يستلزم البروتوكول المقترح نهجا عالميا لتقييم تكوين العظام في سياق تجديد العظام باستخدام التحليلات متعددة الوسائط. يهدف إلى توفير معلومات نوعية وكمية حول تكوين العظام الجديدة ، وتعزيز صرامة وصلاحية الفحوصات الأساسية وقبل السريرية.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
يستلزم البروتوكول المقترح نهجا عالميا لتقييم تكوين العظام في سياق تجديد العظام باستخدام التحليلات متعددة الوسائط. يهدف إلى توفير معلومات نوعية وكمية حول تكوين العظام الجديدة ، وتعزيز صرامة وصلاحية الفحوصات الأساسية وقبل السريرية.
يمثل التوصيف الشامل لتمعدن الأنسجة في سياق تجديد العظام تحديا كبيرا ، بالنظر إلى الطرائق العديدة المتاحة حاليا للتحليل. هنا ، نقترح سير عمل لتقييم شامل لتكوين العظام الجديدة باستخدام نبتة عظمية حيوانية كبيرة ذات صلة خارج الجسم الحي . يتم إنشاء عيب عظمي (القطر = 3.75 مم ؛ العمق = 5.0 مم) في رأس عظم الفخذ المزروع وحقنه ببديل عظمي كبير يسهل اختراقه محمل بعامل نمو مؤيد للعظم (بروتين مورفوجيني للعظام 2 - BMP2). بعد ذلك ، يتم الحفاظ على المصنع في الثقافة لمدة 28 يوما ، مما يسمح بالاستعمار الخلوي وتكوين العظام اللاحق. لتقييم جودة وهيكل الأنسجة المعدنية حديثا ، يتم إعداد الطرق المتتالية التالية: (ط) توصيف وصور ثلاثية الأبعاد عالية الدقة للمصنع بأكمله باستخدام التصوير المقطعي المحوسب الدقيق ، متبوعا بتحليلات صور التعلم العميق لتعزيز التمييز بين الأنسجة المعدنية ؛ (ثانيا) المسافة البادئة النانوية لتحديد الخواص الميكانيكية للأنسجة المشكلة حديثا ؛ (ثالثا) الفحوصات النسيجية ، مثل الهيماتوكسيلين / الإيوسين / الزعفران (HES) ، وثلاثي الألوان في غولدنر ، وخماسي موفات لتوفير تقييم نوعي للأنسجة المعدنية ، لا سيما فيما يتعلق بتصور الحاجز العظمي ووجود الخلايا العظمية ؛ (4) رسم خرائط المجهر الإلكتروني الماسح المتناثر الخلفي (SEM) مع مرجع داخلي لتحديد درجة التمعدن وتقديم رؤى مفصلة حول مورفولوجيا السطح والتركيب المعدني وواجهة العظام والمواد الحيوية. (v) التحليل الطيفي رامان لتوصيف التركيب الجزيئي للمصفوفة المعدنية وتقديم رؤى حول ثبات BMP2 داخل الأسمنت من خلال الكشف عن روابط الببتيد. سيوفر هذا التحليل متعدد الوسائط تقييما فعالا للعظام المشكلة حديثا ورؤى نوعية وكمية شاملة للأنسجة المعدنية. من خلال توحيد هذه البروتوكولات ، نهدف إلى تسهيل المقارنات بين الدراسات وتحسين صحة وموثوقية نتائج البحث.
تمثل عيوب العظام ، سواء كانت ناجمة عن الصدمة أو استئصال الورم أو التشوهات الخلقية أو العدوى ، تحديا كبيرا للطب التجديدي. تضر هذه التعديلات بالسلامة الهيكلية للنظام الهيكلي ، مما يؤدي إلى عدم الراحة والضعف الوظيفي وانخفاض نوعية حياة المرضى.
للتغلب على هذه التحديات ، ظهرت استراتيجيات مبتكرة لإصلاح العظام ، مع التركيز على تعزيز تكوين العظم وتجديد أنسجة العظام. تشمل هذه الأساليب استخدام بدائل العظام القابلة للزرع أو الحقن أو القابلة للطباعة ثلاثية الأبعاد ، والتي يمكن أن تكون من أصل طبيعي (على سبيل المثال ، الجزيئات الكبيرة من مصادر حيوية ، هيدروكسيباتيت مشتق من) أو اصطناعية (على سبيل المثال ، النظارات الحيوية ، فوسفات الكالسيوم)1. لتعزيز قدرتها المتأصلة المنخفضة على توجيه وتحفيز تجديد العظام ، يمكن تحميل بدائل العظام بعوامل تحريضية للعظم ، مثل البروتينات المورفولوجية للعظام (BMPs) ، لتعزيز التمايز العظمي للخلايا السلفية وتعزيز تكوينالعظام 2.
يعتمد تكوين العظام على التكوين الأولي لمصفوفة الكولاجين ، والتي يتم تمعدنها بعد ذلك بواسطة بلورات هيدروكسيباتيت ، وبالتالي تعزيز بنيةالعظام 3. تمنح هذه العملية صلابة وقوة محددة للعظام. تخضع جودة الأنسجة المعدنية بشكل معقد لخصائصها المجهرية ودرجة التمعدن4. تلعب هذه الجودة دورا محوريا في التئام العظام ووظائف العظام المتجددة5. ومع ذلك ، يظل توصيف تمعدن العظام مهمة صعبة بسبب التباين المتأصل عبر الدراسات متعددة المتغيرات6،7،8.
بالإضافة إلى ذلك ، عادة ما يتم إجراء التقييمات الأولية للتوافق الحيوي والتوافق الخلوي وإمكانية التمايز لبدائل ترقيع العظام في المختبر. ومع ذلك، فإن التفاوتات المنهجية تعوق المقارنة السلسة للنتائج. علاوة على ذلك ، لا تلتقط هذه الدراسات المختبرية بشكل كامل التفاعلات متعددة الخلايا والحوار المعقد بين مجموعات الخلايا ، بما في ذلك خلايا نخاع العظام ، والتي تعتبر ضرورية لتنظيم عملية تجديدالعظام 9. قد يؤدي هذا النقص في التمثيل الدقيق للبيئة المكروية للعظام إلى الإضرار بدقة الدراسات قبل السريريةاللاحقة 10.
على الرغم من أن التقييمات في الجسم الحي توفر تمثيلا أكثر دقة للسياقات الفسيولوجية ، إلا أنها مقيدة بالاعتبارات الأخلاقية واللوجستية والمالية. وبالتالي ، تلعب التقييمات خارج الجسم الحي دورا محوريا كواجهة بين الدراسات في المختبر والدراسات في الجسم الحي ، حيث تعمل كخطوة وسيطة ضرورية قبل الانتقال إلى التجارب على الأشخاص الأحياء11،12،13.
في هذا السياق ، هناك حاجة إلى تنفيذ منهجيات توصيف شاملة لتقييم جودة أنسجة العظام المتجددة والتأكد من ملاءمة الاستراتيجية قبل الانتقال إلى نموذج ما قبل السريري. وبالتالي ، نقترح بروتوكولا يعتمد على تحليل نموذج الزرع باستخدام أنسجة مفصل ركبة الأغنام. تتضمن هذه المنهجية المبتكرة زرع الأسمنت المحمل ب BMP2 في النماذج الخارجية وإجراء تحليل مفصل لتمعدن الأنسجة بعد 28 يوما من الاستزراع.
الأساليب التقنية المستخدمة في هذه الدراسة متنوعة ومتكاملة ، وتوفر مجتمعة نهجا شاملا لتقييم جودة أنسجة العظام المتجددة (الشكل 1). يتيح التصوير المصغر عالي الدقة تصورا ثلاثي الأبعاد مفصلا لبنية العظام ، مما يوفر رؤى قيمة حول كثافة المعادن ومورفولوجيا وسلامة الأنسجة المشكلة حديثا. هذه التقنية ضرورية لتقييم فعالية تجديد العظام ومراقبة تطور التمعدن بمرور الوقت. المسافة البادئة النانوية هي طريقة دقيقة لتحديد الخصائص الميكانيكية للأنسجة ، مثل صلابتها وقوتها. من خلال قياس استجابة المادة للقوة المطبقة على مقياس نانومتري ، تتيح هذه الطريقة تقييم متانة وجودة الأنسجة المعدنية. توفر الفحوصات النسيجية باستخدام تلطيخ شائع مثل الهيماتوكسيلين / اليوزين / الزعفران (HES) ، وثلاثي الألوان لجولدنر ، وخماسي موفات رؤى لا تقدر بثمن حول بنية الأنسجة وتكوينها. تسمح هذه البقع بالتمايز بين مكونات الأنسجة المختلفة ، بما في ذلك الخلايا والمصفوفة خارج الخلية والرواسب المعدنية ، مما يتيح تقييما نوعيا شاملا لعملية تجديد العظام. يوفر رسم خرائط المجهري الإلكتروني الماسح الخلفي (SEM) تصورا عالي الدقة لسطح العينات ، مما يسمح بتحليل مفصل لدرجة تمعدن مصفوفة العظام ، بالإضافة إلى الواجهات بين المادة المزروعة والأنسجة المضيفة. أخيرا ، يوفر التحليل الطيفي رامان معلومات تتعلق بالتركيب الجزيئي للأنسجة ، لا سيما من خلال تحديد مكونات معينة مثل البروتينات والدهون والمعادن. يتيح هذا النهج توصيف المصفوفة المعدنية والكشف عن عوامل النمو مثل BMP2 ، وبالتالي توفير معلومات مهمة حول استمرار المحفزات المؤيدة للعظم في وسط التجديد.
