RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ar
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Kyla A. Britson1,2, Aaron D. Black2,3, Kathryn R. Wagner1,2,3,4, Thomas E. Lloyd1,2,4
1Graduate Program in Cellular and Molecular Medicine,Johns Hopkins University School of Medicine, 2Department of Neurology,Johns Hopkins University School of Medicine, 3Kennedy Krieger Institute, 4Department of Neuroscience,Johns Hopkins University School of Medicine
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
ويمكن أن تكون الأمراض البشرية المعقدة صعبة في نموذج النظم النموذجية المختبرية التقليدية. هنا، ونحن نصف النهج الجراحي لنموذج مرض العضلات البشرية من خلال زرع الخزعات العضلات الهيكلية البشرية في الفئران نقص المناعة.
آثار العلاج التي لوحظت في الدراسات الحيوانية غالبا ما تفشل في تلخيصها في التجارب السريرية. وفي حين أن هذه المشكلة متعددة الأوجه، فإن أحد أسباب هذا الفشل هو استخدام نماذج مختبرية غير كافية. ومن الصعب وضع نموذج للأمراض البشرية المعقدة في الكائنات المختبرية التقليدية، ولكن يمكن التحايل على هذه المسألة من خلال دراسة xenografts البشرية. الطريقة الجراحية التي نصفها هنا يسمح لخلق العضلات والهيكل العظمي البشري xenografts، والتي يمكن استخدامها لنموذج مرض العضلات وإجراء الاختبارات العلاجية قبل السريرية. بموجب بروتوكول وافق عليه مجلس المراجعة المؤسسية (IRB)، يتم الحصول على عينات العضلات الهيكلية من المرضى ومن ثم زرعها في NOD-Rag1فارغةIL2rγnull (NRG) الفئران المضيفة. هذه الفئران هي المضيفين المثاليين لدراسات زرع بسبب عدم قدرتها على جعل الخلايا الليمفاوية ناضجة وبالتالي غير قادرة على تطوير الخلايا بوساطة والفكاهة الاستجابات المناعية التكيفية. يتم التخدير الفئران المضيفة مع isoflurane، وإزالة العضلات الطويلة الرقمي الفأر الأمامي والموسعة. ثم يتم وضع قطعة من العضلات البشرية في المقصورة الفارغة الساقية وخياطة إلى الأوتار القريبة والبعيدة من العضلات الطويلة البريونة. يتم الأوعية الدموية بشكل عفوي العضلات xenografted وinnervated من قبل المضيف الماوس, مما أدى إلى العضلات البشرية تجدد بقوة التي يمكن أن تكون بمثابة نموذج للدراسات ما قبل السريرية.
وقد أفيد أن 13.8٪ فقط من جميع برامج تطوير الأدوية التي تخضع لتجارب سريرية ناجحة وتؤدي إلى العلاجات المعتمدة1. في حين أن معدل النجاح هذا أعلى من 10.4٪ التي تم الإبلاغ عنها سابقا2، لا يزال هناك مجال كبير للتحسين. أحد النهج لزيادة معدل نجاح التجارب السريرية هو تحسين النماذج المختبرية المستخدمة في البحوث ما قبل السريرية. تتطلب إدارة الغذاء والدواء (FDA) دراسات حيوانية لإظهار فعالية العلاج وتقييم السمية قبل المرحلة 1 من التجارب السريرية. ومع ذلك، غالبا ما يكون هناك توافق محدود في نتائج العلاج بين الدراسات الحيوانية والتجارب السريرية3. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الحاجة إلى دراسات حيوانية قبل السريرية يمكن أن تكون حاجزا لا يمكن التغلب عليه للتنمية العلاجية في الأمراض التي تفتقر إلى نموذج حيواني مقبول، وهو ما يحدث في كثير من الأحيان بالنسبة للأمراض النادرة أو المتفرقة.
