Стабилизация остеотомии бедренной кости с фиксацией пластины при Ambystoma mexicanum
12 апреля 2024 г.
Представлен протокол операции остеотомии бедренной кости с применением фиксации внутренней пластины у зрелых аксолотлей. Процедура может быть использована для проведения сравнительных исследований по регенерации конечностей и заживлению переломов у водных амфибий.
Мы изучаем регенерацию четвероногих и используем аксолотля в качестве регенеративного вида высшего уровня, сравнивая его с лягушками и мышами, чтобы открыть клеточные и молекулярные механизмы регенерации. Развитие трансгенных технологий в редактировании генома, сборке генома аксолотля и применении RNA-Seq, ATAC-Seq, пространственной транскриптомики и протеомики позволяет глубже понять микросреду регенерации и сравнить ее с менее регенеративными видами, в том числе и человеком. Мы установили клеточный вклад в ткани регенерирующей конечности и спинного мозга, а также основные регуляторы начальной пролиферации клеток и позиционной идентичности в бластеме.
В недавней статье мы показали, как заживление костей аксолотля происходит через эндохондральное окостенение, а клеточный уровень был аналогичен таковому у млекопитающих. В отличие от предыдущих методов, где перелом аксолотля был либо незафиксированным, либо соседняя кость служила опорой, в текущем протоколе кость фиксируется пластиной, что позволяет создать воспроизводимый и выровненный перелом и позволяет провести надежное сравнение с исследованиями на мышах. Протокол позволяет получить стабильный перелом с фиксированным размером зазора, расширяя исследования пластинчатых фиксированных переломов до амфибий.
Несмотря на их исключительные способности к регенерации и полному восстановлению конечностей после ампутации, аксолотли удивительно не могут лечить большие переломы костей с дефектами критического размера. Мы стремимся определить прорегенеративные факторы бластемы для лечения несращения кости при дефектах критического размера.
Обзор
В данном исследовании изучаются регенерация конечностей и заживление переломов у аксолотля, при этом особое внимание уделяется новому протоколу хирургической остеотомии бедренной кости с использованием внутренней фиксации пластиной. Полученные результаты расширяют понимание регенеративных процессов у амфибий в сравнении с видами, обладающими меньшим регенеративным потенциалом.
Основные компоненты исследования
Область исследований
- Регенерация конечностей
- Заживление переломов
- Сравнительная биология
Теоретические основы
- Аксолотли (Ambystoma mexicanum) являются исключительными моделями для изучения регенерации.
- Предыдущие методы не обеспечивали стабильной фиксации для сравнительного анализа с другими видами.
- Понимание механизмов регенерации у аксолотлей может дать представление о потенциальных методах регенеративной терапии у людей.
Используемые методы
- Хирургическая остеотомия бедренной кости с внутренней фиксацией пластиной
- Модельный организм: Ambystoma mexicanum
- МикроКТ и гистологический анализ
Основные результаты
- Аксолотль демонстрирует особые характеристики заживления, при которых через три недели после операции костная мозоль не образуется.
- Хрящевые и оссифицированные мозоли наблюдались через три и шесть месяцев соответственно.
- В исследовании разработан протокол для воспроизводимого изучения переломов костей у амфибий.
Выводы
- В данном протоколе демонстрируются контролируемые процессы заживления переломов у аксолотлей.
- Это исследование расширяет понимание процессов регенерации и может послужить основой для будущих работ в области регенеративной медицины.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Стандартизированная остеотомия бедренной кости с фиксацией пластиной у Ambystoma mexicanum позволяет воспроизводимо моделировать заживление и регенерацию кости, связывая сравнительные исследования амфибий и млекопитающих. Данный протокол способствует снижению механистических рисков и валидации мишеней для портфелей регенеративной медицины, предоставляя согласованные, количественно оцениваемые модели переломов. Этот подход повышает прогностическую достоверность трансляционных исследований по восстановлению костной ткани и терапии несращения переломов.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранние этапы поиска и валидация мишени
- Позволяет исследовать регенеративные пути и клеточные механизмы у высокорегенеративного позвоночного.
- Обеспечивает функциональную валидацию мишеней за счет возможности прямого сравнения процессов заживления костей у разных видов.
- Способствует механистическому снижению рисков для факторов-кандидатов, влияющих на регенерацию костной ткани и заживление ложных суставов.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает стандартизированную, воспроизводимую модель перелома, подходящую для количественной оценки результатов заживления.
- Позволяет разрабатывать методы анализа для оценки молекулярных или клеточных воздействий при восстановлении костной ткани.
- Поддерживает повторное использование платформы для сравнительных исследований амфибий и млекопитающих.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет данные о регенерации у аксолотля с процессами заживления костей у млекопитающих, что позволяет разрабатывать стратегии поиска трансляционных биомаркеров.
- Обеспечивает обоснованное продвижение целей регенеративной терапии с учетом рисков за счет уточнения видоспецифических ограничений заживления.
- Обеспечивает непрерывность процесса от этапа первичного открытия до доклинической валидации методов восстановления костной ткани.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный протокол занимает место в континууме от фундаментальных открытий до доклинических исследований, позволяя проверять гипотезы, уточнять механизмы сигнальных путей и проводить количественную оценку методов вмешательства при заживлении костей.
- Открывающая биология: способствует проверке нулевых гипотез относительно регенеративных факторов и роли сигнальных путей в восстановлении кости.
- Скрининг: обеспечивает воспроизводимые, выровненные модели переломов для количественной оценки результатов.
- Аналитика: использует данные микро-КТ и гистологического анализа для сравнения стадий заживления и размеров зазоров.
- Трансляционные исследования: связывает модели амфибий и млекопитающих для согласования биомаркеров и терапевтических подходов.
- Повторное использование в масштабах предприятия: создает многократно используемую модель перелома для применения в различных исследованиях и на разных видах.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неопределенность в исследованиях регенерации костной ткани.
- Операционная ценность: обеспечивает научно-исследовательские группы стандартизированными, масштабируемыми и воспроизводимыми моделями переломов.
- Стратегическая ценность: улучшает процесс принятия решений о целесообразности дальнейшей разработки (go/no-go) и эффективность использования капитала за счет уточнения регенеративного потенциала и ограничений.
- Влияние на портфель: позволяет осуществлять приоритизацию целей и методов регенеративной терапии с учетом рисков.
Особенности реализации
- Требуется опыт проведения хирургических операций на амфибиях и послеоперационного ухода.
- Необходим доступ к оборудованию для микро-КТ визуализации и инфраструктуре для гистологического анализа.
- Требуется стандартизация между исследовательскими группами для обеспечения воспроизводимости и сопоставимости данных.
- Может потребоваться адаптация метода для различных модельных организмов или размеров костей.
- Ограничения включают видоспецифические сроки заживления и критические пороги дефектов.
