Ardışık<em> In vivo</em> Kırık Onarım sırasında Osteojenik Kök / Progenitör Hücrelerinin Görüntüleme
Summary
Kırık iyileşmesi kemik progenitör fonksiyonunun kantitatif ölçümü yüksek çözünürlüklü seri görüntüleme teknolojisini gerektirir. Burada, protokoller görseli sırayla ve kemik kırığı tamir sürecinde endojen osteojenik kök / progenitör hücrelerin hareketi, çoğalması ve farklılaşması ölçmek için intravital mikroskopisi ve osteo-dizi izleme kullanarak verilmiştir.
Abstract
Kemik sürekli devrediyor ve yüksek rejeneratif yaralanma takip ediyor. Osteojenik kök / progenitor hücreler uzun zaman var olduğu öne sürülmüştür, ancak bu hücrelerin in vivo gösteri ancak son zamanlarda elde edilmiştir. Burada, in vivo görüntüleme teknikleri, endojen osteojenik kök / progenitör hücrelerin rolünü (OSPCs) ve kemik tamir kendi soyu araştırmak için temin edilmiştir. Modelleri ve kalvarial kemik uyarılan mesafeli mikro Intravital görüntüleme izleme osteo-soy hücre kullanarak, OSPCs doğrudan erken onarım sürecinde kritik olaylar meydana geldiği yaralanma sonrası ilk birkaç gün boyunca görülebilir. Yaralanma siteleri sırayla OSPCs, yaralanma taşınmaya sayısındaki artış ve kemik oluşturan osteoblastlar farklılaştığı ortaya görüntülü olabilir. Bu yöntemler kemik rejenerasyonu ve onarımı için kök hücre-içsel ve dışsal moleküler düzenleyicilerin rolünü araştıran bir araç sunuyoruz.
Introduction
Dejeneratif kemik hastalıkları ve osteoporotik kırık riski yüksek yol yaşa bağlı kemik kaybı halk sağlığı 1 önemli bir sorun haline gelmiştir. Kemik bakım kemik oluşturucu osteoblastlar ve kemik erimesi ile ilgili osteoklastı tarafından kontrol edilir. Kemik oluşturan hücreler kusurlar, yaşa bağlı kemik kaybı, dejeneratif kemik hastalıkları 2,3 bir ana nedenidir. Kapsamlı araştırma kırık iyileşme iyileştirilmesi odaklanmış olsa da, güvenilir ilaçların keşfi dejeneratif kemik hastalıkları tedavi ve osteoporotik kırıkların zayıflığını tersine çevirmek için önemli bir sorun olmaya devam etmek. Böylece, kemik rejenerasyonu ve onarımı, kemik oluşturan hücreler ve onların denetim mekanizmalarının kaynağını inceleyerek iskelet yenilenmesini artırmak ve kemik kaybı hastalıkları tersine çevirmek için yeni bir fikir verir.
Kemik iliğinde multipotent mezenkimal hücrelerin varlığı clonogenic popülasyonlarının tanımlanması göre önerilmiştir ki farklı olabilirOsteogenik içine sokularak, adipogenic ve kondrojenik soylar ex vivo 4.. Son zamanlarda birçok çalışma iskelet / mezenkimal kök hücreler (DGM / MKH) osteoblast bir doğal kaynaktır ve kemik döngüsü, yeniden ve kırık onarımı 5,6 için kritik olduğunu bildirdi . Buna ek olarak, bizim soy izleme çalışması olgun osteoblastlar beklenmedik bir şekilde kısa yarı ömrü (~ 60 gün) var ve sürekli olarak normal homeostatik ve kırık tamiri koşullarda 6 hem kendi kök / progenitör hücreler tarafından doldurulan olduğunu ortaya çıkardı. Bununla birlikte, in vivo kök hücre kimliği ve ne kadar bu gibi hücreler yaralanma parçalanması ve kemik oluşturan hücreler, belirsiz arz tepki. Bu nedenle, fizyolojik şartlar altında göç, çoğalmasını ve endojen DGM'ler / MKH'lerin farklılaşmasını analiz edebilir bir yöntem geliştirmek için önemlidir.
Kırık onarımı karmaşık bir dizi ile düzenlenen bir çok selüler ve dinamik bir süreçtirsitokinler ve büyüme faktörleri 7. Kırık çalışmaları için en popüler yaklaşım, uzun kemik kırığı olan bir hayvan modeli kullanmak ve kemik kesit ve imünoflöresan teknikleri 8-10 tarafından kemikleri analiz etmektir. Bu onarım işlemi mikro CT 11, yakın kızıl ötesi floresan 12 ve 13 kemilüminesans görüntüleme de dahil olmak üzere birden fazla görüntüleme teknikleri ile izlenebilir. Bununla birlikte, her bir teknik belirli sınırlamaları vardır ve in vivo olarak hücresel düzeyde DGM / MSC fonksiyonu izlemek için etkili bir yolu olmuştur. Son zamanlarda, konfokal / iki foton İntra vital mikroskopik geliştirilen ve hayvanlara 14, canlı da tek hücreli çözünürlükte kemik iliği mikro-bağlamında nakledilen kanser hücreleri ve hematopoietik kök hücreleri tespit etmek için kullanılmıştır. Soy izleme modelleri bir dizi ile bu teknolojiyi birleştirerek, osteojenik kök / progenitör hücreler genetik geçici ac ile işaretlenmiş olabilir tanımlamak başardıkmyxovirus direnç -1 (MX1) promoteri ve MX1 kaynaklı progenitörlerin tivasyon zaman içinde olgun osteoblastların çoğunluğu koruyabilir ama yetişkin fare 6 kondrositlerin nesil katılmazlar. Buna ek olarak, MX1 etiketli OSPCs kırık iyileşmesi 6 yeni osteoblastların çoğunluğu kaynağı olduğunu gösterdi.
Burada, osteo-dizi izleme modelleri ve intravital mikroskopi kullanılarak, bir protokol kırık onarımında MX1 + osteojenik kök / projenitör hücrelerin in vivo kinetiklerini belirlemek için sağlanır. Bu protokol kırık siteleri içine osteojenik kök / atalarıdır tehcir ve erken onarım süreci osteoprogenitör genişleme kantitatif ölçümünü izlemek için sıralı görüntüleme sunar. Bu yaklaşım, kemik onarım iyileştirmek için tedavi adayların değerlendirilmesi dahil olmak üzere birden bağlamlarda yararlı olabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Iskelet kök hücrelerin düzenlenmesi kemik rejenerasyonu elde etmek için daha iyi yöntemler tanımlanması için büyük önem olabilir. Hücresel düzeyde nicel ve sıralı görüntüleme teknik açıdan zorlayıcı olmuştur. Fare uzun kemik kırığı modeli yaygın olarak kullanılan ve biyomekanik çalışmalar 17 için uygun olmasına rağmen, derin doku konumu, düzensiz kırık boyutu, yumuşak doku hasarı ve stabilize fiksatör uygulama sıralı Intravital görüntüleme sınırlıdır. Burada, …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Biz el yazması okumak için C. Park teşekkür ederim. Bu çalışma Ödül sayısı K01AR061434 ve DP'ye bir Lösemi ve Lenfoma Derneği Bursu Ödülü (5127-09) altında NIAMS tarafından desteklenen ve içeriği CPL ve DTS için Ulusal Sağlık Enstitüleri hibe değil sadece yazarların sorumluluğundadır ve yok edildi mutlaka Ulusal Sağlık Enstitüleri resmi görüşlerini temsil etmemektedir.
Materials
| C57BL/6J (H-2b) | Jackson Laboratories (Bar Harbor, ME) | 000664 | |
| Ketamine Hydrochloride Injection | Bionichepharma | 67457-001-10 | Vial size: 10 ml (50 mg/ml) |
| Xylazine Sterile Solution | Lloyd Inc. | NADA# 139-236 | |
| Buprenorphine Hl | BEDFORD LAB | NDC 55390-100-10 | Vial: 0.3 mg/ml, Doses: 0.05-0.1 mg/kg |
| DPBS, 1X | CORNING cellgro | 21-031-CV | |
| Alcohol Prep Pads (70% Isopropyl alcohol) | Kendall WEBCOL | 5110 | |
| Fine Surgical Scissor | F.S.T | 14568-09 | |
| Extra fine Forceps | F.S.T | 11150-10 | |
| VICRYL*Plus Suture | Ethicon | VCP490G | |
| Qtracker 705 non-targeted quantum dot | Invitrogen | Q21061 | |
| Methocel 2% | OmmiVision | ||
| pIpC (Polyinosinic-polycytidylic acid) | Sigma | P0913-50MG | 100 μl (2.5 mg/ml in PBS) for 10 g of mouse |
| Mai Tai Tunable Ultrafast Lasers | Spectra Physics | ||
| Dual Calypso 491 + 532 nm DPSS laser | Cobolt AB | ||
| Radius-635 HeNe laser | Coherent |
Referências
- Harada, S., Rodan, G. A. Control of osteoblast function and regulation of bone mass. Nature. 423, 349-355 (2003).
- Manolagas, S. C., Parfitt, A. M. What old means to bone. Trends Endocrinol Metab. 21, 369-374 (2010).
- Khosla, S., Riggs, B. L. Pathophysiology of age-related bone loss and osteoporosis. Endocrinol Metab Clin North Am. 34, 1015-1030 (2005).
- Friedenstein, A. J., Chailakhyan, R. K., Latsinik, N. V., Panasyuk, A. F., Keiliss-Borok, I. V. Stromal cells responsible for transferring the microenvironment of the hemopoietic tissues. Cloning in vitro and retransplantation in vivo. Transplantation. 17, 331-340 (1974).
- Mendez-Ferrer, S., et al. Mesenchymal and haematopoietic stem cells form a unique bone marrow niche. Nature. 466, 829-834 (2010).
- Park, D., et al. Endogenous Bone Marrow MSCs Are Dynamic, Fate-Restricted Participants in Bone Maintenance and Regeneration. Cell Stem Cell. 10, 259-272 (2012).
- Schindeler, A., McDonald, M. M., Bokko, P., Little, D. G. Bone remodeling during fracture repair: The cellular picture. Semin Cell Dev Biol. 19, 459-466 (2008).
- Holstein, J. H., et al. Rapamycin affects early fracture healing in mice. Br J Pharmacol. 154, 1055-1062 (2008).
- Maes, C., et al. Osteoblast precursors, but not mature osteoblasts, move into developing and fractured bones along with invading blood vessels. Dev Cell. 19, 329-344 (2010).
- Grcevic, D., et al. In vivo fate mapping identifies mesenchymal progenitor cells. Stem Cells. 30, 187-196 (2012).
- O’Neill, K. R., et al. Micro-computed tomography assessment of the progression of fracture healing in mice. Bone. 50, 1357-1367 (2012).
- Kovar, J. L., et al. Near-infrared-labeled tetracycline derivative is an effective marker of bone deposition in mice. Anal Biochem. 416, 167-173 (2011).
- Mayer-Kuckuk, P., Boskey, A. L. Molecular imaging promotes progress in orthopedic research. Bone. 39, 965-977 (2006).
- Lo Celso, C., et al. Live-animal tracking of individual haematopoietic stem/progenitor cells in their niche. Nature. 457, 92-96 (2009).
- Kuhn, R., Schwenk, F., Aguet, M., Rajewsky, K. Inducible gene targeting in mice. Science. 269, 1427-1429 (1995).
- Duran-Struuck, R., Dysko, R. C. Principles of bone marrow transplantation (BMT): providing optimal veterinary and husbandry care to irradiated mice in BMT studies. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science: JAALAS. 48, 11-22 (2009).
- Tu, Q., et al. Osterix overexpression in mesenchymal stem cells stimulates healing of critical-sized defects in murine calvarial bone. Tissue Eng. 13, 2431-2440 (2007).
