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* Estos autores han contribuido por igual
El incisivo del ratón contiene valiosas células que retienen etiquetas en su nicho de células madre. Tenemos una forma novedosa de detectar y cuantificar de manera imparcial las células que retienen la etiqueta; nuestro estudio utilizó el etiquetado EdU y un enfoque de reconstrucción 3D después de la limpieza del tejido PEGASOS de la mandíbula.
El incisivo murino es un órgano que crece continuamente a lo largo de la vida útil del ratón. Las células madre epiteliales y mesenquimales que residen en los tejidos proximales de los incisivos dan lugar a una progenie que se diferenciará en ameloblastos, odontoblastos y fibroblastos pulpares. Estas células son cruciales para apoyar la renovación sostenida de los tejidos incisivos, lo que hace que el incisivo murino sea un excelente modelo para estudiar la homeostasis de las células madre adultas. Se cree que las células madre contienen células quiescentes de larga vida que pueden ser marcadas por análogos de nucleótidos como 5-etinil-2'-desoxiuridina (EdU). Las celdas conservan esta etiqueta a lo largo del tiempo y, en consecuencia, se denominan células de retención de etiquetas (LRC). Los enfoques para visualizar las LRC in vivo proporcionan una herramienta sólida para monitorear la homeostasis de las células madre. En este estudio, describimos un método para visualizar y analizar las LRC. Nuestro enfoque innovador presenta LRC en incisivos de ratón después de la limpieza del tejido y la tinción EdU de montaje completo, seguida de microscopía confocal y una reconstrucción tridimensional (3D) con el software de imágenes. Este método permite la adquisición de imágenes 3D y la cuantificación no sesgada en comparación con el análisis tradicional de LRC en diapositivas seccionadas.
El incisivo de ratón en continuo crecimiento es un excelente modelo para estudiar células madre adultas1. Las células madre epiteliales (asa cervical labial y lingual) y mesenquimales (entre el asa cervical labial y lingual) que residen en el lado proximal del incisivo se diferencian en ameloblastos, odontoblastos y células de la pulpa dental. Este proceso único proporciona una fuente de células para compensar la pérdida y el recambio tisular2. Aunque varios marcadores de células madre como Sox2, Gli1, Thy1 / CD90, Bmi1, etc. se han identificado in vivo para los subconjuntos de células madre adultas en incisivos de ratón, son inadecuadas para representar las poblaciones de células madre cuando se usan solas 1,3,4,5. La visualización de células quiescentes de larga vida mediante el etiquetado y la retención de ADN análogo de nucleótidos podría proporcionar una detección imparcial para la mayoría de los subconjuntos de células madre adultas6. Además, este enfoque es útil entre muchos métodos de identificación de células madre7 para comprender el comportamiento celular y la homeostasis de las poblaciones de células madre dentales 3,8. Mientras que las células madre en división perderían su etiquetado de ADN después de una persecución considerable, las células madre quiescentes putativas conservan su etiqueta de ADN, considerándolas células de retención de etiquetas (LRC)6. El etiquetado y la retención del ADN por células madre no divididas marcarán y localizarán las células madre adultas putativas en sus nichos.
En los últimos años, el etiquetado análogo de timidina 5-bromo-2′-desoxiuridina (BrdU) reemplazó el engorroso, lento y de alta resolución método de marcado de ADN 3H-timidina incompatible con microscopía para ensayos de proliferación celular 6,9. En los últimos años, la técnica de etiquetado de 5-etinil-2'-desoxiuridina (EdU) se ha utilizado cada vez más sobre BrdU. Este patrón surgió debido a varias razones. En primer lugar, el método BrdU es lento y requiere mucha mano de obra. Las condiciones del usuario son variables, y es incapaz de preservar la ultraestructura en las muestras (debido a la desnaturalización del ADN). Del mismo modo, el método BrdU pierde la antigenicidad de las células, lo que lo hace ineficiente para análisis funcionales posteriores y ensayos, como los experimentos de colocalización y el trasplante de células madre in vivo 3,7,9,10,11,12. BrdU es también un teratógeno, que no es adecuado para el etiquetado de LRC en el desarrollo embrionario6. Además, el método BrdU es ineficiente cuando se utiliza en las muestras de montaje completo. Las desventajas son la baja penetración de anticuerpos en la parte profunda de las muestras o la necesidad de un largo período de incubación de anticuerpos para la penetración profunda13. El etiquetado EdU escapa a los pasos de desnaturalización de las muestras, preservando así la ultraestructura. Esta característica es ventajosa para los análisis funcionales posteriores, como los experimentos de colocalización y el trasplante de células madre11,12. Además, el etiquetado EdU es altamente sensible y rápido; La penetración de la muestra es alta debido al uso de azidas fluorescentes de absorción rápida y de menor tamaño para detectar etiquetas de EdU a través de una reacción de cicloadición catalizada por Cu(I) [3 + 2] (química "click")14.
Otro método de etiquetado de ADN cada vez más aplicado es el uso de ratones transgénicos modificados. Estos ratones expresan la proteína fluorescente verde histona 2B (H2B-GFP) controlada por un elemento regulador sensible a la tetraciclina 5,14. Después de alimentar a los ratones con tetraciclina durante un período de persecución de 4 semanas a 4 meses, la fluorescencia GFP disminuirá en las células cíclicas y solo las LRC retendrán la fluorescencia6. La ventaja de este método es que las LRC marcadas pueden aislarse y permanecer viables para cultivos celulares o análisis funcionales posteriores 6,7. Algunos estudios informaron un etiquetado inexacto de las células madre quiescentes cuando se persiguieron para su uso a largo plazo. Este resultado se debió a una expresión de fondo con fugas de la cepa H2B-GFP y no a la respuesta apropiada regulada por tetraciclina15.
Además, la mayoría de la literatura en el pasado utilizó la detección de LRC principalmente en diapositivas seccionadas, que son bidimensionales y a menudo erróneamente sesgadas al mostrar la ubicación precisa y el número de LRC. El enfoque mostró ángulos incorrectos para secciones de estructuras tisulares complejas16. El otro método era obtener imágenes 3D de secciones seriales y realizar reconstrucciones posteriores a la imagen. Estos pasos fueron inexactos debido a la distorsión de la imagen debido a las variaciones en cada sección serie debido a secciones comprimidas o estiradas, lo que resultó en información faltante16,17,18. El método también era laborioso y consumía mucho tiempo.
Para facilitar la obtención de imágenes de montaje completo de los LRC, las muestras deben ser claras mientras que la fluorescencia debe mantenerse bien. Las técnicas actuales de depuración tisular pueden clasificarse en tres grandes categorías: técnicas de depuración tisular a base de disolventes orgánicos, técnicas de depuración tisular a base de reactivos acuosos y técnicas de depuración tisular basadas en hidrogel17,19. El sistema de disolvente asociado al polietilenglicol (PEG) (PEGASOS) se ha desarrollado recientemente. Este enfoque hace que casi todos los tipos de tejidos sean transparentes y preserva la fluorescencia endógena, incluidos los tejidos duros como el hueso y los dientes20. El método PEGASOS tiene ventajas sobre otros métodos de limpieza de tejidos, especialmente en la limpieza de materiales dentales y óseos. La mayoría de los otros métodos sólo podían eliminar parcialmente los tejidos duros, tener largos tiempos de procesamiento o requerir reactivos costosos21. Además, el método PEGASOS puede preservar eficientemente la fluorescencia endógena sobre otros métodos.
Esta literatura nos llevó a crear un nuevo método para el estudio celular. Combinamos las ventajas de detección de LRC del etiquetado EdU con las imágenes 3D de montaje completo más superiores de muestras limpiadas con tejido; las muestras se procesaron con la técnica avanzada de limpieza de tejidos del sistema de disolvente asociado al polietilenglicol (PEG) (PEGASOS)15. La transparencia del tejido duro nos permitió reconstruir la señal 3D de la fluorescencia de las LRC in vivo sin romper los dientes o la mandíbula, creando una forma más precisa de visualizar y cuantificar las LRC.
En este estudio, proporcionamos una guía innovadora para visualizar las LRC en el incisivo del ratón. Hicimos un enfoque visual 3D para determinar la ubicación y cantidad de LRC dentro del nicho de células madre incisivas de ratón. Este proyecto utilizó el etiquetado EdU, técnicas de limpieza de tejidos PEGASOS y microscopía confocal. Nuestro método de etiquetado EdU de los LRC en tejido de montaje completo y el uso de una muestra transparente y transparente supera tanto las limitaciones de los portaobjetos seccionados tradicionales como otros métodos desventajosos de etiquetado de ADN. Por lo tanto, nuestra técnica será adecuada para estudios sobre homeostasis de células madre que requieran detección de LRC, especialmente en tejidos duros. El protocolo puede ser igualmente ventajoso para aquellos que se centran en la homeostasis de las células madre en otros tejidos y órganos.