إحدى الطرق لنمذجة المرض البشري هي عن طريق زرع الأنسجة البشرية في الفئران التي تعاني من نقص المناعة لتوليد xenografts. هناك ثلاث مزايا رئيسية لنماذج xenograft: أولا، أنها يمكن أن تلخص التشوهات الوراثية والجينية المعقدة الموجودة في الأمراض البشرية التي قد لا تكون قابلة للاستنساخ في نماذج حيوانية أخرى. ثانياً، يمكن استخدام الجرافوجرافات لنمذجة الأمراض النادرة أو المتفرقة إذا كانت عينات المرضى متوفرة. ثالثا، xenografts نموذج المرض داخل نظام كامل في الجسم الحي. لهذه الأسباب، ونحن نفترض أن نتائج فعالية العلاج في نماذج xenograft هي أكثر عرضة للترجمة إلى التجارب في المرضى. وقد استخدمت بالفعل xenografts الورم البشري بنجاح لتطوير علاجات للسرطانات الشائعة، بما في ذلك الورم النقوي المتعدد، فضلا عن العلاجات الشخصية للمرضى الفردية4،5،6، 7.
في الآونة الأخيرة، وقد استخدمت xenografts لتطوير نموذج من أمراض العضلات البشرية8. في هذا النموذج، يتم زرع عينات خزعة العضلات البشرية في الأطراف الخلفية من الفئران NRG نقص المناعة لتشكيل xenografts. يموت الميوفيبر البشري المزروع، ولكن الخلايا الجذعية للعضلات البشرية الموجودة في xenograft في وقت لاحق توسيع وتمييز إلى myofibers الإنسان الجديد الذي يعيد ملء لامينا القاعدية البشرية engrafted. ولذلك، فإن myofibers مجددة في هذه xenografts هي الإنسان تماما ويتم تلقائيا إعادة الأوعية الدموية وinnervated من قبل المضيف الماوس. الأهم من ذلك، ضمور العضلات اللفافة (FSHD) أنسجة العضلات المريض زرعها في الفئران يلخص السمات الرئيسية للمرض البشري، وهي التعبير عن عامل النسخ DUX4 8. ويتسبب FSHD من الإفراط في التعبير عن DUX4، الذي يتم إسكاته جينيا في أنسجة العضلات الطبيعية9،10. في نموذج xenograft FSHD, وقد ثبت العلاج مع morpholino DUX4 محددة لقمع بنجاح التعبير DUX4 وظيفة, وقد يكون خيارا علاجيا محتملا للمرضى FSHD11. وتبين هذه النتائج أن xenografts العضلات البشرية هي نهج جديد لنموذج مرض العضلات البشرية واختبار العلاجات المحتملة في الفئران. هنا، ونحن نصف بالتفصيل الطريقة الجراحية لخلق العضلات والهيكل العظمي البشري xenografts في الفئران نقص المناعة.
وقد وافق مجلس الاستعراض المؤسسي في جامعة جونز هوبكنز على جميع استخدامات عينات البحوث من البشر لحماية حقوق المشاركين ورفاههم. تمت الموافقة على جميع التجارب الحيوانية من قبل لجنة الرعاية والاستخدام الحيوانية المؤسسية التابعة لجامعة جونز هوبكنز (IACUC) وفقا ً لدليل المعاهد الوطنية للصحة (NIH) لرعاية واستخدام الحيوانات المختبرية. ذكر NOD-Rag1فارغةIL2rγnull (NRG) الفئران المضيفة (8-12 أسابيع من العمر) وتستخدم لإجراء تجارب xenograft. وتوجد هذه الفئران في رفوف مهواة وتعطى الهواء المفلتر والمعتدل والمرطب من HEPA، فضلا ً عن المياه الفائقة الكلور التي تمت تصفيتها من التناضح العكسي. يتم توفير الفئران المياه واتباع نظام غذائي المضادات الحيوية المشعة(جدول المواد)ad libitum، ويوفر المرفق 14 ساعة من الضوء إلى 10 ساعة من الظلام كما تسيطر عليها الموقت المركزي.
1. إعداد المعدات
2. الإعداد الجراحي
3. جراحة الترقيع
4. مجموعة Xenograft
ملاحظة: عادة ما يتم جمع Xenografts بين 4 إلى 6 أشهر بعد الجراحة. ومع ذلك، تم إجراء مجموعات تصل إلى 12 شهرا بعد الجراحة.
5. الكيمياء المناعية Xenograft

الشكل 2: جراحة الترقيع. (أ)تتم إزالة الشعر من الموقع الجراحي. (ب)يتم إجراء شق على الساقية الأمامية (TA). يتم وضع علامة على الأوتار البعيدة من TA والموسعة رقمي longus (EDL) مع الأسهم. يشير الخط المتقطع الأسود إلى المكان الذي سيتم فيه قطع الظهارة في الخطوة 3.3. (C)يتم قطع الوتر القاصي لTA ويتم سحب العضلات حتى الركبة. (د)يتم قطع وتر EDL ويتم سحب EDL تصل إلى الركبة. هذا يكشف الوتر القريب من طول العبة (PL) ملحوظ مع سهم. خطوط متقطعة تشير إلى مكان قطع مع مقص لإزالة EDL (الأخضر) وPL (الأزرق). (E)تتم إزالة EDL وTA. (F)يتم وضع خياطة من خلال وتر قريب من PL.(G)يتم وضع xenograft في مقصورة الساقية الفارغة وsutured إلى وتر PL القريبة باستخدام عقدة مربعة جراحية من يدين. (H)يتم وضع خياطة من خلال وتر القاصي من PL، ملحوظ مع سهم، ويستخدم عقدة أخرى من ناحيتين مربع الجراحية لخياطة xenograft إلى وتر القاصي. (I)يتم زرع xenograft بالكامل وخياطة إلى PL.(J)يتم إغلاق الجلد مع الغراء الجراحية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: مجموعة Xenograft لمدة 4 أشهر. (أ)تتم إزالة الشعر من الموقع الجراحي. الغرز مرئية تحت الجلد. (ب)تتم إزالة الجلد الذي يزيد على xenograft. ثم يتم الاستيلاء على xenograft مع ملقط قزحية في خياطة القاصي وسحبت بلطف صعودا. بدءا من الكاحل، يتم استخدام مشرط لقطع على طول الساق وتحرير xenograft. يظهر السهم بداية الشق على طول الساق. (C)عن طريق سحب العضلات المعدة إلى الجانب، خط أبيض خافت من epimysium فصل العضلات لونغوس (PL) والجهاز الهضمي (كما هو مبين من قبل السهم) يصبح مرئيا. استخدام مشرط لقطع على طول هذا الخط لفصل PL من عضلات الساق الأخرى. (D)الجانب الأيمن من xenograft، وPL هي الآن خالية من العضلات الأخرى في الساق وعلى استعداد لإزالة. خط متقطع يشير إلى أين قطع مع مقص الجراحية لبدء إزالة xenograft وPL.(E)بعد قطع تحت خياطة القاصي، وحرف xenograft نحو الركبة. يشير الخط المتقطع إلى مكان القطع بالمقص الجراحي لإزالة xenograft وPL من المقصورة الساقية. (F)تم إزالة المقصورة الفارغة ذات الجرافة وPL بنجاح. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
كما يتضح من Yuanfan تشانغ وآخرون، وهذا البروتوكول الجراحي هو وسيلة مباشرة لإنتاج العضلات الهيكلية البشرية xenografts8. تصبح xenografts المجددة بشكل عفوي داخلي وعرض الانقباض الوظيفي. وبالإضافة إلى ذلك، فإن العضلات xenografted من المرضى FSHD يلخص التغيرات في التعبير الجيني لوحظ في المرضى FSHD8.
في تجربتنا، ما يقرب من 7 من أصل 8 xenografts التي أجريت من عينات المريض السيطرة سوف تظهر تطعيم العضلات الناجحة. يظهر xenograft ناجحة تجديد قوي من myofibers البشرية كما هو محدد مع الأجسام المضادة الخاصة بالبشر(الشكل 4). الميوسين الجنيني الإيجابي تلطيخ داخل نسبة من myofibers يشير إلى أن عملية التجديد لا تزال جارية. وعلى النقيض من ذلك، قد يؤدي ضعف التقنية الجراحية أو عدم كفاية العينة إلى سوء تجديد ألياف العضلات(الشكل 4).
Xenografts التي أجريت من مريض تشخيص اعتلال عضلي التهابي مجهول السبب (IIM) تظهر أعداد معتدلة من myofibers البشرية المجددة في مجموعات 4 و 6 أشهر، وتلطيخ الميوسين الجنيني لا يزال في 6 أشهر(الشكل 5A). الخلايا الالتهابية موجودة في xenograft كما هو مبين من قبل H & E تلطيخ(الشكل 5A)،وقد تم تأكيدها مع CD3، CD68، وغيرها من العلامات المناعية (البيانات غير تظهر). Xenografts مستقرة داخل الماوس، وتم تنفيذ ما يصل إلى 12 شهرا مجموعات. حجم myofiber الفردية قابلة للمقارنة بين xenografts IIM لمدة 4 و 6 أشهر وخزعة المريض IIM الأصلي(الشكل 5B). لوحظت الألياف النادرة التي تظهر منطقة مقطعية (CSA) أكبر من 3500 ميكرومتر2 في xenografts ولكن ليس في خزعة IIM، مما يشير إلى أن بعض myofibers في xenografts يمكن أن تتجدد إلى CSA مماثلة في الحجم إلى myofibers صحية(الشكل 5B ).

الشكل 1: الإعداد الجراحي.
A)التوجه القياسي للمجهر الاستريو، مابلزون E دائرة التنفس، والأدوات الجراحية خلال جراحة xenograft. ب)وضع غرفة التعريفي في مجلس الوزراء السلامة البيولوجية.

الشكل 4: النتائج الإيجابية والسلبية المتوقعة.
Xenografts التي تم جمعها بعد 4 أشهر بعد الجراحة تظهر جيدة أو سيئة التجدد ملطخة باللامين الخاص بالإنسان (1:50) وspectrin خاصة بالإنسان (1:20) وmyosin الجنينية (1:10)(جدول المواد). يتم عرض المناطق المشار إليها بواسطة مربعات متقطعة بيضاء كإدراج تكبير أعلى. شريط المقياس: 200 درجة مئوية، يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 5: تجديد Xenograft التمثيلي.
A)Xenografts (المبينة مع خطوط متقطعة) التي أجريت من مريض تشخيص اعتلال عضلي التهابي مجهول السبب (IIM) ملطخة هيماتوتاكسيلين ويوسين (H & E)، الإنسان محددة لامين A / C، وspectrin محددة الإنسان، وتظهر تشكيل myofiber داخل الفئران NRG في كل من 4-و 6 أشهر نقطة الوقت. يُظهر تلطيخ الميوسين الجنيني أن التجدد لا يزال مستمراً في كلتا النقطتين الزمنيتين. شريط مقياس: 200 μm. B) الرسوم البيانية التي تصور المنطقة المقطعية (CSA) من myofibers من xenografts 4 و 6 أشهر والخزعات البشرية من مريض واحد تشخيص اعتلال العضلات الالتهابي مجهول السبب (IIM) ومريض واحد السيطرة الصحية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
ويعلن صاحبا البلاغ أنهما ليس لديهما مصالح مالية متنافسة.
ويمكن أن تكون الأمراض البشرية المعقدة صعبة في نموذج النظم النموذجية المختبرية التقليدية. هنا، ونحن نصف النهج الجراحي لنموذج مرض العضلات البشرية من خلال زرع الخزعات العضلات الهيكلية البشرية في الفئران نقص المناعة.
وقد حظيت هذه الأعمال بدعم من رابطة استئصال الميوست ومؤسسة بيتر باك. نود أن نشكر الدكتورة يوانفان تشانغ على مشاركتها خبرتها وتدريبها في تقنية xenograft الجراحية.
