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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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 طريقة لإجراء الكسور على الفئران البالغة ومراقبة عملية الشفاء.
إصلاح الكسر هو وظيفة أساسية للهيكل العظمي الذي لا يمكن نمذجته بشكل موثوق في المختبر. نموذج إصابة الفأر هو نهج فعال لاختبار ما إذا كان الجين أو المنتج الجيني أو الدواء يؤثر على إصلاح العظام لأن عظام الفئران تلخص المراحل التي لوحظت أثناء التئام الكسور البشرية. عندما يكسر الفأر أو الإنسان عظما ، تبدأ استجابة التهابية ، ويتم تنشيط السمحاق ، وهو مكان للخلايا الجذعية يحيط بالعظم نفسه ، ويتوسع. ثم تتمايز الخلايا المقيمة في السمحاق لتشكيل الكالس الناعم الوعائي. يحدث الانتقال من الكالس الناعم إلى الكالس الصلب عندما تتمايز الخلايا السلفية الهيكلية المجندة إلى خلايا معدنية ، ويؤدي جسر النهايات المكسورة إلى اتحاد العظام. ثم يخضع الكالس المعدني لإعادة التشكيل لاستعادة الشكل الأصلي وبنية العظم الملتئم. تمت دراسة التئام الكسور في الفئران باستخدام نماذج إصابة مختلفة. ومع ذلك ، فإن أفضل طريقة لتلخيص هذه العملية البيولوجية بأكملها هي اختراق المقطع العرضي لعظم طويل يشمل كلا القشرة. يصف هذا البروتوكول كيف يمكن إجراء كسر عظم الفخذ المستعرض المستقر بأمان لتقييم الشفاء في الفئران البالغة. كما يتم توفير بروتوكول جراحي يتضمن تقنيات الحصاد والتصوير التفصيلية لتوصيف المراحل المختلفة من التئام الكسور.
تحدث الكسور ، والفواصل في استمرارية سطح العظام ، في جميع شرائح السكان. تصبح شديدة في الأشخاص الذين لديهم عظام هشة بسبب الشيخوخة أو المرض ، ومن المتوقع أن تتجاوز تكاليف الرعاية الصحية لكسور الهشاشة 25 مليار دولار في 5 سنوات1،2،3،4،5. سيكون فهم الآليات البيولوجية المشاركة في إصلاح الكسور نقطة انطلاق في تطوير علاجات جديدة تهدف إلى تعزيز عملية الشفاء. وقد أظهرت الأبحاث السابقة أنه عند الكسر ، تحدث أربع خطوات مهمة تمكن العظام من الشفاء: (1) تكوين الورم الدموي. (2) تشكيل الكالس الغضروفي الليفي. (3) تمعدن الكالس الناعم لتشكيل العظام ؛ و (4) إعادة تشكيل العظام الملتئمة 6,7. يتم تنشيط العديد من العمليات البيولوجية لشفاء الكسر بنجاح. أولا ، تبدأ الاستجابة الحادة المؤيدة للالتهابات مباشرة بعد الكسر 6,7. بعد ذلك ، يتم تنشيط السمحاق ويتوسع ، وتتمايز الخلايا السمحاق إلى خلايا غضروفية لتشكيل الكالس الغضروفي الذي ينمو لملء الفجوة التي خلفتها شرائح العظام المعطلة6،7،8،9. تغزو الخلايا العصبية والوعائية الكالس المتشكل حديثا لتوفير خلايا إضافية وجزيئات إشارات ضرورية لتسهيل الإصلاح6،7،8،9،10. بالإضافة إلى المساهمة في تكوين الكالس ، تتمايز الخلايا السمحاق أيضا إلى خلايا عظمية تضع عظاما منسوجة في الكالس الجسر. وأخيرا، تعيد الخلايا العظمية تشكيل العظم المشكل حديثا للعودة إلى شكله الأصلي وهيكله الرقائقي7،8،9،10،11. طورت العديد من المجموعات نماذج الماوس لإصلاح الكسور. أحد نماذج الكسور السابقة والأكثر استخداما في الفئران هو نهج أينهورن ، حيث يتم إسقاط الوزن على الساق من ارتفاع محدد12. عدم السيطرة على الزاوية والقوة المطبقة للحث على الكسر يخلق الكثير من التباين في موقع وحجم انقطاع العظام. في وقت لاحق ، فإنه يؤدي إلى اختلافات في استجابة التئام الكسور المحددة التي لوحظت. الأساليب الشائعة الأخرى هي التدخل الجراحي لإنتاج عيب أحادي القشرة الظنبوبي أو كسور الإجهاد ، وهي إجراءات تحفز استجابات الشفاء الأكثر اعتدالا نسبيا10,13. يرجع التباين في هذه النماذج في المقام الأول إلى الشخص الذي يجري الإجراء14.
