نموذج الاستئصال القمي في قلب Xenopus tropicalis البالغ
Summary
Xenopus tropicalis هو نموذج مثالي للبحث التجديدي حيث تمتلك العديد من أعضائه قدرة تجددية ملحوظة. هنا ، نقدم طريقة لبناء نموذج إصابة القلب في X. tropicalis عبر استئصال القمة.
Abstract
من المعروف أنه في الثدييات البالغة ، فقد القلب قدرته على التجدد ، مما يجعل قصور القلب أحد الأسباب الرئيسية للوفاة في جميع أنحاء العالم. أظهرت الأبحاث السابقة القدرة التجديدية لقلب Xenopus tropicalis البالغ ، وهو برمائيات أنوران ذات جينوم ثنائي الصيغة الصبغية وعلاقة تطورية وثيقة مع الثدييات. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرت الدراسات أنه بعد استئصال قمة البطين ، يمكن للقلب أن يتجدد دون تندب في X. tropicalis. وبالتالي ، تشير هذه النتائج السابقة إلى أن X. tropicalis هو نموذج فقاري بديل مناسب لدراسة تجديد قلب البالغين. يتم تقديم نموذج جراحي لتجديد القلب في البالغين X. tropicalis هنا. لفترة وجيزة ، تم تخدير الضفادع وإصلاحها. ثم ، تم إجراء شق صغير باستخدام مقص استئصال القزحية ، واختراق الجلد والتامور. تم تطبيق ضغط لطيف على البطين ، ثم تم قطع قمة البطين بالمقص. تم تأكيد إصابة القلب والتجديد عن طريق الأنسجة في 7-30 يوما بعد الاستئصال (dpr). أنشأ هذا البروتوكول نموذج استئصال قمي في البالغين X. tropicalis ، والذي يمكن استخدامه لتوضيح آليات تجديد قلب البالغين.
Introduction
كان قصور القلب سببا رئيسيا للوفيات في جميع أنحاء العالم في السنوات الأخيرة. منذ عام 2000 ، تزايد عدد الوفيات الناجمة عن قصور القلب بمرور الوقت. توفي أكثر من 9 ملايين شخص بسبب اعتلال عضلة القلب في عام 2019 ، وهو ما يمثل 16٪ من إجمالي عدد الوفيات على مستوىالعالم 1. بسبب فقدان القدرة التجديدية للقلب في الثدييات البالغة ، في بعض الحالات ، لا يوجد ما يكفي من خلايا عضلة القلب للحفاظ على وظائف الانقباض في القلب ، مما يؤثر على وظائف القلب ويساهم في إعادة تشكيل البطين غير الطبيعي وفشل القلب2،3،4. في الواقع ، في الثدييات ، يتمتع القلب بأفقر قدرة على التجدد مقارنة بالأعضاء الأخرى ، مثل الكبد والرئتين والأمعاء والمثانة والعظام والجلد. نظرا لأن شيخوخة سكان العالم أصبحت اتجاها عالميا كبيرا ، فإن التحديات التي نواجهها مع أمراض القلب ستزداد حدة5.
قد يكون لتوضيح آليات تجديد القلب آثار كبيرة على علاجات أمراض القلب الإقفارية. كشفت التقارير أن قلوب الفئران حديثي الولادة لديها قدرة على التجدد بعد استئصال القمة6. ومع ذلك ، يتم فقدان هذه القدرة على التجدد بعد 7 أيام من سن7. أظهرت الدراسات أن قلوب الثدييات البالغة غير قادرة على التجدد لأن قدرتها على تكاثر خلايا عضلة القلب قد تضاءلت 8,9. ومع ذلك ، فإن قلوب الفقاريات السفلية تمتلك قدرة تجددية قوية بعد الإصابة. على سبيل المثال ، الزرد10 ، X. tropicalis11 ، Xenopus laevis 12 ، newt13 ، و axolotl14 قادرون على التجدد الكامل بعد استئصال القمة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تخضع الأجزاء الأخرى من أجسام بعض الفقاريات السفلية أيضا للتجديد الكامل ، مثل أطراف النوتات وذيول وعدسات وأذرع الضفادع الاستوائية ذات المخالب4،15،16.
يعد إنشاء نماذج لإصابات القلب الخطوة الأولى لتوضيح الآليات الكامنة وراء تجديد القلب وله أهمية كبيرة في البحث التجديدي. طور الباحثون طرقا مختلفة لبناء نماذج إصابات القلب ، بما في ذلك الطعن ، والكدمات ، والاستئصال الجيني ، والإصابة بالتبريد ، والاحتشاء 5,6.
تستخدم الإصابة بالتبريد واحتشاء عضلة القلب (MI) واستئصال القمة على نطاق واسع لإحداث إصابة قلبية ، وقد يكون لنوع الإصابة تأثيرات كبيرة على التجديد التالي لخلايا عضلة القلب6. اعتمادا على التقنية الجراحية ، يمكن أن تختلف استجابة القلب للتجديد. تسبب الإصابة بالتبريد موتا هائلا للخلايا وتنتج ندوبا ليفية في قلوب الزرد17 ، مما يخلق نموذجا يشبه احتشاء الثدييات. يتم إجراء الاستئصال القمي عن طريق قطع جزء من أنسجة البطين ، وهو ما تم في الزرد10 و X. tropicalis11 ، دون التسبب في ندوب دائمة. أجرت هذه الدراسة الاستئصال القمي ، وهي عملية أبسط وتتطلب أدوات جراحية أقل من الإصابة بالتبريد. باستخدام تحليل تتبع النسب ، أظهرت دراسة سابقة أن تجديد القلب مرتبط بتكاثر خلايا عضلة القلب الموجودة مسبقا في قلوب الفأر6 وسمك الزرد18 ، ولكن لا توجد تقارير عن البرمائيات. ومن ثم ، فإن نموذج استئصال القمة في X. tropicalis يلعب دورا مهما في توضيح الآليات الكامنة وراء الاستجابات التجديدية.
Protocol
Representative Results
Discussion
تم وصف الاستئصال القمي ، الذي ينطوي على البتر الجراحي لقمة القلب ، في الزرد والفئران6،18. ومع ذلك ، لم يتم وصف هذا في X. tropicalis. يصف هذا التقرير نموذجا موثوقا به لإصابة القلب ويوضح أن قلب X. tropicalis البالغ يمكن أن يتجدد بالكامل بعد الاستئصال القمي دون تندب…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم دعم هذا العمل بمنح من البرنامج الوطني للبحث والتطوير الرئيسي في الصين (2016YFE0204700) ، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (82070257 ، 81770240) ، ومنحة البحث في المختبر الرئيسي للطب التجديدي ، وزارة التعليم ، جامعة جينان (ZSYXM202004 و ZSYXM202104) ، الصين.
Materials
| Acetic acid | GHTECH | 64-19-7-500ml | |
| Acid Alcohol Fast Differentiation Solution | Beyotime | C0163M | |
| Acid Fuchsin | aladdin | A104916 | |
| Alcohol Soluble Eosin Y Stainin Solution | Servicebio | G1001-500ML | |
| BioReagent | Beyotime | ST2600-100g | |
| Ethanol absolute | Guangzhou Chemical Reagent Factory | HB15-GR-0.5L | |
| Hematoxylin Stain Solution | Servicebio | G1004-500ML | |
| Neutral balsam | Solarbio | G8590 | |
| Operating Scissors | Prosperich | HC-JZ-YK-Z-10cm | |
| Paraffins | Leica | 39601095 | |
| Para-formaldehyde Fixative | Servicebio | G1101-500ML | |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) powder | Servicebio | G0002-2L | |
| Phosphomolybdic acid hydrate | Macklin | P815551 | |
| Stereo microscope | Leica | ||
| surgical forceps | ChangZhou | zfq-11-btjw | |
| Surgical Suture | HUAYON | 18-5140 | |
| Tricaine | Macklin | ||
| Xylene | Guangzhou Chemical Reagent Factory | IC02-AR-0.5L |
References
- Thiara, B. Cardiovascular disease. Nursing Standard. 29 (33), 60 (2015).
- van Amerongen, M. J., Engel, F. B. Features of cardiomyocyte proliferation and its potential for cardiac regeneration. Journal of Cellular and Molecular Medicine. 12 (6), 2233-2244 (2008).
- Burke, A. P., Virmani, R. Pathophysiology of acute myocardial infarction. Medical Clinics of North America. 91 (4), 553-572 (2007).
- Sessions, S. K., Bryant, S. V. Evidence that regenerative ability is an intrinsic property of limb cells in Xenopus. Journal of Experimental Zoology. 247 (1), 39-44 (1988).
- Laflamme, M. A. Heart regeneration. Nature. 473 (7347), 326-335 (2011).
- Mahmoud, A. I., Porrello, E. R., Kimura, W., Olson, E. N., Sadek, H. A. Surgical models for cardiac regeneration in neonatal mice. Nature Protocols. 9 (2), 305-311 (2014).
- Tzahor, E., Poss, K. D. Cardiac regeneration strategies: Staying young at heart. Science. 356 (6342), 1035-1039 (2017).
- Porrello, E. R., et al. Transient regenerative potential of the neonatal mouse heart. Science. 331 (6020), 1078-1080 (2011).
- Porrello, E. R., et al. Regulation of neonatal and adult mammalian heart regeneration by the miR-15 family. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (1), 187-192 (2013).
- Poss, K. D., Wilson, L. G., Keating, M. T. Heart regeneration in zebrafish. Science. 298 (5601), 2188-2190 (2002).
- Liao, S., et al. Heart regeneration in adult Xenopus tropicalis after apical resection. Cell & Bioscience. 7, 70 (2017).
- Marshall, L. N., et al. Stage-dependent cardiac regeneration in Xenopus is regulated by thyroid hormone availability. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 116 (9), 3614-3623 (2019).
- Witman, N., Murtuza, B., Davis, B., Arner, A., Morrison, J. I. Recapitulation of developmental cardiogenesis governs the morphological and functional regeneration of adult newt hearts following injury. 발생학. 354 (1), 67-76 (2011).
- Cano-Martinez, A., et al. Functional and structural regeneration in the axolotl heart (Ambystoma mexicanum) after partial ventricular amputation. Archivos de Cardiología de México. 80 (2), 79-86 (2010).
- Kragl, M., et al. Cells keep a memory of their tissue origin during axolotl limb regeneration. Nature. 460 (7251), 60-65 (2009).
- Oberpriller, J. O., Oberpriller, J. C. Response of the adult newt ventricle to injury. Journal of Experimental Zoology. 187 (2), 249-253 (1974).
- Gonzalez-Rosa, J. M., Martin, V., Peralta, M., Torres, M., Mercader, N. Extensive scar formation and regression during heart regeneration after cryoinjury in zebrafish. Development. 138 (9), 1663-1674 (2011).
- Ellman, D. G., et al. Apex resection in zebrafish (Danio rerio) as a model of heart regeneration: A video-assisted guide. International Journal of Molecular Sciences. 22 (11), 5865 (2021).
- Lee-Liu, D., et al. Genome-wide expression profile of the response to spinal cord injury in Xenopus laevis reveals extensive differences between regenerative and non-regenerative stages. Neural Development. 9, 12 (2014).
- Wu, H. Y., et al. Fosl1 is vital to heart regeneration upon apex resection in adult Xenopus tropicalis. npj Regenerative Medicine. 6 (1), 36 (2021).
- Chablais, F., Jazwinska, A. Induction of myocardial infarction in adult zebrafish using cryoinjury. Journal of Visualized Experiments. (62), e3666 (2012).
