RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Kyla A. Britson1,2, Aaron D. Black2,3, Kathryn R. Wagner1,2,3,4, Thomas E. Lloyd1,2,4
1Graduate Program in Cellular and Molecular Medicine,Johns Hopkins University School of Medicine, 2Department of Neurology,Johns Hopkins University School of Medicine, 3Kennedy Krieger Institute, 4Department of Neuroscience,Johns Hopkins University School of Medicine
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Karmaşık insan hastalıkları geleneksel laboratuvar modeli sistemlerinde modellemek zor olabilir. Burada, insan iskelet kası biyopsilerinin immünyonfik farelere nakli yoluyla insan kas hastalığını modellemek için cerrahi bir yaklaşım tanımlıyoruz.
Hayvan çalışmalarında gözlenen tedavi etkileri genellikle klinik çalışmalarda recapitulated başarısız. Bu sorun çok yönlü olmakla birlikte, bu başarısızlığın nedenlerinden biri yetersiz laboratuvar modellerinin kullanılmasıdır. Bu geleneksel laboratuvar organizmalarında karmaşık insan hastalıkları modeli zor, ama bu konu insan ksenogreftçalışmaları ile atlatılabilir. Burada tanımladığımız cerrahi yöntem, kas hastalığını modellemek ve klinik öncesi terapötik testler yapmak için kullanılabilen insan iskelet kası ksenogreftlerinin oluşturulmasına olanak sağlamaktadır. Kurumsal İnceleme Kurulu (IRB) onaylı protokol uyarınca, iskelet kası örnekleri hastalardan alınarak NOD-Rag1nullIL2rγnull (NRG) host farelere nakledilir. Bu fareler olgun lenfositler yapmak için yetersizlik nedeniyle transplantasyon çalışmaları için ideal konakve bu nedenle hücre aracılı ve humoral adaptif bağışıklık yanıtları geliştirmek mümkün değildir. Konak fareler izofluran ile uyuşturulur ve fare tibialis anterior ve ekstansör digitorum longus kasları kaldırılır. İnsan kasının bir parçası daha sonra boş tibial bölmeye yerleştirilir ve peroneus longus kasının proksimal ve distal tendonlar için dikişli. Ksenogreftli kas spontan vaskülarize ve fare konak tarafından innerve, preklinik çalışmalar için bir model olarak hizmet verebilir sağlam rejenere insan kası ile sonuçlanan.
Klinik çalışmalardan geçirilen tüm ilaç geliştirme programlarının sadece %13.8'inin başarılı olduğu ve onaylı tedavilere yol açıldığı bildirilmiştir1. Bu başarı oranı daha öncebildirilen%10.4 daha yüksek iken 2 , iyileştirme için hala önemli bir oda var. Klinik çalışmaların başarı oranını artırmak için bir yaklaşım preklinik araştırmalarda kullanılan laboratuvar modellerini geliştirmektir. Gıda ve İlaç İdaresi (FDA) tedavi etkinliğini göstermek ve Faz 1 klinik çalışmalar dan önce toksisite değerlendirmek için hayvan çalışmaları gerektirir. Ancak, genellikle hayvan çalışmaları ve klinik çalışmalar arasında tedavi sonuçlarında sınırlı uyum vardır3. Buna ek olarak, preklinik hayvan çalışmaları için ihtiyaç kabul edilen bir hayvan modeli eksikliği hastalıklarda terapötik gelişim için aşılmaz bir engel olabilir, genellikle nadir veya sporadik hastalıklar için durumdur.
İnsan hastalığını modellemenin bir yolu, insan dokusunu immünoffik farelere naklederek ksenogreft ler üretmektir. Ksenogreft modellerinin üç temel avantajı vardır: Birincisi, diğer hayvan modellerinde asla tekrarlanabilir olmayan insan hastalığında var olan karmaşık genetik ve epigenetik anormallikleri yeniden özetleyebilirler. İkinci olarak, hasta örnekleri mevcutsa nadir veya sporadik hastalıkların modelini yapmak için ksenogreftler kullanılabilir. Üçüncü olarak, ksenogreftler tam bir in vivo sistem içinde hastalığı modeller. Bu nedenlerden dolayı, ksenogreft modellerinde tedavi etkinliği sonuçlarının hastalardaki deneylere daha fazla çevrilme olasılığının daha yüksek olduğunu varsabiliyoruz. İnsan tümör ksenogreftler zaten başarıyla multipl miyelom da dahil olmak üzere ortak kanserler için tedavi geliştirmek için kullanılmıştır, yanı sıra bireysel hastalar için kişiselleştirilmiş tedaviler4,5,6, 7 .
Son zamanlarda, ksenogreftler insan kas hastalığı bir model geliştirmek için kullanılmıştır8. Bu modelde insan kas biyopsisi örnekleri immünopsiyoksun NRG farelerin arka eklerine naklederek ksenogreftler oluşturur. Nakledilen insan miyofiberleri ölür, ancak ksenogreftte bulunan insan kas kök hücreleri daha sonra genişleyen ve engreftlenmiş insan bazal laminasını yeniden dolduran yeni insan miyofiberlerine ayrılır. Bu nedenle, bu ksenogreftlerde rejenere miyolifler tamamen insandır ve fare konakları tarafından kendiliğinden revaskülarve innerve edilir. Önemli olarak, fascioscapulohumeral kas distrofisi (FSHD) hasta kas dokusu fareler içine nakledilen insan hastalığının temel özellikleri özetler, yani DUX4 transkripsiyon faktörüifade 8. FSHD dux4 aşırı ekspresyonu neden olur, hangi epigenetik normal kasdokusundasusturuldu 9,10. FSHD ksenogreft modelinde, DUX4 spesifik morfolino ile tedavi başarıyla DUX4 ifade ve fonksiyonu bastırmak için gösterilmiştir, ve FSHD hastalar için potansiyel bir tedavi seçeneği olabilir11. Bu sonuçlar insan kas ksenogreftlerinin insan kas hastalığını modellemek ve farelerde potansiyel tedavileri test etmek için yeni bir yaklaşım olduğunu göstermektedir. Burada, immünyonfik farelerde insan iskelet kası ksenogreftleri oluşturmak için cerrahi yöntemi ayrıntılı olarak açıklıyoruz.
Katılımcıların haklarını ve refahını korumak için insan deneklerden elde edilen tüm araştırma örneklerinin kullanımı Johns Hopkins Kurumsal İnceleme Kurulu (IRB) tarafından onaylanmıştır. Tüm hayvan deneyleri Johns Hopkins Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi (IACUC) tarafından Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Kılavuzu uyarınca onaylanmıştır. Erkek NOD-Rag1nullIL2rγnull (NRG) konak fareler (8-12 haftalık) ksenogreft deneyleri yapmak için kullanılır. Bu fareler havalandırmalı raflarda yer almaktadır ve HEPA filtreli, temperli ve nemlendirilmiş havanın yanı sıra ters ozmoz filtrelenmiş hiperklorlu su verilir. Farelere su ve ışınlanmış antibiyotik diyeti(Malzeme Tablosu)reklam libitum sağlanır ve tesis merkezi zamanlayıcı tarafından kontrol edildiği şekilde 14 saat ile 10 saat karanlık arasında ışık sağlar.
1. Ekipman Hazırlama
2. Cerrahi Hazırlık
3. Ksenogreft Cerrahisi
4. Xenograft Koleksiyonu
NOT: Ksenogreftler genellikle ameliyat sonrası 4 ila 6 ay arasında toplanır. Ancak ameliyat sonrası 12 aya kadar koleksiyonlar yapılmıştır.
5. Xenograft İmmünohistokimya

Şekil 2: Ksenogreft Cerrahisi. (A) Saç cerrahi bölgeden çıkarılır. (B) Tibialis anterior (TA) üzerinde kesi yapılır. TA ve ekstansör digitorum longus (EDL) distal tendonlar oklarla işaretlenir. Siyah kesik çizgi, epimisinin 3.3 adımda nerede kesileceğini gösterir. (C) TA distal tendonu kesilir ve kas diz kadar çekilir. (D) EDL tendonu kesilir ve EDL diz kadar çekilir. Bu peroneus longus proksimal tendon ortaya çıkarır (PL) bir ok ile işaretlenmiş. Kesik çizgiler EDL (yeşil) ve PL (mavi) kaldırmak için makasla nerede kesilsin ilerler. (E) EDL ve TA kaldırılır. (F) Bir dikiş PL proksimal tendon yoluyla yerleştirilir. (G) Ksenogreft boş tibial bölmesi yerleştirilir ve iki el cerrahi kare düğüm kullanılarak proksimal PL tendon dikişli. (H) Bir dikiş PL distal tendonundan yerleştirilir, bir ok ile işaretlenmiş, ve başka bir iki el cerrahi kare düğüm distal tendon ksenograft dikiş için kullanılır. (I) Ksenogreft tamamen nakledilir ve PL. (J) Cilt cerrahi tutkal ile kapatılır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 3: 4 Ay Ksenogreft Koleksiyonu. (A) Saç cerrahi bölgeden çıkarılır. Dikişler deri altında görülebilir. (B) Ksenogrefti örten deri çıkarılır. Daha sonra ksenogreft distal sütür de iris forceps ile yakaladı ve yavaşça yukarı doğru çekilir. Ayak bileğinden başlayarak, bir neşter kaval kemiği boyunca kesmek ve ksenogreft serbest kullanılır. Ok kaval kemiği boyunca kesibaşlangıcını gösterir. (C) Gastroknemius kasını kenara çekerek peroneus longus (PL) kasını ve gastroknemiusu (ok ile gösterilen) ayıran soluk beyaz bir epimiyum çizgisi görünür hale gelir. Diğer bacak kasları PL ayırmak için bu çizgi boyunca kesmek için neşter kullanın. (D) Ksenogreftsağ tarafında, ve PL şimdi bacaktaki diğer kaslardan arınma ve çıkarılması için hazır. Kesik çizgi ksenogreft ve PL. (E)distal sütür altında kestikten sonra, diz doğru ksenogreft saptırmak başlatmak için cerrahi makas ile kesmek için nerede gösterir. Kesikçizgi tibial bölmesi ksenogreft ve PL kaldırmak için cerrahi makas ile kesmek için nerede gösterir. (F) Ksenogreft ve PL ile boş tibial bölmesi başarıyla çıkarılır. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Yuanfan Zhang ve ark tarafından gösterildiği gibi, bu cerrahi protokol insan iskelet kası ksenogreftler üretmek için basit bir yöntemdir8. Rejenere ksenogreftler kendiliğinden innerve hale gelir ve fonksiyonel kontraktilite gösterir. Ayrıca FSHD hastalarından ksenogreftlenen kas, FSHD hastalarında gözlenen gen ekspresyonundaki değişiklikleri özetler8.
Deneyimlerimize göre, kontrol hasta örneklerinden yapılan 8 ksenogreftten yaklaşık 7'sinde başarılı kas engreftleme gösterilmektedir. Başarılı bir ksenogreft, insana özgü antikorlarla tanımlanan insan miyofiberlerinin sağlam rejenerasyonu gösterir(Şekil 4). Miyofenlerin bir oranı içinde pozitif embriyonik miyozin boyama rejenerasyon sürecinin hala devam ettiğini gösterir. Buna karşılık, kötü cerrahi teknik veya yetersiz bir örnek kas liflerinin kötü yenilenmesine yol açabilir(Şekil 4).
İdiyopatik inflamatuar miyopati (IIM) tanısı konan bir hastadan yapılan ksenogreftler 4 ve 6 aylık koleksiyonlarda orta sayıda rejenere insan miyofiberi gösterirken, embriyonik miyozin boyama 6 ayda devam etmektedir(Şekil 5A). İnflamatuar hücreler, H&E boyama(Şekil 5A)ile gösterildiği gibi ksenogreftte bulunur ve CD3, CD68 ve diğer immünolojik belirteçlerle doğrulanmıştır (veriler gösterilmemiştir). Ksenogreftler fare içinde stabildir ve 12 aya kadar koleksiyonlar gerçekleştirilmiştir. Bireysel miyofiber boyutu 4-6 aylık IIM ksenogreftleri ile orijinal IIM hasta biyopsisi arasında karşılaştırılabilir(Şekil 5B). Ksenogreftlerde 3500 μm2'den büyük bir kesit alanı (CSA) gösteren nadir lifler, Ksenogreftlerde değil, ksenogreftlerde bazı miyoliflerin sağlıklı miyofiberlere benzer boyutlara kadar yenilebilen bir CSA'ya yenilenebildiği görülmektedir(Şekil 5B ).

Şekil 1: Cerrahi Kurulum.
A) Stereo mikroskobun standart oryantasyonu, Mapleson E solunum devresi ve ksenogreft cerrahisi sırasında cerrahi aletler. B)Biyogüvenlik kabinine indüksiyon odasının yerleştirilmesi.

Şekil 4: Beklenen Olumlu ve Olumsuz Sonuçlar.
İyi veya kötü rejenerasyon gösteren ameliyat sonrası 4 aylık toplanan ksenogreftler insana özgü lamin A/C (1:50) ve insana özgü spektrin (1:20) ve embriyonik miyozin (1:10)(Malzeme Tablosu)ile boyanmıştır. Beyaz kesikli kutular tarafından gösterilen bölgeler daha yüksek büyütme kesici uçlar olarak gösterilir. Ölçek çubuğu: 200 μm. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 5: Temsili Xenogreft rejenerasyonu.
A) Hematoksilin ve Eozin (H&E), insana özgü Lamin A/C ve insana özgü spectrin ile boyanmış idiyopatik inflamatuar miyopati (IIM) tanısı konmuş bir hastadan yapılan xenogreftler (kesik çizgilerle özetlenmiştir) miyofiber oluşumunu gösterir hem 4- hem de 6 aylık zaman noktalarında NRG fareler içinde. Embriyonik miyozin boyama rejenerasyon hala her iki zaman noktalarında devam ettiğini göstermektedir. Ölçek çubuğu: 200 μm. B) İdiyopatik inflamatuar miyopati (IIM) tanısı konan bir hastadan 4 ve 6 aylık ksenogreftlerden miyoliflerin kesit selalanını (CSA) gösteren histogramlar ve bir sağlıklı kontrol hastası. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarları olduğunu beyan.
Karmaşık insan hastalıkları geleneksel laboratuvar modeli sistemlerinde modellemek zor olabilir. Burada, insan iskelet kası biyopsilerinin immünyonfik farelere nakli yoluyla insan kas hastalığını modellemek için cerrahi bir yaklaşım tanımlıyoruz.
Bu çalışma Myositis Derneği ve Peter Buck Vakfı tarafından desteklendi. Dr. Yuanfan Zhang'a ksenogreft cerrahi tekniğindeki uzmanlığını ve eğitimini paylaştığı için teşekkür ederiz.
| 100 mm x 15 mm Petri kabı Fisher | Scientific | FB0875712 | |
| 2-Metilbütan | Fisher | O3551-4 | |
| 20 mm x 30 mm mikro kapaklı cam | VWR | 48393-151 | |
| Hayvan Tartı Kantarı | Kent Scientific | SCL- 1015 | |
| Antibiyotik-Antimikotik Çözelti | Corning, Cellgro | 30-004-CI | |
| AutoClip Sistemi | FST | 12020-00 | |
| Castroviejo İğne Tutucu | FST | 12565-14 | |
| Civciv embriyo özü | Doğru | CE650TL | |
| CM1860 UV kriyostat | Leica Biosystems | CM1860UV | |
| Coplin boyama kavanozu | Thermo Scientific | 19-4 | |
| Diseksiyon Pimleri | Fisher Scientific | S13976 | |
| Kuru Buz - pelet | Fisher Scientific | NC9584462 | |
| Embriyonik Miyozin antikoru | DSHB | F1.652 | önerilen konsantrasyon 1:10 |
| Etanol | Fisher Scientific | 459836 | |
| Fetal Sığır Serumu | GE Healthcare Yaşam Bilimleri | SH30071.01 | |
| Fiber-Lite MI-150 | Dolan-Jenner | Mi-150 | |
| Forseps | FST | 11295-20 | |
| Keçi anti-fare IgG1, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-21121 | önerilen konsantrasyon 1:500 |
| Keçi anti-fare IgG2b, AlexaFluor 594 | Invitrogen | A-21145 | önerilen konsantrasyon 1:500 |
| Sakız tragacanth | Sigma | G1128 | |
| Jambon F-10 Orta | Corning | 10-070-CV | |
| Histoakril Mavi Topikal Cilt Yapıştırıcı | Doku contası | TS1050044FP | |
| İnsana özgü lamin A / C antikoru | Abcam | ab40567 | önerilen konsantrasyon 1: 50-1: 100 |
| İnsan spesifik spektrin antikoru | Leica Biosystems | NCLSPEC1 | önerilen konsantrasyon 1: 20-1: 100 |
| İndüksiyon Odası | VetEquip | 941444 | |
| Iris Forceps | FST | 11066-07 | |
| Işınlanmış Global 2018 (Uniprim 4100 ppm) | Envigo | TD.06596 | Solunum yolu enfeksiyonlarını tekrar korumak için antibiyotik kemirgen diyeti |
| İzofluran | MWI Veteriner Tedarik | 502017 | |
| Kimwipes | Kimberly-Clark | 34155 | cerrahi mendil |
| Mapleson E Solunum Devresi | VetEquip | 921412 | |
| Metanol | Fisher Scientific | A412 | |
| Mobil Anestezi Makinesi | VetEquip | 901805 | |
| Fare Üzerinde Fare Temel Kiti | Vektör Laboratuvarları | BMK-2202 | fare IgG bloke edici reaktif |
| Oje | Elektron Mikroskobu Bilimleri | 72180 | |
| NAIR Saç çıkarıcı losyon/yağ | Fisher Scientific | NC0132811 | |
| NOD-Rag1null IL2rg null (NRG) fareleri | Jackson Laboratuvarı | 007799 | 2 ila 3 aylık |
| O.C.T. Bileşik | Fisher Scientific | 23-730-571 | |
| Oksijen | Hava Gazı | OX USPEA | |
| PBS (fosfat tamponlu tuzlu su) tamponu | Fisher Scientific | 4870500 | |
| Povidone İyot Hazırlık Çözümü | Dynarex | 1415 | |
| ProLong ve ticaret; Altın Antifade Mountant | Fisher Scientific | P10144 (DAPI yok); P36935 (DAPI ile) | |
| Puralube Oftalmik Merhem | Dechra | 17033-211-38 | |
| Rimadyl (carprofen) enjekte edilebilir | Patterson Veteriner | 10000319 | cerrahi analjezik, 5 mg / kg dozunda deri altından uygulanır |
| Neşter Bıçakları - #11 | FST | 10011-00 | |
| Neşter Sapı - #3 | FST | 10003-12 | |
| Stereo Mikroskop | Accu-scope | 3075 | |
| Superfrost Plus Mikroskop Slaytları | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
| Sütür, Sentetik, Emilemez, 30 inç uzunluğunda, CV-11 iğnesi | Covidien | VP-706-X | |
| 1ml Şırınga (26 gauge, 3/8 inç iğne) | BD Biosciences | 329412 | |
| Düzeltici | Kent Scientific | CL9990-KIT | |
| Vannas Yaylı Makas, 8,0 mm kesici kenar | F.S.T | 15009-08 | |
| VaporGaurd Aktif Karbon Filtresi | VetEquip | 931401 | |
| Yara klipsleri, 9 mm | F.S.T | 12022-09 |