מודל הפגיעה במח העצם של העכברים הוא כלי שימושי לחקר אוסטאוגנזה לאחר לידה באמצעות התעצמות פנימית. פרוטוקול כירורגי פשוט זה מתאר את הליך אבלציה של מח העצם להערכה במורד הזרם של היווצרות עצם חדשה ותגובות תאיות לאחר פציעה.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
מודל הפגיעה במח העצם של העכברים הוא כלי שימושי לחקר אוסטאוגנזה לאחר לידה באמצעות התעצמות פנימית. פרוטוקול כירורגי פשוט זה מתאר את הליך אבלציה של מח העצם להערכה במורד הזרם של היווצרות עצם חדשה ותגובות תאיות לאחר פציעה.
פציעות עצם ארוכות נרפאות באמצעות מסלולי היווצרות עצם אנדוכונדרליים או פנימיים. בניגוד למסלול האנדוכונדרלי הדורש תבנית סחוס, תהליך ההתעצמות הפנימית כרוך בהמרה ישירה של תאי גזע ואב שלד (SSPCs) לאוסטאובלסטים יוצרי עצם. ישנן שיטות כירורגיות מוגבלות למידול תהליך זה בעכברי ניסוי. כאן, שיפרנו את מודל הפגיעה במח העצם בעכברים כדי להקל על מחקר תיקון העצם באמצעות אוסיפיקציה אינטרמברנית ולהעריך את הרגולטורים לאחר הלידה של אוסטאוגנזה. שיטה זו ניתנת לשחזור וידידותית מאוד למשתמש, והיא מאפשרת הערכה זמנית של היווצרות עצם חדשה בתקופה קצרה (3-7 ימים לאחר הפציעה) באמצעות טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת (μCT) והיסטולוגיה של חתכים קפואים. יתר על כן, ניתן להעריך בקלות את התרומות של SSPCs ואוסטאובלסטים בוגרים באמצעות שילוב של עכברים מדווחים פלואורסצנטיים ומודל פגיעה במח עצם פנימי זה. בהקשרים קליניים, היווצרות עצם פנימית רלוונטית לריפוי פגמים בגודל קריטי, שברים מיוצבים, פגמים בקליפת המוח, טראומה מכריתת גידול והחלפת מפרקים.
פציעות עצם ארוכות מחלימות דרך מסלול היווצרות העצם האנדוכונדרלית או הפנימית. בניגוד למסלול האנדוכונדרלי, הדורש שלב מבשר סחוס, תיקון עצם באמצעות התעצמות אינטרמברנית כרוך בהמרה ישירה של תאי גזע ואב שלד (SSPCS) לאוסטאובלסטים יוצרי עצם1. מבחינה קלינית, תהליך זה רלוונטי לריפוי עצם במגוון הקשרים, כולל פגמים בגודל קריטי, שברים מיוצבים, פגמים בקליפת המוח, אוסטאוגנזה של הסחת דעת, טראומה מכריתת גידול ואוסאואינטגרציה של שתלים להחלפת מפרקים 2,3. מעניין לציין שבמחקרים על חולים עם שברים ארוכים בעצמות, ל-66%-82% היו שברים עקורים, שדרשו מכשירי קיבוע לייצוב העצם 4,5. עצמות מיוצבות נוקשות אלה מחלימות בעיקר באמצעות התעצמות פנימית כאשר קצוות העצם השבורים באים במגע ישיר זה עם זה 6,7. עם זאת, הוויסות המכניסטי של התחדשות העצם הפנימית נותר יחסית לא נחקר בהשוואה להיווצרות עצם דרך המסלולים האנדוכונדרליים. טיפולים שאושרו על ידי מינהל המזון והתרופות (FDA) להגברת ריפוי העצם מעוכבים על ידי יעילות קלינית מוגבלת ועלויות גבוהות וקשורים לתופעות לוואי משמעותיות8.
אבלציה מכנית של מח עצם מספקת מודל רב ערך לחקר היווצרות עצם פנימית. מודל פציעה פשוט זה מאפשר לחקור את התחדשות העצם במח העצם מבלי לשבש את עצם קליפת המוח. לאחר אבלציה של BM, תהליך הריפוי כולל שלבים נפרדים אך חופפים. השלב הראשוני מתרחש ב-1 עד 5 הימים הראשונים וכולל היווצרות קרישים ודלקת, כאשר תאים דלקתיים וציטוקינים מתחילים ריפוי. מימים 3 עד 14, השלב השני מאופיין בהתחדשות, כולל ניאו-וסקולריזציה, נדידה והתפשטות של תאי גזע מזנכימליים (MSC), התמיינות אוסטאובלסטית ויצירת עצם ארוגה. שלב השיפוץ הסופי מתחיל כ-10 ימים לאחר הניתוח, כאשר רקמת העצם עוברת התבגרות ובנייה מחדש עד לשיקום מלא של מח העצם ביום 56-9. ציר הזמן המהיר הזה של ריפוי הופך את מודל האבלציה של BM לאידיאלי לחקר תגובות מוקדמות לתיקון עצם, במיוחד בתקופות הקריטיות של דלקת, גיוס תאי אב והתמיינות אוסטאובלסטים. באמצעות טכניקות כמו היסטולוגיה, ציטומטריית זרימה וניתוח μCT כמותי, ניתן להעריך תגובות תאיות והיווצרות עצם בשלבי תיקון מוקדמים. באמצעות הטכניקות שהוזכרו לעיל, מודל אבלציה של BM יכול לספק תובנה לגבי מנגנונים של התחדשות עצם פנימית ולסייע בזיהוי יעדים טיפוליים מרכזיים לשיפור ריפוי העצם.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ההליכים הבאים בוצעו באישור הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של מרכז הבריאות של אוניברסיטת קונטיקט (IACUC). כל הניתוחים בוצעו בתנאים סטריליים כפי שמתואר בהנחיות המכונים הלאומיים לבריאות (NIH). הכאב והסיכון לזיהומים נוהלו באמצעות משככי כאבים וחומרי חיטוי מתאימים כדי להבטיח תוצאה מוצלחת.
1. הכנת אזור ניתוח ומכשירים
2. הרדמה טרום ניתוחית
3. תיאור הליך כירורגי
הערה: הליך כירורגי זה משתמש בעכברים זכרים ונקבות C57BL/6 בגילאי 10 שבועות עד 24 שבועות. ניתן לבצע את ההליך בעכברים מגיל 6 שבועות עד 33 שבועות ועל זנים מולדים שונים, כפי שהוכח על ידי אחרים10,11. עכברים צעירים עשויים לדרוש אורכי מחט קצרים יותר, בעוד שעכברים מבוגרים או גדולים יותר עשויים לדרוש מחט ארוכה יותר.
4. טיפול לאחר הניתוח
5. עיבוד עצמות לסריקה וניתוח μCT
6. עיבוד עצמות לחיתוך קפוא והיסטולוגיה
הערה: ניתן לעבד עצמות לצורך חתך קפוא והיסטולוגיה לאחר ביצוע סריקת μCT. הסריקה אינה משפיעה על תיוג פלואורסצנטי או על צביעת נוגדנים לאחר מכן.
7. עיבוד לזרימה ציטומטרית
הערה: פרוטוקול זה תואם למגוון נוגדנים. לאפיון תאי גזע שלד ואב, מומלץ לאגד 3-4 עצמות יחד מכיוון שמדובר באוכלוסיות תאים נדירות במח העצם.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ההצלחה של הליך אבלציה מכנית של מח עצם (BM) אומתה על ידי הדמיית רנטגן, בעוד שמחט 26G הוחדרה לחלל המדולרי (איור 2A). כאשר הדמיית רנטגן הצביעה על כך שהמחט הוחדרה בזווית לא נכונה או חדרה דרך העצם, המחט הוחדרה מחדש בזווית הנכונה וצולמה מחדש כדי לאשר מיקום מדויק. כאשר לא ניתן היה להשיג עמדה מוצלחת, החיה לא נכללה בניתוח. בעוד שהדמיה רדיוגרפית דו-ממדית (2D) יכולה לאשר שהמחט הוכנסה לחלל ה-BM, יש צורך בהדמיה תלת מימדית (3D) כדי לאשר את נתיב המחט המדויק. היקף הפציעה ומיקומה הוערכו עוד יותר עם קצירת הרק...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המטרה הייתה לבסס שיטה אמינה וניתנת לשחזור לחקר התהליכים המולקולריים והתאים השולטים בתיקון עצם, תוך התמקדות בהמרה ישירה של תאי גזע ואב שלד (SSPCs) לאוסטאובלסטים מפקדי עצם בחלל/חלל מח העצם. שיטת אבלציה מכנית של מח עצם המתוארת כאן היא פרוטוקול אופטימלי ותוקף לאבלציה של מח עצם על ידי פגיעה מכנית, המאפשר חקירה של היווצרות עצם פנימית. מספר שלבים בפרוטוקול זה הם קריטיים כדי להבטיח היווצרות עצם חזקה לאחר פציעה ושחזור הטכניקה. הראשון הוא החדרה מדויקת של המחט לחלל המדולרי של עצם הירך. חוסר יישור ב...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין גילוי נאות לדווח.
המימון ניתן על ידי NIH/NIDCR R01-DE030716-01 ו-NIH/NIAMS R01-DE030716-01S1 ל-AS, NIH/NIAMS R01AR080131 ל-RG, ומענק התכנסות UConn REP ל-RG ו-AS.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 10% תמיסת פורמלין | סיגמא-אולדריץ' | HT501128 | |
| 25 גרם 0.625 באייר-טיט EZ Flo מחט היפודרמית | Ait Tite / Fisher Scientific | 14-817-239; ref #NEZ25058 | |
| 26 גרם 1/2 אינץ' מחטים היפודרמיות חד פעמיות | Exel International / Fisher Scientific | 14-840-83; ref #26402 | ניתן להחליף כל מחטי 26 גרם, חייבות להיות ניתנות להסרה מהמזרק |
| מזרק סטרילי 3 מ"ל | פישרברנד/ פישר סיינטיפיק | 14-955-457 | |
| AB פד סטרילי | McKesson/ Fisher Scientific | NC0593755 | לחלופין יכול להשתמש ברפידות סופגות הניתנות לחיטוי |
| חומצה אצטית, Glacial | Millipore Sigma | AX0073 | צריך להיות מדולל ל-1% |
| אמוניום-כלוריד-אשלגן (ACK) חוצץ ליסינג | Gibco/ Thermo Fisher Scientific | A1049201 | משמש לליזה של כדוריות דם אדומות כהכנה לזרימה ציטומטרית |
| תא אינדוקציה להרדמה 2 ליטר | VetEquip | 941444 | |
| תמיסת בטדין (פרובידון-יוד) | פן אספקה וטרינרית בע"מ / פישר סיינטיפיק | NC0158124 | |
| הזרקת בופרנורפין HCL 0.3 מ"ג/מ"ל | כללי / Covetrus | 59122 | חייב לקבל רישיון DEA מדינתי ופדרלי לרכישת חומר מבוקר |
| Calcein-AM | Sigma Aldrich | 206700-1MG | |
| קולגנאז P | 11249002001 רוש | משמש לעיכול | |
| עצמות צמר גפן ואפליקטורים | פישרברנד / פישר סיינטיפיק | 22-363-172 | |
| Cryofilm Type II C(10), מעבדת חתך 3.5 ס"מ | , יפן | CFS 105 | |
| DAPI תמיסת צביעה | Abcam | ab228549 | |
| סולם גרם דיגיטלי | Toprime / Amazon | B06X6LW4V9 | יכול להשתמש בכל סולם מותג כדי לשקול עכברים |
| ניתוח מלקחיים | פישרברנד/ פישר סיינטיפיק | 08-953E; 08-953F | |
| מספריים לניתוח | פישרברנד/ פישר סיינטיפיק | 08-940 | |
| לסבול להבי קריוסטט/מיקרוטום בפרופיל נמוך | שיזוף TNR315LP | ||
| Ethiqa XR בופרנורפין שחרור מורחב 1.3 מ"ג/מ"ל | Ethiqa XR/ Cevetrus | 72117 | חייב לקבל רישיון DEA מדינתי ופדרלי לרכישת חומר מבוקר |
| Fast Green, 0.2% | Electron Miscroscopy Sciences EMS | 50-319-57 | |
| חום סרום בקר עוברי | מושבת Gibco / Thermo Fisher Scientific | A5256801 | משמש לייצור פתרון הרכבה של חומרי צביעה FACS (FSM) |
| Fluoromount-G | סאות'רן ביוטק | 0100-01 | |
| GLUSEAL דבק מקומי לעור | AD כירורגי | GLU-550 | |
| עז אנטי-ארנב Alexa 647 | Thermo Fisher | A21244 | 1:300 דילול |
| תמיסת מלח מאוזנת של הנקס (HBSS) | Gibco/Thermo Fisher Scientific | 14065056 | משמש לייצור חומרי צביעה FACS (FSM) |
| כרית חימום (גדולה) | Boncare/ Amazon | B0CLHSWXSX | יכול להשתמש בכל כרית חימום של מותג, להסיר את מכסה הבד |
| המטוקסילין | מיליפורסיגמא / פישר סיינטיפיק | M1051740500 | |
| Hyaluronidase | MilliporeSigma | HX0514 | משמש לעיכול |
| עצם איזופלורן מערכת הרדמה לבעלי חיים | VetEquip | 901810 | |
| KUBTEC פרמטר 2D ארון מערכת רנטגן | OncoMed Solutions | N/A | ניתן להשתמש בכל מערכת הדמיה של ארון רנטגן |
| מיקרוצנטריפוגה צינורות | קורנינג/ תומאס סיינטיפיק | 8600A52 | |
| זכוכית כיסוי מיקרוסקופ, 18 מ"מ x 18 מ"מ, # 1 עובי | גלובוס מדעי | 1414-10 | |
| N-2-הידרוקסיאתיל פיפרזין-N-2-אתאן חומצה סולפונית HEPES (1M) | Gibco / Thermo Fisher Scientific | 156300-80 | משמש לייצור חומרי צביעה FACS (FSM) |
| דבק אופטי נורלנד NO61 | Edmund Optical | 37-322 | משמש להדבקת קטעי קריופילם לשקופית |
| Osterix Rabbit נוגדן חד שבטי | Abcam | ab209484 | 1:500 דילול |
| פרוקסיגרד מוכן לשימוש בחומר חיטוי צעד אחד | Virox Technologies | 29101 | ניתן להחליף בכל חומר חיטוי אחר בדרגה קלינית/מעבדתית |
| Propidium Iodide (PI) | Invitrogen / תרמו פישר סיינטיפיק | P1304MP | כתם פלואורסצנטי גרעיני המשמש לאיתור תאים מתים לספירת חיוניות |
| גוזם חשמלי נטען | Wahl / Amazon | B001FWXKUE | ניתן להשתמש בכל קוצץ, גוזם בגודל קטן יותר יקל על גילוח בעלי חיים קטנים יותר |
| חרוט אף מכרסם | VetEquip | 921609 | |
| Safranin O, 85% טהור, מוסמך | Fisher Scientific | AC419211000 | |
| Seal'N להקפיא תבניות מרובעות Cryotray אלקטרונים | מדעי מיסקרוסקופיה EMS | 62642-01 | בשימוש להטמעה, ניתן להשתמש בתבניות הטבעה אחרות. לדגם הספציפי הזה יש תבנית עמוקה יותר, כמו גם מכסה לאיטום הבלוק |
| כסף חנקתי | סיגמא אולדריץ' | S6506 | כסף חנקתי לכתם פון קוסה |
| פוספט סטרילי חוצץ מלח (PBS) | Gibco/ Thermo Fisher Scientific | 10010023 | לחלופין, ניתן להשתמש ב-PBS טרי שהוכן שעבר סינון וחיטוי |
| אזמל סטנדרטי סטרילי | Integra Miltex/ Fisher Scientific | 12-460-455 | |
| אזמל | סטנדרטי סטריליאינטגרה מילטקס / פישר סיינטיפיק | 12-460-455 | |
| אבקת סוכרוז 1 ק"ג | תרמו פישר סיינטיפיק | 036508-A1 | |
| סופרפרוסט פלוס שקופיות מיסקרוסקופ | פישרברנד / פישר סיינטיפיק | 1255015 | שקופיות דבק |
| Sure-Tek עיבוד רקמות / הטמעת קלטות | פישרברנד היסטוזט / פישר סיינטיפיק | 22-048-141 | |
| רקמות פלוס טמפרטורת חיתוך אופטימלית תרכובת O.C.T תרכובת | פישר סיינטיפיק | 23-730-571 | |
| ספוגי רקמות | אפרדיה / פישר סיינטיפיק | 84-53 | ספוגי רקמות מגנים על רקמות מפני התפתחות יתר |
| AC348600050 | טולואידין בלו | פישר |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.