$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Choroby zwyrodnieniowe kości i związana z wiekiem utrata masy kostnej, prowadząca do wysokiego ryzyka złamań osteoporotycznych, stały się głównym wyzwaniemw zakresie zdrowia publicznego1. Utrzymanie kości jest kontrolowane przez osteoblasty tworzące kości i osteoklasty resorbujące kości. Ubytki komórek kościotwórczych są główną przyczyną związanej z wiekiem utraty masy kostnej i chorób zwyrodnieniowych kości2,3. Podczas gdy szeroko zakrojone badania koncentrowały się na poprawie gojenia się złamań, odkrycie niezawodnych leków do leczenia chorób zwyrodnieniowych kości i odwrócenia słabości złamań osteoporotycznych pozostaje ważną kwestią. W związku z tym badanie źródła komórek tworzących kości i ich mechanizmów kontrolnych w regeneracji i naprawie kości dostarcza nowych informacji na temat poprawy regeneracji szkieletu i odwrócenia chorób związanych z utratą masy kostnej.
Istnienie multipotencjalnych komórek mezenchymalnych w szpiku kostnym zostało zaproponowane na podstawie identyfikacji populacji klonogennych, które mogą różnicować się w linie osteogenne, adipogenne i chondrogenne ex vivo4. Ostatnio wiele badań wykazało, że szkieletowe/mezenchymalne komórki macierzyste (SSC/MSC) są naturalnym źródłem osteoblastów i mają kluczowe znaczenie dla obrotu kostnego, przebudowy i naprawy złamań5,6. Ponadto nasze badanie śledzące linię wykazało, że dojrzałe osteoblasty mają nieoczekiwanie krótki okres półtrwania (~60 dni) i są stale uzupełniane przez komórki macierzyste/progenitorowe zarównow normalnych warunkach homeostatycznych, jak i naprawie złamań6. Jednak tożsamość komórek macierzystych in vivo i to, jak takie komórki reagują na uszkodzenia spowodowane złamaniami i zaopatrują komórki kościotwórcze, są niejasne. Dlatego ważne jest, aby opracować metodę, która będzie w stanie analizować migrację, proliferację i różnicowanie endogennych SSC/MSCs w warunkach fizjologicznych.
Naprawa pęknięć to wielokomórkowy i dynamiczny proces regulowany przez szereg złożonych cytokin i czynników wzrostu7. Najpopularniejszym podejściem do badań złamań jest użycie modelu zwierzęcego ze złamaniem kości długiej oraz analiza kości za pomocą technik przekroju kości i immunofluorescencji8-10. Ten proces naprawy można monitorować za pomocą wielu technik obrazowania, w tym mikro-CT11, fluorescencji w bliskiej podczerwieni12 i obrazowania chemiluminescencyjnego13. Jednak każda technika ma pewne ograniczenia i nie ma skutecznego sposobu monitorowania funkcji SSC/MSC na poziomie komórkowym in vivo. Ostatnio opracowano mikroskopię przyżyciową konfokalną/dwufotonową, która jest wykorzystywana do wykrywania przeszczepionych komórek nowotworowych i hematopoetycznych komórek macierzystych w kontekście mikrośrodowiska szpiku kostnego, nawet w rozdzielczości pojedynczej komórki u żywych zwierząt14. Łącząc tę technologię z szeregiem modeli śledzenia linii, byliśmy w stanie określić, że osteogenne komórki macierzyste / progenitorowe mogą być genetycznie naznaczone przez przejściową aktywację promotora oporności na myksowirusa-1 (Mx1), a progenitory indukowane przez Mx1 mogą utrzymać większość dojrzałych osteoblastów w czasie, ale nie uczestniczą w generowaniu chondrocytów u dorosłej myszy6. Ponadto wykazaliśmy, że OSPC znakowane Mx1 dostarczają większość nowych osteoblastów w procesie gojenia złamań6.
Tutaj, korzystając z modeli śledzenia linii kostnych i mikroskopii przyżyciowej, dostarczany jest protokół do zdefiniowania in vivo kinetyki osteogennych komórek macierzystych/progenitorowych Mx1+ podczas naprawy złamań. Protokół ten oferuje obrazowanie sekwencyjne w celu śledzenia przemieszczania się osteogennych pni/progenitorów do miejsc złamań oraz ilościowego pomiaru ekspansji osteoprogenitorów we wczesnym procesie naprawy. Podejście to może być przydatne w wielu kontekstach, w tym w ocenie kandydatów terapeutycznych w celu poprawy naprawy kości.