このプロトコルは、生体内で大腿骨骨髄内の細胞の動きを追跡するために使用できる新しいマウス大腿骨窓室モデルについて説明しています。生体内多光子蛍光顕微鏡は、大腿骨骨髄の3つの成分(血管系、コラーゲンマトリックス、好中球)を経時的にイメージングするために使用されます。
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方法論記事
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このプロトコルは、生体内で大腿骨骨髄内の細胞の動きを追跡するために使用できる新しいマウス大腿骨窓室モデルについて説明しています。生体内多光子蛍光顕微鏡は、大腿骨骨髄の3つの成分(血管系、コラーゲンマトリックス、好中球)を経時的にイメージングするために使用されます。
骨髄は、さまざまな造血細胞と非造血細胞を含む複雑な器官です。これらの細胞は、造血、免疫調節、腫瘍調節など、多くの生物学的プロセスに関与しています。組織学や血球数など、骨髄における細胞の作用を理解するために一般的に使用される方法は、in vivoで複数の細胞成分の動的な作用を捉えるのではなく、静的な情報を提供します。標準的な方法を補完するために、マウスの骨髄の細胞と構造の連続的なin vivoイメージングを可能にするために、ウィンドウチャンバー(WC)ベースのモデルが開発されました。このプロトコルは、大腿骨骨髄への長期的な光学的アクセスを容易にするために、大腿骨にWCを設置するための外科的手順を説明しています。特に、その実験的有用性を実証するために、このWCアプローチを使用して、大腿骨の血管ネットワーク内の好中球を画像化および追跡し、骨髄内の免疫細胞の輸送と制御を視覚化および定量化する新しい方法を提供しました。この方法は、造血、幹細胞移植、がんなどの病的状態における免疫応答など、マウスの骨髄におけるさまざまな生物学的プロセスの研究に応用できます。
骨髄は造血及び免疫調節に関与する重要な器官です。これは、造血幹細胞および前駆細胞(HSPCs)を含む造血成分、および間葉細胞1を生じる非造血前駆細胞を含む間質成分から成ります。造血活性の三分の二は、骨髄細胞2の世代に捧げられています。 1-2×10 11細胞は、正常な成人2日ごとに生成して、特に、好中球の大多数は、骨髄で産生されます。好中球は、微生物感染に対する防御の第一線であり、ストレスが末梢 好中球1,3を補完するために彼らの動員をトリガするまで、主に骨髄に予約されています。それらの抗菌効果に加えて、最近の研究では、形質転換成長によってプロ及び抗腫瘍形成表現型の両方を有する、癌生物学における好中球の重要な役割を示唆しています腫瘍微小環境4,5におけるシグナル伝達因子β(TGF-β)。また、研究では、循環中の好中球は、細胞毒性、抗転移効果8を発揮しながら、原発腫瘍に蓄積する好中球は、T細胞6,7の細胞傷害性機能を抑制することにより、プロ腫瘍形成および転移性効果を発揮することを実証しました。このように、骨髄中の造血細胞の研究、特に好中球は、免疫および腫瘍調節におけるそれらの役割を解明するために重要です。
組織病 理学および完全な末梢血球数を日常骨髄9細胞および構造変化を評価するために使用されます。しかしながら、これらの方法は、異なる細胞集団または組織の微細構造の静的な情報を提供します。長手方向のインビボイメージングは、複数の細胞、血管および間質成分の動力学ならびに細胞からCを評価するための標準的な方法と組み合わせて使用することができます縦の方法でエル相互作用。顕微鏡の分解能10で生きている動物の画像化として定義される生体顕微鏡(IVM)は、必要な実験動物の数を減少させる、同じ試料中の経時動的な細胞プロセスを評価するために特に有用です。 IVMは、多くの場合、数週間から数ヶ月の期間にわたって画像化の対象の臓器にアクセスするために慢性的に移植窓室(WC)と組み合わされます。頭蓋と背皮脂WCのモデルが戻って1990年代半ばにさかのぼる使用の最も長い歴史を持っています。より最近では、このような乳房脂肪パッドおよび様々な腹部の器官のものなどの他の臓器特異的WCモデル11を開発されてきました。
