Атомно-силовая микроскопия для измерения хрящей в интактных и регенерирующих конечностях аксолотля
11 октября 2024 г.
В этом протоколе мы показываем, как подготовить ткань аксолотля для атомно-силовой микроскопии (АСМ) и выполнить измерения вдавливания в неповрежденном и регенерирующем хряще конечности.
Мы заинтересованы в понимании роли механических сигналов в процессе регенерации. Для этого важно иметь надежные инструменты, позволяющие измерять механические свойства, такие как АСМ. Существует множество методов исследования механических свойств тканей.
Например, совместное использование геометрии или эластографии. Тем не менее, золотым стандартом для небольших образцов тканей или исследования механических свойств тканей в клеточном масштабе по-прежнему является АСМ. Одним из самых сложных этапов является подготовка образца, потому что нам необходимо обеспечить максимальную структурную целостность, чтобы мы могли надежно измерять механические свойства образцов с помощью АСМ.
Мы считаем, что наши результаты послужат стимулом для дальнейших механистических исследований того, как механические сигналы влияют на регенерацию тканей. Кроме того, полученные результаты могут послужить руководством для проведения таких экспериментов более реалистичными тканевыми инженерными моделями.
Обзор
В данном исследовании изучается роль механических сигналов в процессе регенерации тканей на модели хряща конечности аксолотля. В протоколе особое внимание уделяется подготовке тканей аксолотля для атомно-силовой микроскопии (АСМ) с целью точного измерения механических свойств, имеющих решающее значение для регенерации.
Основные компоненты исследования
Область исследований
- Регенерация тканей
- Механическая сигнализация
- Биомеханика хряща
Теоретическая часть
- Понимание механических стимулов при регенерации тканей имеет жизненно важное значение.
- АСМ является золотым стандартом измерения механических свойств на клеточном уровне.
- Подготовка образцов имеет решающее значение для обеспечения структурной целостности.
Используемые методы
- Атомно-силовая микроскопия (АСМ) для измерения индентации
- Аксолотль как биологический модельный организм
- Методы сохранения целостности ткани во время измерения
Основные результаты
- Разработка надежного протокола подготовки тканей
- Демонстрация того, как механические свойства могут направлять регенерацию
- Полученные результаты послужат основой для дальнейших исследований механизмов этого процесса
Выводы
- Данное исследование подчеркивает важность механических стимулов в тканевой инженерии и регенерации.
- Результаты способствуют более глубокому пониманию механизмов регенерации в области биологических исследований.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для промышленности
Количественное измерение механических свойств тканей имеет решающее значение для снижения рисков при определении мишеней регенеративной медицины и валидации инженерных моделей тканей. Атомно-силовая микроскопия (АСМ) позволяет проводить высокоразрешающую оценку биомеханики хряща как в состоянии гомеостаза, так и при регенерации, что повышает прогностическую достоверность в трансляционных рабочих процессах. Интеграция механического профилирования на основе АСМ способствует раннему поиску, квалификации моделей и обоснованному продвижению программ тканевой инженерии с учетом рисков.
Стратегические области применения в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Обеспечивает возможность прямого изучения механических факторов, влияющих на пути регенерации.
- Поддерживает функциональную валидацию мишеней тканевой инженерии путем количественной оценки восстановления биомеханических свойств.
- Способствует механистическому снижению рисков при проверке гипотез регенерации за счет точного измерения жесткости.
Скрининг и разработка анализа
- Предоставляет валидированные биомеханические контрольные показатели для стандартизации анализов в моделях искусственно созданных тканей.
- Обеспечивает воспроизводимые количественные результаты для скрининга потенциальных воздействий, влияющих на механику тканей.
- Поддерживает масштабируемость платформы путем разработки надежных протоколов подготовки образцов и проведения измерений.
Трансляционные и доклинические исследования
- Приводит доклинические модели в соответствие с механическими свойствами, характерными для заболевания, для обеспечения трансляционной преемственности.
- Позволяет принимать решения с учетом рисков, связывая восстановление механических свойств с функциональными результатами в тканях.
- Способствует разработке биомаркеров путем корреляции механических изменений с прогрессированием регенерации.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Механическое профилирование на основе АСМ применяется на всех этапах — от ранних открытий до доклинической валидации, предоставляя данные как для выбора мишеней, так и для оценки качества сконструированных тканей.
- Фундаментальная биология: Количественная оценка механических сигналов, которые управляют регенеративными процессами и выбором путей развития.
- Скрининг: Создание воспроизводимых количественных показателей механических свойств для оценки кандидатов.
- Аналитика: Получение высокоразрешающих измерений жесткости для сравнения интактных и регенерирующих тканей.
- Трансляционные исследования: Связь между этапами открытия и доклиническими исследованиями путем подтверждения механического восстановления в регенеративных моделях.
- Корпоративное повторное использование: Предоставление стандартизированного протокола, адаптируемого для различных типов тканей и условий регенерации.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает достоверность прогнозов при валидации регенеративных мишеней и точность моделей.
- Операционная ценность: Обеспечивает стандартизированные, воспроизводимые рабочие процессы для биомеханической оценки.
- Стратегическая ценность: Поддерживает принятие обоснованных решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и снижает биологические риски на поздних этапах в портфелях проектов по тканевой инженерии.
- Влияние на портфель: Позволяет проводить приоритизацию регенеративных программ с учетом рисков на основе количественных механических показателей.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы с АСМ и знания в области биомеханики тканей.
- Необходимы специализированное оборудование и инфраструктура для подготовки образцов.
- Требуется стандартизация между исследовательскими группами для обеспечения воспроизводимости механических измерений.
- Метод может быть адаптирован для различных типов тканей путем модификации протокола для сохранения структурной целостности.
- Подготовка образцов имеет решающее значение для сохранения нативных механических свойств в процессе анализа.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
Chapters in this video
0:00
introduction
1:10
Axolotl Tissue Mounting and Processing for Atomic Force Microscopy Measurements in Regenerating and Intact Limb Tissues
4:41
Atomic Force Microscopy‐Based Indentation Measurements for Tissue Stiffness Analysis in Axolotl Limb Sections
