Описаны три метода трансплантации костного мозга (ТКМ): ТКМ с облучением всего тела, ТКМ с экранированной облучающей и метод ТКМ без предварительного кондиционирования (адютивная ТКМ) для изучения клонального кроветворения на мышиных моделях.
Методическая статья
Описаны три метода трансплантации костного мозга (ТКМ): ТКМ с облучением всего тела, ТКМ с экранированной облучающей и метод ТКМ без предварительного кондиционирования (адютивная ТКМ) для изучения клонального кроветворения на мышиных моделях.
Клональный кроветворение является распространенным возрастным состоянием, которое является результатом накопления соматических мутаций в гемопоэтических стволовых и прогениторных клетках (HSPC). Мутации в генах-драйверах, которые придают клеточную пригодность, могут привести к развитию расширяющихся клонов HSPC, которые все чаще приводят к появлению лейкоцитов потомства, скрывающих соматическую мутацию. Поскольку клональное кроветворение было связано с сердечными заболеваниями, инсультом и смертностью, разработка экспериментальных систем, моделируемых эти процессы, является ключом к пониманию механизмов, лежащих в основе этого нового фактора риска. Процедуры трансплантации костного мозга, включающие миелоаблативное кондиционирование у мышей, такие как облучение всего тела (ЧМТ), обычно используются для изучения роли иммунных клеток в сердечно-сосудистых заболеваниях. Тем не менее, одновременное повреждение ниши костного мозга и других интересных мест, таких как сердце и мозг, неизбежно при этих процедурах. Таким образом, наша лаборатория разработала два альтернативных метода, чтобы свести к минимуму или избежать возможных побочных эффектов, вызванных ЧМТ: 1) трансплантация костного мозга с экранированием облучения и 2) приемная ТКМ неусловным мышам. В экранированных органах сохраняется местная среда, позволяющая проводить анализ клонального кроветворения, в то время как функция резидентных иммунных клеток невозмутима. Напротив, приемная ТКМ для неусловленных мышей имеет дополнительное преимущество, за которое сохраняются как местные среды органов, так и кроветворная ниша. Здесь мы сравним три различных подхода к восстановлению кроветворных клеток и обсудим их сильные и слабые стороны для исследований клонального кроветворения при сердечно-сосудистых заболеваниях.
Клональное кроветворение (CH) - это состояние, которое часто наблюдается у пожилых людей и возникает в результате расширенного клона гемопоэтических стволовых и прогениторных клеток (HSPC), несущего генетическую мутацию1. Было высказано предположение, что к 50 годам большинство людей приобретут в среднем пять экзонических мутаций в каждом HSPC2,но большинство из этих мутаций приведут к небольшим фенотипическим последствиям для человека или вообще не приведут к ним. Однако, если случайно одна из этих мутаций дает конкурентное преимущество HSPC, например, способствуя его распространению, самообновлению, выживанию или некоторой комбинации из них, это может привести к предпочтительному расширению мутантного клона по сравнению с другими HSPC. В результате мутация будет все больше распространяться через кроветворную систему, поскольку мутированный HSPC дает начало зрелым клеткам крови, что приводит к отчетливой популяции мутировавших клеток в периферической крови. В то время как мутации в десятках различных генов-драйверов-кандидатов были связаны с клональными событиями в кроветворной системе, среди них мутации в ДНК-метилтрансферазе 3 альфа(DNMT3A)и десяти одиннадцати транслокации 2(TET2)являются наиболее распространенными3. Несколько эпидемиологических исследований показали, что лица, которые несут эти генетические мутации, имеют значительно более высокий риск сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ), инсульта и всей причинной смертности3,4,5,6,7. Хотя эти исследования выявили, что существует связь между СН и повышенной частотой сердечно-сосудистых заболеваний и инсульта, мы не знаем, является ли эта связь причинно-следственной или общей эпифеноменом с процессом старения. Чтобы лучше понять эту ассоциацию, требуются надлежащие животные модели, которые правильно резюмируют состояние СН человека.
Несколько моделей животных CH были установлены нашей группой и другими с использованием рыбок данио, мышей и нечеловеческих приматов8,9,10, 11,12,13,14. Эти модели часто используют методы восстановления кроветворения путем трансплантации генетически модифицированных клеток, иногда с использованием рекомбинации Cre-lox или системы CRISPR. Этот подход позволяет проанализировать специфическую мутацию гена в кроветворных клетках, чтобы оценить, как она способствует развитию заболевания. Кроме того, эти модели часто используют конгенные или репортерные клетки, чтобы отличить эффекты мутантных клеток от нормальных или диких клеток. Во многих случаях требуется режим предварительного кондиционирования для успешного приживирования донорских гемопоэтических стволовых клеток.