生体内で骨髄を撮像するための典型的なアプローチは、薄くなった骨が最小限の外科的介入12-14と単一細胞の直接可視化を可能にしたマウスの頭蓋冠、の主に関与露出を持っています。しかし、頭蓋冠の骨髄は、bの場合があり電子HSPCs 15の維持・発展を減少示し頭蓋冠でHSPCsと低酸素細胞の低い数、によって示されるように、そのような長い骨のような他の骨、のとは異なります。したがって、長骨内の細胞成分を評価するための代替的なアプローチが研究されてきました。これらは、大腿骨の髄16と背側皮下脂肪WC 17で分割大腿骨の異所性移植の直接のエクスポージャーが含まれます。しかし、前者はより長い期間にわたって、セルラー構造的および機能的変化の追跡を許可しない端末の手順であり、後者の可能性が高いが原因背側皮下脂肪WC内部の異所性サイトへの大腿骨の移植に正常な骨髄機能を妨げます。時間をかけて大腿骨髄の同所シリアルイメージングを可能にするもう一つの方法は、大腿骨にWCを使用することです。一つ前のレポートでは、使用して大腿骨髄中の微小循環の長期的なイメージングを実証しましたマウス18で大腿骨WC。さらに、著者らは、骨髄転移をモニタリングにおけるその有用性を示す、大腿骨における腫瘍細胞の可視化を示しました。しかし、このWCの設計は、それによって作り、その大きなサイズ(1.2センチ直径)と大規模なマウスのみに適した比較的小さな撮影領域(直径4mm)、(26〜34グラム、生後3-6ヶ月)によって制限されていました日常的な使用のための非現実的なアプローチ。
したがって、小さい全体のサイズと大きい内側の撮像領域を持つ新しいWCは、本研究の目的のために設計されました。この研究の目的は、大腿骨の髄内に種々の細胞型を撮像するための方法を提供することでした。大腿骨WCモデルは、社内で開発された3D血管網内の好中球を可視化し、追跡するために使用されました。このモデルを用いて、骨髄のIVMは、40日間に渡って連続的に行うことができます。このアプローチは、免疫調節A、造血のプロセスを解明するための様々な分野に適用することができますND腫瘍発生。
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注:すべての動物の作業は、大学健康ネットワーク施設内動物管理使用委員会によって承認されたプロトコルの#2615で行いました。
マウスの1外科の準備
複合多光子共焦点顕微鏡を用いて2画像取得
3.画像解析と定量化
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マウス大腿骨髄が正常に個々の好中球および血管ネットワークの可視化を可能にするためにWCを使用してアクセスします。1は、WCの楽器を示し、内部の光学アクセスを得るために、大腿骨と皮質骨の菲薄化の露出を伴う外科手術を、説明図骨。手術はマウスで忍容性が良好です。それらは苦痛の無い報告書では、このような5日後に手術のためのWCに後肢の腫脹、非重量は手足にベアリング、自傷、蜂巣や皮膚炎、ならびに損傷などの有害な物理的反応、について評価しました。特に、ウィンドウは介入後の細胞と構造変化の長期的な評価を可能にする、最大40日間IVMのために光学的に透明なままです。
骨髄内の血管系は、FITCデキストランのような血管内の色素によって可視化することができます( 図2)。コントラスト色素の注入に依存するため、取得された画像は、十分な血流が存在する機能的血管構造を表します。...
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リアルタイムは、骨髄中の動的な細胞プロセスの連続撮影は、そうでなければ、このような組織学および総血球数などの従来の技術を用いて得ることが挑戦されている情報を提供します。ここで説明した大腿骨WCモデルは、時間の経過とともに、骨髄中の細胞と構造変化を調査するためのユニークな機会を提供しています。大腿骨WCモデルは、以前に報告されているが、本発明の新規な設計は、成体マウスでの使用のための多くの互換性のあるビュー小さい全体WCサイズの大きな撮像視野を提供します。大腿骨WCモデルは、免疫および/またはトランスジェニックレポーターマウスなどのマウス系統の様々な使用することができます。
全体の時間とイメージングの品質を決定手術中の重要なステップがあります。大腿骨を露出させた場合、屈筋と伸筋の間の筋肉の唯一の鈍的切開が行われます。これらの筋肉の除去は、マウスとMUSの減少、移動度をもたらし得ますtが回避されます。また、皮質骨の粉砕を慎重に行わなければなりません。大腿血管網の構造的完全性を維持しながら、約50μmの粉砕は光学イメージングに適しています。骨の周りの歯科用セメントの適用は、外科的に露出面...
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著者には、競合する金融利害関係を持っていません。
著者らは、WCと撮影台を製造するためのプリンセスマーガレットがんセンターマシンショップから顕微鏡の支援のために大学健康ネットワークで高度な光学顕微鏡施設(www.aomf.caを)感謝したい、と氏はジェイソン・エリスでしょう。また、原稿編集のために博士アイリスKulbatskiに感謝したいと思います。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| NRCNU-F 無声性ヌードマウス | Taconic | Ncr ヌード | 8-10週齢、雌 |
| 生理食塩水 | バクスター | JB1302P | |
| ケタミン塩酸塩 | Bioniche Animal Health Canada, Inc. | DIN 01989529 | |
| キシラジン | バイエル ヘルスケア, バイエル インク | DIN 02169592 | |
| 外科用ドレープ | プロキシマ | DYNJP2405 | |
| 電気加熱パッド | ライフ ブランド | 57800827375 | |
| 実体顕微鏡 | ライカ | ライカ M60 | |
| 眼軟膏 (涙液) | ノバルティス | T296/2 | |
| 7.5% ベタジン | Purdue Frederick Co | 67618-151-16 | |
| 70% イソプロピル アルコール | GreenField | P010IP7P | |
| 10% ベタジン | Purdue Frederick Co | 67618-150-05 | |
| メス ハンドル | Fine Science Tools | 10003-12 | |
| メス ブレード (#15) | VWR | 89176-368 | |
| 春はさみ湾曲 | ファインサイエンスツール | 15023-10 | |
| ベビーミックスヘモスタット | ファインサイエンスツール | 13013-14 | |
| ファインハサミ | ファインサイエンスツール | 14094-11 | |
| エクストラファイングレーフ鉗子 | ファインサイエンスツール | 11151-10 | |
| ハルステッド-モスキート止血ファイン | サイエンスツール | 13008-12 | |
| マイクロドリル | ハーバード Apparaus | 72-6065 | |
| マイクロドリル バリ | ファイン サイエンス ツール | 19007-14 | |
| 大腿骨窓室 | PMCC マシン | ショップ カスタム デザイン | 9.1 mm- 8.5 mm- 7.5 mm (外径から内径まで)、2.16 mm (2 つの穴の半径)、13.9 mm (2 つの穴の間の距離)、0.7 mm (厚さ) |
| U 字型バー | PMCC マシン ショップ | カスタム デザイン | 13.8 mm (長さ), 1.6 mm (幅), 3.7 mm (高さ) |
| カバーガラス (8 mm) | Warner Instruments | HBIO 64-0701 CS-8R | |
| リテーニング リング (8 mm) | ACKLANDS GRAINGER | UNSPSC # | |
| ナット (六角形ステンレス鋼) | Fastenal | 70701 | |
| 歯科用セメント | 3M | RelyX U200 | |
| 縫合糸 (5-0 モノソフ ブラック) | Covioien | SN-5698 | |
| Halsey ニードル ホルダー | ファイン サイエンス ツール | 12501-13 | |
| ブプレノルフィン(テムゲシック) | レキットベンキー | ザーDIN 0281251 | |
| メロキシカム(メタカム) | ベーリンガーインゲルハイム | DIN 02240463 | |
| アモキシシリン(クラマボックス) | ファイ | ザーDIN 02027879 | |
| FITC-デキストラン | シグマ-アルドリッチ | FD2000S | |
| APC-アンチマウスLy-6G(Gr-1) | eBioscience | 17-9668 | |
| 2光子顕微鏡 LSM 710 | Carl Zeiss | Zeiss LSM 710 NLO | |
| イメージングステージ | PMCC マシンショップ | カスタムデザイン | 15.9 cm (長さ)、11 cm (幅)、0.9 cm (高さ) |
| Imaris ソフトウェア | Bitplane | Imaris 8.0 | プロトコルのセクション3に記載されている画像解析ソフトウェア |
| Zen 2012 | Zeiss | Zen 2012 | 議定書のセクション2に記載されている画像取得ソフトウェア |
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