A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
ويمكن أن تكون الأمراض البشرية المعقدة صعبة في نموذج النظم النموذجية المختبرية التقليدية. هنا، ونحن نصف النهج الجراحي لنموذج مرض العضلات البشرية من خلال زرع الخزعات العضلات الهيكلية البشرية في الفئران نقص المناعة.
آثار العلاج التي لوحظت في الدراسات الحيوانية غالبا ما تفشل في تلخيصها في التجارب السريرية. وفي حين أن هذه المشكلة متعددة الأوجه، فإن أحد أسباب هذا الفشل هو استخدام نماذج مختبرية غير كافية. ومن الصعب وضع نموذج للأمراض البشرية المعقدة في الكائنات المختبرية التقليدية، ولكن يمكن التحايل على هذه المسألة من خلال دراسة xenografts البشرية. الطريقة الجراحية التي نصفها هنا يسمح لخلق العضلات والهيكل العظمي البشري xenografts، والتي يمكن استخدامها لنموذج مرض العضلات وإجراء الاختبارات العلاجية قبل السريرية. بموجب بروتوكول وافق عليه مجلس المراجعة المؤسسية (IRB)، يتم الحصول على عينات العضلات الهيكلية من المرضى ومن ثم زرعها في NOD-Rag1فارغةIL2rγnull (NRG) الفئران المضيفة. هذه الفئران هي المضيفين المثاليين لدراسات زرع بسبب عدم قدرتها على جعل الخلايا الليمفاوية ناضجة وبالتالي غير قادرة على تطوير الخلايا بوساطة والفكاهة الاستجابات المناعية التكيفية. يتم التخدير الفئران المضيفة مع isoflurane، وإزالة العضلات الطويلة الرقمي الفأر الأمامي والموسعة. ثم يتم وضع قطعة من العضلات البشرية في المقصورة الفارغة الساقية وخياطة إلى الأوتار القريبة والبعيدة من العضلات الطويلة البريونة. يتم الأوعية الدموية بشكل عفوي العضلات xenografted وinnervated من قبل المضيف الماوس, مما أدى إلى العضلات البشرية تجدد بقوة التي يمكن أن تكون بمثابة نموذج للدراسات ما قبل السريرية.
وقد أفيد أن 13.8٪ فقط من جميع برامج تطوير الأدوية التي تخضع لتجارب سريرية ناجحة وتؤدي إلى العلاجات المعتمدة1. في حين أن معدل النجاح هذا أعلى من 10.4٪ التي تم الإبلاغ عنها سابقا2، لا يزال هناك مجال كبير للتحسين. أحد النهج لزيادة معدل نجاح التجارب السريرية هو تحسين النماذج المختبرية المستخدمة في البحوث ما قبل السريرية. تتطلب إدارة الغذاء والدواء (FDA) دراسات حيوانية لإظهار فعالية العلاج وتقييم السمية قبل المرحلة 1 من التجارب السريرية. ومع ذلك، غالبا ما يكون هناك توافق محدود في نتائج العلاج بين الدراسات الحيوانية والتجارب السريرية3. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الحاجة إلى دراسات حيوانية قبل السريرية يمكن أن تكون حاجزا لا يمكن التغلب عليه للتنمية العلاجية في الأمراض التي تفتقر إلى نموذج حيواني مقبول، وهو ما يحدث في كثير من الأحيان بالنسبة للأمراض النادرة أو المتفرقة.
إحدى الطرق لنمذجة المرض البشري هي عن طريق زرع الأنسجة البشرية في الفئران التي تعاني من نقص المناعة لتوليد xenografts. هناك ثلاث مزايا رئيسية لنماذج xenograft: أولا، أنها يمكن أن تلخص التشوهات الوراثية والجينية المعقدة الموجودة في الأمراض البشرية التي قد لا تكون قابلة للاستنساخ في نماذج حيوانية أخرى. ثانياً، يمكن استخدام الجرافوجرافات لنمذجة الأمراض النادرة أو المتفرقة إذا كانت عينات المرضى متوفرة. ثالثا، xenografts نموذج المرض داخل نظام كامل في الجسم الحي. لهذه الأسباب، ونحن نفترض أن نتائج فعالية العلاج في نماذج xenograft هي أكثر عرضة للترجمة إلى التجارب في المرضى. وقد استخدمت بالفعل xenografts الورم البشري بنجاح لتطوير علاجات للسرطانات الشائعة، بما في ذلك الورم النقوي المتعدد، فضلا عن العلاجات الشخصية للمرضى الفردية4،5،6، 7.
