1021-1054 (2000).
  12. Clagett-Dame, M., McNeill, E. M., Muley, P. D. Role of all-trans retinoic acid in neurite outgrowth and axonal elongation. J Neurobiol. 66 (7), 739-756 (2006).
  13. Vaughan, M. R., et al. ATRA induces podocyte differentiation and alters nephrin and podocin expression in vitro and in vivo. Kidney Int. 68 (1), 133-144 (2005).
  14. Dodig, M., et al. Identification of a TAAT-containing motif required for high level expression of the COL1A1 promoter in differentiated osteoblasts of transgenic mice. J Biol Chem. 271 (27), 16422-16429 (1996).
  15. Burry, R. W. Immunocytochemistry. A practical guide for biomedical research. , Springer. New York Dordrecht Heidelberg London. (2010).
  16. Woo, S. M., Rosse, rJ., Dusevich, V., Kalajzic, I., Bonewald, L. F. Cell line IDG-SW3 replicates osteoblast-to-late-osteocyte differentiation in vitro and accelerates bone formation in vivo. J Bone Miner Res. 26 (11), 2634-2646 (2011).
  17. Gu, G., Nars, M., Hentune, nT. A., Metsikkö, K., Väänänen, H. K. Isolated primary osteocytes express functional gap junctions in vitro. Cell Tissue Res. 323 (2), 263-271 (2006).
  18. Boukhechba, F., et al. Human primary osteocyte differentiation in a 3D culture system. J Bone Miner Res. 24 (11), 1927-1935 (2009).
  19. Krishnan, V., Dhurjati, R., Vogler, E. A., Mastro, A. M. Osteogenesis in vitro: from pre-osteoblasts to osteocytes: a contribution from the Osteobiology Research Group, The Pennsylvania State University. In Vitro Cell Dev Biol Anim. 46 (1), 28-35 Forthcoming.
  20. Irie, K., Ejiri, S., Sakakura, Y., Shibui, T., Yajima, T. Matrix mineralization as a trigger for osteocyte maturation. J Histochem Cytochem. 56 (6), 561-567 Forthcoming.
  21. Hirao, M., et al. Oxygen tension is an important mediator of the transformation of osteoblasts to osteocytes. J Bone Miner Metab. 25 (5), 266-276 (2007).
  22. Brounais, B., et al. Long term oncostatin M treatment induces an osteocyte-like differentiation on osteosarcoma and calvaria. Bone. 44 (5), 830-839 (2009).
  23. Gupta, R. R., Yoo, D. J., Hebert, C., Niger, C., Stains, J. P. Induction of an osteocyte-like phenotype by fibroblast growth factor-2. Biochem Biophys Res Commun. 402 (2), 258-264 (2010).
  24. Poole, K. E., et al. Sclerostin is a delayed secreted product of osteocytes that inhibits bone formation. FASEB J. 19 (13), 1842-1844 (2005).
  25. Dallas, S. L., Prideaux, M., Bonewald, L. F. The Osteocyte: An Endocrine Cell and More. Endocr Rev. 34 (5), 658-690 (2013).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

تمايز الخلايا العظميةالمعالجة بحمض الريتينويكالخلايا البانية للعظم الأوليةقحف الفأرالزرع الخلويالحث بـ ATRAنضج الخلايا البانية للعظمالمورفولوجيا المتفرعةمؤشرات الخلايا العظميةالمجهر المقلوب