הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

ההשפעה של נוגדן Anti-c-fms על היווצרות אוסטאוקלסט והתפשטות של קודמן אוסטאוקלסט במבחנה

5.5K צפיות

DOI:

10.3791/59089

18 במרץ 2019

במאמר זה

סיכום

פרוטוקול זה כולל ניתוח של עצמות ארוכות מאתר ובידוד מח עצם, ליצור מקרופאגים מח העצם ולייצר osteoclasts באמצעות המושבה מקרופאג מגרה פקטור (M-CSF), מפעיל קולטן של גרעיני גורם Kappa-B ליגנד (רנקל) או הגידול נקרוזה מקדם אלפא (TNF-α) ועל המעצר על ידי נוגדנים anti-c-fms, קולטן M-CSF.

תקציר

עצם שיפוץ הוא תהליך מורכב, זה כולל תקופות של התצהיר, ספיגת. ספיגת עצם הוא תהליך שבו עצם מתפרק על ידי osteoclasts בתגובה לגירויים שונים. אוסטאוקלסט מבשרי להתמיין osteoclasts multinuclear בתגובה המושבה מקרופאג מגרה פקטור (M-CSF), מפעיל קולטן של גרעיני גורם Kappa-B ליגנד (רנקל). בתנאים פיפטות, לפרופיל ציטוקינים שונים, כולל תערובת של ציטוקינים דלקתיים. הגידול נקרוזה מקדם אלפא (TNF-α) הוא אחד ציטוקינים החשוב ביותר כאשר הוא נמצא בכמויות גדולות באזורים מעורבים עם osteolysis דלקתיות. המטרה של פרוטוקול זה היא כדי לספק שיטה שבאמצעותה מח עצם מאתר מבודד כדי להפיק osteoclasts דרך אינדוקציה עם M-CSF רנקל או TNF-α אשר להיות מעוכבים לאחר מכן על ידי הגדלת מינון של נוגדן anti-c-fms, הקולטן עבור M-CSF. ניסוי זה מדגיש את הערך הטיפולי של נוגדן anti-c-fms במחלות של ספיגת עצם דלקתיות.

מבוא

Osteoclasts הם תאים מאוד מיוחדים, הם להבדיל מתאי גזע hematopoietic באמצעות היתוך גרעיני של מבשרי אוסטאוקלסט מרובים. הם חיוניים עבור עצם בריאה שיפוץ ולתרום ספיגת עצם פיפטות הקשורים במחלות דלקתיות osteolytic כגון דלקת מפרקים שגרונית, מחלת חניכיים1.

Osteoclastogenesis ואוסטאוקלסט הם מתווכת על-ידי שני גורמים מרכזיים; מקרופאג המושבה מגרה פקטור (M-CSF), מפעיל קולטן של גרעיני גורם kappa-B ליגנד (רנקל). M-CSF והן רנקל חשובים עבור אוסטאוקלסט בידול2. גורם נוסף אשר הוכח לגרום אוסטאוקלסט היווצרות של מח העצם מקרופאגים במבחנה הוא הגידול נקרוזה מקדם אלפא (TNF-α)3,4,5. TNF-α אוסטאוקלסט בתיווך היווצרות הוכח להיות קריטי עבור osteolysis עצם הרסני מחלות כגון דלקת מפרקים שגרונית6, מחלת חניכיים7באוסטיאופורוזיס בגיל המעבר8.

C-fms הקולטן ממברנה של M-CSF, ומתווך הפעולה שלה. התפקיד של c-fms מתועד היטב בספרות כפי הוכח כי הממשל של נוגדן נגד c-fms (נוגדן anti-c-fms) לחלוטין נעצר osteoclastogenesis במודל דלקת מפרקים, כמו גם ב- TNF-α המושרה ארוזיות העצם בזמן osteoclastogenesis מרוחק מן המפרק מודלק היה עדיין חזקים9. ניהול של נוגדן anti-c-fms עכבות היווצרות אוסטאוקלסט ספיגת עצם המושרה על ידי ליפופוליסכריד (LPS) העכבר calvariae10 באותה מידה כמו חניכיים LPS-induced דגם11. יתר על כן, נוגדן anti-c-fms עכבות ספיגת השורש מפגינות מכני במהלך התנועה השן אורתודונטי12, כמו גם תנועת השן אורתודונטי, ספיגת עצם המזוהים עם תנועת השן אורתודונטי13.

M-CSF דווח שיש פונקציות אחרות החיוניות על התגובה החיסונית של המארח. העדר של M-CSF בעכברים op/המבצע עם דלקת ריאות חיידקית להוביל והגדלת הנטל חיידקי והפצה בקטריאלי בכבד עם נמק בכבד14. לכן, M-CSF הוא חשוב עבור תגובה חיסונית בהגנה מפני הידבקות.

מחקר זה מדגים ההשפעה של נוגדן anti-c-fms על M-CSF ו רנקל או TNF-α המושרה אוסטאוקלסט היווצרות במבחנה ו M-CSF המושרה התפשטות אוסטאוקלסט סימנים מקדימים. פרוטוקול זה מדגים את ניתוקה של תאים במח העצם מאתר עצמות ארוכות, ואת השלבים ליצירת מח עצם מקרופאגים (BMM) אשר נחשבים אוסטאוקלסט מבשרי, כדי לעודד את הבידול של BMM לתוך multinuclear osteoclasts על ידי שניים שיטות; רנקל או TNF-α. הפרוטוקול משווה גם מעצרו של osteoclastogenesis של שתי השיטות באמצעות נוגדן anti-c-fms.

התהליך שבאמצעותו הוא במח העצם חילוצם ואופן השימוש בהם לאחר מכן ליצור סימנים מקדימים אוסטאוקלסט הוא אמין לייצר כמויות גדולות של תרבויות אוסטאוקלסט טהור, אשר ניתן להשתמש ביישומים במורד הזרם מרובות כגון בדיקות סמים. השימוש רנקל או TNF-α כדי לגרום osteoclastogenesis של פרוטוקול זה מבדיל osteoclastogenesis כתהליך הפיזיולוגיות (רנקל) מ- osteoclastogenesis כתהליך פיפטות (TNF-α), אשר בתורו מספק שני הליכים חלופיים כדי להנחות ההחלטה אשר אחד עדיפה מבחינת ריאגנטים ביישומים במורד הזרם. פרוטוקול זה מספק גם שיטה שבאמצעותה אנו יכולים לקבוע ריכוז מתאים של נוגדן anti-c-fms שיכול לשמש בבטחה ללימודים מאוחר יותר מעורב ספיגת עצם ומחלות osteolytic.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

כל ההליכים בבעלי חיים, טיפול בבעלי חיים בוצעו על פי אוניברסיטת Tohoku חוקים ותקנות.

1. מאתר Hindlimb ניתוח וטיפול

  1. לפני ניתוח, למלא צלחת עם-50 מ של α-מ בהתאם לגודל המכולה ומניחים אותו על קרח. זה ישמש כגורם מכיל אוסף עד להשלמת ניתוח שכל העצמות. בשביל זה ובעקבות ניסויים, השתמש α-מ המכיל 10% עוברית שור סרום (FBS), 100 IU/mL פניצילין G, סטרפטומיצין μg/mL 100.
  2. המתת חסד C57Bl/6J העכבר על ידי שאיפה של מנת יתר של 5% איזופלוריין.
  3. לתקן את העכבר במצב פרקדן באמצעות סיכות חדרה מבעד כפות הידיים, הרגליים ואת תרסיס ביסודיות עם 70% אתנול.
  4. עושים חתך בעור באמצעות פינצטה ומספריים כירורגי סטרילי ברמה של הירך ותעלה עד כפות הרגליים לחשוף את השרירים.
  5. חתך הגיד הצמדת את השריר הארבע ראשי והוא הגיד הצמדת שריר שריר הירך עד העצם. לקלף את השרירים חשיפת המפרקים הירך והברך. איתור גידים אלו תקל על פינוי שני השרירים ההחזקות שלהם מבלי להשאיר תגיות רקמות רכות. Not גזור לתוך העצם.
  6. מקם את המספריים בין הראש של עצם הירך לבין המרחב המשותף וחותכים בעניין פינוי עצם הירך אבל שמירה על העצם ללא פגע. זה יאפשר ניתוק של עצמות ללא הסיכון של חשיפת מח העצם.
  7. באופן דומה לחתוך את השרירים הצמדת עצם השוקה. חותכים בשוקיים נטול הקשר שלה המשותפת הקרסול לשמור את העצם שלם כדי למנוע זיהום.
  8. לגרד כל רקמות רכות שנותרו מן הירך שוקה באמצעות להבי מספריים kimwipe ומניחים אותו בתוך צלחת עם דגש על הקרח α-הגברת.

2. מאתר Hindlimb מח עצם בידוד

  1. ממלאים מזרק המחט 30 G α-מ.
  2. נתק את שוקה הירך מן הברך.
  3. חותכים את הקצוות של עצם ארוך משני הצדדים באמצעות מספריים.
  4. להחזיק את העצם מן הפיר באמצעות פינצטה, להכניס את המחט מח עצם ו לאט לרוקן את התוכן של מח לתוך תבשיל תרבות 6 ס מ. העצם יופיע לבן, המציין את החילוץ של כל התוכן מח עצם. חזור על כל העצמות.
  5. זן מח העצם לחלץ באמצעות מסננת תא 40 μm ניילון לתוך צינור חרוטי צנטריפוגה 50 מ ל צנטריפוגה ב x 300 גרם במשך 5 דקות.
  6. למחוק את תגובת שיקוע לשטוף עם 5 מ של α-מ, צנטריפוגה ב 300 x גרם במשך 5 דק חוזר לשטיפת בסך 2 פעמים.
  7. Resuspend בגדר ב 10 מ"ל של α-מ ולבצע ספירת תאים באמצעות hemocytometer כפי שמוצג להלן:
    1. לגרום לדילול 1:1 של התא השעיה על-ידי הוספת 10 μL של השעיה תא μL 10 של 0.4% trypan כחול צינור 1.5 mL, פיפטה פעם אחת.
    2. מכסה תא hemocytometer עם כיסוי שקופיות, להעביר את המתלים לצבוע hemocytometer. חשוב אל תמלא יותר מדי או underfill התא ולאפשר את המתלים למלא את החדר על ידי נימיות.
    3. מניחים את hemocytometer על שלב מיקרוסקופ. באמצעות המטרה x 10, מתמקדים מרכז הריבוע. לספור את כל התאים מחויב על ידי 3 שורות. כדי לוודא כי התאים אינם נספרים פעמיים, לספור את הפינות העליונות וימינה של כל ריבוע. תאים מתים יופיעו כחול כהה, אלה אינם נכללים בספירה.
  8. בהתאם ליישום במורד הזרם, זרע את התאים לתוך כלי קיבול תרבות מתאימה. עבור ניסוי מסוים זה, בצע את סעיף 3.

3. הדור של BMM

  1. זרע עונה 1 פרק 10-7 תאים/10 מ ל 10 ס מ תרבות מאכל ולהוסיף 100 מ'-CSF ng/mL. הריכוז הסופי של M-CSF הוא 100 ננוגרם למ"ל של תרבות בינוני. דגירה התרבות ב 37 מעלות צלזיוס, 5% CO2 למשך 3 ימים.
  2. לאחר 3 ימים, להסיר את המדיום תרבות, לשטוף את התאים נמרצות עם 10 מ ל תמיסת פוספט buffered (PBS) פעמיים כדי להסיר תאים שאינם מחסידי, הוסף 5 מ של טמפרטורת החדר 0.02% טריפסין-EDTA ב- PBS, דגירה ב 37 מעלות צלזיוס, 5% CO2 במשך 5 דקות.
  3. ניתוק התאים על ידי pipetting יסודית. ודא כי התאים יש כבר מנותק על ידי התבוננות התרבות תחת מיקרוסקופ (התאים צריכים להופיע מעוגל, צף בתקשורת). אם התאים יישארו מצורפים, חזור pipetting ביסודיות כדי לנתק אותם. כאשר התאים יש כבר מנותק, הוסף 5 מ של α-מ כדי להשבית את התגובה.
  4. לאסוף את התאים לתוך צינור חרוטי 50 מ ל צנטריפוגה ב 300 x g עבור 5 דק. להשליך תגובת שיקוע, לשטוף עם 5 מ של α-מ.
  5. צנטריפוגה ב x 300 גרם במשך 5 דקות, resuspend בגדר ב 10 מ"ל של α-מ.
  6. לבצע ספירת תאים כאמור שמתואר בשלב 2.7.1.
  7. זרע עונה 1 פרק 10-6 תאים/10 מ ל 10 ס מ תרבות מאכל ולהוסיף 100 מ'-CSF ng/mL. הריכוז הסופי של M-CSF הוא 100 ננוגרם למ"ל של תרבות בינוני. דגירה התרבות ב 37 מעלות צלזיוס, 5% CO2 למשך 3 ימים.

4. דור של Osteoclasts מ BMM כמו סימנים מקדימים אוסטאוקלסט

  1. לאחר 3 ימים, לקצור את התאים המצורפת אשר יוגדרו BMM אוסטאוקלסט מבשרי, בעקבות צעדים 3.2-3.7.
  2. BMM הזרע ב 5 x 104 תאים/200 μL של α-מ בצלחת טוב 96. מוסיפים רנקל ריכוז סופי של 50 ng/mL או TNF-α עבור ריכוז סופי של 100 ננוגרם למ"ל. להוסיף M-CSF עבור ריכוז סופי של 100 ננוגרם למ"ל מכל קידוח.
  3. הוספת נוגדן anti-c-fms (ריכוזים הסופי של 0, 1, 10, 100, 1000 ננוגרם למ"ל) כדי מכל קידוח.
  4. דגירה ב 37 מעלות צלזיוס, 5% CO2 במשך 4 ימים. לשנות מדיה בכל יום אחר ארבעה ימים.

5. כתם פוספטאז חומצה tartrate עמידים (השמנה)

  1. לאחר 4 ימי דגירה, בעדינות תשאף המדיום התרבות של כל טוב. לשטוף טוב פעם אחת עם μL 200 ל- PBS 1 x בטמפרטורת החדר.
  2. להוסיף 200 μL של פורמלין 10% מכל קידוח עבור קיבעון, תקופת דגירה של h 1 בטמפרטורת החדר. האחות של פורמלין, לשטוף כל טוב 3 פעמים עם מים יונים.
  3. להוסיף 200 μL של 0.2% טריטון X-100 ב- PBS לכל. ובכן permeabilization ואת תקופת דגירה של h 1 בטמפרטורת החדר. האחות X-100 את טריטון, לשטוף כל טוב 3 פעמים עם מים יונים.
  4. להוסיף 200 μL של מלכודת הכתם פתרון טוב לכל. דמיינו את הכתם. מתחת למיקרוסקופ. זה ייקח בין 10-30 דקות על הכתם להתפתח כראוי.
  5. וארוקן את הכתם ואת שטיפת כל טוב עם מים יונים 3 פעמים, ואני אוויר יבש. לשמור בטמפרטורת החדר, כדי להשתמש בהתבוננות נוספת.

6. התפשטות Assay

  1. BMM הזרע כמו אוסטאוקלסט מבשרי ב 5 x 103 תאים/200 μL של α-מ בצלחת טוב 96. להוסיף M-CSF עבור ריכוז סופי של 100 ננוגרם למ"ל מכל קידוח.
  2. הוספת נוגדן anti-c-fms (ריכוזים הסופי של 0, 1, 10, 100, 1000 ng/mL) דגירה ב 37 מעלות צלזיוס, 5% CO2 3 ימים ללא שינוי בינוני.
  3. לאחר 3 ימים, לשטוף את התאים עם 1 x PBS. להוסיף 100 μL של α-מ מכל קידוח.
  4. להוסיף 10 μL של התא סופר קיט פתרון, דגירה ב 37 מעלות צלזיוס, 5% CO2 ב 2 h ולקבוע את ספיגת של כל טוב ב-450 nm באמצעות קורא microplate.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

המטרה של פרוטוקול זה היא להעריך את ההשפעה של נוגדן anti-c-fms על היווצרות אוסטאוקלסט בנוכחות רנקל או TNF-α, וכדי לקבוע את ההשפעה של M-CSF על התפשטות מבשרי אוסטאוקלסט. ב פרוטוקול זה, סיפקנו אמין תהליך שבו נוצרות כמויות גדולות של תרבויות אוסטאוקלסט טהור. גם סיפקנו דרך לבדוק נוגדן anti-c-fms ריכוז מתאים עבור עיכוב היווצרות אוסטאוקלסט בתנאים תרבות אחרת.

היווצרות אוסטאוקלסט ב- M-CSF + רנקל תרבות עם נוגדן anti-c-fms מוצג

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

במחקר זה, חקרנו את ההשפעה של נוגדן anti-c-fms על היווצרות אוסטאוקלסט רנקל-induced, TNF-α-induced אוסטאוקלסט היווצרות והתפשטות קודמן אוסטאוקלסט M-CSF-induced. מצאנו כי כמות נוגדנים anti-c-fms עבור עיכוב של osteoclastogenesis בין היווצרות אוסטאוקלסט רנקל-induced, TNF-α המושרה אוסטאוקלסט היווצרות ו- M-CSF-induced התפשטות אוסטאוקלסט מבשרי יעיל הוא שונה.

רנקל שמתווכת osteoclastogenesis בנוכחות M-CSF במבחנה, ולחוות דרגה-null עכברים osteopetrosis חמורה עקב הכשל של osteoclasts לפתח15...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

המחברים אין לחשוף.

תודות

עבודה זו נתמך בחלקה על ידי KAKENHI JSPS מענק של האגודה יפן קידום של מדע (מס 16K 11776 ל ה ק, מס 17K 17306 ל ק. ס., מס 16 קיי 20637 ל ק ק, מס 16 קיי 20636 כדי טרום וסת, מס 18 קאראט 09862 ל מ ט.).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
נגד c-FmsAFS98, נוגדן חד שבטי, אנטימורין, c-Fms (IgG2a)
TNF-ואלפא;עכברים רקומביננטיים TNF-ואלפא; הוכן במעבדה שלנו. TNF ואלפא; מקטע cDNA ששובט על ידי RT-PCR ושובט לתוך pGEX-6P-I (Amersham Biosciences, Piscataway, NJ) כדי ליצור חלבון היתוך GST. GST-TNF-ואלפא; התבטא בתאי תאי Escherichia coli BL21 (Stratagene, La Jolla, CA). התאים עברו ליזה בתנאים שאינם דנטורציה ו-GST-TNF-ואלפא; טוהר מעל עמוד גלוטתיון-ספרד. GST נחתך על ידי PreScission Protease (Amersham Biosciences) על ידי היצרן s והוסר על ידי עמוד גלוטתיון-ספרוז.
RANKLPEPROTECH315-11ליגנד עכברי רקומביננטי sRANK, מקור: E. coli
M-CSFרקומביננטי אנושי M-CSF. 1/10 כרך של CMG14– 12 תרבית קו תאים סופרנטנט ב-5x106  תאים בצלחת תרבית מתלה בגודל 10 ס"מ.
α-MEMWakoעם L-גלוטמין ופנול אדום
סרום בקר עובריBiowests1820-500סרום בקר עוברי צלחת תרבות מקור צרפתי
קורנינגצלחת בסגנון 100 מ"מ x 20 מ"מ
צלחת 96 בארותThermofischer ScientificNun clon Delta משטח
ערכת ספירת תאים-8Dojindo, קומאמוטו, יפן
קורא מיקרו-פלטותSunrise REMOTE; Tekan יפן, קוואסאקי, יפן
מסננת תאיםקורנינג40 ומו; m
צינור צנטריפוגהקורנינג50 מ"ל כובע CentriStar טריטון
X-100וואקופוליאוקסיאתילן (10) אתר אוקטיפניל
נוגדן ניילון

מקורות

  1. Crotti, T. N., Dharmapatni, A. A., Alias, E., Haynes, D. R. Osteoimmunology: Major and Costimulatory Pathway Expression Associated with Chronic Inflammatory Induced Bone Loss. Journal of Immunology Research. 2015, 281287(2015).
  2. Teitelbaum, S. L. Bone resorption by osteoclasts. Science. 289 (5484), 1504-1508 (2000).
  3. Azuma, Y., Kaji, K., Katogi, R., Takeshita, S., Kudo, A. Tumor necrosis factor-alpha induces differentiation of and bone resorption by osteoclasts. Journal of Biological Chemistry. 275 (7), 4858-4864 (2000).
  4. Kobayashi, K., et al. Tumor necrosis factor alpha stimulates osteoclast differentiation by a mechanism independent of the ODF/RANKL-RANK interaction. Journal of Experimental Medicine. 191 (2), 275-286 (2000).
  5. Kim, N., et al. Osteoclast differentiation independent of the TRANCE-RANK-TRAF6 axis. Journal of Experimental Medicine. 202 (5), 589-595 (2005).
  6. Redlich, K., et al. Osteoclasts are essential for TNF-alpha-mediated joint destruction. Journal of Clinical Investestigation. 110 (10), 1419-1427 (2002).
  7. Abu-Amer, Y., Ross, F. P., Edwards, J., Teitelbaum, S. L. Lipopolysaccharide-stimulated osteoclastogenesis is mediated by tumor necrosis factor via its P55 receptor. Journal of Clinical Investestigation. 100 (6), 1557-1565 (1997).
  8. Zha, L., et al. TNF-alpha contributes to postmenopausal osteoporosis by synergistically promoting RANKL-induced osteoclast formation. Biomedicine & Pharmacotherapy. 102, 369-374 (2018).
  9. Kitaura, H., et al. M-CSF mediates TNF-induced inflammatory osteolysis. Journal of Clinical Investigation. 115 (12), 3418-3427 (2005).
  10. Kimura, K., Kitaura, H., Fujii, T., Hakami, Z. W., Takano-Yamamoto, T. Anti-c-Fms antibody inhibits lipopolysaccharide-induced osteoclastogenesis in vivo. FEMS Immunology and Medical Microbiology. 64 (2), 219-227 (2012).
  11. Kimura, K., et al. An anti-c-Fms antibody inhibits osteoclastogenesis in a mouse periodontitis model. Oral Diseases. 20 (3), 319-324 (2014).
  12. Kitaura, H., et al. An M-CSF receptor c-Fms antibody inhibits mechanical stress-induced root resorption during orthodontic tooth movement in mice. Angle Orthodontist. 79 (5), 835-841 (2009).
  13. Kitaura, H., et al. An anti-c-Fms antibody inhibits orthodontic tooth movement. Journal of Dental Research. 87 (4), 396-400 (2008).
  14. Bettina, A., et al. M-CSF Mediates Host Defense during Bacterial Pneumonia by Promoting the Survival of Lung and Liver Mononuclear Phagocytes. Journal of Immunology. 196 (12), 5047-5055 (2016).
  15. Dougall, W. C., et al. RANK is essential for osteoclast and lymph node development. Genes & Develpoment. 13 (18), 2412-2424 (1999).
  16. Wiktor-Jedrzejczak, W., et al. Total absence of colony-stimulating factor 1 in the macrophage-deficient osteopetrotic (op/op) mouse. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 87 (12), 4828-4832 (1990).
  17. Yang, P. T., et al. Increased expression of macrophage colony-stimulating factor in ankylosing spondylitis and rheumatoid arthritis. Annals of the Rheumatic Diseases. 65 (12), 1671-1672 (2006).
  18. Takei, I., et al. High macrophage-colony stimulating factor levels in synovial fluid of loose artificial hip joints. The Journal of Rheumatology. 27 (4), 894-899 (2000).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

בידוד מח עצםטיפול ב-M-CSFגרייה באמצעות RANKLTNF Alphaמבחן אוסטאוקלסטוגנזהפרוליפרציה של תאיםעצם דלקתית