هنا ، يسمح نموذج مفصل لإصابة عظم الفخذ بالتحكم في الكسر لتوفير إصابة قابلة للتكرار والسماح بالتقييم الكمي والنوعي لإصلاح كسر عظم الفخذ. على وجه التحديد ، يتم إدخال اختراق كامل في عظم الفخذ للفئران البالغة ويستقر في نهايات الكسر لحساب الدور الذي يلعبه التحميل البدني في التئام العظام. كما يتم توفير طرق حصاد الأنسجة وتصوير الخطوات المختلفة لعملية الشفاء باستخدام علم الأنسجة والتصوير المقطعي المحوسب (microCT) بالتفصيل.
تمت الموافقة على جميع التجارب على الحيوانات الموصوفة من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية الحيوانات واستخدامها في منطقة هارفارد الطبية. تم استخدام الفئران C57BL / 6J البالغة من العمر 12 أسبوعا (ذكورا وإناثا) في هذا البروتوكول. C57BL/6J الفئران الذكور والإناث تحقيق ذروة كتلة العظام حوالي 12 أسبوعا من العمر مع عظم الفخذ واسعة بما يكفي لتناسب دبوس الاستقرار، مما يجعلها سلالة مناسبة لاستخدامها لهذا البروتوكول15.
1. التحضير للجراحة
2. الجراحة
3. حصاد الأنسجة
4. علم الأنسجة - ألسيان الأزرق / Eosin / البرتقالي G تلطيخ
ملاحظة: يستخدم تلطيخ Alcian Blue / Orange G / Eosin بشكل روتيني لتصور الغضروف (الأزرق) والعظم (الوردي). يمكن تحديد مساحة الغضروف كميا كنسبة من إجمالي مساحة الكالس (الشكل 2A ، B).
5. ميكرو سي تي
ملاحظة: في المراحل اللاحقة من الشفاء ، يمكن إجراء microCT لتصوير وقياس التمعدن في الكالس الصلب وفجوة الكسر. في الفئران C57BL/6J ، عادة ما يتم تمعدن الكالس ويمكن اكتشافه بواسطة microCT بعد 10 أيام بعد الكسر (dpf) (الشكل 2C).
في الفئران C57BL/6J ، تكمل الجراحة الناجحة خطوات الشفاء المذكورة سابقا مع استجابة التهابية محلية قليلة أو معدومة أو مشاركة سمحاق في عظم الفخذ المضاد الذي يتم تشغيله بشكل صوري. يتشكل ورم دموي بعد ساعات قليلة من الجراحة ، ويتم تنشيط السمحاق لتجنيد أسلاف الهيكل العظمي لتكوين الغضروف. يمكن تتبع مجموعات الخلايا المختلفة ، مثل أسلاف اللحمة المتوسطة Prx1 + ، أثناء عملية الإصلاح باستخدام نماذج فأر مراسل الفلورسنت المتاحة تجاريا (الشكل 3). في 5 أيام بعد الكسر (dpf) ، يمكن استخدام تلطيخ Alcian Blue لتصور الكالس الناعم وبالتالي تحديد مساحة الغضروف (الشكل 2A ، B). يمكن الكشف عن التمعدن بواسطة microCT عند 28 dpf (الشكل 2C). يشيع استخدام حجم الكالس المعدني ومسافة فجوة الكسر وقوة العظام التي تم قياسها بواسطة الاختبارات الميكانيكية كنتائج قابلة للقياس الكمي لإصلاح الكسر. يمكن أن يؤدي التعديل الوراثي أو التدخل الدوائي إلى تغيير مسار الشفاء ، لذلك يوصى بإجراء دراسة زمنية لتحديد خصائص الكسور في مراحل مختلفة من الإصلاح. يمكن تشريح الكالس بأكمله للتحليل الجزيئي ويمكن استخدام عمود العظام المقابل كعنصر تحكم. إذا لم تكن نهايات الكسر محاذاة أو مؤمنة بشكل كاف مع الدبوس ، فستظهر الصور الناتجة عدم وجود تكوين الكالس على كل أو جانب واحد من موقع الكسر (الشكل 4).

الشكل 1: كسر وإدخال دبوس التثبيت . (أ) يتم حلق مربع على الساق اليمنى للماوس C57BL/6J. (ب) بعد إجراء شق في الجلد واللفافة ، يتم تثبيت ملقط منحني أسفل عظم الفخذ لفصل العضلات والجلد والعظام. (ج) بعد إجراء القطع ، يتم إنشاء نهايتين للكسر: القسم القريب من عظم الفخذ المتصل بعظم الورك والقسم البعيد المتصل بالركبة. يتم إدخال إبرة التوجيه (الخضراء) في القسم البعيد ودفعها عبر مفصل الركبة. (د) تتم إزالة إبرة التوجيه من القسم البعيد ، وإدخالها في القسم القريب ، ودفعها عبر مفصل الورك. (ه) يتم إدخال دبوس التثبيت (الإبرة الرمادية) في إبرة التوجيه البارزة من مفصل الورك. (F) يتم دفع دبوس التثبيت عبر القسم القريب ، إلى القسم البعيد ، ومن خلال مفصل الركبة باستخدام المسار الذي تقوم به إبرة التوجيه في C. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

الشكل 2: علم الأنسجة والتصوير المقطعي المحوسب الدقيق لكسر عظم الفخذ. (أ) تم جمع أقسام البارافين الثابتة بالفورمالين من كسور عظم الفخذ عند 5 و 10 و 28 dpf وملطخة بشريط مقياس Alcian Blue / Eosin / Orange G. Scale = 500 ميكرومتر. (ب) تم تحديد مساحة الغضروف كميا باستخدام برنامج ImageJ عند 5 و 10 و 28 dpf. (ج) عند 28 نقطة في الدقيقة، لوحظ التمعدن، ويمكن قياس حجم الكالس وفجوة الكسر بواسطة التصوير المقطعي المحوسب الميكروي. شريط المقياس = 1000 ميكرومتر. البيانات المعروضة على أنها متوسط ± SEM. تم قياس حجم الكالس المعدني عن طريق الالتفاف حول العظم القشري في موقع الكسر. تحدد المنطقة الرمادية الداكنة الكالس المعدني على الصورة ، بينما لا يتم تضمين العظم القشري (الرمادي الفاتح) في القياس. البيانات المعروضة على أنها متوسط ± SEM. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: نموذج مراسل الفلورسنت المستخدم لتصور توسع الخلايا السمحاق Prx1+ بعد الكسر. Prx1CreER; تم حقن الفئران Rosa26 tdTomato يوميا لمدة خمسة أيام مع 80 ملغ / كغ من وزن الجسم من تاموكسيفين للحث على التعبيرtdTomato . بعد ثلاثة أيام من الحقن النهائي ، بدأ كسر عظم الفخذ ، وتم التضحية بالفئران عند 7 أو 14 dpf لتتبع مكان وجود الخلايا المعبرة عن Prx1 وذريتها (Prx1 +) داخل الكالس المكسور والسمحاق الموسع. شريط المقياس = 500 ميكرومتر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: مثال على الشفاء غير المنتظم بسبب المشكلات الجراحية. لم تتم محاذاة نهايات الكسر بشكل صحيح واخترق دبوس التثبيت القسم القريب من عظم الفخذ في هذا المثال. أدت هذه الأخطاء إلى تكوين الكالس حيث تم ثقب عظم الفخذ (الصندوق الأصفر) بدلا من موقع القطع. شريط المقياس = 500 ميكرومتر. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الملف التكميلي 1: تكوين الحلول المطلوبة لعلم الأنسجة. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الملف.
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.
يصف هذا البروتوكول طريقة لإجراء الكسور على الفئران البالغة ومراقبة عملية الشفاء.
نشكر الدكتورة فيكي روزن على الدعم المالي والتوجيه في المشروع. نود أيضا أن نشكر الموظفين البيطريين و IACUC في كلية الطب بجامعة هارفارد على التشاور بشأن التقنية المعقمة ، ورفاهية الحيوان ، والمواد المستخدمة لتطوير هذا البروتوكول.
| 23 جم × 1 تيراواط IM (0.6 مم × 2 5 مم) إبرة | BD بدقة | 305193 | تستخدم كإبرة دليل |
| 27 جم × 1 ¼ ؛ (0.4 مم × 30 مم) | BD precision | 305136 | استخدم كدبوس تثبيت |
| مم الجرح التلقائي المشبك / مزيل / مجموعة المشابك | Braintree Scientific ، INC | ACS-KIT | |
| Alcian Blue 8 GX | علوم المجهر الإلكتروني | 10350 | |
| هيدروكسيد الأمونيوم | Millipore Sigma | AX1303 | |
| شفرة دائرية X926.7 تقنيات | جلخ | THIN-FLEXCELBTFSG633 | |
| DREMEL 7700-1 / 15 ، 7.2 فولت مجموعة الأدوات الدوارة | Dremel | 7700 1/15 | |
| Eosin Y | ThermoScientific | 7111 | |
| ملقط تشريح منحني ناعم | VWR | 82027-406 | |
| Hematoxulin Gill 2 | Sigma-Aldrich | GHS216 | |
| حمض الهيدروكلوريك | Millipore Sigma | HX0603-4 | |
| Isoflurane | باترسون بيطري | 07-893-1389 | |
| طقم الجراحة المجهرية | VWR | 95042-540 | |
| أورانج جي | سيجما ألدريتش | 1625 | |
| الفلوكسين ب | سيجما ألدريتش | P4030 | |
| مسحات بوفيدون اليود | PDI | S23125 | |
| سكانكو الطبية والميكرو ؛ CT35 | سكانكو | ||
| بوبرينورفين | زوفارم بطيء الإطلاق |