Dit protocol beschrijft de detectie van CCL5-gemedieerde periostale skeletstamcelmigratie in realtime met behulp van levende intravitale microscopie van dieren.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Dit protocol beschrijft de detectie van CCL5-gemedieerde periostale skeletstamcelmigratie in realtime met behulp van levende intravitale microscopie van dieren.
Periostale skeletstamcellen (P-SSC's) zijn essentieel voor levenslang botonderhoud en -herstel, waardoor ze een ideale focus zijn voor de ontwikkeling van therapieën om de genezing van fracturen te verbeteren. Periostale cellen migreren snel naar een verwonding om nieuwe chondrocyten en osteoblasten te leveren voor fractuurgenezing. Traditioneel is de werkzaamheid van een cytokine om celmigratie te induceren alleen in vitro uitgevoerd door een transwell- of scratch-assay uit te voeren. Met vooruitgang in intravitale microscopie met behulp van multifoton excitatie, werd onlangs ontdekt dat 1) P-SSC's het migrerende gen CCR5 tot expressie brengen en 2) behandeling met het CCR5-ligand bekend als CCL5 de fractuurgenezing en de migratie van P-SSC's verbetert als reactie op CCL5. Deze resultaten zijn in real-time vastgelegd. Hier wordt een protocol beschreven om de P-SSC migratie van de calvariale hechting skeletstamcel (SSC) niche naar een verwonding na behandeling met CCL5 te visualiseren. Het protocol beschrijft de constructie van een muisbevestiging en beeldvormingsbevestiging, chirurgische voorbereiding van de muiscalfalaria, inductie van een calvariadefect en verwerving van time-lapse beeldvorming.
Fractuurherstel is een dynamisch, meercellig proces dat verschilt van embryonale skeletontwikkeling en remodellering. Tijdens dit proces wordt de inductie van letselsignalen van beschadigd weefsel gevolgd door de snelle rekrutering, proliferatie en daaropvolgende differentiatie van skeletstam / voorlopercellen, die allemaal van cruciaal belang zijn voor de algehele stabiliteit en fixatie van fracturen1. In het bijzonder vereisen vroege stadia van fractuurgenezing zachte eeltvorming, die voornamelijk wordt toegeschreven aan periostale residente cellen2. Wanneer botten gewond zijn, reageert een subset van periostale cellen snel en draagt bij aan nieuw gedifferentieerde kraakbeentussenproducten en osteoblasten in het eelt3, wat de aanwezigheid van een afzonderlijke skeletstam / voorlopercelpopulatie in het botvlies impliceert. Daarom vormen de identificatie en functionele karakterisering van de periosteum-residente skeletstamcellen (SSC's) een veelbelovende therapeutische aanpak voor degeneratieve botziekten en botdefecten4.
SSC's worden verondersteld zich op meerdere weefsellocaties te bevinden, waaronder het beenmerg. Net als bij beenmerg zijn osteogene/chondrogene SSC's ook geïdentificeerd in het botvlies4,5,6. Deze periostale SSC's (P-SSC's) kunnen worden gelabeld met vroege mesenchymale afstammingsmarkers (d.w.z. Prx1-Cre5, Ctsk-Cre7 en Axin2-CreER8) tijdens de foetale botontwikkeling4,7,8,9,10. Een belangrijke beperking van deze single genetic lineage tracing modellen is dat er een aanzienlijke heterogeniteit is binnen gelabelde celpopulaties. Bovendien kunnen ze gelabelde SSC's niet onderscheiden van hun nageslacht in vivo. Om deze beperking aan te pakken, hebben we onlangs een dubbele reportermuis ontwikkeld (Mx1-Cre + Rosa26-Tomato + α SMA-GFP +) om P-SSC's duidelijk te visualiseren van beenmerg-SSC's (BM-SSC's)11. Met dit model is vastgesteld dat P-SSC's worden gekenmerkt door Mx1+αSMA+ dual labeling, terwijl meer gedifferentieerde Mx1+ cellen zich bevinden in het beenmerg, endosteale en periostale oppervlakken, en corticale en trabeculaire botten11,12.
Van meerdere cytokines en groeifactoren is bekend dat ze botremodellering en -reparatie reguleren en zijn getest op de verbetering van skeletherstel in kritieke segmentdefecten1,13. Vanwege de cellulaire complexiteit van letselmodellen die worden gegenereerd door verstoring van de fysieke barrière van het botcompartiment, zijn de directe effecten van deze moleculen op endogene P-SSC-migratie en activering tijdens genezing onduidelijk. De functionele kenmerken en migratiedynamiek van SSC's worden vaak in vitro beoordeeld door een transwell- of scratch-assay uit te voeren, in combinatie met cytokines of groeifactoren waarvan bekend is dat ze migratie in andere celpopulaties induceren. De interpretatie van de resultaten van deze in vitro experimenten voor toepassing in hun overeenkomstige in vivo systemen is dus een uitdaging. Momenteel wordt in vivo beoordeling van de migratie van skeletstam/voorlopercellen doorgaans niet in realtime waargenomen; in plaats daarvan wordt het gemeten op vaste tijdspunten na de breuk5,7,14,15,16.
Een beperking van deze methode is dat migratie niet op eencellig niveau wordt beoordeeld; in plaats daarvan wordt het gemeten via veranderingen in celpopulaties. Vanwege recente vooruitgang in intravitale microscopie van levende dieren en het genereren van extra reportermuizen, is in vivo tracking van individuele cellen nu mogelijk. Met behulp van levende dier intravitale microscopie observeerden we de verschillende migratie van P-SSC's van de calvaria hechting niche naar een botletsel binnen 24-48 uur na verwonding in Mx1 / Tomato / αSMA-GFP muizen.
CCL5/CCR5 werd onlangs geïdentificeerd als een regulerend mechanisme dat de rekrutering en activering van P-SSC's beïnvloedt tijdens de vroege blessurerespons. Interessant is dat er geen detectie was van substantiële P-SSC-migratie als reactie op een verwonding in realtime. Behandeling van een verwonding met CCL5 produceert echter een robuuste, richtingsafhankelijke migratie van P-SSC's, die in realtime kan worden vastgelegd. Daarom is het doel van dit protocol om een gedetailleerde methodologie te bieden voor het registreren van de in vivo migratie van P-SSC's in realtime na behandeling met CCL5.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Alle muizen werden in pathogeenvrije omstandigheden gehouden en alle procedures werden goedgekeurd door het Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) van het Baylor College of Medicine.
1. Muisvoorbereiding
2. Muis fixatie en imaging mount
3. Preoperatieve chirurgische ingreep
4. Chirurgische ingreep
5. Intravitale beeldvorming
6. Postoperatieve dierverzorging
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Er is voorgesteld dat skeletvoorlopers migratie- of bloedsomlooppotentieel hebben20. Onlangs werden Mx1-Cre+Rosa26-Tomato+α SMA-GFP+ (Mx1/Tomato/αSMA-GFP) reportermuizen gegenereerd, waarbij P-SSC's worden gemarkeerd door Mx1+α SMA+ dual labeling (Figuur 2A,B). Substantiële migratie van Mx1+α SMA+
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Tijdens botgenezing zijn periostale cellen de belangrijkste bron van nieuw gedifferentieerde chondrocyten en osteoblasten binnen een verwonding eelt3. Net als bij beenmerg zijn osteogene/chondrogene SSC's ook geïdentificeerd in het botvlies4,5,6. Het beoordelen van endogene P-SSC functionele kenmerken is technisch uitdagend. Vaak wordt de migratiedynamiek van SSC's in vitro beoordeeld, waardoor de interpr...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
L.C.O. en D.P. onthullen een patent dat in behandeling is met de titel "Periosteal Skeletal Stem Cells in Bone Repair" (BAYM. P0264US. P1). De overige auteurs verklaren geen tegenstrijdige belangen te hebben.
Dit werk werd ondersteund door de Bone Disease Program of Texas Award, de Caroline Wiess Law Fund Award en de NIAMS van de National Institutes of Health onder de awardnummers R01 AR072018, R21 AG064345, R01 CA221946 tot D.P. We bedanken M.E. Dickinson en T.J. Vadakkan in de BCM Optical Imaging and Vital Microscopy Core en de BCM Advanced Technology Cores met financiering van NIH (AI036211, CA125123 en DK056338).
.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| ½” optische post | ThorLabs | TR2 | Voor beeldvormingsmontage |
| 1 mL spuit | BD | 309659 | |
| 27G naald | BD PercisionGlide | 305111 | |
| 29G insulinespuit | McKesson | 102-SN05C905P | |
| 50 mL conische buis | Falcon | 352098 | Voor muizenbeperking |
| Instelbare hoekplaat | Renishaw | R-PCA-5023-50-20 | Voor beeldvormingsmontage |
| Alcoholdoekjes | Coviden | 6818 | |
| betadine chirurgische scrub | Henry Schen | 67618-151-16 | |
| Buprenorfine SR-LAB | ZooPharm | 1mg/mL Langzame afgifte | |
| Combo III | Verkregen van stafveterinair | N/A | 37,6 mg/mL Ketamine; 1,9 mg/mL Xylazine; 0,37 mg/mL Acepronazine |
| Dekglas | Fisher | 12-545-87 | 24 x 40 premium superslip |
| Fijne pincetten | FST | 11254-20 | |
| Ketamine | KetaVed | 50989-161-06 | 100 mg/mL |
| Leica TCS SP8MP met DM6000CFS | Leica Microsystems | N/A | |
| Matrigel | R & D Systems | 344500101 | |
| Medisch plakband | McKesson | 100199 | 3" x 10 yds (7,6 cm x 9,1 m) |
| Methocellulose | Electron Microscopy Sciences | 19560 | |
| Microdissectie schaar | FST | 1456-12 | |
| Gemotoriseerde trap | Anaheim automation | N/A | |
| Naaldhouder | FST | 12500-12 | |
| Niet-absorbeerbare hechtdraden | McKesson | S913BX | monofilament nylon 5-0 niet-absorbeerbare hechtdraden met aangehechte C-1 omgekeerde snijnaald |
| Oftalmische zalf | Rugby | 0536-1086-91 | |
| RANTES | Biolegend | 594202 | 10 µg/50 µL |
| Rechtshoekige klem voor ½” post, 3/16” Hex | ThorLabs | RA90 | Voor beeldvormingsmontage |
| Vedergewicht 3/16” Hex-locking ¼” duimschroef | ThorLabs | TS25H | Voor beeldvormingsmontage |
| Steriele katoenen watten | Henry Schen | 100-9249 | |
| Steriele DPBS (1x) | Corning | 21-030-CV | |
| Steriele draperieën | McKessen | 25-517 | |
| Chirurgische handschoenen | McKessen | 3158VA | |
| Drievoudige antibioticumzalf | Taro Pharmaceuticals U.s.a., Inc. | 51672-2120-2 | |
| Vacutainer bloedafnameset | BD | REF 367298 | 25G vlindernaald infuusset met 12" slang |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.