باستخدام نهج متعدد التخصصات ، يدمج تقنيات تحليلية مختلفة ، تهدف دراستنا إلى تقديم تقييم شامل وشامل لجودة أنسجة العظام المتجددة ، وبالتالي توفير أساس متين لتقييم بدائل ترقيع العظام وتطبيقها السريري المحتمل.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تمت الموافقة على هذه الدراسة من قبل لجنة الأخلاقيات ورعاية والإدارة الوطنية الفرنسية للطب البيطري والأغذية تحت رقم G44171.
1. تحضير واستزراع النثرة العظمية الغضروفي
2. تحليل التصوير المقطعي المحوسب الدقيق
3. تحليل صور التعلم العميق
4. التضمين
5. الفحص المجهري الإلكتروني الماسح (SEM) - التصوير الإلكتروني الكمي المتناثر (qBEI)
6. علم الأنسجة
7. رامان التحليل الطيفي المجهري
8. المسافة البادئة النانوية
ملاحظة: نظرا للطبيعة المدمرة للمسافة البادئة النانوية ، يتم إجراؤها عادة في نهاية روتين تحليل العينة. تم تجهيز نظام المسافة البادئة النانوية الذي نمتلكه بمسافة بادئة هرمية من الماس بيركوفيتش. ومع ذلك ، توجد العديد من أشكال المسافة البادئة ، ولم يتم تحديد أي إجماع في الأدبيات على عينات العظام أو المواد الحيوية.





الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تظهر صورة التصوير المقطعي المحوسب الصغير للنبتة في الشكل 2. لا يمكن أن يؤدي استخدام التجزئة اليدوية إلى فصل العظام عن الأسمنت الموجود في القناة المركزية على النحو الأمثل باستخدام العتبة العالمية. لتحسين التعرف على العظام التربيقية والأسمنت ، نقترح استخدام التعلم العميق. التعلم العميق قوي للتعرف على خصائص المواد الحيوية ويساعد على تحسين الفصل بين العظام والأسمنت ، مما يتيح تقييما أفضل لتفاعلات الأسمنت والعظام. هذا له أهمية قصوى من أجل تحديد كمية العظام المتكونة بدقة في الواجهة مع الأسمنت وعدم...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يعد إصلاح عيوب العظام تحديا كبيرا في الطب التجديدي لاستعادة الحركة وتقليل الألم وتحسين نوعية حياة الأفراد المصابين. يوفر استخدام نماذج الاستخراج عددا من المزايا مقارنة بالدراسات في الجسم الحي للتحقيق في إصلاح عيوب العظام. بالإضافة إلى الاعتبارات الأخلاقية ، يسمح هذا النموذج بالتحكم الصارم في الظروف التجريبية وتقليل التباين البيولوجي ، وبالتالي تسهيل توليد نتائج أكثر دقة وقابلية للتكرار. علاوة على ذلك ، فإن الخصائص الميكانيكية والبيولوجية لعظام الأغنام تتماشى بشكل وثيق مع تلك الم...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.
نود أن نشكر المرافق الفنية المشاركة في جمع العينات ومعالجتها ، بما في ذلك SC3M (SFR Francois Bonamy (UMS 016) ، جامعة نانت) ، SFR ICAT (جامعة أنجيه) ، BIO3 ، HiMolA ، و SC4BIO. يتم دعم Inserm UMR_S 1229 RMeS بمنح من الحكومة الفرنسية من خلال مؤسسات Inserm و Nantes Université و Univ Angers و Oniris VetAgroBio. CL ممتنة أيضا ل HTL Biotechnology.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 0.20 مرشحات | VWR ؛ | 28145-501 | |
| إبرة 18 جم (1،2 × 40 مم) | حقنة Sterican | 4665120 | |
| 3 مل | HENKE-JECT | 8300005762 | |
| 37٪ حمض الهيدروكلوريك ؛ | VWR | 1.00317.1000 | |
| حمض الخليك (الجليدي) | سيجما | A6283 | |
| الأسيتون | VWR | 20063-365 | |
| Alcian Blue 8GX | VWR | 361186 | |
| هيدروكسيد الأمونيوم | VWR | 318612 | |
| فوسفات ثلاثي الكالسيوم Apatitic | مركز الهندسة الطبية الحيوية والرعاية الصحية (مناجم سانت إتيان ، فرنسا) | TV26U | |
| Azophloxine | Sigma | 210633 | |
| البنزويل بيروكسيد | سيجما | 8.01641.0250 | |
| BMP2 | Medtronic | InductOs 1.5 مجم / مل | |
| كروسين بريلانت ؛ | Aldrich | 2107507 | |
| CTVox | Bruker-DataViewer | ||
| Skyscan-Diamond | |||
| شفرة | Struers | MOD13 | |
| المنشار الماسي | Struers | Accutom-50 | |
| DiaPro Mol B3 محلول الماس | Struers | 40600379 | |
| DiaPro Nap B1 محلول الماس | Struers | 40600373 | |
| فوسفات الصوديوم ثنائي القاعدة (Na2HPO4) | Sigma & nbsp ؛ | 102404598 | |
| Dibutyl Phtalate | Chimie-Plus Laboratoires | 28656 | |
| برنامج DragonFly | ORS | 2022.1.0.1231. | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) نسبة عالية من الجلوكوز ، GlutaMAX (TM) ، البيروفات | ThermoFisher Scientific | 31966-021 | |
| Eosine Y- Surgipath | سيجما | 1002830105 | |
| الإريثروسين ب | سيجما | 102141057 | |
| الإيثانول | المطلق VWR | 20820362 | |
| Eukitt | Dutscher | 6.00.01.0003.06.01.01 | |
| Falcon 50 مل | Sarstedt | 62.547.254 | |
| سداسي هيدرات كلوريد الحديديك (FeCl3 ، 6H2O) | Merck | 1.03943.0250 | |
| مصل الأبقار الجنيني (FBS) | Eurobio | CVFSVF00 | |
| حمض الفوشين | Merck | 1.05231.0025 | |
| محلول الملح المتوازن من هانك (HBSS) | Biosera | MS01NG100J | |
| Hematoxylin | Sigma | 86.118.9 | |
| مكبس متساوي نوفا | سويس | Pmax 1500 بار | |
| قياس حبيبات الحيود بالليزر | Malvern | Mastersizer 3000 | |
| أخضر فاتح | Prolabo | 28947135 | |
| كربونات الليثيوم | سيجما | A13149 | |
| MD-Mol تلميع القماش | Struers | 40500077 | |
| ميثيل سيكلوهكسان | VWR & nbsp ؛ | 8.06147.1000 | |
| ميثيل سيكلوهكسان | VWR | 8.06147.1000 | |
| ميثيل سيكلوهكسان | VWR | 8.06147.1000 | |
| ميثيل ميثاكريليت | سيجما | 8.00590.2500 | |
| مايكرو CT ، ماسح ضوئي صغير ؛ | Bruker | Skyscan 1272 | |
| فوسفات الصوديوم أحادي القاعدة (NAH2PO4) | Sigma | 71496 | |
| Mortar | Fritsch | Pulverisette 6 | |
| N,N, Dimethylanilin | Sigma | 803060 | |
| محطة المسافة البادئة النانوية | Anton Paar | NHT2 | |
| ND-Nap | Struers | 40500080 | |
| OATS طقم نظام نقل الطعم الذاتي للعظم الغضروفي ، 4,75 مم | Arthrex | AR-1981-04S | |
| OATS مجموعة نظام النقل التلقائي للطعم العظمي الغضروفي ، 8 مم | Arthrex | AR-1981-08S | |
| Orange G | Ral | M15 | |
| بارافورمالدهيد (PFA) | سيجما ؛ | P6148 | |
| قوالب التضمين التي يمكن التخلص منها Peel-a-way | Polysciences، Inc | 18646C-1 | |
| Penicillin / Streptomycin (P / S) ThermoFisher | Scientific | 15140122 | |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) ThermoFisher | Scientific | 10010023 | |
| Phosphomolybdic acid ؛ | سيجما | 221856-100 جم | |
| حمض الفوسفوتونغستيك | Aldrich ؛ | 12863-5 | |
| آلة تلميع | Sturers | Dap V | |
| Poupinel | MEMMERT | TV26U | |
| رامان المطياف الدقيق | Renishaw | InVia Qontor | |
| Safran du G & acirc ؛ تينايس | Labonord | 11507737 | |
| المجهر الإلكتروني الماسح | كارل زايس | إيفو LS 10 | |
| SEM | زايس | كارل زايس إيفو LS10 | |
| رقائق SiC / أوراق طحن | سترورز | 40400008 (# 320) ، 40400011 (# 1000) ، 40400122 (# 2000) ، 40400182 (# 4000) الطلاء | |
| الفضي | علوم المجهر الإلكتروني | 12686-15 | |
| كعب قياسي مع معايير كأس فاراداي والكربون والألمنيوم والسيليكون | Micro-Analysis Consultants Ltd | 8602 | |
| T25 قارورة | Corning | 430639 | |
| Xylene | VWR & nbsp ؛ | 28975.325 | |
| Xylidine Ponceau | Aldrich | 19.976-1 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.