طورنا نظام ترانسبول بشري خارج الجسم قادر على تقييم التغيرات الالتهابية الحادة والمعدية والبنيوية في السينوفيوم.
مقالة منهجية
طورنا نظام ترانسبول بشري خارج الجسم قادر على تقييم التغيرات الالتهابية الحادة والمعدية والبنيوية في السينوفيوم.
التهاب المفاصل هو حالة التهابية داخل المفاصل تؤدي إلى تلف الغضروف والألم وفقدان الحركة. تظهر التطورات الحديثة في أبحاث التهاب المفاصل بشكل خاص أن كبسولة المفصل (مثل السينوفيوم) مصدر مهم لهذا الالتهاب، لكن لا توجد نماذج بشرية تحاكي البنية الزللية الأساسية. ولمعالجة ذلك، تم إنشاء نظام التحليل الفضائي المشترك، أو JSAS. تم الحصول على السينوفيوم الأمامي أثناء العملية من المرضى الذين خضعوا لتجميل كامل للركبة (TKA). تم تشريح سينوفيوم وتقسيمه إلى نوى خزعة بحجم 3 مم. وضعت النوى في البئر العلوي لبئر عرضي بحجم 5 ميكرومتر أو 0.4 ميكرومتر مع 300 ميكرولتر من DMEM مع 10٪ FBS. في البئر السفلي، أضيف 600 ميكرولتر من الوسائط ويتم استبدالها كل يومين إلى ثلاثة أيام. تم تقييم القابلية للبقاء حتى 7 أيام في حالات الحضانة ذات فرط الأكسجين (50٪)، والجوية/القياسية (~21٪)، والفسيولوجية (5٪). شملت المنبهات في البئر السفلي بروتين الجاذب الكيميائي للخلية الأحادية 1 (MCP-1/CCL2)، وبوليبوسكاريد (LPS)، وN-أستيل سيستين، وS. aureus، وB. burgdorferi. تم تخزين الوسائط لعلاج ELISA، وتم تخزين الأنسجة لتحليل البرافين المثبت الفورمالين (FFPE). في الظروف القياسية، ظل السينوفيوم قابلا للحياة لمدة 3 أيام. عدل المنبه بنية ووظيفة البطانة الداخلية وخلايا الزلاب تحت البطانة، بما في ذلك فقدان حدود البلعم المقيمة، وتوسع الطبقة الفرعية، وزيادة تنظيم الخلايا الليفية الممرضة، وإنتاج السيتوكينات IL-1β وTNFα. هاجرت الخلايا المناعية والأرومات الليفية إلى الحجرة السفلية (مسام 5 ميكرومتر) في تحليل تدفق الخلايا الخلوية. هاجر B. burgdorferi المتنقل إلى الأنسجة عند حجم مسام 0.4 ميكرومتر، بينما لم يفعل S . aureus غير المتحرك. تم التعبير عن السيتوكينات ذات الصلة بكمية كافية ل ELISA. يعد JSAS نظاما معياريا قادرا على دراسة التغيرات الحادة في السينوفيوم البشري، مما يسمح بتعقيد البنى ثلاثية الأبعاد في نموذج ما قبل السريري مع الحفاظ على البنية والوظيفة ذات الصلة بيولوجيا.
يصيب التهاب المفاصل أكثر من 20٪ من جميع البالغين في الولايات المتحدة و50٪ من الذين تزيد أعمارهم عن 65 عاما المصابينبأمراض مزمنة. كما أنه سبب رئيسي للإعاقة على مستوى العالم2. يشمل التهاب المفاصل ليس فقط تلف الغضروف، بل أيضا التهاب كبسولة المفصل أو السيلية الغزلية (مثل التهاب الغشاء الزليلي). من المرجح أن التهاب العزل الزليلي المزمن هو مصدر رئيسي للسيتوكينات الالتهابية التي تعزز تلف العظام والغضاريف في التهاب المفاصل العظمي والروماتويدي 3,4. لذلك، فإن فهم التغيرات المناعية داخل السينوفيوم من المرجح أن يكون ضروريا لتطوير خيارات علاجية جديدة وربما وقائية للمرضى المصابين بالتهاب المفاصل.
السينوفيوم هو بنية منظمة تتكون من طبقتين رئيسيتين: البطانة الخلوية الداخلية (IntL) والبطانة الفرعية (SubL). يتفاعل IntL مع السائل الزليلي (SF)، ويقوم SubL بإنتاج مكونات SF ويحتوي على هياكل وعائية5. داخل IntL، توجد كل من البلاعم والخلايا الزلية الشبيهة بالخلايا الليفية (FLS). البلعم في IntL هي خلايا مقيمة، تتجدد محليا بواسطة البلاعم الخلالية داخل الSubL 6. هذه البلعم الزليلي المقيمة (RSMs) منحازة إلى M2 بسبب تعبير CD206 وTREM2، وتم تحويلها إلى علامات ظهارية، وتعبر عن علامات الربط الضيق. قد يكون هذا الهيكل الفرعي من IntL مفتاحا للحفاظ وظيفيا وجسديا على توازن الفضاء المشترك 5,6. وقد لوحظ هذا في التهاب المفاصل الروماتويدي (RA). على سبيل المثال، عندما يتحلل IntL، يعاني مرضى التهاب المفاصل الروماتويدي من أعراض النوبة، والتي تختفي عندما يعاد بناء البطانة 6,7. يرتبط الشفاء التلقائي بالتهاب المفاصل الروماتويدي بشكل خاص ب MerTK +CD206+ في البلعم الزلالية7. تم تحديد RSM أيضا في الطب النفسي لمرضى يعانون من ألم مفاصل حاد، حيث وجدوا أن شدة الأمراض المعدية أو الالتهابية مرتبطة بكمية RSMs والسيتوكينات الالتهابية8. للأسف، العلاقة بين هياكل IntL وSubL، والتغيرات الوظيفية في RSM وFLS، وإنتاج وسطاء التهابيين قد تتلف الغضاريف و/أو العظم، يصعب التساؤل عنها، خاصة عند البشر.
لاستعلام الآليات الأساسية لالتهاب العزلية في بيئات متعددة ذات صلة سريرية، تم تطوير نموذج بشري خارج الجسم يسمى نظام تحليل الفضاء المشترك (JSAS). ينتج هذا النظام نتائج قابلة للتكرار باستخدام عناصر معيارية للسماح بتقييم واسع لالتهاب المفاصل الالتهابي والمعدي. تصف هذه المقالة عمليات اكتساب الأنسجة من جراحات المفاصل المفتوحة الشائعة، مثل استبدال المفصل الكلي، تصميم JSAS، القياس النسيجي اللازم لقياس التغيرات الهيكلية الحادة في السينوفيوم، والاستجابات الوظيفية للنسيج، بما في ذلك بواسطة التألق المناعي (IF)، ومنظار RNA، واختبار العضلات المناعية المرتبطة بالإنزيمات (ELISA). يختلف JSAS عن النماذج البشرية الشائعة في المختبر من خلال الحفاظ على هياكل IntL وSubL، مما يسمح برؤية قريبة في الجسم الحي ، حول التهاب الغشاء الزليلي الحاد أو الحاد الذي يؤدي إلى تلف الغضروف. من خلال الحفاظ على البنية الطبيعية للسيلفيوم، يمكن تشريح القدرات الداخلية ل RSM وFLS لتقليل أو استمرار الالتهاب. كنموذج خارج الحي ، لا يتطلب تمايز الخلايا المناعية الطرفية إلى بلاعم زلية أو تبسيط السينوفيوم إلى 1-2 نوع من الخلايا المنفصلة فقط. يختلف عن النماذج الحيوانية مثل التهاب المفاصل الناتج عن الكولاجين (CIA) باستخدام أنسجة بشرية مريضة طبيعيا، مما يسمح بتقييم خاص بالممرضات ويكون ذا صلة بالبشر. أخيرا، يمكن محاكاة عدة التهابات، مما يسمح بنموذج لالتهاب المفاصل التسامي بالإضافة إلى التهاب المفاصل العظمي والالتهاب الالتهابي. القيد الرئيسي هو الزراعة لمدة 3 أيام في الظروف القياسية قبل بدء الموت المبرمج.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تمت الموافقة على موافقة المريض وبروتوكول معالجة الأنسجة من قبل مجلس مراجعة المؤسسات المحلي (IRB). المواد المستخدمة والمواد المستخدمة مدرجة في جدول المواد.
1. اكتساب الأنسجة والخزعة
2. إعداد نظام تحليل الفضاء المشترك (JSAS)
3. التحليل التجريبي والتفكيك
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تحسين ظروف زراعة الأكسجين
تغذية الأنسجة الفسيولوجية تحتوي على حوالي 6٪-8٪ أكسجين، بينما تكون ظروف الحضانة القياسية لزراعة الخلايا عند مستويات الأكسجين الجوي (~21٪)16. بالمقارنة، قد يحسن فرط الأكسجة من فعالية زراعة الخلايا أو يكون ساما17. استلزم الاستخدام الكافي ل JSAS تحديد مبكر لفعالية الأنسجة الزلية؛ لذلك، تم تقييم الاستماتة المبرمجة بواسطة الكيمياء المناعية الكاسبيزي-3 أو التألق المناعي في اليوم 0، 1، 2، 3، 5، و7 في 3 ظروف أكس...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
أظهر هذا العمل قدرات JSAS، وبشكل خاص الحفاظ على الأنسجة الزللية الحية ذات البنية الزللية السليمة والاستجابة وظيفيا. كان هناك موت خلوي طفيف حتى 72 ساعة من الزراعة في معظم حالات الحضانة. لتقييم التغيرات المجهرية في البنية الزلية، تم وصف نظام قياس نسيجي فريد يحدد التغيرات الهيكلية في IntL وSubL. تشير هذه التغيرات إلى التهاب العزلية الحاد أو الحاد على المزمن. قد يكون هذا القياس مفيدا بشكل خاص عند اقترانه بالتحليلات الخلوية والميكانيكية، حيث تعتمد أنظمة التصنيف التقليدية على تسرب الخلايا اللم...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
لا توجد تضارب مصالح.
لم يكن هذا البروتوكول ممكنا بدون كرم المرضى الذين تبرعوا بأنسجة أدراجهم، ومهارة زملائنا في جراحة العظام، الذين هم مستعدون لجمع الأنسجة بأمان نيابة عن العمل. يحظى مركز K.I.C. بدعم من NIAMS K08 AR084605، ويحظى برنامج C.P.P. بدعم برنامج تطوير مهنة شؤون المحاربين القدامى [IK2BX004532]. تعترف هذه المجموعة باستخدام منشأة أبحاث المجهر المركزية بجامعة آيوا، وهي مورد أساسي تدعمه نائب رئيس الأبحاث في جامعة آيوا، وكلية كارفر للطب. تم الحصول على بيانات قياس التدفق الخلوي في منشأة قياس التدفق الخلوي، وهي منشأة بحثية أساسية لكلية كارفر للطب / مركز هولدن الشامل للسرطان في جامعة آيوا. يتم تمويل المنشأة من خلال رسوم المستخدم والدعم المالي السخي من كلية كارفر للطب، ومركز هولدن الشامل للسرطان، ومركز إدارة شؤون المحاربين القدامى الطبي في مدينة آيوا. وقد تم دعم الأبحاث الواردة في هذا المنشور من: المركز الوطني لموارد البحث التابع للمعاهد الوطنية للصحة بموجب الجائزة رقم 1 S10 OD034193-01؛ والمعهد الوطني للسرطان التابع للمعاهد الوطنية للصحة تحت الجائزة رقم P30CA086862.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| 10 cm Petri dishes | Corning | CLS430167 | |
| 23srRNA RNAscope probe | ACD/Biotechne | 468211 | |
| 24 well plates | Life Sciences | 3524 | |
| 3 mm biopsy punches | Integra | 12460406 | |
| 50 mL conicals | N/A | ||
| 70% ethanol (for sterilization) | N/A | ||
| Borrelia burgdorferi | ATCC | 35210 | يجب استخدامه في المرحلة الأسية المتأخرة للحصول على الحد الأقصى من المُمْرِضية |
| BSK-H | Sigma-Aldrich | B8291 | |
| CD68 antibody | Invitrogen | 14-0688-82 | 1:1000 |
| CO2 tank (standard conditions) | N/A | ||
| Dulbecco's Phosphate buffered saline (Ca-/Mg-) | Thermofisher | 14190144 | |
| fetal bovine serum | Biotechne | S11150 | Heat inactivated Lot: F22100 |
| forceps (non-toothed) | N/A | ||
| hemostat | N/A | ||
| Humidified cell incubator (standard conditions) | N/A | ||
| Hypoxia incubator | N/A | ||
| hypoxia tank (5% O2, 5% CO2, remainder N2, physiologic conditions) | N/A | ||
| IL-4 antibody | Thermofisher | MA5-42470 | 1:100 |
| iNOS antibody | Thermofisher | PA1-036 | 1:100 |
| Iris scissors | N/A | ||
| Lipopolysaccharide | Sigma-Aldrich | L2630 | |
| low glucose DMEM (+Sodium pyruvate, +L-glutamine) | Life Technologies | 11885084 | |
| MMP9 antibody | Thermofisher | MA5-32705 | 1:1000 |
| Modular incubator chamber (hyperoxic conditions) | Emrbient, Inc | MIC-101 | |
| Monocyte chemoattractant protein 1 | Peptrotech | 300-04-20UG | |
| N-acetyl cysteine | Sigma-Aldrich | A9165 | يجب تحضيره طازجًا لكل تجربة ويكون متوازنًا في بيكربونات الصوديوم المكافئة pH من 7-7.4 |
| OPG ELISA | Millipore | RAB0484 | 1:1 dilution |
| Oxygen tank with liter per minute flow regulator | N/A | ||
| PDPN antibody | Invitrogen | 14-9381-82 | 1:100 |
| Propidium Iodide | Thermofisher | J66764.MC | |
| RNAscope multiplex fluorescent V2 assay | ACD/Biotechne | 323100 | |
| sRANKL ELISA | MyBioSource | MBS262624 | 1:1 dilution |
| Staphylococcus aureus USA 300 MRSA | ATCC | BAA-1717 | |
| SYBR Green | Thermofisher | S7563 | 10,000X stock |
| TNF antibody | Thermofisher | PA5-19810 | 1:100 |
| transwell inserts - 0.4 um size | Millicell | PICM01250 | |
| transwell inserts - 5 um size | Corning | CLS3421 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن