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Research Article
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Erratum Notice
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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Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology.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
Combinatorias 5 proteínas fluorescentes de marcado de las células madre y progenitoras hematopoyéticas permite in vivo seguimiento clonal a través confocal y microscopía de dos fotones, que proporciona conocimientos sobre la médula ósea hematopoyética arquitectura durante la regeneración. Este método permite la correlación de destino no invasiva de las células derivadas de HSPCs espectralmente-codificados en tejidos intactos durante largos períodos de tiempo después del trasplante.
Hemos desarrollado y validado un marcador fluorescente metodología para el seguimiento clonal de las células madre y progenitoras hematopoyéticas (hspCs) con alta resolución espacial y temporal para estudiar en la hematopoyesis in vivo usando el trasplante de médula ósea modelo experimental murino. Combinatoria genética marcado utilizando vectores lentivirales que codifican proteínas fluorescentes (FPS) permitió la cartografía destino celular a través de imágenes de microscopía avanzada. Vectores que codifican cinco programas marco diferentes: Cerulean, EGFP, Venus, tdTomato y mCherry se utilizaron para transducir simultáneamente HSPCs, creando una paleta diversa de células de color marcado. Imaging utilizando microscopía confocal híbrido / dos fotones permite la evaluación de alta resolución simultánea de las células marcadas de forma única y su progenie en conjunción con componentes estructurales de los tejidos. Volumétrica analiza en grandes áreas revelan que las células derivadas de HSPC espectralmente codificados se pueden detectar de forma no invasiva en diversos tejidos intactos, incluyendo la médula ósea (BM), Durante largos períodos de tiempo después del trasplante. Los estudios en vivo que combinan multifotón-velocidad de vídeo y time-lapse confocal en 4D demuestran la posibilidad de rastreo celular y clonal dinámico de una manera cuantitativa.
La producción de células sanguíneas, denominado hematopoyesis, es mantenida por una pequeña población de células madre y progenitoras hematopoyéticas (hspCs). Estas células residen dentro de la médula ósea (BM) en un complejo que consiste nicho microambientales de los osteoblastos, células del estroma, tejido adiposo, y las estructuras vasculares, todos implicados en el control de la auto-renovación y diferenciación 1,2. Como BM intacto ha sido tradicionalmente inaccesibles a la observación directa, las interacciones entre HSPC y su microambiente sigue siendo en gran medida sin caracterizar in vivo. Anteriormente, hemos establecido una metodología para visualizar la arquitectura 3D de BM intacta utilizando fluorescencia confocal y microscopía de reflexión 3. Nos caracteriza expansión de HSPCs EGFP marcados en la BM, pero el uso de sólo una única FP impidió el análisis de la regeneración en un nivel clonal. Muy recientemente nos aprovechamos de la Ontología de Lentiviral Génica (LEGO) vectores que expresan constitutivamente flproteínas fluorescentes (FPS) para marcar eficazmente células 4,5. Co-transducción de HSPC con 3 o 5 vectores genera una paleta diversa de colores combinatorias, lo que permite el seguimiento de los múltiples clones individuales HSPC.
Marcado HSPC combina con la nueva tecnología de imagen permitido trazar homing individuo HSPC y el injerto en el BM de ratones irradiados. LEGO vectores se utilizaron para marcar HSPC con 3 o 5 MF diferentes (desde Cerulean, eGFP, Venus, tdTomato, y mCherry) y seguir su injerto en el tiempo en el BM por microscopía confocal y 2-fotón, lo que permite una visualización clara de los huesos y otra estructuras de matriz, y la relación de clones HSPC a los componentes de su microambiente. HSPC se purificaron como las células negativas de linaje de ratones C57BL / 6 ratones BM, transducidas con vectores LEGO, y vuelve a infundir por inyección en la vena de la cola en ratones congenic mielo-ablación. Mediante el control de grandes volúmenes de tejido BM esternón visualizamos injerto endosteal ocurren temprano enRegeneración BM. Grupos de células con diversos espectros de color aparecieron inicialmente en estrecha proximidad con el hueso y progresaron de forma centralizada a través del tiempo. Curiosamente, después de más de 3 semanas, la médula ósea consiste en agrupaciones clónicas macroscópicas, que indica diseminación de la hematopoyesis derivada de HSPCs individuales de forma contigua en la médula, en lugar de amplia difusión de HSPCs través del torrente sanguíneo. Hubo menos diversidad de color en los puntos finales de tiempo, lo que sugiere la dificultad en la transducción a largo plazo repoblar células con múltiples vectores.
Además, HSPCs formado grupos en el bazo, un órgano también responsable de la hematopoyesis en ratones. Células individuales HPSC derivados podrían resolverse en el timo, los ganglios linfáticos, el bazo, el hígado, los pulmones, el corazón, la piel, el músculo esquelético, tejido adiposo y los riñones también. Las imágenes en 3D pueden ser evaluados cualitativamente y cuantitativamente a apreciar la distribución de células con perturbaciones mínimas de los tejidos. Finalmente, ilustramosd la viabilidad de los estudios dinámicos vivos en 4D combinando multifotón escaneo de resonancia y time-lapse confocal. Esta metodología permite una alta resolución no invasiva, multidimensional celda de destino trazado de las poblaciones de células espectralmente marcados en su arquitectura intacta 3D, proporcionando una poderosa herramienta en el estudio de la regeneración de tejidos y la patología.
Todos los ratones fueron alojados y manipulen de conformidad con la Guía para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio de los Institutos Nacionales de Salud, y se inscribió en un protocolo aprobado por el Comité de Cuidado y Uso de Animales NHLBI. Mujer B6.SJL-PTPRC (d) Pep3 (b) / BoyJ (B6.SJL) y ratones C57BL / 6, 6-12 semanas de edad, fueron utilizados como donante y receptor, respectivamente.
Una lista de materiales, reactivos y equipo se proporciona en la Tabla 1.
1. LEGO Transducción de Ratón HSPCs y Trasplante de Médula Ósea
Lleve a cabo los procedimientos descritos a continuación en un nivel de bioseguridad certificada 2 (BSL-2) gabinete (campana de cultivo de tejidos).
2. confocal y microscopía de dos fotones y Análisis de Imágenes
Todo el montaje 3D confocal / 2 fotones microscopía reconstrucciones del curso esternal tiempo médula ósea reveló el injerto y la expansión de los compañeros de 5fps trasplantadas en un modelo con características notables: clones aparecieron claramente delimitada, homogénea marcados con amplia paleta de colores inicialmente y el progreso con el tiempo para contener preferentemente a las células de la mayoría de un solo color. La microscopía confocal de configuración y ejemplos representativos de formación de imágenes 5fps marcada-HSPC en la médula ósea del esternón se ilustran en la Figura 2 y Películas 1 y 2.
Reconstrucciones de microscopía confocal / 2 fotones todo el montaje 3D de tejidos intactos demuestran la posibilidad de rastrear el destino de color marcados células derivadas-BM por períodos de tiempo prolongados en los tejidos vivos. Los ejemplos representativos de células derivadas de médula ósea en los órganos hematopoyéticos y no hematopoyéticos después del trasplante se muestran en la Fi gura 3.

Figura 1 Visión general de los procedimientos experimentales. A) Los pasos esquemáticos ilustran el aislamiento de células Lin-BM, la transducción con vectores de LEGO que codifican una variedad de variantes de color fps, y la reinfusión de las células transducidas en-mielo-ablación ratones (trasplante de médula ósea). B) de la médula ósea (esternón, bóveda craneal ), así como diversos órganos / tejidos fueron examinadas por microscopía confocal y de dos fotones en diferentes puntos de tiempo después de un trasplante. El panel A es una adaptación de la figura 1 en Malide et al. 4 y Panel B adaptada de la Figura 1 en Takaku et al 3.
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Figura configuración 2. microscopía confocal y ejemplo representativo de imágenes 5fps marcados-HSPC en la médula ósea. A) Spectral) de formación de imágenes xyλ (utilizado para registrar los espectros de emisión de referencia para cada FP, ilustrado en histogramas normalizados pseudocoloreada con cian (Cerulean), verde (EGFP), amarillo (Venus), magenta (tdTomato) y rojo (mCherry): excited por 594 nm- (línea roja) en comparación con 561 nm- (línea roja discontinua) de longitud de onda B) Cinco canales ajustados a la imagen de emisión secuencial de:. Cerulean (468-482 nm), EGFP (496-514 nm), Venus ( 523-558 nm), tdTomato (579-597 nm) y mCherry (618-670 nm). Los paneles A y B están adaptados de la Figura 1 en Malide et al. 4 C) Formación de imágenes de esternal BM a partir de ratones transplantados con transducidas con vectores individuales de PF. Cada FP era visible sólo en las células transducidas con el vector correspondiente fotografiado en el ch apropiadaannel, y ausente de los demás (sin cross-talk). D, E) El injerto y período de expansión de trasplantado co-5PM marcados células en la médula ósea in vivo. En el día 4 post-trasplante (D) grupos de células marcadas en una amplia variedad de colores eran visibles cerca de la proximidad del borde del hueso (SHG, blanco), preferentemente situado adyacente a la junta entre dos fosas. Durante el día 30 (E) un gran clon de color único (verde - amarillo) se ha ampliado para ocupar toda la fosa, como se ilustra en el combinado, así como imágenes de los canales individuales. Análisis de contenido MF muestra homogénea marcado por 2 MF variantes EGFP y Venus.

