Research was partly supported by NIH research grants R01 AR062173 and SHC 250862 to IEA. ES is the recipient of NIH T32 CTSC predoctoral fellowship.

1. Entrega hidrodinâmica de sRANKL DNA MC <ol><li> Entrega hidrodinâmica via mouse cauda Veia <ol><li> Pesar o mouse antes da injeção veia da cauda. Diluir sRANKL ou proteína fluorescente verde (GFP) de MC em solução de Ringer (pré-aquecer a 37 ° C) em um volume total de ~ 10% do peso do corpo do rato. </li><li> Aqueça o rato em uma gaiola por 10 min antes da injeção, a fim de dilatar os vasos sanguíneos e fazer nervuras laterais (VEs) visíveis. Monitorar o mouse com cuidado para evitar a desidratação e hipertermia. </li><li> Assim que os VEs estão dilatados e visíveis, transferir o mouse para o limitador e insira a ficha longe o suficiente para o barril para conter o movimento. Monitorar o mouse para a atividade normal, como respirar. Ajuste a ficha do limitador, se necessário. </li><li> Desinfectar a zona da injecção de 3/4 a partir da ponta da cauda com um algodão embebido em álcool. Use uma agulha G 27-30 para mouse injeção veia da cauda. Segure a cauda firmemente com uma mão e inserir a agulha emna veia da cauda. Aplique pressão na seringa e completar a injeção dentro de 5-7 seg. </li><li> Retire a agulha da veia da cauda e aplicar pressão com uma bola de algodão no local da injeção para parar o sangramento. Monitorar o mouse por 15-30 min, em seguida, transferir o mouse de volta ao viveiro uma vez que a taxa de respiração é reduzida para a taxa normal. </li></ol></li><li> A confirmação da sistêmica Rato sRANKL Expressão e Quantificação de Rato Serum TRACP5b Mensagem Gene Transferência <ol><li> Aqueça o rato em uma gaiola por 5-10 min, a fim de dilatar os vasos sanguíneos e fazer LVs visível. Monitorar o mouse com cuidado para evitar a desidratação e hipertermia. </li><li> Fazer uma pequena incisão com uma lâmina de cauda do rato num sítio uma frente a partir da ponta da cauda. </li><li> Colete aproximadamente 100 mL de sangue em tubos de separação de soro. </li><li> Incubar os tubos de separação de soro à temperatura ambiente durante 30 min. </li><li> Centrifugar as amostras a 10.000 xg durante 5 minutos e recolher soro. Store soro de -80 ° C para posterior análise. </li><li> Realizar sRANKL ELISA e ensaio do rato TRACP5b soro em amostras de soro usando um kit comercial disponível. </li></ol></li></ol> 2. Geração in vitro de osteoclastos de rato BMMs <ol><li> O isolamento e cultura de BMMs <ol><li> Isolamento da tíbia e os ossos do fêmur: Eutanásia o mouse doador com CO2, e desinfectar as pernas com etanol 70%. Dissecar a partir do osso púbico até o osso calcâneo, para remover o fêmur ea tíbia ossos intactos. </li><li> Retirar a pele e músculo cuidadosamente sem danificar o osso. Coloque fémur e tíbia processada em uma placa de Petri contendo tampão de fosfato salina (PBS). </li><li> Remoção de medula óssea: Corte a ponta de um lado do fêmur e da tíbia ossos e expulsar da medula óssea em um tubo de 50 ml utilizando uma seringa de 1 ml com uma agulha de 25 G, carregado com α-MEM contendo 1% de penicilina / estreptomicina (Osteoclasto Meio de Cultura / OCM). </li><li&gt; Processo de medula óssea: Misturar e transferir a suspensão de medula óssea para um novo tubo de 50 ml por passagem através de um filtro de células de 70 mM de nylon. Centrifugar as células a 300 x g e re-suspensão em α-MEM contendo 1% de penicilina / estreptomicina e 10% de SBF (meio de cultura de osteoclastos / OCM (+)). </li></ol></li><li> Culturas de macrófagos <ol><li> Contar as células usando um hemocitômetro ou contador automático de células. </li><li> Placa 1 x 10 6 culas por po para uma placa de 6 poços ou 3 x 10 5 