Summary

Murine हिंद अंग लंबी हड्डी विच्छेदन और अस्थि मज्जा अलगाव

Published: April 14, 2016
doi:

Summary

Here we present a protocol for the dissection of hind limb long bones (femurs and tibiae) from the laboratory mouse. We further describe a rapid technique for bone marrow isolation from these bones that utilizes centrifugation for removal of bone marrow from the bone marrow space.

Abstract

Investigation of the bone and the bone marrow is critical in many research fields including basic bone biology, immunology, hematology, cancer metastasis, biomechanics, and stem cell biology. Despite the importance of the bone in healthy and pathologic states, however, it is a largely under-researched organ due to lack of specialized knowledge of bone dissection and bone marrow isolation. Mice are a common model organism to study effects on bone and bone marrow, necessitating a standardized and efficient method for long bone dissection and bone marrow isolation for processing of large experimental cohorts. We describe a straightforward dissection procedure for the removal of the femur and tibia that is suitable for downstream applications, including but not limited to histomorphologic analysis and strength testing. In addition, we outline a rapid procedure for isolation of bone marrow from the long bones via centrifugation with limited handling time, ideal for cell sorting, primary cell culture, or DNA, RNA, and protein extraction. The protocol is streamlined for rapid processing of samples to limit experimental error, and is standardized to minimize user-to-user variability.

Introduction

The study of long bones and the cells of the bone marrow is central to a myriad of research disciplines, including, but not limited to, bone biology, cancer biology, immunology, hematology, and biomechanics. The bone is a highly dynamic organ that together with the cartilage forms the skeleton to provide mechanical support against loading and protection of the internal organs. In addition, the mineral components of bone are a storage sink for the critical signaling molecules calcium and phosphorus, as well as other factors1. Finally, bones house the bone marrow and, together with metabolically active bone forming osteoblasts and bone resorbing osteoclasts, provide the stem cell niche necessary for the maintenance of hematopoietic and lymphoid cell populations.

Bone and bone marrow are affected in many disorders, often leading to bone marrow dysfunction, severe bone pain, and pathologic fracture. Bone is a common site of metastasis in many solid tumors, most notably breast cancer and prostate cancer, where tumor cells directly engage the bone marrow niche to initiate the vicious cycle of bone metastasis and displace hematopoietic stem cells2,3. Hematopoietic malignancies including myeloma and leukemia are characterized by bone marrow dysfunction as well as deregulation of healthy bone remodeling1. Other non-malignant skeletal disorders are also active areas of research, such as osteoarthritis, osteoporosis, scoliosis, and rickets. Even in an otherwise healthy individual, biomechanical failure in a bone leads to a painful fracture. All of these disorders represent active areas of research with the goal of identifying new preventative measures and treatment regimens to reduce morbidity and mortality.

To research the plethora of roles of the bone and the bone marrow, both under physiologic and pathologic conditions, it is critical for researchers to have a simple and efficient standardized method for dissection of the mouse long bones for rapid processing of large in vivo experiments. The dissection protocol outlined here is suitable for all long bone analyses including ex vivo imaging, histology, histomorphometry, and strength testing, among others. Similarly, a standardized bone marrow isolation method with high bone marrow cell recovery and low inter-user variability is important for experimental analysis such as fluorescence-activated cell sorting (FACS) or quantitative PCR (qPCR) as well as downstream applications such as primary cell culture of bone marrow cells.

Protocol

सभी जानवर काम सिफारिशों की देखभाल और स्वास्थ्य के राष्ट्रीय संस्थानों की प्रयोगशाला पशु के उपयोग के लिए गाइड में उल्लिखित के अनुसार संस्थागत पशु की देखभाल और उपयोग समिति द्वारा अनुमोदित किया गया था। 1. हिंद अंग लंबी हड्डी विच्छेदन संस्थागत दिशा निर्देशों के अनुसार माउस euthanize। एक लापरवाह स्थिति में माउस की स्थिति और टखने संयुक्त नीचे माउस पंजा पैड के माध्यम से सभी चार पैर लगाए द्वारा प्रत्यय। 70% इथेनॉल के साथ माउस स्प्रे, अच्छी तरह से पैर dousing। सिर्फ कूल्हे ऊपर पेट के निचले हिस्से में midline के अधिकार के लिए एक छोटा सा चीरा बनाओ। पैर नीचे और पिछले टखने संयुक्त चीरा बढ़ाएँ। त्वचा वापस खींचो और quadriceps मांसपेशियों फीमर के समीपस्थ अंत करने के लिए लंगर में कटौती फीमर के पूर्वकाल पक्ष बेनकाब और पैर से बाहर पिन, बोर्ड से एक 45 डिग्री के कोण पर पिन रखने के लिए। blad के साथफीमर के पीछे पक्ष के खिलाफ कैंची का ई, हैमस्ट्रिंग संयुक्त घुटने से दूर कटौती। त्वचा और मांसपेशियों को पंख काटना फीमर की समीपस्थ अंत करने के लिए लंगर फीमर के पीछे की ओर बेनकाब और पैर से बाहर पिन करने के लिए वापस खींच, बोर्ड से एक 45 डिग्री के कोण पर पिन रखकर। संदंश के साथ, सिर्फ संयुक्त घुटने से ऊपर, फीमर के बाहर का अंत पकड़ो। कूल्हे की ओर ऊरु शाफ्ट के दोनों तरफ कैंची के ब्लेड गाइड, फीमर ही में कटौती करने के लिए नहीं सावधान किया जा रहा। और्विक सिर, कैंची से थोड़ा खोलने के द्वारा संकेत दिया पहुंचने के बाद फीमर भंग करने के लिए, ऊरु सिर के नीचे की हड्डी तस्वीर करने के लिए नहीं सावधान किया जा रहा कैंची और्विक सिर पर सीधे आगे बढ़ के शीर्ष ब्लेड के साथ कैंची मोड़। संदंश के साथ ऊरु शाफ्ट के शीर्ष समझ, कोमल ऊतक में कटौती और्विक सिर से दूर ऐसीटैबुलम से इसे जारी करने के लिए। पूरे पैर की हड्डी खींचो, सहितफीमर, घुटने, और टिबिया, ऊपर और शरीर से दूर है, ध्यान से संयोजी ऊतक दूर काटने और मांसपेशियों त्वचा के लिए पैर जोड़ने। टखने संयुक्त overextend और फिर एक घुमा गति में कैंची का उपयोग टिबिअ भंग करने के लिए। , टिबिया के बाहर का अंत लोभी ख्याल रख रही है tendons तोड़ने के लिए नहीं, टिबिया अप और शरीर और पिन बोर्ड से दूर खींच। किसी भी शेष संयोजी ऊतक घुटने पर माउस करने के लिए लंबे हड्डी संलग्न कट। किसी भी अतिरिक्त मांसपेशियों या संयोजी ऊतक फीमर और टिबिया से जुड़ी निकालें। किसी भी आवेदन कि हड्डी की आवश्यकता बरकरार (ऊतक विज्ञान, histomorphometry, बायोमैकेनिकल परीक्षण, आदि।) रहने के लिए के लिए, (4-7) के रूप में मानक के घर में प्रोटोकॉल के साथ आगे बढ़ें। अस्थि मज्जा को अलग-थलग करने के लिए, धारा 2 के लिए आगे बढ़ना। अस्थि मज्जा अलगाव के लिए 2. लंबी हड्डी तैयारी संदंश का प्रयोग, पटेला दूर का सामना करना पड़ के साथ फीमर काबूएन डी समीपस्थ अंत (और्विक सिर) नीचे। घुटने संयुक्त overextend और एक घुमा गति में कैंची का उपयोग टिबिअ हटाना और फीमर करने के लिए। किसी भी संयोजी ऊतक एक साथ फीमर और टिबिया पकड़े कट। संदंश का प्रयोग, पूर्वकाल ओर दूर सामना करना पड़ रहा है और समीपस्थ अंत (और्विक सिर अंत) से नीचे के साथ फीमर समझ। कैंची condyles को ऊरु शाफ्ट को गाइड। धीरे कैंची आगे और पीछे बारी बारी से condyles, पटेला हटाने, और एपिफ़ीसिस रक्ताधान का पर्दाफाश करने के लिए। किसी भी अतिरिक्त मांसपेशियों या संयोजी ऊतक का उपयोग संदंश, कैंची, और Kimwipes फीमर से जुड़ी निकालें। संदंश का प्रयोग, पूर्वकाल ओर दूर सामना करना पड़ रहा है और बाहर का अंत (टखने अंत) से नीचे के साथ टिबिअ समझ। अगर tibial एपिफ़ीसिस बरकरार है, अप करने के लिए condyles टिबिअ शाफ्ट कैंची गाइड। धीरे condyles दूर करने के लिए आगे और पीछे कैंची बारी बारी से और एपिफ़ीसिस metaph बेनकाब करने के लिएविश्लेषण। किसी भी अतिरिक्त मांसपेशियों या संयोजी ऊतक का उपयोग संदंश, कैंची, और Kimwipes टिबिअ से जुड़ी निकालें। 3. अस्थि मज्जा अलगाव एक 0.5 मिलीलीटर microcentrifuge ट्यूब के नीचे के माध्यम से एक 18 जी सुई पुश। लंबी हड्डियों की जगह ट्यूब में (2 femurs और tibiae 2 की अधिकतम), घुटने का अंत नीचे नीचे अंत और ढक्कन बंद करें। घोंसला एक 1.5 मिलीलीटर microcentrifuge ट्यूब में 0.5 मिलीलीटर microcentrifuge ट्यूब। 15 सेकंड के लिए एक microcentrifuge में ≥10,000 XG पर नेस्ट ट्यूबों अपकेंद्रित्र। सत्यापित करें कि अस्थि मज्जा दृश्य निरीक्षण द्वारा हड्डियों से बाहर काता गया है। हड्डियों सफेद दिखाई देनी चाहिए और बड़ा ट्यूब में एक बड़े दृश्य गोली वहाँ होना चाहिए। हड्डियों के साथ 0.5 मिलीलीटर microcentrifuge ट्यूब त्यागें। उचित समाधान में अस्थि मज्जा (जैसे, पीबीएस, संस्कृति, मीडिया, FACS बफर) और प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल (डीएनए, आरएनए, या प्रोटीन अलगाव के साथ आगे बढ़ना निलंबित,FACS विश्लेषण, या प्राथमिक सेल संस्कृति)।

Representative Results

यहाँ वर्णित प्रोटोकॉल माउस फीमर और हड्डी के ऊतकों को नुकसान का एक न्यूनतम के साथ टिबिया के तेजी से विच्छेदन के लिए अनुकूलित है। और ऊतक विज्ञान (चित्रा 1 सी) 4,7 – इस तकनीक को बायोमैकेनिक्स अध्ययन, histomorphometry (बी चित्रा 1 ए) सहित बहाव के विश्लेषण के एक नंबर के लिए उपयुक्त है। प्रतिनिधि histomophometric micoCT 3 डी पुनर्निर्माण (चित्रा 1 ए – बी) के यह दर्शाता है कि दोनों जालीदार हड्डी और cortical खोल रखा जाता है कि घरनदार नंबर, मोटाई, और रिक्ति सहित हड्डी histomorphometry, के लिए मानकीकृत संरचनात्मक मापदंडों की सटीक quantitation के लिए अनुमति देता है; हड्डी की मात्रा; और cortical मोटाई, अन्य उपायों 8 के बीच में। प्रतिनिधि histologic खंड एक एच एंड ई दाग formalin-तय की और decalcified टिबिअ (चित्रा 1 सी) से पता चलता है। छवि दोनों calcified ख की अखंडता को दर्शाता हैएक और histologic विश्लेषण के लिए सेलुलर अस्थि मज्जा। अस्थि मज्जा अलगाव प्रक्रिया अस्थि मज्जा अंतरिक्ष के बाँझपन को बरकरार रखता है, कम से निपटने है प्रदूषण को कम करने के लिए, और लंबे समय हड्डी के काटने की आवश्यकता नहीं है, इस प्रकार अस्थि मज्जा उपज के नुकसान को कम करने। यह अस्थि मज्जा cytometry 5 और पीसीआर विश्लेषण प्रवाह सहित कई बहाव के अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है। 4.6 – इसके अलावा, इस प्रक्रिया अस्थिशोषकों और अस्थिकोरक (बी 2A चित्रा) सहित अस्थि मज्जा की कोशिकाओं, के प्राथमिक सेल संस्कृति के लिए अस्थि मज्जा को अलग किया जा सकता है। में एक माउस (ए) cortical बाहरी खोल और टिबिया के दिखा चित्रा 1. Histomorphological और माउस लंबी हड्डी के histological विश्लेषण। तीन आयामी microCT के पुनर्निर्माण (बी </s trong>) घरनदार हड्डी (पैमाने बार = 0.5 मिमी)। (सी) ऊतकीय एच ई एक decalcified और sectioned टिबिअ (4x) का दाग। छवियाँ कैथरीन Weilbaecher, चिकित्सा, संयुक्त राज्य अमेरिका के वॉशिंगटन विश्वविद्यालय के स्कूल के सौजन्य। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें। चित्रा 2. अस्थिशोषकों और अस्थिकोरक के भेदभाव के लिए प्राथमिक अस्थि मज्जा सेल संस्कृति। Osteoclastogenic मीडिया (4x) के 7 दिनों के बाद multinucleated अस्थिशोषकों के लिए (ए) जाल धुंधला हो जाना। (बी) अस्थिकोरक और Alizarin लाल (लाल रंग) के मीडिया में osteogenic 21 दिनों के बाद खनिजीकरण के लिए दाग़ लिए क्षारीय फॉस्फेट (बैंगनी रंग)। छवियाँ कैथरीन Weilbaecher के सौजन्य से, चिकित्सा, संयुक्त राज्य अमेरिका के वाशिंगटन विश्वविद्यालय के स्कूल।Iles / ftp_upload / 53936 / 53936fig2large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Discussion

We present a simple and efficient method for removal of mouse hind long bones and subsequent bone marrow isolation. This method maintains the high structural and cellular integrity of the bones and bone marrow and has low handling time, minimizing the likelihood of user-induced fracture or bone scoring that may influence downstream analyses. In addition, the centrifugation method for isolating bone marrow does not require cutting the bone to expose the bone marrow space or fluid to flush the bone marrow, reducing potential points of contamination. Moreover, the centrifuge technique is relatively high-throughput with lower hands-on time than other methods, thus reducing processing time.

High variation is inherent to in vivo mouse studies due to high mouse-to-mouse phenotypic variation. In order to maximize the research impact of expensive and labor-intensive mouse studies, it is critical to minimize technical experimental error9,10. Time from animal sacrifice to downstream analysis or tissue fixation introduces experimental variation that may overcome subtle changes and reduce large differences between groups. Therefore, rapid processing of samples is essential for accurate data analysis. The long bone dissection and bone marrow isolation techniques described here are optimized for rapid processing of animals and samples to reduce technical variation.

This protocol can be widely applied to many research fields, including investigation of the bone tissue itself or interrogation of the cells of the bone marrow. In addition, this straightforward approach to long bone dissection will enable researchers in related fields to directly interrogate bone contributions in order to expand our knowledge of bone marrow dysfunction in otherwise understudied pathologies.

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by NCI grant nos. U54CA143803, CA163124, CA093900, and CA143055 to K.J.P. The authors thank the current and past members of the Weilbaecher lab, especially Katherine Weilbaecher, Michelle Hurchla, and Hongju Deng, and members of the Brady Urological Institute, especially members of the Pienta laboratory for critical reading of the manuscript.

Materials

pinboard
pins
70% ethanol
dissection sissors 
dissection forceps
Kimwipes Kimberly-Clark 34120
16 guage needle
1.5 ml microcentrifuge tube
0.5 ml microcentrifuge tube
microcentrifuge

Riferimenti

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Citazione di questo articolo
Amend, S. R., Valkenburg, K. C., Pienta, K. J. Murine Hind Limb Long Bone Dissection and Bone Marrow Isolation. J. Vis. Exp. (110), e53936, doi:10.3791/53936 (2016).

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