A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
התפשטות הקרדיוציט לאחר הפציעה היא תהליך דינאמי הדורש סימפוניה של רמזים בלתי-מיכיים מאוכלוסיות תאים שאינן מיוציט. ניצול מעקב אחר השושלת, בהירות פסיבית, ושלושה מימדים שלמים של מיקרוסקופ ההרכבה טכניקות, אנחנו יכולים לנתח את ההשפעה של מגוון סוגי תאים על תיקון לב והתחדשות.
מחלות לב וכלי דם הבטן כל סיבות אחרות של המוות והוא אחראי על 31% מדהים של מורטליקצבאות ברחבי העולם. מחלה זו מתבטאת בפגיעה בלב, בעיקר בצורה של אוטם שריר הלב חריפה. עם מעט חוסן לאחר הפציעה, רקמת לב בריאה פעם יוחלפו על ידי סיבי, לא הקונקטילה צלקת רקמה ולעתים קרובות להיות הקדמה אי ספיקת לב. כדי לזהות אפשרויות טיפול הרומן ברפואה רגנרטיבית, המחקר התמקד בחוליות עם יכולות משובי מולדת. אחד כזה אורגניזם מודל הוא עכבר ה, אשר מגיב לפציעה לב עם התחדשות חזקה שריר הלב. כדי לגרום לפציעה בעכבר ה, כי הוא רלוונטי קלינית, פיתחנו ניתוח כדי לסגר את העורק הקדמי שמאל בירידה (LAD), שיקוף אוטם שריר הלב המופעל על ידי טרשת עורקים בלב האנושי. מודל זה מספק לנו פלטפורמה לזיהוי המנגנונים המנחים את התחדשות הלב באמצעות הטכנולוגיה למעקב אחר שינויים בתוך האוכלוסיות האנטי-מיוציטים והלא-מיציט. קבלת תובנה על שינויים באוכלוסיות של תאי לב לאחר הפציעה הסתמך פעם בכבדות על שיטות כגון הבחנה רקמות הבדיקה היסטולוגית, אשר מוגבלים ניתוח דו מימדי ולעיתים קרובות נזק הרקמה בתהליך. יתר על כן, שיטות אלה חסרות את היכולת לעקוב אחר שינויים בתאי התאים, במקום זאת מספקת רק תמונה של תגובת הפציעה. כאן, אנו מתארים כיצד שיטות מתקדמות מבחינה טכנולוגית במודלים לאיתור השושלת, ניקוי איברים שלם ותלת מימדי (3D) המיקרוסקופיה מלאה יכול לשמש כדי להבהיר מנגנונים של תיקון לב. עם הפרוטוקול שלנו לניתוח אוטם שריר הלב של העכבר, ניקוי רקמות, 3D איברים שלמים הדמיה, מסלולים מורכבים לגרום להתפשטות הקרדיוציט יכול להיות מורכב, חשיפת מטרות טיפוליות הרומן להתחדשות הלב.
הלב כבר זמן רב נחשב להיות עוגב פוסט-mitotic, אך הראיות האחרונות מראות כי התחדשות הקרדיוציט מתרחשת בלב האנושי המבוגר בערך 1% לשנה1. עם זאת, אלה שיעורי נמוך של מחזור קרדיומיקוציט אינם מספיקים כדי לחדש את אובדן מסיבי של רקמות המתרחשת לאחר הפציעה. לב שסבל אוטם שריר הלב יאבדו סביב 1,000,000,000 קרדיוציטים, לעתים קרובות משמש כהקדמה לכישלון הלב ומוות לב פתאומי2,3. עם מעל 26,000,000 אנשים מושפעים אי ספיקת לב ברחבי העולם, יש צורך בלתי מתקיים עבור therapeutics שיכול להפוך את הנזקים שנגרמו על ידי מחלת לב4.
על מנת לגשר על פער זה בtherapeutics, החלו מדענים לחקור מנגנונים שאינם מנוצלים ושמרו על התחדשות האנדודוגני בעקבות הפציעה. מודל אחד ללימוד התחדשות לב היונקים הוא עכבר ה, הנמצא בתנועה. בתוך שבוע לאחר הלידה, עכברים בעלי הילודה יש תגובה משובי חזקה בעקבות נזק לב5. בעבר הדגמנו כי עכברים בעלי שם מסוגלים לחדש את הלב באמצעות התפשטות הקרדיוציט בעקבות כריתת הקודקוד5. למרות שטכניקה זו יכולה לעורר התחדשות לב בneonates, הניתוח חסר רלוונטיות קלינית לפציעות לב אנוש. כדי לחקות פציעה אנושית במודל העכבר של התינוק, פיתחנו טכניקה כדי לגרום אוטם שריר הלב דרך עורק כלילי הסגר6. טכניקה זו דורשת הארכה כירורגית של העורק האחורי השמאלי הקדמי (בחור), אשר אחראי על אספקת 40%-50% של הדם אל שריר הלב השמאלי בשריר המוח6,7. כך, הניתוח מביא לסיכונים ההשפעות על חלק ניכר מהחומה השמאלית החדרית. הנזק הזה לשריר הלב יעורר את התפשטות הקרדיוציט ואת התחדשות הלב בneonates5.
בעורק העורק הכלילי מספק שיטה מאוד מיועלת וישירה לחשוף את פעולתו הפנימית של התחדשות הלב. הניתוח המנותח מקבילה טרשת עורקים עורק כלילי בלב האדם, שבו הצטברות של הפלאק בתוך הקירות הפנימיים של העורקים יכול לגרום לחסימה ואת אוטם שריר הלב הבאים8. בשל חוסר בטיפולים טיפוליים לחולי אי ספיקת לב, חסימה בנער קשורה לשיעורי התמותה המגיעים עד 26% בתוך שנה לאחר פציעה9, וכתוצאה מכך נקרא "האלמנה maker". פיתוחים בtherapeutics דורשים מודל המשקף במדויק את ההשפעות הפיסיולוגיים והפתולוגיים המורכבים של פגיעה בליבו. הפרוטוקול הכירורגי שלנו לפגיעה בליבם של העכברים מספק פלטפורמה המאפשרת לחוקרים לחקור את הרמזים המולקולריים והסלולריים המספקים התחדשות לב היונקים לאחר הפציעה.
מחקר שנערך לאחרונה מדגיש את הקשר הדינמי בין סביבת החילוץ לבין הקרדיוומיציטים מתרבים. לדוגמה, חלון התחדשות לידה ניתן להאריך על ידי הפחתת הנוקשות של מטריצה החילוץ סביב הלב10. ביואטיריאלס מהמטריקס המגמיותיים יכולים גם לקדם התחדשות לב בלבבות יונקים למבוגרים לאחר פגיעה בלב11. גם ליווי התפשטות הקרדיוציט היא תגובה לאנגיוגנטית12,13; היווצרות עורק הסביבתי ייחודי ליבה מתחדשות של עכבר ה, היתה הכרחית לעירור התחדשות הלב12. יתר על כן, המעבדה שלנו הוכיחה כי מווסת את הפצת הקרדיוציט ואת התחדשות הלב באמצעות אפנון של רמות גורם הצמיחה, כמו גם את התגובה הדלקתית בעקבות פציעה14. ממצאים אלה מדגישים את הצורך לעקוב אחר אוכלוסיות תאים שאינן מיציט בתגובה לפציעה בלב. כדי להשיג מטרה זו, אנו יש לנו לנצל את המערכת שילוב מחדש של היצור-לקס בשורות עכברים טרנסגניים לשלב הביטוי הקונסטיטוטיבי או מותנה של כתבת הפלורסנט חלבונים עבור מעקב השושלת. יתר על כן, אנו יכולים להשתמש בשיטות מתקדמות כדי לקבוע התרחבות התפשטות שבטים עם קו העכבר קשת, אשר מסתמך על ביטוי סטוכסטי של כתבים תלויי-צבע התלויים, רב צבעים כדי לקבוע את התפשטות המשובטים של אוכלוסיות ממוקדות תאים15. העסקת מעקב אחר השושלת עם הניתוח הכלילי של הדום העורקים הוא כלי רב עוצמה לנתח את המנגנונים הסלולריים המורכבות של התחדשות הלב.
מעקב אחר שושלת היוחסין של תאים בעלי תווית של שלושה מימדים (3D) הדמיה של איבר שלם קשה להשיג באמצעות הציבור המסורתי וטכניקת שחזור – במיוחד כאשר אוכלוסיות תאים הם שבירים, כגון סיבי עצב או כלי דם. בעוד הדמיה מלאה הדמיית העוגב על ידי הדגשות אופטיות יכולות ללכוד אוכלוסיות תאים שטחיות, מבנים השוכנים עמוק בתוך הרקמה נותרים בלתי נגישים. כדי לעקוף מחסומים אלה, טכניקות ניקוי רקמות פותחו כדי להפחית את האטימות של רקמות איברים שלם. לאחרונה, מקדמות משמעותיות נעשו לנקות השומנים-החליפו אקרילאמיד-הוכלא קשיח הדמיה תואם רקמות הידרוג'ל (בהירות)-שיטות מבוססות, אשר רקמה קבועה ברורה באמצעות הפקת ליפיד16. צעדים נלקחים גם כדי המגון את המדד השבירה ולאחר מכן להפחית פיזור אור בזמן הדמיה17. שיטה אחת כזאת היא בהירות פעילה, אשר מזירוז פירוק השומנים באמצעות אלקטרופורזה לחדור את אבקת הניקוי לאורך הרקמה18. למרות יעיל, זה ניקוי רקמות שיטה דורשת ציוד יקר יכול לגרום נזק לרקמות, מה שהופך את הגישה לא תואם אוכלוסיות תאים שברירי כגון עצבי הלב19. לפיכך, אנו מעסיקים את הגישה בהירות פסיבית, אשר נשענת על חום כדי להקל בעדינות על חדירת חומרי ניקוי, ולכן לסייע בשמירה של מבני תאים מסובכים20,21.
בהירות פסיבית היא בדרך כלל נחשב פחות יעיל מאשר בהירות פעילה18, כמו הטכניקה מלווה לעתים קרובות על ידי שני מכשולים עיקריים: חוסר היכולת לנקות את עומק האיבר כולו ואת כמות נרחבת של זמן הנדרש כדי לנקות רקמות מבוגרים. הגישה הפסיבית שלנו בהירות גוברת על שני המחסומים הללו עם תהליך ניקוי מהיר שמסוגל לנקות במלואו את החול ואת רקמת הלב מבוגרים. טכניקת הניקוי הפסיבי של רקמת הבהירות הגיעה ליעילות המאפשרת הדמיה של מגוון אוכלוסיות של תאי לב, כולל אוכלוסיות נדירות המופצות ברחבי הלב המבוגר. כאשר הלב הנקי הוא התמונה עם מיקרוסקופ קונפוקלית וקדי, את הארכיטקטורה של המבנה הספציפי לתא במהלך פיתוח, מחלה, והתחדשות יכול להיות מואר.
כל הניסויים נערכו בהתאם למדריך לשימוש ולטיפול בבעלי חיים מעבדתיים ובציות לועדת הטיפול והשימוש בבעלי חיים מוסדיים בבית הספר לרפואה ובריאות הציבור באוניברסיטת ויסקונסין-מדיסון. כל השיטות נערכו על סוג פראי C57BL/6J (B6) וקווי העכבר הטרנסגניים שהתקבלו ממעבדות ג'קסון.
1. סגר עורק כלילי (אוטם שריר הלב) הנגרמת באמצעות הארכה של העורק הקדמי שמאלי (LAD) ב-1-יום עכברים של המלך הישן6
2. ניקוי לב העכבר עם בהירות פסיבית21,22,23
3. אופציונלי: מכתים אימונוהיסטוכימיה של הלב המלא של הר העכבר
4. המחשה של אוכלוסיות שאינן מיציט ב-3D עם הדמיה חד-פוטון Confocal יקרוסקופית מיקרוסקופיה של לב העכבר הנקי
הערה: אם לבבות העכבר הם קצרו embryonically, להמשיך עם סעיף 4.1. עבור לבבות עכבר שנקטפו postnatally, להמשיך עם סעיף 4.2.
לעתים קרובות שני הצעדים המאתגרים ביותר מנחה את הלב מתוך חלל החזה ליגגאת LAD. כדי לפתור את הפעולות הבאות, ניתן לבצע התאמות במיקום הניקוב הראשוני בין השרירים הבין-מפרידים הרביעית; אם הניקוב והניתוח הקהה קרובים מדי בסמיכות לעצם החזה, ייתכן שהלב לא יוכל לצאת מחלל החזה (איור 1...
אינטראקציות תא תא בין האוכלוסייה הקרדיוציטים לבין אוכלוסיות שאינן מיוציט הן גורם הקובע אם הלב יעבור פיברוזיס או יתקן לאחר הפציעה. תגליות נעשו להפגין כי מגוון של סוגי תאים, כולל עצבים14, תאים אפירחיוג24, מקרופאגים הצפק25, העורקי העורקים12...
המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.
המימון לפרויקט זה סופק על ידי בית הספר UW לרפואה ובריאות הציבור מתוכנית שותפות ויסקונסין (A.I.M.), ו האמריקנית לפיתוח קריירה האגודה פרס הברית 19CDA34660169 (A.I.M.).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
1-thioglycerol | |||
6-0 Prolene Sutures | Ethicon | 8889H | Polypropylene Sutures |
Acrylamide | |||
Boric acid | |||
Curved Forceps | Excelta | 16-050-146 | Half Curved, Serrated, 4 in |
Dressing Forceps | Fisherbrand | 13-812-39 | Dissecting, 4.5 in |
Glass Vial | Fisherbrand | 03-339-26A | 12 x 35 mm Vial with Cap |
Histodenz | Sigma-Aldrich | Density gradient medium | |
Iridectomy Scissors | Fine Science Tools | 15000-03 | 2 mm Cutting Edge |
Large Dissecting Scissors | Fisherbrand | 08-951-20 | Straight, 6 in |
Needle Holder | Fisherbrand | 08-966 | Mayo-Hegar, 6 in |
Paraformaldehyde | |||
Phosphate Buffer | |||
Sharp Forceps | Sigma-Adrich | Z168777 | Fine Tip, Straight, 4.25 in |
Small Dissecting Scissor | Walter Stern Inc | 25870-002 | 30 mm Cutting Edge |
Sodium Azide | |||
Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) | |||
Tissue Forceps | Excelta | 16050133 | Medium Tissue, 1X2 Teeth |
VA-044 | Wako Chemicals | Water-soluble azo initiator |
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