células de lamelas de vidro (5 mm) ou fatias de dentina colocadas em placa de 96 poços e incuba-se a 37 ° C. </li><li> Aspirar todo o meio contendo células não aderentes e as células incubar a 37 ° C com nova OCM (+) contendo 25 ng / ml de rato M-CSF durante 48 horas. </li><li> Aspirar todos os meios e incubar as células a 37 ° C, com fresco OCM (+) mídia contendo 25 ng / ml rato M-CSF, e 30 ng / ml sRANKL mouse para iniciar a osteoclastogênese. Reabastecer media a cada 3 dias, conforme necessário. </li><li> Cultivar célulasdurante aproximadamente 6-8 dias, para formar células gigantes multi-nucleares capazes de reabsorção óssea. Assim que as células multinucleadas aparecer, execute TRAP (fosfatase ácida tartarato resistente) coloração utilizando um kit comercial disponível, e quando totalmente amadurecido, realizar ensaios funcionais. Visualize anéis F-actina em lamelas usando mancha phalloidin e imagem das células aderidas à dentina fatias por microscopia eletrônica de varredura (SEM), como descrito anteriormente 19. </li></ol></li></ol> 3. Geração in vitro de osteoclastos a partir de PBMC humanas <ol><li> Isolamento de PBMC Humano <ol><li> Adicionar 10 ml de pré-aquecido de Histopaque-1077 para um tubo de 50 ml. </li><li> Filtro de leucócitos vazio obtido a partir do banco de sangue com PBS estéril para um tubo de 50 mL (proporção de 1:1 de sangue com PBS). Camada do sangue diluído sobre a solução histopaque muito lentamente, certificando-se de que o sangue não se mistura com o histopaque. </li><li> Centrifugar as amostras a 1000 xg durante 20 min a 18 ° C. Seguiring centrifugação, cuidadosamente isolar a camada buffy coat branco que contém as células brancas do sangue e transferir para um novo tubo de 50 ml. </li><li> Dilui-se as células com PBS e centrifugar novamente a 650 xg durante 5 min para recolher as células. </li><li> Remover o sobrenadante e ressuspender as células em OCM (-) media e contagem de células utilizando contador de células. </li></ol></li><li> Chapeamento e cultivando PBMCs <ol><li> Ressuspender as células em OCM (+) e meios de placa de 8 x 10 6 células / ml por poço numa placa de 6 poços ou de 1 x 10 6 células / ml por poço em placas de 96 poços. Células da placa em lamelas de vidro (5 mm), tal como exigido para imagiologia por imunofluorescência, bem como em fatias de osso adequadas para ensaios de reabsorção óssea, como previamente descrito 20. </li><li> Alterar meios de cultura, repondo as células com M-CSF humano a cada 2-3 dias ou quando necessário. Em seguida, avance para o passo de diferenciação no dia 5 pela adição de 30 ng / ml de sRANKL humano junto com 25 ng ml M-CSF humano / no OCM (+) de mídia para iniciar osteoclastogenesé. </li><li> Cultivar células em, aproximadamente, 14 a 21 dias para formar células gigantes multi-nucleares. Assim que as células multinucleadas aparecer, estas células podem então ser marcados de TRAP, e quando totalmente amadurecido, ensaios funcionais podem ser realizadas. Anéis de F-actina pode ser visualizado em lamelas utilizando faloidina mancha. A morfologia das células pode ser examinado em células ligadas à dentina fatias por SEM. </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Condições músculo-esqueléticas são as principais causas de morbidade e incapacidade e são compostas de mais de 150 doenças e síndromes; afetando cerca de 90 milhões de americanos hoje. Inflamação das articulações e destruição óssea são características predominantes de doenças músculo-esqueléticas, incluindo artrite e osteoporose. A osteoporose é uma condição que enfraquece a integridade óssea, muitas vezes levando a fraturas do osso. A artrite é uma doença crônica, debilitante doença caracte...

Doenças músculo-esqueléticas afectam milhões de pessoas nos Estados Unidos e apresentar conseqüências graves para os sistemas nacionais e locais de saúde 1. Estes distúrbios são caracterizados por perda de massa óssea e da função articular que requerem tratamento extensivo e longos períodos de recuperação. Vulgarmente, um aumento relativo no número e / ou actividade dos osteoclastos, as células especializadas para reabsorver osso, na osteoporose e artrite observadas é 2. Sob condições fisiológicas, o número e a actividade dos osteoclastos é regulada pelo activador do receptor do factor nuclear κ-B ligando (RANKL), o qual é produzido por osteoblastos. A osteoprotegerina (OPG), um receptor de engodo para RANKL também é produzido por osteoblastos três modelos animais in vivo que envolvem a sobre-expressão sistémica de sRANKL, ou deleção de OPG são muito valiosas na pesquisa de osteoporose.; No entanto, estes métodos requerem a geração de ratinhos transgénicos 4,5. Aqui, uma nova alternativaMétodo de overexpressing sRANKL para o estudo de desordens relacionadas com musculoesqueléticas é descrito. Especificamente, minicírculo (MC) a tecnologia de DNA e métodos de entrega hidrodinâmicas foram utilizadas para conseguir a transferência do gene de sRANKL in vivo e sobre-expressar rato sRANKL sistemicamente 6. Este método também é complementar a outros modelos in vivo de osteoporose, tais como a modulação hormonal de osteoclastos seguintes ovariectomia 7 e a intervenção dietética com uma dieta pobre em cálcio 8. Estes modelos são muito úteis para estudar os diferentes aspectos de distúrbios osteomusculares relacionados ao porém eles necessitam de procedimentos cirúrgicos e pode demorar até vários meses, a um custo significativo 9. Ovariectomizadas (OVX) modelo de roedor é um modelo animal experimental em que a remoção dos ovários leva à deficiência de estrogênio imitando assim osteoporose pós-menopausa humana 10. Human osteoporose pós-menopausa, uma condição em que o estrogênio Deficiparência leva ao aumento do risco de fraturas ósseas e osteoporose afeta cerca de oito milhões de mulheres nos Estados Unidos. Embora o modelo de OVX é útil para a osteoporose pós-menopausa que oferece vantagens limitadas em estudar a osteoporose em geral. Estrogen suprime a perda óssea, induzindo a inibição de osteoclastos e osteoblastos apoptose, portanto, na sua ausência de um aumento da actividade dos osteoclastos é observada 10-12. A relação de desequilíbrio RANKL-OPG que favorece a reabsorção óssea também é observada 13. No entanto, a deficiência de estrogénio, in vivo, também é acompanhada por uma diminuição dos níveis de factor de crescimento transformante β (TGF β), o aumento da interleucina-7 (IL-7) e de TNF, IL-1 e IL-6, 14,15. Como estas citocinas conhecidas funções moduladores de remodelação óssea independente da via de RANKL, é impossível atribuir qualquer activação dos osteoclastos unicamente ao eixo RANKL-RANK. O modelo descrito neste trabalho permite aos pesquisadores estudar em vivo eixo RANKL-RANK na osteoclastogênese e perda óssea sem citocinas pró-inflamatórias em comparação com modelos de roedores OVX. Além disso, técnicas in vitro osteoclastogênese são ferramentas essenciais para estudar a ativação dos osteoclastos para potenciais tratamentos terapêuticos de doenças músculo-esqueléticas. Estudos anteriores também mostraram que a cultura de medula óssea do rato macrófagos derivados (BMMs) com o mouse macrófagos fator estimulador de colônias (M-CSF) e mouse sRANKL pode levar a diferenciação de osteoclastos 3,16,17. Aqui, os protocolos de produção de células semelhantes a osteoclastos multinucleadas da medula óssea de rato, bem como a partir de células mononucleares do sangue periférico humano (PBMCs) in vitro, 18 encontram-se descritos. Os ensaios baseados em células necessárias para definir um osteoclasto terminalmente diferenciadas e totalmente funcional madura também são descritas resumidamente. Estas técnicas in vitro complementar o romance em abordagem vivo e servem como pinstrumentos de investigação owerful para estudar a diferenciação dos osteoclastos e ativação. Utilizando estes sistemas, os cientistas são capazes de gerar os osteoclastos in vivo e in vitro e definir os estímulos e sinais necessários para a sua proliferação e activação, assim como testar a eficácia dos inibidores farmacológicos e biológicos.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="677">
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:320px;">alpha-MEM</td>
			<td style="width:71px;">Life Technologies&#160;</td>
			<td style="width:119px;">12561-056</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:320px;">Human M-CSF</td>
			<td style="width:71px;">Miltenyi Biotec</td>
			<td style="width:119px;">130-096-492</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:320px;">Mouse M-CSF</td>
			<td style="width:71px;">Miltenyi Biotec</td>
			<td style="width:119px;">130-094-643</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:320px;">Human RANK-Ligand - soluble</td>
			<td style="width:71px;">Miltenyi Biotec</td>
			<td>130-094-631</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:320px;">Mouse RANK-Ligand - soluble</td>
			<td style="width:71px;">Miltenyi Biotec</td>
			<td style="width:119px;">130-094-076</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:320px;">Tailveiner Restrainer for mice</td>
			<td style="width:71px;">Braintree</td>
			<td style="width:119px;">TV-150 STD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Mouse TRANCE/RANK L/TNFSF11 Quantikine ELISA Kit&#160;</td>
			<td style="width:71px;">R&#38;D systems</td>
			<td style="width:119px;">MTR00</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Acid Phosphatase, Leukocyte (TRAP) Kit</td>
			<td style="width:71px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">387A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:320px;">MouseTRAP assay&#160;</td>
			<td style="width:71px;">immunodiagnostic systems</td>
			<td style="width:119px;">SB-TR103</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a novel in vivo gene transfer technique and in vitro cell based assays for the study of bone loss in musculoskeletal disorders

Differentiation and activation of osteoclasts play a key role in the development of musculoskeletal diseases as these cells are primarily involved in bone resorption. Osteoclasts can be generated in vitro from monocyte/macrophage precursor cells in the presence of certain cytokines, which promote survival and differentiation. Here, both in vivo and in vitro techniques are demonstrated, which allow scientists to study different cytokine contributions towards osteoclast differentiation, signaling, and activation. The minicircle DNA delivery gene transfer system provides an alternative method to establish an osteoporosis-related model is particularly useful to study the efficacy of various pharmacological inhibitors in vivo. Similarly, in vitro culturing protocols for producing osteoclasts from human precursor cells in the presence of specific cytokines enables scientists to study osteoclastogenesis in human cells for translational applications. Combined, these techniques have the potential to accelerate drug discovery efforts for osteoclast-specific targeted therapeutics, which may benefit millions of osteoporosis and arthritis patients worldwide.

Aqui, uma técnica de transferência de gene novo para a diferenciação de osteoclastos in vivo e os protocolos de cultura de células para a diferenciação de células precursoras em osteoclastos in vitro, como um método para estudar os efeitos das citocinas em osteoclastogénese são descritos. Na Figura 1, os resultados representativos de transferência de gene bem sucedida da GFP e rato sRANKL MC em ratinhos são mostrados. Na Figura 2, as imagens representativa...

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A Novel in vivo Gene Transfer Technique and in vitro Cell Based Assays for the Study of Bone Loss in Musculoskeletal Disorders

Differentiation of precursor cells into osteoclasts is regulated by cytokines and growth factors. Here, a novel gene transfer technique for differentiation of osteoclasts in vivo and cell culture protocols for differentiating precursor cells into osteoclasts in vitro as a method to study the effects of cytokines on osteoclastogenesis are described.

A Novel<em&gt; In vivo</em&gt; Técnica Gene Transferência e<em&gt; In vitro</em&gt; Ensaios baseados em células para o Estudo da perda óssea em Distúrbios Osteomusculares

Differentiation and activation of osteoclasts play a key role in the development of musculoskeletal diseases as these cells are primarily involved in bone ...

a-novel-vivo-gene-transfer-technique-vitro-cell-based-assays-for

Research

JoVE Journal

Medicine

A Novel in vivo Gene Transfer Technique and in vitro Cell Based Assays for the Study of Bone Loss in Musculoskeletal Disorders

11.6K visualizações.  University of California, Davis. Differentiation of precursor cells into osteoclasts is regulated by cytokines and growth factors. Here, a novel gene transfer technique for differentiation of osteoclasts in vivo and cell culture protocols for differentiating precursor cells into osteoclasts in vitro as a method to study the effects of cytokines on osteoclastogenesis are described. 