| 100 مم × 15 مم طبق بتري | فيشر ساينتفيك | FB0875712 | |
| 2-ميثيل بوتان | فيشر | O3551-4 | |
| 20 مم × 30 مم زجاج غطاء صغير | VWR | 48393-151 | |
| مقياس وزن | كينت Scientific | SCL- 1015 | |
| محلول مضاد حيوي مضاد للفطريات | Corning ، Cellgro | 30-004-CI | |
| نظام AutoClip | FST | 12020-00 | |
| Castroviejo حامل إبرة | FST | 12565-14 | |
| مستخلص جنين الكتكوت | دقيق | CE650TL | |
| CM1860 الأشعة فوق البنفسجية ناظم البرد | Leica Biosystems | CM1860UV | |
| جرة تلطيخ كوبلن | Thermo Scientific | 19-4 | |
| دبابيس تشريح | فيشر Scientific | S13976 | |
| الثلج الجاف - بيليه | فيشر | NC9584462 | |
| الأجسام المضادة للميوسين الجنيني | DSHB | F1.652 | التركيز الموصى به 1:10 |
| الإيثانول | فيشر العلمي | 459836 | |
| مصل الأبقار الجنيني | GE Healthcare Life Sciences | SH30071.01 | |
| Fiber-Lite MI-150 | Dolan-Jenner | Mi-150 | |
| ملقط | FST | 11295-20 | |
| الماعز المضاد للفأر IgG1 ، Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-21121 | التركيز الموصى به 1: 500 |
| الماعز المضاد للفأر IgG2b ، AlexaFluor 594 | Invitrogen | A-21145 | التركيز الموصى به 1: 500 |
| Gum tragacanth | Sigma | G1128 | |
| Hams F-10 Medium | Corning | 10-070-CV | |
| Histoacryl Blue موضعيا | الجلد لاصق الأنسجة | ختم TS1050044FP | |
| جسم مضاد لمين خاص بالإنسان Abcam | ab40567 | التركيز الموصى به 1: 50-1: 100 | |
| جسم طيفي محدد للإنسان | Leica Biosystems | NCLSPEC1 | التركيز الموصى به 1: 20-1: 100 |
| غرفة الحث | VetEquip | 941444 | |
| Iris Corpps | FST | 11066-07 | |
| Irradiated Global 2018 (Uniprim 4100 جزء في المليون) | Envigo | TD.06596 | حمية القوارض بالمضادات الحيوية لحماية التهابات الجهاز التنفسي مرة أخرى |
| Isoflurane | MWI Veterinary Supply | 502017 | |
| Kimwipes | Kimberly-Clark | 34155 | مناديل جراحية |
| Mapleson E Breathing Circuit | VetEquip | 921412 | |
| آلة التخدير المتنقلة Methanol | Fisher | Scientific A412 | |
| VetEquip | 901805 | ||
| Mouse on Mouse Basic Kit | Vector Laboratories | BMK-2202 | الماوس IgG كاشف حجب |
| طلاء الأظافر | علوم المجهر الإلكتروني | 72180 | |
| NAIR غسول مزيل الشعر / زيت | فيشر NC0132811 العلمي | ||
| NOD-Rag1null< / sup> IL2rg null< / sup> (NRG) الفئران | مختبر جاكسون | 007799 | من 2 إلى 3 أشهر |
| O.C.T. مركب | فيشر العلمي | 23-730-571 | |
| غاز الهواء الأكسجين | OX USPEA | ||
| PBS (محلول ملحي مخزن بالفوسفات) عازلة | فيشر Scientific | 4870500 | |
| بوفيدون اليود الحل الإعدادي | Dynarex | 1415 | |
| ProLong & trade ؛ الذهب المضاد للتلاشي Mountant | Fisher Scientific | P10144 (بدون DAPI) ؛ P36935 (مع DAPI) | |
| مرهم Puralube للعيون | Dechra | 17033-211-38 | |
| Rimadyl (كاربروفين) مسكن | جراحي 10000319 باترسون | البيطري عن طريق الحقن ، يعطى تحت الجلد بجرعة 5 مجم / كجم | |
| شفرات مشرط - # 11 | FST | 10011-00 | |
| مقبض مشرط - # 3 | FST | 10003-12 | |
| ستيريو مجهر | Accu-scope | 3075 | |
| Superfrost Plus Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
| خياطة ، اصطناعية ، غير قابلة للامتصاص ، طولها 30 بوصة ، إبرة CV-11 | Covidien | VP-706-X | |
| 1 مل حقنة (مقياس 26 ، إبرة 3/8 بوصة) | BD Biosciences | 329412 | |
| ماكينة تشذيب | كينت Scientific | CL9990-KIT | |
| مقص زنبركي من فاناس ، 8.0 ملم FST | 15009-08 | ||
| VaporGaurd فلتر الفحم المنشط | VetEquip | 931401 | |
| مشابك الجرح ، 9 مم | FST | 12022-09 |