A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
כאן, אנו מציגים פרוטוקול הכולל מעקב מיטוכונדריאלי, הליכי תרבית משותפת ישירה של תאי גזע מזנכימליים (MSCs) ותאי אפיתל פיגמנט ברשתית (ARPE19), כמו גם שיטות לצפייה וניתוח סטטיסטי של היווצרות ננו-צינוריות מנהור (TNT) והעברה מיטוכונדריאלית כדי לאפיין חילופי מיטוכונדריה באמצעות TNT בין MSCs ותאי ARPE19.
העברה מיטוכונדריאלית היא תופעה פיזיולוגית נורמלית המתרחשת באופן נרחב בקרב סוגים שונים של תאים. במחקר עד כה, המסלול החשוב ביותר להובלה מיטוכונדריאלית הוא באמצעות ננו-צינוריות מנהור (TNT). מחקרים רבים דיווחו כי תאי גזע מזנכימליים (MSC) יכולים להעביר מיטוכונדריה לתאים אחרים על ידי TNT. עם זאת, מחקרים מעטים הדגימו את התופעה של העברה מיטוכונדריאלית דו-כיוונית. כאן, הפרוטוקול שלנו מתאר גישה ניסיונית לחקר תופעת המעבר המיטוכונדריאלי בין MSCs לבין תאי אפיתל פיגמנט ברשתית במבחנה על ידי שתי שיטות מעקב מיטוכונדריאלי.
תרבית משותפת של תאי MSC נגועים במיטו-GFP עם תאי ARPE19 נגועים במיטו-RFP (קו תאי אפיתל פיגמנט ברשתית) במשך 24 שעות. לאחר מכן, כל התאים הוכתמו בפלואידין וצולמו במיקרוסקופ קונפוקלי. נצפו מיטוכונדריה עם פלואורסצנטיות ירוקה בתאי ARPE19 ומיטוכונדריה עם פלואורסצנטיות אדומה בתאי MSC, מה שמצביע על כך שהעברה מיטוכונדריאלית דו-כיוונית מתרחשת בין תאי MSC ותאי ARPE19. תופעה זו מצביעה על כך שהובלה מיטוכונדריאלית היא תופעה פיזיולוגית נורמלית המתרחשת גם בין תאי MSC ותאי ARPE19, והעברה מיטוכונדריאלית מתאי MSC לתאי ARPE19 מתרחשת בתדירות גבוהה הרבה יותר מאשר להיפך. התוצאות שלנו מצביעות על כך ש-MSCs יכולים להעביר מיטוכונדריה לתוך אפיתל פיגמנט ברשתית, ובאופן דומה מנבאות כי MSCs יוכלו לממש את הפוטנציאל הטיפולי שלהם באמצעות הובלה מיטוכונדריאלית באפיתל פיגמנט הרשתית בעתיד. בנוסף, העברה מיטוכונדריאלית מתאי ARPE19 לתאי MSC עדיין צריכה להיחקר.
מיטוכונדריה משמשים כמקור האנרגיה העיקרי עבור רוב סוגי התאים, כאשר תפקוד לקוי של המיטוכונדריה משפיע במיוחד על רקמות עתירות אנרגיה כמו רשתית1. שינויים מטבוליים ברשתית יכולים לעורר משבר ביו-אנרגטי, ובסופו של דבר לגרום למוות של פוטורצפטורים ו/או תאי RPE2. טיפולים מבוססי תאי גזע מזנכימליים (MSC) הוכיחו יעילות בטיפול בניוון עיני, וניתן לייחס את אחד המנגנונים המדויקים העומדים בבסיס ההשפעות המועילות של MSCs על רקמות הרשתית להעברה מיטוכונדריאלית תפקודית 3,4,5,6. בשנת 2004, Rustom et al. דיווחו לראשונה על תופעת המעבר המיטוכונדריאלי באמצעות אינטראקציה חדשה בין תאים המתאפשרת על ידי ננו-צינוריות מנהור (TNTs)7.
בתרבית דו-ממדית, ננו-צינוריות מנהור (TNTs) מזוהות על ידי בליטות הקרום הדקות שלהן (20-700 ננומטר) שאורכן נע בין עשרות למאות ננומטרים, אשר תלויות מעל המצע ויכולות ליצור קשרים ישירות בין שני תאים הומוטיפיים והטרוטיפיים או יותר. מבנים אלה מועשרים במיוחד באקטין F ומקלים על הובלת מטענים, כגון מיטוכונדריה, בין תאים. בנוסף, ל-TNT יש פתחים בשני הקצוות, המאפשרים המשכיות של תוכן ציטופלזמי בין תאים מחוברים8.
קשה לזהות העברה מיטוכונדריאלית בתיווך TNT in vivo בגלל הסידור התאי הצפוף והאתגרים במעקב אחר מיטוכונדריה. ניסויים במבחנה, תוך שימוש בתרבית תאים משותפת ובטכניקות מעקב מיטוכונדריאלי, מאפשרים תצפית על היווצרות TNT והעברה מיטוכונדריאלית 8,9. כמו כן, צפינו בתופעה של העברה מיטוכונדריאלית בתיווך TNT על ידי תרבית משותפת של MSCs ותאי אפיתל פיגמנט ברשתית במבחנה10.
מחקרים קודמים רבים הבחינו רק בהעברה מיטוכונדריאלית חד-כיוונית מתאי MSC לתאים אחרים 3,4,5,6. בעבר, ניסינו גם לנתח את העברת המיטוכונדריה הדו-כיוונית באמצעות שני סוגים של תאים המסומנים בירוק עוקב מיטו ובאדום עוקב מיטו, בהתאמה, אך הדיבור המשולב של הצבעים הפריע לתוצאות הניסוי. כדי לחקור העברה דו-כיוונית מיטוכונדריאלית בצורה מדויקת יותר, כאן, בנינו שני קווי תאים עם פלואורסצנטיות מיטוכונדריאלית שונה באמצעות טכניקת הטרנספקציה הלנטי-ויראלית, ולאחר מכן, צפינו וניתחנו את התופעות של היווצרות TNT והעברה דו-כיוונית מיטוכונדריאלית באמצעות תרבית משותפת ישירה במבחנה.
בקצרה, פרוטוקול שלב אחר שלב וניתן לפעולה מתואר כאן כיצד לעקוב אחר מיטוכונדריה, תרבית משותפת של MSCs עם תאי ARPE19, ולנתח היווצרות TNT והעברה מיטוכונדריאלית. תוצאות ניסוי זה הדגימו העברה מיטוכונדריאלית דו-כיוונית בתיווך TNT, אשר לא רק הוכיחה כי הובלה מיטוכונדריאלית היא תופעה פיזיולוגית נפוצה, אלא גם הראו את היכולת הטיפולית הפוטנציאלית של MSCs על תאי הרשתית.
1. יצירת קווי תאים MSC-mito-GFP ו-ARPE19-mito-RFP
2. תרבית משותפת ישירה של תאי MSC ו- ARPE19
הערה: במערכת תרבית משותפת זו, תאי MSC-מיטו-GFP ישמשו כתאי התורם ואילו תאי ARPE19-mito-RFP יתפקדו כתאים המקבלים. כדי להבחין בין תאים תורמים לתאים מקבלים, עקבנו אחר תאים מקבלים.
3. תרבית משותפת עקיפה של תאי MSC ו- ARPE19 במערכת טרנסוול
4. צביעת שלד ציטוסקטון
הערה: יש להגן מפני אור במהלך הניסוי.
5. הדמיה קונפוקלית
הערה: הדמיה קונפוקלית מבוצעת בהתאם למדריך ההפעלה ועשויה להשתנות בין מיקרוסקופים. כאן אנו נותנים רק חלק מהשלבים המרכזיים.
6. ניתוח נתונים
התרשים הסכמטי שמדגים את התרבית המשותפת הישירה של תאי גזע מזנכימליים (MSC) ותאי ARPE19 מתואר באיור 1. MSCs, שהונדסו לבטא מיטו-GFP, כאשר תאי התורם ותאי ARPE19-mito-RFP עם ממברנות ציטופלזמיות המסומנות בסגול כתאים מקבלים עברו תרבית משותפת ביחס של 1:1. לאחר תקופה של 24 שעות של תר?...
מחקרים רבים הוכיחו כי תופעת המעבר המיטוכונדריאלי בתיווך TNT היא תהליך פיזיולוגי שכיח בסוגים שונים של תאי רקמה 10,11,12,13. תרומה מיטוכונדריאלית תפקודית מתאי MSC לתאים עם תפקוד לקוי של המיטוכונדריה מציגה פוט...
המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים מנוגדים.
אנו מודים ל- Guangzhou CSR Biotech Co. Ltd על הדמיה עם מיקרוסקופ סופר-רזולוציה מסחרי (HIS-SIM), רכישת נתונים, שחזור תמונת SR, ניתוח ודיון. עבודה זו נתמכת חלקית על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (82125007,92368206) והקרן למדעי הטבע בבייג'ינג (Z200014).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.25% Trypsin-EDTA | Gibco | 25200-056 | |
4% paraformaldehyde | Solarbio | P1110 | |
6-well plate | NEST | 703001 | |
15 mL centrifuge tube | BD Falcon | 352097 | |
24-well plate | NEST | 702001 | |
ARPE19 cells | ATCC | CRL-2302 | Cell lines |
Bovine serum albumin (BSA) | Beyotime | ST025 | |
CellTrace violet | Invitrogen | C34557 | |
Cover slide | NEST | 801007 | |
DMSO | sigma | D2650 | |
DPBS | Gibco | C141905005BT | |
DMEM/F-12-GlutaMAX | Gibco | 10565-042 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | VivaCell | C04002-500 | |
FluorSave Reagent | Millipore | 345789 | |
MSCs | Nuwacell | RC02003 | Cell lines |
ncMission | Shownin | RP02010 | |
Pen Strep | Gibco | 15140-122 | |
pCT-Mito-GFP | SBI | CYTO102-PA-1 | Plasmid; From https://www.systembio.com/mitochondria-cyto-tracer-pct-mito-gfp-cmv |
Puromycin | MCE | HY-B1743A | |
Pipette | Axygen | TF-1000-R-S | |
Phalloidin | Invitrogen | A22287 | |
Triton X-100 | Solarbio | T8200 | |
Transwell plate | Corning | 3470 |
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