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
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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
يصف هذا البروتوكول الكشف عن هجرة الخلايا الجذعية المحيطة بالهيكل العظمي المحيطي بوساطة CCL5 في الوقت الفعلي باستخدام المجهر الحيواني الحي داخل الحتمية.
الخلايا الجذعية الهيكلية البيريوستية (P-SSCs) ضرورية لصيانة العظام وإصلاحها مدى الحياة، مما يجعلها محورا مثاليا لتطوير العلاجات لتعزيز شفاء الكسور. الخلايا البيريوستية تهاجر بسرعة إلى إصابة لتوريد chondrocytes جديدة والعظام للشفاء كسر. تقليديا، فعالية السيتوكين للحث على هجرة الخلايا قد أجريت فقط في المختبر عن طريق إجراء فحص ترانسويل أو الصفر. مع التقدم في المجهر داخلفيتال باستخدام الإثارة متعددة الفوتون، تم اكتشاف مؤخرا أن 1) P-SSCs التعبير عن الجين المهاجر CCR5 و 2) العلاج مع ccR5 ligand المعروفة باسم CCL5 يحسن شفاء الكسور وهجرة أجهزة الكمبيوتر الخاصة استجابة لCCL5. وقد تم التقاط هذه النتائج في الوقت الحقيقي. وصف هنا هو بروتوكول لتصور P-SSC الهجرة من الخلايا الجذعية الهيكل العظمي خياطة الجلجلة (SSC) المتخصصة نحو إصابة بعد العلاج مع CCL5. البروتوكول تفاصيل بناء ضبط النفس الماوس وتركيب التصوير، وإعداد الجراحية من كالفاريا الماوس، تحريض عيب calvaria، والحصول على التصوير الفاصل الزمني.
إصلاح الكسور هو دينامية، عملية متعددة الخلايا التي تختلف عن نمو الهيكل العظمي الجنيني وإعادة عرض. خلال هذه العملية ، يتبع تحريض إشارات الإصابة من الأنسجة التالفة التوظيف السريع ، والانتشار ، والتمايز اللاحق للخلايا الجذعية / السلف الهيكلية ، والتي تعتبر كلها حاسمة للاستقرار العام لتثبيت الكسور1. على وجه الخصوص، المراحل المبكرة من شفاء الكسور تتطلب تشكيل كالوس لينة، والتي تعزى أساسا إلى الخلايا المقيمة في الخلايا الفرجية2. عندما تصاب العظام، تستجيب مجموعة فرعية من الخلايا المحيطة بالخلايا المحيطة بالخلايا بسرعة وتساهم في وسيطات الغضاريف وخلايا العظام المتباينة حديثا داخل callus3، مما يعني وجود مجموعة خلايا جذعية/ذرية متميزة داخل المحيط. لذلك، فإن تحديد وتوصيف وظيفي للخلايا الجذعية الهيكل العظمي المقيمين في المحيط (SSCs) تشكل نهجا علاجيا واعدا لأمراض العظام التنكسية وعيوب العظام4.
ويعتقد أن SSCs يقيمون في مواقع متعددة من الأنسجة، بما في ذلك نخاع العظام. وعلى غرار نخاع العظم، تم أيضا تحديد مركبات الكربون الهيدروفلورية/التشوندروجينية في الحضيض 4،5،6. يمكن تسمية هذه SSCs periosteal (P-SSCs) بعلامات النسب المتوسطة المبكرة (أي Prx1-Cre5 و Ctsk-Cre7 و Axin2-CreER8) أثناء نمو عظم الجنين 4،7،8،9،10. وهناك قيد كبير على هذه النماذج تتبع النسب الوراثي واحد هو أن هناك تغاير كبير داخل مجموعات الخلايا المسمى. وعلاوة على ذلك، فإنها لا تستطيع التمييز بين الشركات الخاصة السمية وذرتها في الجسم الحي. لمعالجة هذا القيد، قمنا مؤخرا بتطوير ماوس مراسل مزدوج (Mx1-Cre+Rosa26-Tomato+α SMA-GFP+) لتصور P-SSCs بوضوح من نخاع العظم SSCs (BM-SSCs)11. مع هذا النموذج، فقد تقرر أن P-SSCs تتميز Mx1 + αSMA + الوسم المزدوج، في حين أن أكثر تمايزا Mx1 + الخلايا الموجودة في نخاع العظام، والأسطح الداخلية والبريوستية، والعظام القشرية والترابية11،12.
ومن المعروف أن السيتوكينات المتعددة وعوامل النمو لتنظيم إعادة عرض العظام وإصلاحها، وقد تم اختبارها لتعزيز إصلاح الهيكل العظمي في عيوب الجزء الحرج1,13. ومع ذلك ، بسبب التعقيد الخلوي لنماذج الإصابات الناتجة عن تعطيل الحاجز المادي لمقصورة العظام ، فإن الآثار المباشرة لهذه الجزيئات على هجرة P-SSC الذاتية والتنشيط أثناء الشفاء غير واضحة. غالبا ما يتم تقييم الخصائص الوظيفية وديناميكيات الهجرة في مراكز دعم البرامج في المختبر من خلال إجراء فحص عبر أو خدش ، بالإضافة إلى السيتوكينات أو عوامل النمو المعروفة بالحث على الهجرة في مجموعات الخلايا الأخرى. وبالتالي، فإن تفسير نتائج هذه التجارب المختبرية لتطبيقها في نظمها الحية المقابلة له أمر صعب. وفي الوقت الراهن، لا يلاحظ عادة في الوقت الحقيقي في التقييم الحي لهجرة الخلايا الجذعية/السلف الهيكلية؛ بدلا من ذلك، يتم قياسه في النقاط الزمنية الثابتة بعد الكسر5،7،14،15،16.
والقيود المفروضة على هذه الطريقة هي أن الهجرة لا تقيم على مستوى خلية واحدة؛ بل إن الهجرة لا يمكن أن تكون كذلك. بدلا من ذلك، يتم قياسه عن طريق التغيرات في مجموعات الخلايا. بسبب التقدم الأخير في المجهر الحيواني الحي داخل الجسم وتوليد فئران مراسل إضافية ، أصبح تتبع الخلايا الفردية في الجسم الحي ممكنا الآن. باستخدام المجهر الحيواني الحي داخل الفيتية ، لاحظنا الهجرة المتميزة ل P-SSCs من مكان خياطة الجلفاريا إلى إصابة العظام في غضون 24-48 ساعة بعد الإصابة في فئران Mx1/Tomato/αSMA-GFP.
وقد تم مؤخرا تحديد CCL5/CCR5 كآلية تنظيمية تؤثر على التوظيف والتنشيط P-SSCs خلال الاستجابة المبكرة للإصابات. ومن المثير للاهتمام أنه لم يتم الكشف عن هجرة كبيرة من جانب لجنة الطوارئ الخاصة استجابة لإصابة في الوقت الحقيقي. ومع ذلك ، فإن علاج الإصابة مع CCL5 ينتج هجرة قوية ومتميزة اتجاهيا ل P-SSCs ، والتي يمكن التقاطها في الوقت الفعلي. ولذلك، فإن الهدف من هذا البروتوكول هو توفير منهجية مفصلة لتسجيل الهجرة في الجسم الحي من P-SSCs في الوقت الحقيقي بعد العلاج مع CCL5.
تم الحفاظ على جميع الفئران في ظروف خالية من مسببات الأمراض ، وتمت الموافقة على جميع الإجراءات من قبل لجنة الرعاية والاستخدام المؤسسية للحيوانات في كلية بايلور للطب (IACUC).
1. إعداد الماوس
2. ضبط النفس الماوس وتركيب التصوير
3. إجراء العمليات الجراحية قبل الجراحة
4. إجراء العمليات الجراحية
5. التصوير داخل الفيتال
6. رعاية الحيوانات بعد الجراحة
وقد اقترح أن يكون لدى السلف الهيكلية إمكانات للهجرة أو الدورة الدموية 20. في الآونة الأخيرة ، تم إنشاء فئران مراسل Mx1-Cre +Rosa26-Tomato + α SMA-GFP + (Mx1 / Tomato / αSMA-GFP) ، والتي تم فيها تمييز P-SSCs ب Mx1 + α SMA + وضع العلامات المزدوجة (الشكل 2A ، B). حدثت هجرة كبيرة من Mx1 + α SMA + P-SSCs من mesenchyme خياطة داخل 24-48 ساعة بعد الاصابة11. كما تم اختبار إمكانية الكشف في الجسم الحي P-SSC الهجرة في الوقت الحقيقي 24 ساعة بعد عيب calvaria. ولوحظت هجرة ضئيلة أو معدومة ل Mx1+αSMA+ P-SSCs في غضون ساعة واحدة من التصوير (الشكل 2C).
Mx1 + α SMA + P - SSCs تعبر بشكل فريد عن مستقبلات CCL5 المعروفة باسم CCR511. وهكذا، فإن علاج عيب كالفاريا 24 ساعة بعد الإصابة مع CCL5 تسبب هجرة متميزة اتجاهيا بعيدا عن خياطة التاجية ونحو البصر إصابة (الشكل 2D، E). في غضون 1 ساعة من التصوير، هاجرت واحدة من Mx1 + αSMA + P-SSCs حوالي 50 ميكرومتر نحو الإصابة (الشكل 2E). ولوحظ أيضا أن Mx1+αSMA+ P-SSCs أخرى تهاجر استجابة لعلاج CCL5 ولكن بدرجة أقل.

الشكل 1: إعداد للتصوير الحي لجلفاريا الماوس. صور تمثيلية لضبط الماوس (A) وتركيب التصوير (B) المستخدمة أثناء التصوير الحي. (ج) الماوس في ضبط النفس وتأمينها على جبل التصوير. (D) التمثيل التخطيطي لهيكل كالفاريا الماوس، وتحديد الجبهي (FS)، التاجي (CS)، القوس (SS)، وخيوط لامدويد (LS). (ه) وضع ممثل لإصابات الكسور الدقيقة كالفاريا. (F) وضع خياطة جراحية بعد الجراحة للشفاء الأمثل والتصوير في المستقبل. صور تمثيلية لوضع التركيب على مرحلة المجهر (G) ووضع الغطاء (H). يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: في الوقت الحقيقي في التصوير الحي للهجرة Mx1 + αSMA + P - SSC. (أ) التخطيطي من Mx1/الطماطم/αSMA-GFP إعداد الفئران مراسل مزدوج. تم حقن الفئران intraperitoneally مع 25 ملغم / كجم pIpC كل يومين لمدة 10 أيام (1). تم تشعيع فئران Mx1/Tomato/αSMA-GFP بشكل قاتل مع 9.5 Gy (2) قبل يوم واحد من زرع الوريد من 1 × 106 خلايا نووية أحادية نقي العظم الكاملة من فئران WT C57BL/6 (3). بعد 6-8 أسابيع من التعافي (عندما تبول خلايا الورم الدموي للمضيف أقل من 5٪) ، تعرضت الفئران لتجارب إصابة العظام. Mx1+ (طماطم+)، αSMA+ (GFP+)، Mx1+α SMA+ (طماطم+GFP+)، وعظم (أزرق). (ب) الحد الأقصى لإسقاط Z لإصابة كالفاريا تمثيلية (دائرة بيضاء) ومواقع التصوير (المربع الأبيض) فيما يتعلق بخيوط القوس (SS) والإكليلية (CS) من فأر Mx1/Tomato/αSMA-GFP. تمثل الخطوط المنقطة خياطات كالفاريا. (ج) في التصوير الحي لاستجابة Mx1+α SMA+ P-SSCs بعد 24 ساعة من الإصابة. شريط المقياس = 25 ميكرومتر. (د) 24 ساعة بعد الإصابة، تم إعطاء CCL5 عند رؤية الإصابة، وفي التصوير الحي تم إجراؤه بعد ساعة واحدة فيما يتعلق بالغرزة التاجية (CS). يمثل المربع الأبيض موقع صور ترحيل الخلايا المعروضة في (E). شريط المقياس = 75 ميكرومتر. (ه) هجرة Mx1+ α SMA + P-SSCs على سطح العظام (الأزرق) نحو مشهد الإصابة (أعلى اليمين). شريط المقياس = 25 ميكرومتر. في (C, D, E), تشير الأرقام إلى وقت التصوير. يشير السهم الأصفر إلى اتجاه موقع الإصابة. تشير النجمة إلى مسار الهجرة من Mx1+α SMA+ P-SSC. الصورة هي ممثلة لنتائج ثلاثة إلى خمسة فئران. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
L.C.O. وD.P. الكشف عن براءة اختراع معلقة بعنوان "الخلايا الجذعية الهيكل العظمي Periosteal في إصلاح العظام" (BAYM. P0264US. P1). ولا يعلن المؤلفون الباقون عن أي مصالح متنافسة.
يصف هذا البروتوكول الكشف عن هجرة الخلايا الجذعية المحيطة بالهيكل العظمي المحيطي بوساطة CCL5 في الوقت الفعلي باستخدام المجهر الحيواني الحي داخل الحتمية.
تم دعم هذا العمل من خلال جائزة برنامج أمراض العظام في تكساس ، وجائزة صندوق كارولين وز للقانون ، وNIAMS للمعاهد الوطنية للصحة تحت أرقام الجوائز R01 AR072018 ، R21 AG064345 ، R01 CA221946 إلى D.P. نشكر M.E. Dickinson و T.J. Vadakkan في التصوير البصري BCM وCore المجهر الحيوي ونوى التكنولوجيا المتقدمة BCM بتمويل من المعاهد القومية للصحة (AI036211 وCA125123 وDK056338).
.
| ½ ” آخر بصري | ThorLabs | TR2 | للتصوير جبل |
| 1 مل حقنة | BD | 309659 | |
| 27G إبرة | BD PercisionGlide | 305111 | |
| 29G حقنة الأنسولين | McKesson | 102-SN05C905P | |
| 50 مل أنبوب كونيكول | Falcon | 352098 | لضبط النفس |
| لوحة زاوية قابلة للتعديل | Renishaw | R-PCA-5023-50-20 | للتصوير |
| مناديل الكحول المبللة | Coviden | 6818 | |
| البيتادين المقشر الجراحي | هنري شين | 67618-151-16 | |
| بوبرينورفين SR-LAB | ZooPharm | 1 مجم / مل | |
| كومبو الإطلاق المستدام III | تم الحصول عليه من الطبيب البيطري | غير الموجود | 37.6 مجم / مل كيتامين ؛ 1.9 مجم / مل زيلازين ؛ 0.37 مجم / مل أسيبرونازين |
| Coverslip | Fisher | 12-545-87 | 24 × 40 ممتاز فائق الانزلاق |
| طرف ناعم | FST | 11254-20 | |
| كيتامين | كيتافيد | 50989-161-06 | 100 مجم / مل |
| Leica TCS SP8MP مع DM6000CFS | Leica Microsystems | N / A | |
| Matrigel | R & D Systems | 344500101 | |
| شريط طبي | McKesson | 100199 | 3 "× 10 ياردة (7.6 سم × 9.1 م) علوم |
| المجهر الإلكتروني | للميثوالسليلوز | 19560 | |
| مقص التشريح المجهري | FST | 1456-12 | |
| المرحلة الآلية | أتمتة أنهايم | N / A | |
| حامل إبرة | FST | 12500-12 | |
| خيوط غير قابلة للامتصاص | McKesson | S913BX | خيوط نايلون أحادية الشعيرات 5-0 خيوط غير قابلة للامتصاص مع إبرة قطع عكسية C-1 |
| مرهم بصري | الرجبي | 0536-1086-91 | |
| RANTES | Biolegend | 594202 | 10 & micro ؛ جم / 50 وميكرو ؛ L |
| المشبك الزاوية اليمنى ل ½ ؛ ” آخر ، 3/16 " Hex | ThorLabs | RA90 | لتركيب التصوير |
| محمل بنابض 3/16 بوصة قفل سداسي ¼ ؛ ” المسمار | ThorLabs | TS25H | للتصوير |
| مسحات قطنية معقمة | Henry Schen | 100-9249 | |
| معقم DPBS (1x) | Corning | 21-030-CV | |
| ستائر معقمة | McKessen | 25-517 | |
| قفازات جراحية | McKessen | 3158VA | |
| مرهم مضاد حيوي ثلاثي | Taro Pharmaceuticals U.S.a.، Inc. | 51672-2120-2 | |
| مجموعة جمع الدم بالمكنسة | الكهربائية BD | REF 367298 | 25G مجموعة ضخ إبرة الفراشة مع أنابيب مقاس 12 بوصة |