В настоящее время трансплантацию костного мозга мышам-реципиенцистам можно разделить на две основные категории: 1) миелоаблативное кондиционирование и 2) неусловная трансплантация. Миелоаблативное кондиционирование может быть достигнуто одним из двух методов, а именно, общим облучением тела (ЧМТ) или химиотерапией15. ЧМТ проводят путем подвергания реципиента смертельной дозе гамма- или рентгеновского облучения, генерирующего разрывы ДНК или поперечные связи внутри быстро делящихся клеток, делая их непоправимыми16. Бусульфан и циклофосфамид являются двумя широко используемыми химиотерапевтическими препаратами, которые нарушают кроветворную нишу и аналогичным образом вызывают повреждение ДНК быстро делящихся клеток. Конечным результатом миелоаблативного прекондиционирования является апоптоз кроветворных клеток, который разрушает кроветворную систему реципиента. Эта стратегия не только позволяет успешно приживить донорские HSPC, но также может предотвратить отторжение трансплантата путем подавления иммунной системы реципиента. Тем не менее, миелоаблативная прекондиционирование имеет серьезные побочные эффекты, такие как повреждение тканей и органов и их резидентных иммунных клеток, а также разрушение родной ниши костного мозга17. Поэтому были предложены альтернативные методы преодоления этих нежелательных побочных эффектов, особенно в отношении повреждения органов, представляющих интерес. Эти методы включают экранированное облучение мышей-реципиентов и приемную ТКМ для неусловленных мышей9,17. Защита грудной клетки, брюшной полости, головы или других областей от облучения путем размещения свинцовых барьеров защищает интересующие ткани от повреждающего воздействия облучения и поддерживает их резидентную популяцию иммунных клеток. С другой стороны, приемная ТКМ HSPC для неусловленных мышей имеет дополнительное преимущество, поскольку она сохраняет нативную кроветворную нишу. В этой рукописи мы описываем протоколы и результаты приживления HSPC после нескольких схем трансплантации у мышей, в частности доставки HSPC мышам ЧМТ, мышам, частично защищенным от облучения, и неусловным мышам. Общая цель состоит в том, чтобы помочь исследователям понять различные физиологические эффекты каждого метода, а также то, как они влияют на экспериментальные результаты в условиях СН и сердечно-сосудистых заболеваний.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все процедуры, связанные с животными, были одобрены Институциональным комитетом по уходу за животными и их использованию (IACUC) в Университете Вирджинии.
1. Перед предварительным кондиционированием

Рисунок 1: Изображения, показывающие различные настройки предварительной подготовки. (A)Установка облучения всего тела с использованием гамма-излучения (цезий-137): пучок излучения исходит от задней части облучателя в направлении оси Y (горизонтальное излучение). (B) Установка облучения всего тела в клетке мыши с помощью рентгеновского излучения: клетка мыши помещается в отражающую камеру. Пучок излучения исходит от верхней части облучателя в форме конуса (вертикальное излучение). Расстояние от источника излучения до клетки составляет 530 мм. (C) Регулируемый лоток в рентгеновском облучателье: Эта установка используется для частично экранированного облучения с использованием рентгеновского излучения. Пучок излучения исходит от верхней части облучателя в форме конуса (вертикальное излучение). Расстояние от источника излучения до лотка составляет 373 мм, а радиус 250 мм.(D)Защита грудной клетки: Обезболивающих мышей помещают на лоток. Мышей помещают перевернутыми друг к другу в лежачих положениях с полностью вытянутыми руками и ногами. Нижний конец свинцового щита выровнен с костью xiphisternum, а верхний конец с тимусом. (E) Абдоминальная защита: Анестезированные мыши помещаются как в защитную грудную клетку установку с нижним концом свинцового щита, выровненным с анусом, и верхним концом под диафрагмой. (F)Установка облучения головы с использованием гамма-излучения (цезий-137): носовые лапы анестезированной мыши заклеиваются, а мышь помещается в конический ограничитель. Черный свинцовый щит (обозначенный) закрывает голову и уши мыши. Пучок излучения исходит от задней части облучателя в направлении оси Y (горизонтальное излучение). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
2. Предварительная подготовка мышей-реципиентов (необязательно)
3. Изоляция костей
ПРИМЕЧАНИЕ: В идеале мыши-доноры и мыши-реципиенты должны быть похожи по возрасту и в возрасте от 8 до 12 недель. Использование по меньшей мере 3 мышей в качестве доноров (а не одного донора) предпочтительно для минимизации гетерогенности (даже при использовании мышей с одинаковым генотипом). Приблизительно 40 миллионов нефракционированных клеток костного мозга можно получить из шести костей (двух бедренных костей, двух большеберцовой костей и двух плечевых костей) одной мыши. Трансплантация 5 миллионов клеток костного мозга каждой мыши-реципиенту обычно обеспечивает приживление.
4. Выделение клеток костного мозга
ПРИМЕЧАНИЕ: Выполните следующие действия в шкафу класса биобезопасности II.
5. Трансплантация клеток костного мозга облученным мышам
6. Трансплантация клеток костного мозга неусловным мышам
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Чтобы сравнить влияние трех методов ТКМ/предварительного кондиционирования на приживение донорских клеток, фракции донорских клеток в периферической крови и сердечной ткани были проанализированы методом проточной цитометрии через 1 месяц после ТКМ. Изолированные клетки окрашивали для специфических маркеров лейкоцитов для идентификации различных подмножеств лейкоцитов. В этих экспериментах донорские клетки костного мозга дикого типа(WT) C57BL/6 (CD45.2) доставлялись в WT B6. SJL-Ptprca<...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Для исследований клонального кроветворения мы описали три метода ТКМ: ТКМ с облучением всего тела, ТКМ с облучением с частичным экранированием и менее часто используемый метод ТКМ, который не включает предварительное кондиционирование (адмтивное ТКМ). Эти методы были использованы для оценки влияния клонального кроветворения на сердечно-сосудистые заболевания. Исследователи могут модифицировать эти методы соответствующим образом в соответствии с конкретной целью своего исследования.
Мод...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Эта работа была поддержана грантами Национальных институтов здравоохранения США К. Уолшу (HL131006, HL138014 и HL132564), С. Сано (HL152174), грантом Американской кардиологической ассоциации М. А. Эвансу (20POST35210098) и грантом Японского фонда сердца Х. Огава.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Микроцентрифуга 0,5 мл | Fisher Scientific | 05-408-121 | общая поставка |
| 1,5 мл микроцентрифуга | Fisher Scientific | 05-408-129 | общая поставка |
| 1/2 мл LO-DOSE ИНСУЛИН ШПРИЦ | EXELINT | 26028 | общая поставка |
| Абсолютный этанол (200 шт) | Химическая 200559 Fisher Химическая | общая поставка | |
| BD 1 мл Туберкулин Шприцы 25G 5/8 дюймовая игла | Becton Dickinson | 309626 | общей поставки |
| BD PrecisionGlide Needle 18G (1,22 мм X 25 мм) | Becton Dickinson | 395195 | общей поставки |
| Облучатель цезия-137 | J. L. Shepherd | Mark IV | оборудование |
| DietGel 76A | Clear H2O | 70-01-5022 | общая поставка |
| Falcon 100 мм TC-обработанная чашка для клеточных культур Life | Sciences | 353003 | общая поставка |
| Falcon 50 мл конические центрифужные пробирки | Fisher Scientific | 352098 | общая поставка |
| Fisherbrand стерильные клеточные фильтры, 70 μ m | Fisher Scientific | 22363548 | общий запас |
| Graefe Щипцы | Fine Science Tools | 11051-10 | общий запас |
| Закаленные тонкие ножницы | Fine Science Tools | 14090-09 | общий запас |
| Изотезия (изофлуран) раствор | Henry Schein | 29404 | Раствор |
| кетамина | Zoetis | 043-304 | инъекция |
| Салфетки Kimwipes Delicate Task Wipers | Kimtech Science | KCC34155 | общего назначения |
| PBS pH7.4 (1X) | Gibco | 10010023 | Solution |
| RadDisk – Облучатель грызунов Диск | Braintree Scientific | IRD-P M | общий запас |
| RPMI Medium 1640 (1X) | Gibco | 11875-093 | Medium |
| Сульфаметоксазол и триметоприм | TEVA | 0703-9526-01 | инъекция |
| Ксилазин | Akorn | 139-236 | инъекция |
| рентгеновский облучатель | Рад источник | RS-2000 | оборудование |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение