Этот протокол описывает обнаружение CCL5-опосредованной миграции периостальных скелетных стволовых клеток в режиме реального времени с использованием прижизненной микроскопии живых животных.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Этот протокол описывает обнаружение CCL5-опосредованной миграции периостальных скелетных стволовых клеток в режиме реального времени с использованием прижизненной микроскопии живых животных.
Периостальные скелетные стволовые клетки (P-SSC) необходимы для пожизненного поддержания и восстановления костей, что делает их идеальным местом для разработки методов лечения для улучшения заживления переломов. Периостальные клетки быстро мигрируют к травме, чтобы поставлять новые хондроциты и остеобласты для заживления переломов. Традиционно эффективность цитокина для индуцирования миграции клеток проводилась только in vitro путем выполнения анализа трансвелла или царапины. С достижениями в прижизненной микроскопии с использованием многофотонного возбуждения недавно было обнаружено, что 1) P-SSC экспрессируют мигрирующий ген CCR5 и 2) лечение лигандом CCR5, известным как CCL5, улучшает заживление переломов и миграцию P-SSC в ответ на CCL5. Эти результаты были зафиксированы в режиме реального времени. Здесь описан протокол для визуализации миграции P-SSC из ниши скелетных стволовых клеток (SSC) к травме после лечения CCL5. Протокол детализирует конструкцию мышиного ограничителя и крепления для визуализации, хирургическую подготовку кальварии мыши, индукцию дефекта кальварии и получение покадровой визуализации.
Восстановление переломов - это динамичный, многоклеточный процесс, который отличается от эмбрионального развития и ремоделирования скелета. Во время этого процесса индукция сигналов повреждения из поврежденной ткани сопровождается быстрым набором, пролиферацией и последующей дифференцировкой скелетных стволовых / прогениторных клеток, которые имеют решающее значение для общей стабильности и фиксации переломов1. В частности, ранние стадии заживления переломов требуют мягкого образования мозоли, которое в основном относят к периостальным резидентным клеткам2. Когда кости повреждаются, подмножество периостальных клеток быстро реагирует и способствует недавно дифференцированным промежуточным продуктам хряща и остеобластам в мозоли3, что подразумевает наличие отдельной скелетной популяции стволовых / прогениторных клеток в надкостнице. Таким образом, идентификация и функциональная характеристика периостеальных скелетных стволовых клеток (SSC) представляют собой перспективный терапевтический подход к дегенеративным заболеваниям костей и дефектам кости4.
Считается, что SSC находятся в нескольких местах ткани, включая костный мозг. Подобно костному мозгу, остеогенные/хондрогенные SSC также были идентифицированы в надкостнице4,5,6. Эти периостальные SSC (P-SSC) могут быть помечены маркерами ранней мезенхимальной линии (т.е. Prx1-Cre5, Ctsk-Cre7 и Axin2-CreER8) во время развития костей плода4,7,8,9,10. Существенным ограничением этих моделей отслеживания одиночных генетических линий является то, что существует существенная гетерогенность в меченых клеточных популяциях. Кроме того, они не могут отличить меченые SSC от своего потомства in vivo. Чтобы устранить это ограничение, мы недавно разработали двойную репортерную мышь (Mx1-Cre +Rosa26-Tomato+α SMA-GFP+) для четкой визуализации P-SSC из SSC костного мозга (BM-SSC)11. С помощью этой модели было определено, что P-SSC отмечены двойной маркировкой Mx1 + αSMA +, тогда как более дифференцированные клетки Mx1 + находятся в костном мозге, эндостеальных и периостальных поверхностях, а также кортикальных и трабекулярных костях11,12.
Известно, что множественные цитокины и факторы роста регулируют ремоделирование и восстановление костей и были протестированы на усиление восстановления скелета при критических дефектах сегмента1,13. Однако из-за клеточной сложности моделей травм, генерируемых разрушением физического барьера костного компартмента, прямое влияние этих молекул на эндогенную миграцию и активацию P-SSC во время заживления неясно. Функциональные характеристики и миграционная динамика SSC часто оцениваются in vitro путем выполнения трансвелл или скретч-анализа в сочетании с цитокинами или факторами роста, которые, как известно, индуцируют миграцию в других клеточных популяциях. Таким образом, интерпретация результатов этих экспериментов in vitro для применения в соответствующих системах in vivo является сложной задачей. В настоящее время in vivo оценка миграции скелетных стволовых/клеток-предшественников обычно не наблюдается в режиме реального времени; скорее, он измеряется в фиксированных временных точках после перелома5,7,14,15,16.
Ограничение этого метода заключается в том, что миграция не оценивается на уровне одной клетки; скорее, он измеряется через изменения в клеточных популяциях. Благодаря недавним достижениям в области прижизненной микроскопии живых животных и генерации дополнительных репортерных мышей, отслеживание in vivo отдельных клеток теперь возможно. Используя прижизненную микроскопию живых животных, мы наблюдали отчетливую миграцию P-SSC из ниши шва кальварии в травму кости в течение 24-48 ч после травмы у мышей Mx1 / Tomato / αSMA-GFP.
CCL5/CCR5 был недавно определен в качестве регулирующего механизма, влияющего на набор и активацию P-SSC во время раннего реагирования на травмы. Интересно, что не было обнаружено существенной миграции P-SSC в ответ на травму в режиме реального времени. Тем не менее, лечение травмы с помощью CCL5 приводит к надежной, направленной миграции P-SSC, которая может быть зафиксирована в режиме реального времени. Поэтому целью данного протокола является предоставление подробной методологии регистрации миграции P-SSC in vivo в режиме реального времени после лечения CCL5.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все мыши содержались в условиях, свободных от патогенов, и все процедуры были одобрены Комитетом по уходу и использованию животных Медицинского колледжа Бейлора (IACUC).
1. Подготовка мыши
2. Крепление для мыши и визуализации
3. Предоперационная хирургическая процедура
4. Хирургическая процедура
5. Прижизненная визуализация
6. Послеоперационный уход за животными
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Было высказано предположение, что скелетные прародители обладают миграционным или кровеносным потенциалом20. Недавно были сгенерированы мыши-репортеры Mx1-Cre+Rosa26-Tomato+α SMA-GFP+ (Mx1/Tomato/αSMA-GFP), в которых P-SSC помечены двойной маркировкой Mx1+α SMA+ (рисунок 2A,B). Существенная миграция Mx1+α SMA
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Во время заживления костей периостальные клетки являются основным источником вновь дифференцированных хондроцитов и остеобластов в повреждении мозоли3. Подобно костному мозгу, остеогенные/хондрогенные SSC также были идентифицированы в надкостнице4,5,6. Оценка эндогенных функциональных характеристик P-SSC является технически сложной задачей. Часто миграционная динамика SSC оценивается in vitro, что затрудн...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
L.C.O. и D.P. раскрывают патент под названием «Периостальные скелетные стволовые клетки в восстановлении кости» (BAYM. P0264US. П1). Остальные авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.
Эта работа была поддержана Программой заболеваний костей Техаса, премией Каролинского юридического фонда Визса и NIAMS Национальных институтов здравоохранения под номерами R01 AR072018, R21 AG064345, R01 CA221946 для D.P. Мы благодарим M.E. Dickinson и T.J. Vadakkan в BCM Optical Imaging and Vital Microscopy Core и BCM Advanced Technology Cores при финансировании NIH (AI036211, CA125123 и DK056338).
.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| ½ ” оптический штифт | ThorLabs | TR2 | Для крепления для визуализации |
| шприц | 1 мл BD | 309659 | |
| игла 27G игла | BD PercisionGlide | 305111 | |
| инсулиновый шприц 29G | McKesson | 102-SN05C905P | |
| 50 мл коникол пробирка | Falcon | 352098 | Для фиксации мыши |
| Регулируемая угловая пластина | Renishaw | R-PCA-5023-50-20 | Для визуализации крепление |
| Спиртовые салфетки | Coviden | 6818 | |
| бетадин хирургический скраб | Henry Schen | 67618-151-16 | |
| Бупренорфин SR-LAB | ZooPharm | 1 мг/мл Комбо III с пролонгированным высвобождением | |
| III | Получено от штатного ветеринарного врача | Н/Д | 37,6 мг/мл Кетамин; 1,9 мг/мл Ксилазин; 0,37 мг/мл Ацепроназин |
| Coverslip | Fisher | 12-545-87 | 24 x 40 premium superslip |
| Fine tip forcepts | FST | 11254-20 | |
| Ketamine | KetaVed | 50989-161-06 | 100 мг/мл |
| Leica TCS SP8MP с DM6000CFS | Leica Microsystems | N/A | |
| Matrigel | R & D Systems | 344500101 | |
| Медицинская лента | McKesson | 100199 | 3" x 10 ярдов (7,6 см x 9,1 м) |
| Метоцеллюлоза | Электронная микроскопия Науки | 19560 | |
| Ножницы для микродиссекции | FST | 1456-12 | |
| Моторизованная сцена | Анахайм автоматика | Н/Д | |
| Иглодержатель | FST | 12500-12 | |
| Нерассасывающиеся шовные материалы | McKesson | S913BX | мононить нейлон 5-0 нерассасывающиеся шовные материалы с прикрепленной иглой обратной резки C-1 |
| Офтальмологическая мазь | Rugby | 0536-1086-91 | |
| RANTES | Biolegend | 594202 | 10 &микро; G/50 &микро; L |
| Угловой зажим для ½ ” столб, 3/16" Hex | ThorLabs | RA90 | Для крепления для визуализации |
| Подпружиненный 3/16" Шестигранная блокировка ¼ ” винт с накатанной головкой | ThorLabs | TS25H | Для крепления для визуализации |
| Стерильные ватные палочки | Henry Schen | 100-9249 | |
| Стерильные DPBS (1x) | Corning | 21-030-CV | |
| Стерильные простыни | McKessen | 25-517 | |
| Хирургические перчатки | McKessen | 3158VA | |
| Мазь с тройным антибиотиком | Taro Pharmaceuticals U.s.a., Inc. | 51672-2120-2 | |
| Набор для сбора крови Vacutainer | BD | REF 367298 | 25G набор для инфузии иглой бабочки с трубкой 12 дюймов |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.