Figura 3. Ejemplos de células derivadas de médula ósea en los órganos hematopoyéticos y no hematopoyéticos después del trasplante. Varios tisSues y órganos fueron imágenes intacta a través de profundidades de 150 a 200 micras y grandes superficies, computacionalmente cosidas y prestados en 3D como reconstrucciones de sombra. A) ganglio linfático poplíteo a los 120 días después del trasplante demuestra células dispersas mayormente marcados en amarillo (Venus) y rojo (mCherry) periféricamente rodeado de fibras de colágeno (blanco, SHG). B) Del mismo modo, el bazo, al mismo tiempo, muestra pequeños grupos y células en su mayoría dispersos de diferentes colores entrelazados por fibras de colágeno de la red. C) En las células fluorescentes de hígado con morfología sugerente de las células estrelladas, o macrófagos (células de Kupffer) de varios colores se alinearon a lo largo de la red las fibras de colágeno (SHG blanco) delinear estructuras lobulares hepáticos. D) En un colgajo de piel reflejado a partir de células fluorescentes secundarios dérmica de diversos colores y morfologías fueron vistos, la mayoría con gran tamaño y morfología que sugiere la identidad de Langerhans o dendrítica similar, lying en las fibras de elastina (autofluorescencia en 780 nm, blanco) ya lo largo de colágeno (SHG en 920 nm, blancos) las fibras musculares y los folículos pilosos. E) En el corazón se ve desde el lado del epicardio numerosas células fluorescentes grandes individuales con macrófagos-como la morfología de origen desde múltiples clones basados en los diversos colores que se observan son visibles superficialmente y también intercalados más profunda entre los cardiomiocitos (blanco) visualizados por su intrínseca autofluorescencia de dos fotones (a 780 nm). No se observaron cardiomiocitos fluorescentes de PF. Células cercanas (CE) del mismo color indican en la proliferación in situ y de corta distancia de migración. F) En el pulmón numerosas células fluorescentes con una paleta diversa de colores estaban esparcidos por toda la estructura de encaje de las fibras de colágeno (GAA) en toda la profundidad niveles, con morfologías variables que sugieren las identidades de células, los macrófagos y neumocitos tipo 2 dendríticas.
Movie 1. 3D reconstrucción de esternal BM a los 4 días post-trasplante Co 5 fps. grupos de células marcadas en gran variedad de colores eran visibles en las proximidades del borde del hueso (SHG, blanco), preferentemente situado junto a la unión entre dos fosas. Por favor, haga clic aquí para ver esta película.
Movie 2. 4D lapso de tiempo esternal BM de dos fotones y microscopía OPO en el día 39 después del trasplante Co 3 fps (Cerulean - blanco, Venus - amarillo, tdTomato - magenta) del hueso (SHG en blanco). Nota varios clones estáticos marcados en amarillo o en combinación amarillo-magenta adyacente al hueso en contraste con las células progenitoras mieloides individuales altamente móviles. Haga clic aquí para ver esta película.
Los autores declaran no tener intereses financieros en competencia.
Combinatorias 5 proteínas fluorescentes de marcado de las células madre y progenitoras hematopoyéticas permite in vivo seguimiento clonal a través confocal y microscopía de dos fotones, que proporciona conocimientos sobre la médula ósea hematopoyética arquitectura durante la regeneración. Este método permite la correlación de destino no invasiva de las células derivadas de HSPCs espectralmente-codificados en tejidos intactos durante largos períodos de tiempo después del trasplante.
Este trabajo fue apoyado por el Programa de Investigación Intramuros del Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre de los Institutos Nacionales de Salud. Agradecemos a Boris Fehse (Centro Médico Universitario de Hamburgo-Eppendorf, Hamburgo, Alemania) por proporcionar los cinco plásmidos vectoriales LeGO; Christian A. Combs y Neal S. Young (NHLBI, NIH) por sus conversaciones, apoyo y aliento a lo largo de este estudio, y Andre LaRochelle (NHLBI, NIH) por su ayuda con las inyecciones en las venas de cola.
| Producción de virus | |||
| LeGO-Cer2 | Addgene | 27338 | Expresión de LeGO-G2cerúleo |
| Addgene | 25917 | Expresión de eGFP | |
| LeGO-V2 | Addgene | 27340 | Expresión de Venus |
| LeGO-T2 | Addgene | 27342 | Expresión de tdTomato |
| LeGO-C2 | Addgene | 27339 | Expresión de mCherry Kit de |
| transfección de fosfato de calcio | Sigma | CAPHOS-1KT | |
| Placa de cultivo de tejidos | BD Falcon | 353003 | |
| IMDM | Gibco, Life Technology | 12440-053 | |
| Suero fetal bovino inactivado por calor Sigma | F4135-500ML | ||
| Pluma Estreptococo Glutamina | Gibco, Vida Tecnología | 10378-016 | |
| Tubos de centrífuga | Beckman Coulter | 326823 | |
| SW28 Ultracentrífuga | Beckman Coulter | L60 | |
| Millex Jeringa Accionada por Filtro Unite (0.22 µ m) | Millipore | SLGS033SS | |
| Mouse Cell Collection, Purification, Transduction, and Transplantation | |||
| ACK lysing | bufferQuality Biologicals Inc. | 118-156-101 | |
| Kit de depleción de células de linaje (ratón) | Miltenyi Biotec Inc. EE. UU. | 130-090-858 | |
| LS columnas + tubos | Miltenyi Biotec Inc. EE. UU. | 130-041-306 | |
| Filtros de preseparación (30 µ m) | Miltenyi Biotec Inc. USA | 130-041-407 | |
| StemSpan SFEM medio libre de suero para el cultivo y la expansión de células hematopoyéticas (500 ml) | StemCell Technologies Inc | 9650 | |
| Murine IL-11 CF | R & D Systems Inc | 418-ML-025/CF | 100 y micro; g/ml es 1.000 veces |
| SCF murino recombinante | División RDI de Fitzgerald Industries Intl | RDI-2503 | 100 y micro; g/ml es 2.000x |
| IL-3 murino recombinante | R & D Systems Inc | 403-ML-050 | 20 µ g/ml es 2.000x |
| FLT-3 Ligando | Miltenyi Biotec Inc. USA | 130-096-480 | 100 µ g/ml son 1.000 |
| placas de 12 pocillos, Costar | Corning Inc. | 3527 | |
| Retronectin | Takara Bio Inc | T100A/B | Resuspender a 50 µ g/ml |
| Sulfato de Protamina | Sigma | P-4020 | 4 µ g/ml es 1,000x |
| Microscopía confocal y de dos fotones | |||
| DMEM | Lonza | 12-614F | |
| 1 M Hepes | Cellgro, Mediatech Inc. | 25-060-CI | |
| Placa de cultivo con fondo de vidrio P35G-0-20-C | MatTek Corporation | P35G-0-20-C | |
| Placa de cultivo con fondo de vidrio P35G-0-14-C | MatTek Corporation | P35G-0-14-C | |
| Nunc Lab-Tek Cubreobjetos con cámara #1 Cubreobjetos de borosilicato; | cubreobjetosThermo Scientific | 155383 | de 4 pocillos |
| 22 mm Nº 2 | Thomas Scientific | 6662-Q55 | |
| Microscopio confocal y multifotónico Leica TCS SP5 AOBS de cinco canales | Alcance láser Chameleon Vision II -TiSaph deLeica Microsystems | ||
| 680-1.080 nm | Camaleón | ||
| coherente Gama de láser OPO compacta 1.030-1.350 nm | Objetivode | inmersión en agua HCX-IRAPO-L 25X||
| /0,95 NA coherente (WD=2,5 mm) | Leica Microsystems | ||
| Objetivo seco HC-PLAPO-CS 20X/0.70 NA (WD=0.6 mm) | Objetivo de inmersión en aguaLeica Microsystems | ||
| HC-PL-IRAPO 40X/1.1 NA (WD=0.6 mm) | Software Leica Microsystems | ||
| Imaris versión 7.6 | Bitplane | ||