Atomic Force Microscopy Measurements of Cartilage in Intact and Regenerating Axolotl Limbs
2024年10月11日
In this protocol, we show how to prepare axolotl tissue for atomic force microscopy (AFM) and perform indentation measurements in intact and regenerating limb cartilage.
We're interested in understanding the role of mechanical signals on the regeneration process. For this, it is key to have reliable tools that allows the measurement of mechanical properties such as the AFM. There are multiple techniques for probing mechanical properties of tissues.
For example, share geometry or elastography. However, the gold standard for small tissue samples or probing mechanical properties of tissues at a cellular scale is still the AFM. One of the most challenging steps is preparing the sample because we need to ensure the maximum structural integrity so that we can reliably measure mechanical properties of samples with the AFM.
We believe that our findings will motivate more mechanistic studies on how mechanical cues affect tissue regeneration. In addition, the obtained results can instruct more realistic tissue engineered models to conduct such experiments.
概述
本研究利用墨西哥钝口螈肢体软骨作为模型，探讨机械信号在组织再生过程中的作用。该实验方案重点介绍如何制备墨西哥钝口螈组织以用于原子力显微镜（AFM）检测，从而精确测量对再生至关重要的力学特性。
关键研究组成部分
研究领域
- 组织再生
- 机械信号传导
- 软骨生物力学
背景
- 理解组织再生中的力学信号对于研究至关重要。
- 原子力显微镜（AFM）是测量细胞尺度力学性能的金标准。
- 样品制备对于确保结构完整性至关重要。
使用的方法
- 用于压痕测量的原子力显微镜（AFM）
- 墨西哥钝口螈作为生物模型生物
- 测量过程中保持组织完整性的技术
主要结果
- 建立可靠的组织制备方案
- 展示机械特性如何引导再生过程
- 研究结果将为后续的机制研究提供启发
结论
- 该研究强调了力学信号在组织工程与再生中的重要性。
- 研究结果有助于深入理解生物研究中的再生机制。
常见问题
行业重要性概述
对组织力学特性的定量测量对于降低再生医学靶点的风险以及验证工程化组织模型至关重要。原子力显微镜（AFM）能够在稳态和再生过程中实现对软骨生物力学的高分辨率评估，从而提高转化研究工作流程的可预测性。结合基于AFM的力学图谱分析，有助于组织工程项目的早期发现、模型确证以及基于风险评估的推进决策。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 能够直接探究影响再生通路的力学信号。
- 通过量化生物力学功能的恢复，支持组织工程靶点的功能验证。
- 通过精确的刚度测量，有助于降低再生假说的机制性风险。
筛选与检测方法开发
- 为工程化组织模型中的检测标准化提供经过验证的生物力学基准。
- 实现可重复、定量的输出结果，用于筛选影响组织力学性能的候选干预措施。
- 通过建立可靠的样本制备和测量方案，支持平台的可扩展性。
转化与临床前研究
- 通过将临床前模型与疾病相关的力学特性相匹配，实现转化研究的连续性。
- 通过关联力学功能恢复与组织功能结局，支持基于风险评估的决策。
- 通过关联力学变化与再生进程，支持生物标志物的开发。
流程与工作流整合
基于原子力显微镜的力学表征技术贯穿从早期发现到临床前验证的全过程，为靶点筛选和工程化组织的性能评估提供依据。
- 发现生物学：量化驱动再生过程及通路选择的机械信号。
- 筛选：建立可重复、定量的机械读数，用于候选对象的评估。
- 分析：提供高分辨率的刚度测量，以比较完整组织与再生组织。
- 转化研究：通过在再生模型中验证机械功能的恢复，连接发现阶段与临床前阶段。
- 企业级复用：提供一种标准化方案，可适用于不同组织类型和再生环境。
运营与企业影响
- 科学价值：提高再生靶点验证和模型保真度的预测可信度。
- 操作价值：提供标准化、可重复的生物力学评估工作流程。
- 战略价值：支持基于数据的决策，降低组织工程项目组合在后期阶段的生物学风险。
- 项目组合影响：基于定量的力学基准，实现对再生医学项目的风险调整后优先排序。
实施注意事项
- 需要具备原子力显微镜操作和组织生物力学方面的专业知识。
- 需要专用的仪器设备以及样品制备基础设施。
- 需要跨团队的标准化流程，以实现可重复的力学测量。
- 通过调整实验方案以保持结构完整性，可适用于多种组织类型。
- 样品制备至关重要，需在分析过程中维持组织的天然力学特性。
