Ten protokół opisuje wykrywanie migracji komórek macierzystych okostnej szkieletu za pośrednictwem CCL5 w czasie rzeczywistym za pomocą mikroskopii intravital żywych zwierząt.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje wykrywanie migracji komórek macierzystych okostnej szkieletu za pośrednictwem CCL5 w czasie rzeczywistym za pomocą mikroskopii intravital żywych zwierząt.
Szkieletowe komórki macierzyste okostnej (P-SSC) są niezbędne do utrzymania i naprawy kości przez całe życie, co czyni je idealnym celem dla rozwoju terapii przyspieszających gojenie złamań. Komórki okostnej szybko migrują do urazu, aby dostarczyć nowe chondrocyty i osteoblasty do gojenia złamań. Tradycyjnie, skuteczność cytokin w indukowaniu migracji komórek była badana tylko in vitro poprzez wykonanie testu transwell lub scratch. Dzięki postępom w mikroskopii przyżyciowej z wykorzystaniem wzbudzenia wielofotonowego odkryto niedawno, że 1) P-SSC wyrażają migrujący gen CCR5 i 2) leczenie ligandem CCR5 znanym jako CCL5 poprawia gojenie się złamań i migrację P-SSC w odpowiedzi na CCL5. Wyniki te zostały zarejestrowane w czasie rzeczywistym. Opisano tutaj protokół wizualizacji migracji P-SSC z niszy szkieletowych komórek macierzystych (SSC) szwu kalwaryjnego w kierunku urazu po leczeniu CCL5. Protokół szczegółowo opisuje konstrukcję urządzenia do unieruchamiania myszy i mocowania do obrazowania, chirurgiczne przygotowanie kalwarii myszy, indukcję ubytku kalwarii oraz akwizycję obrazowania poklatkowego.
Naprawa złamań to dynamiczny, wielokomórkowy proces, który różni się od rozwoju i przebudowy embrionalnej części szkieletu. Podczas tego procesu, po indukcji sygnałów urazu z uszkodzonej tkanki następuje szybka rekrutacja, proliferacja, a następnie różnicowanie szkieletowych komórek macierzystych/progenitorowych, które mają kluczowe znaczenie dla ogólnej stabilności i utrwalenia złamań1. W szczególności wczesne etapy gojenia się złamań wymagają tworzenia miękkiego kalusa, co przypisuje się głównie komórkom rezydującym w okostnej2. Kiedy kości są uszkodzone, podzbiór komórek okostnej szybko reaguje i przyczynia się do nowo zróżnicowanych produktów pośrednich chrząstki i osteoblastów w obrębie kalus3, co sugeruje obecność odrębnej populacji szkieletowych komórek macierzystych/progenitorowych w okostnej. W związku z tym identyfikacja i charakterystyka funkcjonalna szkieletowych komórek macierzystych (SSC) rezydujących w okostnej stanowi obiecujące podejście terapeutyczne w chorobach zwyrodnieniowych kości i ubytkach kostnych4.
SSC są uważane za znajdujące się w wielu miejscach tkanki, w tym w szpiku kostnym. Podobnie jak szpik kostny, osteogenne/chondrogenne SSC zostały również zidentyfikowane w periosteum4,5,6. Te okostnowe SSC (P-SSC) mogą być oznaczone wczesnymi markerami linii mezenchymalnej (tj. Prx1-Cre5, Ctsk-Cre7, and Axin2-CreER8) podczas rozwoju kości płodu4,7,8,9,10. Istotnym ograniczeniem tych pojedynczych modeli śledzenia linii genetycznych jest znaczna heterogeniczność w znakowanych populacjach komórek. Co więcej, nie są w stanie odróżnić oznakowanych SSC od ich potomstwa in vivo. Aby rozwiązać ten problem, niedawno opracowaliśmy podwójną mysz reporterową (Mx1-Cre+Rosa26-Tomato+αSMA-GFP+) do wyraźnej wizualizacji P-SSC z SSC szpiku kostnego (BM-SSCs)11. Dzięki temu modelowi ustalono, że P-SSC są oznaczone podwójnym znakowaniem Mx1 + αSMA +, podczas gdy bardziej zróżnicowane komórki Mx1 + znajdują się w szpiku kostnym, powierzchniach śródkostnych i okostnych oraz kościach korowych i beleczkowych11,12.
Wiele cytokin i czynników wzrostu jest znanych z regulowania przebudowy i naprawy kości i zostało przetestowanych pod kątem poprawy naprawy szkieletu w krytycznych wadach segmentu1,13. Jednak ze względu na złożoność komórkową modeli urazów generowanych przez przerwanie bariery fizycznej przedziału kostnego, bezpośredni wpływ tych cząsteczek na endogenną migrację i aktywację P-SSC podczas gojenia jest niejasny. Cechy funkcjonalne i dynamika migracji SSC są często oceniane in vitro poprzez wykonanie testu transwell lub scratch, w połączeniu z cytokinami lub czynnikami wzrostu, o których wiadomo, że indukują migrację w innych populacjach komórek. W związku z tym interpretacja wyników tych eksperymentów in vitro w celu zastosowania w odpowiadających im systemach in vivo jest trudna. Obecnie ocena in vivo migracji komórek macierzystych/progenitorowych szkieletu nie jest zwykle obserwowana w czasie rzeczywistym; Jest raczej mierzony w ustalonych punktach czasowych po złamaniu5,7,14,15,16.
Ograniczeniem tej metody jest to, że migracja nie jest oceniana na poziomie pojedynczej komórki; raczej mierzy się ją poprzez zmiany w populacjach komórek. Dzięki niedawnym postępom w mikroskopii przyżyciowej żywych zwierząt i generowaniu dodatkowych myszy reporterowych, możliwe jest teraz śledzenie pojedynczych komórek in vivo. Korzystając z mikroskopii przyżyciowej żywych zwierząt, zaobserwowaliśmy wyraźną migrację P-SSC z niszy szwu kalwarii do urazu kości w ciągu 24-48 godzin po urazie u myszy Mx1 / Tomato / αSMA-GFP.
CCL5/CCR5 został niedawno zidentyfikowany jako mechanizm regulacyjny wpływający na rekrutację i aktywację P-SSC podczas wczesnej reakcji na uraz. Co ciekawe, nie wykryto znacznej migracji P-SSC w odpowiedzi na uraz w czasie rzeczywistym. Jednak leczenie urazu za pomocą CCL5 powoduje solidną, wyraźną kierunkowo migrację P-SSC, które można uchwycić w czasie rzeczywistym. Dlatego celem tego protokołu jest zapewnienie szczegółowej metodologii rejestrowania migracji in vivo P-SSC w czasie rzeczywistym po leczeniu CCL5.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie myszy były utrzymywane w warunkach wolnych od patogenów, a wszystkie procedury zostały zatwierdzone przez Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt (IACUC) Baylor College of Medicine.
1. Przygotowanie myszy
2. Mocowanie myszy i montaż obrazowania
3. Przedoperacyjny zabieg chirurgiczny
4. Zabieg chirurgiczny
5. Obrazowanie przyżyciowe
6. Pooperacyjna opieka nad zwierzętami
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Zaproponowano, że progenitorzy szkieletowi posiadają potencjał migracyjny lub krążeniowy20. Niedawno stworzono myszy reporterowe Mx1-Cre+Rosa26-Tomato+αSMA-GFP+ (Mx1/Tomato/αSMA-GFP), w których P-SSC są znakowane podwójnie jako Mx1+αSMA+ (Rysunek 2A,B). Znaczna migracja P-SSC Mx1+αSMA+ poza mezen...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Podczas gojenia się kości komórki okostnej są głównym źródłem nowo różnicujących się chondrocytów i osteoblastów w obrębie modzeliuszkodzonej 3. Podobnie jak w przypadku szpiku kostnego, osteogenne/chondrogenne SSC zostały również zidentyfikowane w okostnej 4,5,6. Ocena endogennych cech funkcjonalnych P-SSC jest technicznie trudna. Często dynamika migracji SSC jest oceniana in vitro, co sprawia, że interp...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
L.C.O. i D.P. ujawniają zgłoszony patent zatytułowany "Periosteal Skeletal Stem Cells in Bone Repair" (BAYM. P0264US. P1). Pozostali autorzy deklarują brak sprzecznych interesów.
Ta praca była wspierana przez Bone Disease Program of Texas Award, Caroline Wiess Law Fund Award oraz NIAMS of the National Institutes of Health pod numerami nagród R01 AR072018, R21 AG064345, R01 CA221946 do D.P. Dziękujemy M.E. Dickinsonowi i T.J. Vadakkanowi z BCM Optical Imaging and Vital Microscopy Core oraz BCM Advanced Technology Cores z dofinansowaniem z NIH (AI036211, CA125123, and DK056338).
.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| ½ ” słupek optyczny | ThorLabs | TR2 | Do montażu obrazowego |
| Strzykawka 1 ml | BD | 309659 | |
| 27G | PercisionGlide | ||
| 29G | McKesson | 102-SN05C905P | |
| 50 ml Falcon | 352098 | Do unieruchamiania myszy | |
| Regulowana płyta | kątowa Renishaw | R-PCA-5023-50-20 | Do montażu obrazowego |
| Chusteczki nasączone alkoholem | Coviden | 6818 | |
| betadynowy peeling chirurgiczny | Henry Schen | 67618-151-16 | |
| Buprenorfina SR-LAB | ZooPharm | 1mg/ml Combo o przedłużonym uwalnianiu | |
| III | Uzyskane od lekarza weterynarii | N/A | 37,6 mg/ml Ketamina; 1,9 mg/ml Ksylazyna; 0,37 mg/ml Acepronazyna |
| Szkiełko nakrywkowe | Fisher | 12-545-87 | 24 x 40 premium superslip |
| Cienka końcówka | FST | 11254-20 | |
| Ketamina | KetaVed | 50989-161-06 | 100 mg/ml |
| Leica TCS SP8MP z DM6000CFS | Leica Microsystems | N/A | |
| Matrigel | R & D Systems | 344500101 | |
| Taśma medyczna | McKesson | 100199 | 3" x 10 jardów (7,6 cm x 9,1 m) |
| Metoceluloza | Mikroskopia elektronowa Nauki | 19560 | |
| Nożyczki do mikrodysekcji | FST | 1456-12 | |
| Zmotoryzowany etap | Automatyka Anaheim | Nie dotyczy | |
| Uchwyt na igły | FST | 12500-12 | |
| Szwy niewchłanialne | McKesson | S913BX | monofilament nylon 5-0 nici niewchłanialne z dołączoną igłą do odwrotnego cięcia C-1 |
| Maść okulistyczna | Rugby | 0536-1086-91 | |
| RANTES | Biolegend | 594202 | 10 µ g/50 i mikro; L |
| Zacisk kątowy do ½ ” słupek, 3/16" Hex | ThorLabs | RA90 | Do montażu obrazowego |
| Sprężynowy 3/16" Blokowanie sześciokątne ¼ ” śruba skrzydełkowa | ThorLabs | TS25H | Do montażu obrazowego |
| Sterylne waciki bawełniane | Henry Schen | 100-9249 | |
| Sterylne DPBS (1x) | Corning | 21-030-CV | |
| Sterylne obłożenia | McKessen | 25-517 | |
| Rękawice chirurgiczne | McKessen | 3158VA | |
| Maść z potrójnym antybiotykiem | Taro Pharmaceuticals U.s.a., Inc. | 51672-2120-2 | |
| Zestaw do pobierania krwi Vacutainer | BD | REF 367298 | Zestaw do infuzji igłami motylkowymi 25G z rurką 12" |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.