Todos los métodos descritos aquí han sido aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) de la Facultad de Odontología de la Universidad de Texas A&M.
1. Preparación del cóctel de etiquetado EdU
2. Preparación de la solución de ratones y EdU
3. Preparación de la muestra por perfusión transcardíaca (ratones postnatales de 53 días de edad después del período de persecución de 6 semanas)
NOTA: El hígado del ratón debe ponerse pálido después de una perfusión transcardíaca exitosa.
4. Depuración tisular de la mandíbula mediante la técnica PEGASOS
NOTA: Se puede usar un tubo cónico de 15 ml o 50 ml según el volumen de tejidos para mantener las muestras listas para el tratamiento en cada paso. Las muestras se procesan a agitadores de 37 °C (~100 rpm) de los pasos 4.2 a 4.7. Use recipientes de plástico a base de polipropileno que sean resistentes a los solventes orgánicos para evitar que el plástico se derrita. Alternativamente, se puede utilizar cristalería.
PRECAUCIÓN: La técnica de limpieza de tejidos PEGASOS utiliza soluciones tóxicas como Quadrol, polietilenglicol (PEG), benzoato de bencilo (BB), MMA500, etc. Se requiere un EPP adecuado para evitar posibles exposiciones.
5. Imágenes confocales de la mandíbula despejada con tejido
6. Procesamiento de imágenes, reconstrucción de imágenes 3D y cuantificación de celdas de retención de etiquetas mediante la creación de una superficie, segmentación de la región de interés (ROI), enmascaramiento del ROI y creación de puntos
NOTA: Utilizamos Imaris (Bitplane 9.0.1) para el procesamiento de imágenes y la reconstrucción 3D, pero se pueden realizar pasos similares de procesamiento de imágenes utilizando otros conjuntos de software (por ejemplo, ImageJ / Fiji, 3D slicer, Avizo, Arivis, Amira, etc.).
Después del etiquetado de EdU y el proceso de limpieza de tejido PEGASOS (Figura 2), se obtuvo la mandíbula transparente como se muestra en nuestra imagen (Figura 3B). Comparamos la muestra modificada con una mandíbula normal sin un proceso de limpieza tisular (Figura 3A). La mandíbula transparente (Figura 3B) con etiquetado EdU se sometió a imágenes confocales. Nos centramos en el ápice incisivo...
Las dosis múltiples de inyecciones (BrdU, EdU) se utilizan generalmente en ratones neonatales en crecimiento para etiquetar las células proliferantes tanto como sea posible 1,6,13. El período de persecución es considerado un paso crítico con respecto a la tasa de renovación de los tejidos 6,13. El incisivo del ratón se renueva cada mes. Este rasgo permite a los in...
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecemos a Meghann K. Holt por editar el manuscrito. Este estudio fue apoyado por las subvenciones DE026461 y DE028345 de los NIH / NIDCR y el financiamiento inicial de la Facultad de Odontología de Texas A&M al Dr. Xiaofang Wang.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.5 M EDTA | Sigma Aldrcih | E9884 | |
20 × Objective/NA 0.9 | Leica | 507702 | |
50 mL Falcon Centrifuge Tubes | Falcon | 352070 | |
BD PrecisionGlide Needle | BD | REF 305111 | |
Bezyl benzoate (BB) | Sigma Aldrcih | 409529 | |
Bitplane 9.0.1 | Imaris | ||
BRAND cavity slides | Millipore Sigma | BR475505 | |
C57BL/6J mice | Jackson Laboratory | Strain #:000664 | |
Circulation Pump | VWR | 23609-170 | |
CuSO4 | Sigma Aldrcih | 451657 | |
DMSO | Sigma Aldrcih | D8418 | |
EdU | Carboynth | NE08701 | |
Heparin | Miiilipore Sigma | H3149 | |
Imaging System | Olympus | DP27 | |
LAS X Software | Leica | ||
Olympus Stereo Microscope | Olympus | SZX16 | |
Paraformaldehye | Sigma Aldrich | P6148 | |
PBS | Sigma Aldrich | P4417 | |
PEGMMA500 | Sigma Aldrich | 447943 | |
Quadrol | Sigma Aldrich | 122262 | |
Sodium Ascorbate | Sigma Aldrich | 11140 | |
Sulfa-Cyanine 3 Azide | Lumiprobe | D1330 | |
TBS-10X | Cell Signaling Technology | 12498 | |
TCS SP8 Confocal Microscope | Leica | ||
tert-butanol (tB) | Sigma Aldrich | 360538 | |
Triton X-100 | Sigma Aldrich | X100 |
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