في الآونة الأخيرة، وقد استخدمت xenografts لتطوير نموذج من أمراض العضلات البشرية8. في هذا النموذج، يتم زرع عينات خزعة العضلات البشرية في الأطراف الخلفية من الفئران NRG نقص المناعة لتشكيل xenografts. يموت الميوفيبر البشري المزروع، ولكن الخلايا الجذعية للعضلات البشرية الموجودة في xenograft في وقت لاحق توسيع وتمييز إلى myofibers الإنسان الجديد الذي يعيد ملء لامينا القاعدية البشرية engrafted. ولذلك، فإن myofibers مجددة في هذه xenografts هي الإنسان تماما ويتم تلقائيا إعادة الأوعية الدموية وinnervated من قبل المضيف الماوس. الأهم من ذلك، ضمور العضلات اللفافة (FSHD) أنسجة العضلات المريض زرعها في الفئران يلخص السمات الرئيسية للمرض البشري، وهي التعبير عن عامل النسخ DUX4 8. ويتسبب FSHD من الإفراط في التعبير عن DUX4، الذي يتم إسكاته جينيا في أنسجة العضلات الطبيعية9،10. في نموذج xenograft FSHD, وقد ثبت العلاج مع morpholino DUX4 محددة لقمع بنجاح التعبير DUX4 وظيفة, وقد يكون خيارا علاجيا محتملا للمرضى FSHD11. وتبين هذه النتائج أن xenografts العضلات البشرية هي نهج جديد لنموذج مرض العضلات البشرية واختبار العلاجات المحتملة في الفئران. هنا، ونحن نصف بالتفصيل الطريقة الجراحية لخلق العضلات والهيكل العظمي البشري xenografts في الفئران نقص المناعة.
وقد وافق مجلس الاستعراض المؤسسي في جامعة جونز هوبكنز على جميع استخدامات عينات البحوث من البشر لحماية حقوق المشاركين ورفاههم. تمت الموافقة على جميع التجارب الحيوانية من قبل لجنة الرعاية والاستخدام الحيوانية المؤسسية التابعة لجامعة جونز هوبكنز (IACUC) وفقا ً لدليل المعاهد الوطنية للصحة (NIH) لرعاية واستخدام الحيوانات المختبرية. ذكر NOD-Rag1فارغةIL2rγnull (NRG) الفئران المضيفة (8-12 أسابيع من العمر) وتستخدم لإجراء تجارب xenograft. وتوجد هذه الفئران في رفوف مهواة وتعطى الهواء المفلتر والمعتدل والمرطب من HEPA، فضلا ً عن المياه الفائقة الكلور التي تمت تصفيتها من التناضح العكسي. يتم توفير الفئران المياه واتباع نظام غذائي المضادات الحيوية المشعة(جدول المواد)ad libitum، ويوفر المرفق 14 ساعة من الضوء إلى 10 ساعة من الظلام كما تسيطر عليها الموقت المركزي.
1. إعداد المعدات
2. الإعداد الجراحي
3. جراحة الترقيع
4. مجموعة Xenograft
ملاحظة: عادة ما يتم جمع Xenografts بين 4 إلى 6 أشهر بعد الجراحة. ومع ذلك، تم إجراء مجموعات تصل إلى 12 شهرا بعد الجراحة.
5. الكيمياء المناعية Xenograft
الشكل 2: جراحة الترقيع. (أ)تتم إزالة الشعر من الموقع الجراحي. (ب)يتم إجراء شق على الساقية الأمامية (TA). يتم وضع علامة على الأوتار البعيدة من TA والموسعة رقمي longus (EDL) مع الأسهم. يشير الخط المتقطع الأسود إلى المكان الذي سيتم فيه قطع الظهارة في الخطوة 3.3. (C)يتم قطع الوتر القاصي لTA ويتم سحب العضلات حتى الركبة. (د)يتم قطع وتر EDL ويتم سحب EDL تصل إلى الركبة. هذا يكشف الوتر القريب من طول العبة (PL) ملحوظ مع سهم. خطوط متقطعة تشير إلى مكان قطع مع مقص لإزالة EDL (الأخضر) وPL (الأزرق). (E)تتم إزالة EDL وTA. (F)يتم وضع خياطة من خلال وتر قريب من PL.(G)يتم وضع xenograft في مقصورة الساقية الفارغة وsutured إلى وتر PL القريبة باستخدام عقدة مربعة جراحية من يدين. (H)يتم وضع خياطة من خلال وتر القاصي من PL، ملحوظ مع سهم، ويستخدم عقدة أخرى من ناحيتين مربع الجراحية لخياطة xenograft إلى وتر القاصي. (I)يتم زرع xenograft بالكامل وخياطة إلى PL.(J)يتم إغلاق الجلد مع الغراء الجراحية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: مجموعة Xenograft لمدة 4 أشهر. (أ)تتم إزالة الشعر من الموقع الجراحي. الغرز مرئية تحت الجلد. (ب)تتم إزالة الجلد الذي يزيد على xenograft. ثم يتم الاستيلاء على xenograft مع ملقط قزحية في خياطة القاصي وسحبت بلطف صعودا. بدءا من الكاحل، يتم استخدام مشرط لقطع على طول الساق وتحرير xenograft. يظهر السهم بداية الشق على طول الساق. (C)عن طريق سحب العضلات المعدة إلى الجانب، خط أبيض خافت من epimysium فصل العضلات لونغوس (PL) والجهاز الهضمي (كما هو مبين من قبل السهم) يصبح مرئيا. استخدام مشرط لقطع على طول هذا الخط لفصل PL من عضلات الساق الأخرى. (D)الجانب الأيمن من xenograft، وPL هي الآن خالية من العضلات الأخرى في الساق وعلى استعداد لإزالة. خط متقطع يشير إلى أين قطع مع مقص الجراحية لبدء إزالة xenograft وPL.(E)بعد قطع تحت خياطة القاصي، وحرف xenograft نحو الركبة. يشير الخط المتقطع إلى مكان القطع بالمقص الجراحي لإزالة xenograft وPL من المقصورة الساقية. (F)تم إزالة المقصورة الفارغة ذات الجرافة وPL بنجاح. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
كما يتضح من Yuanfan تشانغ وآخرون، وهذا البروتوكول الجراحي هو وسيلة مباشرة لإنتاج العضلات الهيكلية البشرية xenografts8. تصبح xenografts المجددة بشكل عفوي داخلي وعرض الانقباض الوظيفي. وبالإضافة إلى ذلك، فإن العضلات xenografted من المرضى FSHD يلخص التغيرات في التعبير الجيني لوحظ في المرضى FSHD
xenografts المستمدة من المريض هي وسيلة مبتكرة لنموذج مرض العضلات وإجراء دراسات ما قبل السريرية. الطريقة الموضحة هنا لإنشاء xenografts العضلات الهيكلية سريعة ومباشرة، واستنساخ. يمكن إجراء العمليات الجراحية من جانب واحد في 15 إلى 25 دقيقة، أو ثنائيا في 30 إلى 40 دقيقة. يمكن أن توفر xenografts الثنائية مرونة ت?...
ويعلن صاحبا البلاغ أنهما ليس لديهما مصالح مالية متنافسة.
وقد حظيت هذه الأعمال بدعم من رابطة استئصال الميوست ومؤسسة بيتر باك. نود أن نشكر الدكتورة يوانفان تشانغ على مشاركتها خبرتها وتدريبها في تقنية xenograft الجراحية.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
100 mm x 15 mm Petri dish | Fisher Scientific | FB0875712 | |
2-Methylbutane | Fisher | O3551-4 | |
20 mm x 30 mm micro cover glass | VWR | 48393-151 | |
Animal Weighing Scale | Kent Scientific | SCL- 1015 | |
Antibiotic-Antimycotic Solution | Corning, Cellgro | 30-004-CI | |
AutoClip System | F.S.T | 12020-00 | |
Castroviejo Needle Holder | F.S.T | 12565-14 | |
Chick embryo extract | Accurate | CE650TL | |
CM1860 UV cryostat | Leica Biosystems | CM1860UV | |
Coplin staining jar | Thermo Scientific | 19-4 | |
Dissection Pins | Fisher Scientific | S13976 | |
Dry Ice - pellet | Fisher Scientific | NC9584462 | |
Embryonic Myosin antibody | DSHB | F1.652 | recommended concentration 1:10 |
Ethanol | Fisher Scientific | 459836 | |
Fetal Bovine Serum | GE Healthcare Life Sciences | SH30071.01 | |
Fiber-Lite MI-150 | Dolan-Jenner | Mi-150 | |
Forceps | F.S.T | 11295-20 | |
Goat anti-mouse IgG1, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-21121 | recommended concentration 1:500 |
Goat anti-mouse IgG2b, AlexaFluor 594 | Invitrogen | A-21145 | recommended concentration 1:500 |
Gum tragacanth | Sigma | G1128 | |
Hams F-10 Medium | Corning | 10-070-CV | |
Histoacryl Blue Topical Skin Adhesive | Tissue seal | TS1050044FP | |
Human specific lamin A/C antibody | Abcam | ab40567 | recommended concentration 1:50-1:100 |
Human specific spectrin antibody | Leica Biosystems | NCLSPEC1 | recommended concentration 1:20-1:100 |
Induction Chamber | VetEquip | 941444 | |
Iris Forceps | F.S.T | 11066-07 | |
Irradiated Global 2018 (Uniprim 4100 ppm) | Envigo | TD.06596 | Antibiotic rodent diet to protect again respiratory infections |
Isoflurane | MWI Veterinary Supply | 502017 | |
Kimwipes | Kimberly-Clark | 34155 | surgical wipes |
Mapleson E Breathing Circuit | VetEquip | 921412 | |
Methanol | Fisher Scientific | A412 | |
Mobile Anesthesia Machine | VetEquip | 901805 | |
Mouse on Mouse Basic Kit | Vector Laboratories | BMK-2202 | mouse IgG blocking reagent |
Nail Polish | Electron Microscopy Sciences | 72180 | |
NAIR Hair remover lotion/oil | Fisher Scientific | NC0132811 | |
NOD-Rag1null IL2rg null (NRG) mice | The Jackson Laboratory | 007799 | 2 to 3 months old |
O.C.T. Compound | Fisher Scientific | 23-730-571 | |
Oxygen | Airgas | OX USPEA | |
PBS (phosphate buffered saline) buffer | Fisher Scientific | 4870500 | |
Povidone Iodine Prep Solution | Dynarex | 1415 | |
ProLong™ Gold Antifade Mountant | Fisher Scientific | P10144 (no DAPI); P36935 (with DAPI) | |
Puralube Ophthalmic Ointment | Dechra | 17033-211-38 | |
Rimadyl (carprofen) injectable | Patterson Veterinary | 10000319 | surgical analgesic, administered subcutaneously at a dose of 5 mg/kg |
Scalpel Blades - #11 | F.S.T | 10011-00 | |
Scalpel Handle - #3 | F.S.T | 10003-12 | |
Stereo Microscope | Accu-scope | 3075 | |
Superfrost Plus Microscope Slides | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
Suture, Synthetic, Non-Absorbable, 30 inches long, CV-11 needle | Covidien | VP-706-X | |
1ml Syringe (26 gauge, 3/8 inch needle) | BD Biosciences | 329412 | |
Trimmer | Kent Scientific | CL9990-KIT | |
Vannas Spring Scissors, 8.0 mm cutting edge | F.S.T | 15009-08 | |
VaporGaurd Activated Charcoal Filter | VetEquip | 931401 | |
Wound clips, 9 mm | F.S.T | 12022-09 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved