This work was supported by the Intramural Research Program of the National Heart, Lung, Blood Institute of the National Institutes of Health. We thank Boris Fehse (University Medical Center Hamburg-Eppendorf, Hamburg, Germany) for providing the five LeGO vector plasmids; Christian A. Combs and Neal S. Young (NHLBI, NIH) for discussions, support and encouragement throughout this study, and Andre LaRochelle (NHLBI, NIH) for assistance with tail vein injections.

Tüm fareler ev sahipliği ve Bakım ve Sağlık Ulusal Enstitüleri Laboratuvar Hayvanları Kullanım Kılavuzu uyarınca ele, ve bir UKAKE Hayvan Bakım ve Kullanım Kurulu onaylı protokol alındı. Erkek B6.SJL-Ptprc (d) Pep3, (b) / 6-12 haftalık BoyJ (B6.SJL) ve C57BL / 6 fareler, sırasıyla, verici ve alıcı olarak kullanılmıştır. Malzemeler, reaktifler ve ekipmanın bir listesi Tablo 1&#39;de verilmektedir. Fare HSPCs 1. Lego İletimi ve Kemik İliği Nakli Sertifikalı biyogüvenlik düzeyi 2 (BSL2) kabin (doku kültürü kaputu) aşağıda açıklanan prosedürleri uygulayın. <ol><li> Lego Vektörler Kodlama 5fps&#39;dir Üretimi <ol><li> Lentiviral &quot;Gen Ontoloji&quot; (Lego) vektör plasmitler kullanın Lego-Cer2 (Cerulean), Lego-G2 (EGFP), Lego-V2 (Venüs), Lego-T2 dahil güçlü bir kurucu SFFV destekçisi, farklı bir FP kodlayan her (tdTomato), ve nazik Dr Boris Fehse (Üniversite Tıp Merkezi Hamburg-Eppendorf, Hamburg, Almanya) tarafından sağlanan Lego-C2 (mCherry); Addgene 5-7 de edinilebilir şimdi. </li><li> Lego vektörler, tohum 10 cm tabaklarda (her bir vektör için 12 tabaklar kullanın) 24 saat önce I10, ortam (% 10 FCS ve glutamin / penisilin / streptomisin ile takviye edilmiş IMDM) içinde 8 ml transfeksiyondan 5 x 10 6 293T hücreleri üretmek. </li><li> Biraz değiştirilmiş CAPHOS kiti kullanılarak öneriler Kalsiyum Fosfat ile hücrelerin transfekte: <ol><li> Her plaka karışımı 15 ug Lego vektörü, 12 ug pCDNA3.HIVgag / pol.4xCTE, 4 ug Önceki-TAT ve 50 varlığında ul 2.5 M CaCl2 1 ug pMD2.G-VSV-G plazmidler, ve su ekleyin 500 ul toplam hacim verir. </li><li> 2x HeBS (HEPES-Tamponlu Tuzu): 500 ul ile Çökelti, DNA plazmidler ve önce 293T hücreleri, her plaka ilave edilmeden oda sıcaklığında 20 dakika inkübe edilir. </li><li> Için inkübe hücreleri37 ° C,% 5 CO2 inkübatörü içinde 6 saat; medyayı çıkartın ve taze kültür ortamı 6 saat sonrası transfeksiyonunu ekleyin. </li></ol></li><li> 3 gün boyunca, her gün, her plaka, lentiviral partikülleri ihtiva eden kültür süpernatantlar toplayın. Her gün şu süpernatant koleksiyon her plaka taze I10 medya ekleyebilirsiniz. <ol><li> 0.22 um gözenekler, havuz üzerinden filtre edin ve 71.900 x g ve 4 ° C&#39;de 2 saat boyunca bir SVV28 rotor üzerinde ultra-santrifüj ile süpernatantlar konsantre edilir. </li><li> StemSpan 1 ml&#39;lik ortam içerisinde yeniden süspanse edilen süpernatanlan. -80 ° C&#39;de 200 ul ve mağaza lentiviral stokları kısım. </li></ol></li></ol></li><li> Lentiviral Parçacıkların titrasyonu NIH3T3 hücreleri kullanılarak birim / ml transduse kantitasyonu yoluyla toplanan yüzer maddelerin Lego vektörü taneciklerinin titresini belirlemek. Titreler deneysel hedef için enfeksiyon (MOI) istenen rölatif çokluk sebep için gerekli olan her vektör süpernatantın hacminin hesaplanabilmesi içinhücreler. <ol><li> Levha bir gün önce titrasyon I10, ortam, 2 ml oyuk (12 çukurlu plaka) başına 5 x 10 4 NIH3T3 hücreleri. </li><li> (4 mg / ml olan 1,000x) protamin sülfat ile takviye edilmiş ortam içinde I10, vektör yüzer 5-kat seri dilüsyonları hazırlayın. </li><li> Hücrelerden Ortamı çıkarın ve konsantre virüs 2, 0.8, 0.32 ve 0.128 ul eşdeğer yüzer seyreltilmiş 500 ul ile değiştirin. </li><li> Iyi bir denetim sayma transdüksiyon zamanda oyuk başına mevcut olan hücre sayısını (Resim) belirler. </li><li> 6 saat sonra, transdüksiyon, I10, ortam, 2 ml ilave edilir ve 37 ° C&#39;de,% 5 CO2 ile 3 gün inkübe edilir. </li><li> Her bir göze tripsin-EDTA kullanarak hücreleri hasat ve akış sitometresi aracılığı ile flüoresan hücrelerin yüzdesi (% FP) belirler. </li><li> Resim Titre (vektörü tanecikleri / mL) =: 1 ile% 50 arasında bir% FP ile sonuçlanan her çukura (seyreltme) için elde edilen ortalama titreleri, aşağıdaki gibi titreyi hesaplamakvektör sıvı (ml) x% FP / Cilt. FP% 1 ile% 50 arasında ise, her bir seyreltme için elde edilen ortalama titreleri. </li></ol></li><li> Fare Hücre Toplama, Arıtma, Transdüksiyon ve Transplantasyon (şematik Şekil 1A gösterilmiştir Malide ark. 4 uyarlanmıştır). <ol><li> Onaylı bir prosedürle verici fareler kurban. Anterior ve posterior bacaklarda Hasat kemik iliği: iyice eklem mümkün olduğunca yakın, her kemiğin sonuna kesen kemiklerden tüm kas, ligament ve aşırı doku kaldırmak ve dışarı kemik iliği yıkayın, humerus, femur ve tibia teşrih I10, ortam ihtiva eden bir şırınga ile bir 27-0 G iğne kullanılarak kemik. </li><li> 500 xg, 4 ° C&#39;de 10 dakika boyunca, komple kemik iliği hücrelerini pellet haline getirmek ve 50 ml tampon ile iki kez ACK kırmızı hücreler lize edildi. 10 ml I10 medyada süspanse hücreler. </li><li> Değiştirilmiş bir kiti Protoco göre MACS soy tükenme kiti soy negatif (Lin-) progenitör hücrelerinin saflaştırılmasıl: <ol><li> Anti-Biyotin mikro, 30 ul yerine 10 ul / 10 7 hücreleri kullanır; I2 ortamı (% 2 FCS ile takviye edilmiş IMDM) yerine tampon ile yıkama adımları. </li><li> Biyotin-antikor kokteyli ile inkübasyon ve Anti-biotin mikro, ile inkübasyon arasındaki bir yıkama aşamasını kaydedin; ve I10 yerine, tampon ile kolon dengeye getirin. </li></ol></li><li> 10 ng / ml fare IL-3, 100 ng / ml fare IL-11, 100 ng / ml insan Flt-3 ile takviye edilmiş ortam içinde StemSpan 5 x 10 5 hücre / ml &#39;lik bir başlangıç ​​yoğunluğunda 48 saat süre ile kültür edilen Lin-hücrelerin ligandı, veya 50 ng / ml fare kök hücre faktörü. </li><li> StemSpan mevcudiyetinde 4 x 10 5 hücre 12 oyuklu plakaları, her AP% 50 verim elde etmek için ekspresyon RetroNectin ile kaplanmış ve bir enfeksiyon çokluğu 6-7 (MOI) Lego&#39;nın süpernatanları her transdüse, transfer 1 Ortam ve sitokinler yukarıda ayrıntıları ve 4 ug / ml protamin sülfat. </li><li> Hücreleri nakletmekHer Lego vektör ayrı olarak adım 1.3.5 tarif ve iletimi aşağıdaki hücrelerin karışımı ile (Mix adlandırılır) veya aynı anda tüm 5 Lego vektör supernatantlarla hücreleri ko-transduce (Co olarak adlandırılır). , 24 saat sonra hücreleri çıkarmak sitokinler olmaksızın StemSpan medya ile bir kez yıkayın ve nakli için sitokinler olmaksızın StemSpan medyada onları tekrar süspansiyon veya konfokal mikroskopi önce ek 96 saat taze sitokinler ile medya ve kültür aktarmak ve akım sitometri. <ol><li> 1 &#39;e tekabül fare başına hücre dozda, 100 ul bir hacim içinde, 11 Gy tek doz öncesi ışınlanmış alıcıya (6-18 saat, transplanttan önce) alıcıları olarak kuyruk damarından enjeksiyon yoluyla Lin HSPCs transduse infüzyonu ile kemik iliği nakli gerçekleştirmek -4 x 10 5 Lin-hücreleri tarafından salgılanan bir iletimi için kaplama. Her deneyde, verici BM hücrelerinin transduse aynı nüfusu ile bütün bir hayvan kohort nakli. </li><li> Transdüksiyona H in vitro karakterizasyonu içinSPC, kültür StemSpan ek bir 4-5 gün hücreler, sitokinler ile takviye edilmiş ve transdüksiyon verimliliği için akış sitometrisi ile analiz edilir, ve renk çeşitliliği için mikroskopla. <ol><li> Bireysel fareler kurban ve çeşitli zaman transplantasyon sonrası 120 güne kadar çiziyor, görüntüleme için doku ve organları almak. <ol><li> Etanol ile fare kürk sprey ve saç yayılmasını önlemek ventral tarafta cilt insizyon. </li><li> Standart prosedürler dalak popliteal lenf düğümleri, akciğer, kalp, deri, yağ dokusu, iskelet kası, böbrek, karaciğer, hem de calvaria erişmek için kafasına göre inceleyin ve tüketim. </li><li> Seçenek olarak ise, calvaria kullanımı veya canlı hayvanda deri ve lenf düğümleri gibi zaman 2,8,9 yüzeysel organ veya görüntü üzerinde tekrar tekrar canlı görüntüleme için, kemik kurma penceresi. </li></ol></li><li> 50-100 35 mm numarası 0 cam kapak kültür yemekleri tek tek organlara yerleştirin56, adım 2.5 de tarif edildiği gibi, kesit tespit ya da daha fazla bir işleme tabi tutulmadan, onları etkilemeden onlara görüntülenmesi için PBS. </li><li> Volumetrik görüntüleme için, soğuk PBS kullanıma kadar organları tutun. Zaman atlamalı görüntüleme için, 20 mM HEPES ihtiva eden ve% 10 FBS, 37 ° C de DMEM organ görüntüleme hemen devam </li></ol></li></ol></li></ol></li></ol> 2. Eşodaklı ve İki foton Mikroskopi ve Görüntü Analizi <ol><li> Multi-line Argon, diyot 561 nm, HeNe 594 nm ve HeNe 633 nm görülebilir lazer ile donatılmış bir Leica SP5 beş kanal konfokal ve multiphoton sistemi kullanılarak mikroskopi görüntüleme gerçekleştirin. 680 dağılım düzeltme ile 1.080 nm uyarma için Sapphire (Ti-Sa) lazer, ayarlanabilir: 2-foton modunda, bir darbeli femtosaniye Ti kullanın. T ile arka arkaya ya da aynı anda, 1,030-1,300 nm kadarıyla çıkış dalga boyu aralığını genişletmek için kırmızı-kaydırılmış fps (tdTomato ve mCherry), bir optik parametrik osilatör (OPO) lazer içeren deneylerinde kullanılmakTi-Sa lazer diye. </li><li> -IRAPO-L Hcx 25X / 0.95 NA su daldırma hedefi (WD = 2,5 mm), bir HC-PLAPO-CS 20X / 0.70 NA kuru objektif (WD = 0.6 mm), ya da HC-PL-IRAPO 40X bir kullanarak görüntü değişik dokular /1.1 NA su daldırma objektif (WD = 0.6 mm). </li><li> Kontrolün yanı sıra tek bir AP Lego vektörüyle transdüksiyona BM hücrelerinden görünür spektrum 5 nm bant genişliklerinde yayılan ışığın lambda yığınları (xyλ) toplama konfokal floresan spektrumu elde edilir, BM nakledilmiş değildir. <ol><li> Leica LAS-AF v2.4.1 yazılımı ile işlem görüntüler tüm 5 hekimi referans spektrumları yanı otofloresanm olarak (Şekil 2A) oluşturmak için. Bireysel AP spektrumları ve floresans parlaklık farkı kullanılarak aşağıdaki gibi 5 ardışık görüntü kanalları da Cerulean (% 79), Venüs (156%), tdTomato (283%) ve mCherry (% 47) (EGFP% &#39;si olarak ifade edilmiştir): Shibuya (458 / 468-482 nm), EGFP (488 / 496-514 nm), Venüs (514 / 523-558 nm), tdTomato (561 / 579-597 nm) ve MCherry (594 / 618-670 nm) ( <strong&gt; Şekil 2B). </li><li> Her bir FP ile transdükte edilmiş hücrelerin geri kalanı (Şekil 2C) için sadece karşılık gelen kanal görünür ve mevcut olmadığı gibi, doğru FP ayırma doğrulama. Buna ek olarak, bu çok-kanallı tanımlandığı yaklaşım sonraki renk analizi ve klonal takip edilmesine olanak sağlar ve spektral görüntüleme yöntemlerine göre toplama zamanı azaltma avantajına sahip olan bir tek-5 kanal &quot;COLORPRINT&quot; oluşturur. </li></ol></li><li> , 2-foton modunda, dört kanalları olmayan descanned dedektörü (NDD) olarak topladığımız özel çift renkli aynalar yüksek verimlilik ve ayrı ayrı floresan emisyon aşağıda: 465 nm renkli aynaya ardından 568 nm&#39;de bir dikroik ayna, ardından Sonohisterografi veya otofloresansı ve Cerulean, tdTomato veya mCherry için EGFP veya Venüs için 525/40 nm emisyon filtresi ve 648 nm dikroik ayna ve 620/60 nm emisyon filtresi için 452/45 nm emisyon filtresi. <ol><li> İki foton mikroskopi i yapısal bilgiler ortayantrinsic kontrast (780 nm&#39;de uyarılmış) elastin, NADH, doku otofloresanm (yukarıda anlatıldığı gibi) görüntüleme ve ikinci harmonik arka dağılmış toplanan 920 nm ya da 860 nm (uyarılmış kemik ve fibriler kolajen sinyali (SHG) üretilir yönü) 10,11. </li></ol></li><li> 3D volume rendering için, kemik iliği ve diğer dokulara boyunca derinliklerinde bir dizi (150-300 mikron) göre 5 mikron aralıklarla z ekseni boyunca xyz görüntülerin dizi (tipik olarak 1 x 1 x 4 mikron 3 Voksel boyutu) toplamak, yazılımın kiremit işlevini kullanarak büyük bölgeler otomatik olarak tüm bir sternum fossa, yaklaşık 2.5 x 1.2 mm 2 (xy) ve 300 mikron (z) (Şekil 2D-2E) ve Sinema 1 oluşan dikişli birimleri üretmek üzerine. <ol><li> Görüntü 2, 8, kesit olmadan kafatası yoluyla doğrudan ilik kalvarial. </li><li> Sonra sagital düzlemde (İkiye bölme) ve birlikte Bölüm sternumçapraz kesim yüz 3,4,12 2 ile sternum fosse ve görüntü arasındaki birleşme yerinde (Takaku uyarlanmıştır Şekil 1B ve diğerleri genel 3). </li></ol></li><li> 4D zaman atlamalı görüntüleme için 50-100 ul, 35 mm numarası 0 coverglass kültür tabakları üzerine, taze kesilmiş kesilmemiş popliteal lenf düğümleri, dalak, akciğer, veya kalvaryal kemik örnekleri yer 37 ° C &#39;de 20 mM HEPES içeren DMEM,% 10 FBS ve ~ (z-yığınları alarak konfokal uyarma (458 nm, 488 nm, 514 nm, 561 nm, 594 nm) ve Leica rezonans tarayıcı (8000 Hz / sn) ile birlikte 2-foton Ti-Sa uyarma (860 nm) kullanın kadar 1 saat boyunca 20 saniye aralıklarla 80 um). <ol><li> Eşzamanlı üç renkli 2P görüntüleme kullanımı Ti-Sa için 860 at ayarlanmış nm anda OPO (tdTomato için 1,130 nm ayarlı veya 1.140 nm mCherry) lazer ile (Film 2). </li></ol></li><li> 3D Hacmi ve 4D zaman dizilerinin İmar ve Analizi <ol><li> Imaris x64 yazılım bil kullanınDaha önce 3,4 açıklandığı gibi, sürüm 7.6, veya hacim-render (3D) içine ham görüntüleri kiremitli-yığınları dönüştürmek için alternatif yazılım paketleri, kemik iliği ve farklı doku ve 3D-rotasyon filmleri olarak dışa içten floresan hücrelerin veriler (Film 1) adım adım örnek: <ol><li> Imaris yılında, z-yığın görüntü açın; Seçin 3D ses görselleştirme görüntülemek için &quot;Aşmak&quot;. </li><li> 360 ° etrafında sesini açmak için &quot;gidin&quot; kullanın. </li><li> Bir animasyon oluşturmak için &quot;Animasyon&quot; seçeneğini seçin; Seçilen manzarası, zoom, hacim rotasyonlar eklemek için anahtar kare kullanın; , Film önizleme gerektiği gibi düzenleyin ve istediğiniz bir film formatta dosyayı kaydetmek (örn: avi, mov). </li></ol></li><li> 3D cep ve klon frekansı, Kutup, boyutları ve dağıtım kantitatif değerlendirilmesi, ileri bir işlem için mesafe ölç performans MATLAB uygulamaları entegre Imaris XT modüllerini kullanarak z yığınları(Mesafe, bir transformasyon algoritmasını kullanarak) ölçümler ve kümeler analizi, daha önce tarif edilen 3,4. Imaris x64 yazılımı ile hacim render dört boyutlu (4D) filmlerin içine zamanla görüntü yığınlarının dizileri Transform ve otoregresif hareket algoritmaları kullanarak üç boyutlu hücre motilitesi yarıotomatize takibi için yer ve yüzey analiz kullanmak. </li><li> Aşağıdaki gibi hücrelerin çokbantlı analizini gerçekleştirmek: çok renkli yeni bir kanal içine Imaris XT kanal aritmetik aracılığıyla tüm 5 kanal ekleyerek etiketli noktalar ayıklamak; Bütün noktalar (hücreler) 5 bileşen kanalların her biri ortalama yoğunluğu floresan belirler. Tek bir hücrenin her FP (Şekil 2E grafik) nispi% yani eşsiz &quot;COLORPRINT&quot; gösteren grafikler çizmek Excel yazılımı değerleri ihracat. Doku sürüklenme için belirlenen verileri düzeltmek ve hücre hız ve deplasman zamanla, parça uzunlukları, yolları ve mesafeleri hesaplamak; Excel sof ihracat değerlerigrafikler çizmek için tware. Adobe Photoshop CSS 5 yazılımı ile kompozit rakamları birleştirin. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Lo Celso, ., C, D. T., Scadden, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+haematopoietic+stem+cell+niche+at+a+glance.">The haematopoietic stem cell niche at a glance.</a> J Cell Sci. 124, 3529-3535 (2011).</li><li>Lo Celso, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Live-animal+tracking+of+individual+haematopoietic+stem/progenitor+cells+in+their+niche.">Live-animal tracking of individual haematopoietic stem/progenitor cells in their niche.</a> Nature. 457, 92-96 (2009).</li><li>Takaku, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hematopoiesis+in+3+dimensions+human+and+murine+bone+marrow+architecture+visualized+by+confocal+microscopy.">Hematopoiesis in 3 dimensions human and murine bone marrow architecture visualized by confocal microscopy.</a> Blood. 116, e41-e55 (2010).</li><li>Malide, D., Metais, J. Y., Dunbar, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+clonal+analysis+of+murine+hematopoietic+stem+and+progenitor+cells+marked+by+5+fluorescent+proteins+using+confocal+and+multiphoton+microscopy.">Dynamic clonal analysis of murine hematopoietic stem and progenitor cells marked by 5 fluorescent proteins using confocal and multiphoton microscopy.</a> Blood. 120, e105-e116 (2012).</li><li>Weber, K., Mock, U., Petrowitz, B., Bartsch, U., Fehse, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lentiviral+gene+ontology+(LeGO)+vectors+equipped+with+novel+drug-selectable+fluorescent+proteins+new+building+blocks+for+cell+marking+and+multi-gene+analysis.">Lentiviral gene ontology (LeGO) vectors equipped with novel drug-selectable fluorescent proteins new building blocks for cell marking and multi-gene analysis.</a> Gene Ther. 17, 511-520 (2010).</li><li>Weber, K., Bartsch, U., Stocking, C., Fehse, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+multicolor+panel+of+novel+lentiviral+'gene+ontology'+(LeGO)+vectors+for+functional+gene+analysis.">A multicolor panel of novel lentiviral 'gene ontology' (LeGO) vectors for functional gene analysis.</a> Mol Ther. 16, 698-706 (2008).</li><li>Weber, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RGB+marking+facilitates+multicolor+clonal+cell+tracking.">RGB marking facilitates multicolor clonal cell tracking.</a> Nat Med. 17, 504-509 (2011).</li><li>Lo Celso, ., Lin, C. P., Scadden, D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+imaging+of+transplanted+hematopoietic+stem+and+progenitor+cells+in+mouse+calvarium+bone+marrow.">In vivo imaging of transplanted hematopoietic stem and progenitor cells in mouse calvarium bone marrow.</a> Nature protocols. 6, 1-14 (2011).</li><li>Kohler, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Altered+cellular+dynamics+and+endosteal+location+of+aged+early+hematopoietic+progenitor+cells+revealed+by+time-lapse+intravital+imaging+in+long+bones.">Altered cellular dynamics and endosteal location of aged early hematopoietic progenitor cells revealed by time-lapse intravital imaging in long bones.</a> Blood. 114, 290-298 (2009).</li><li>Campagnola, P. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+high-resolution+second-harmonic+generation+imaging+of+endogenous+structural+proteins+in+biological+tissues.">Three-dimensional high-resolution second-harmonic generation imaging of endogenous structural proteins in biological tissues.</a> Biophys J. 82, 493-508 (2002).</li><li>Weigert, R., Sramkova, M., Parente, L., Amornphimoltham, P., Masedunskas, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intravital+microscopy+a+novel+tool+to+study+cell+biology+in+living+animals.">Intravital microscopy a novel tool to study cell biology in living animals.</a> Histochem Cell Biol. 133, 481-491 (2010).</li><li>Zhang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mouse+models+of+MYH9-related+disease+mutations+in+nonmuscle+myosin+II-A.">Mouse models of MYH9-related disease mutations in nonmuscle myosin II-A.</a> Blood. 119, 238-250 (2012).</li></ol>

Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarlarını beyan.

Biz canlı dokularda hacimsel ve dinamik görüntüleme elde etmek için tandem confocal ve 2-foton mikroskopi ile 5FP kodlayan LEGO vektörler ve görüntüleme ile işaretleme kombinasyonal tarafından oluşturulan büyük çeşitliliğini birleştirerek, burada son zamanlarda klonal hücre izleme için tasarlanmış güçlü bir metodoloji ayrıntılarını anlatacağız. Bu 5 &quot;farklı&quot; 8-bit kanallarda confocal spektral kimliğini kaydederek işaretleme FP-tabanlı renk kullanımı genişletilmiş. Böylec...

A correction was made to <a href="/video/51669">In vivo Clonal Tracking of Hematopoietic Stem and Progenitor Cells Marked by Five Fluorescent Proteins using Confocal and Multiphoton Microscopy</a>. At the time of publication, there was a typo in the discussion, which displayed an incorrect depth.
This was corrected in the discussion from:
This approach combines the benefits of single-cell resolved high resolution imaging together with optical sectioning via confocal microscopy. Very large x - y (mm2) regions of the intact dense tissue volume can be examined by generating tiled-images. These high resolution images from optical sections can be used to computationally reconstruct (automatically and &#8220;on-the-fly&#8221;) complete 3D volumes of great complexity to depths of ~ 30 &#956;m, comprising ~ 20-30 layers of cells, vascular, bone and collagen structures. 3D reconstructions can be used for morphometric non-invasive quantitative analyses of biologic interest. One important caveat to point out is that large volume/high resolution imaging is time-consuming, for instance 1 hr per ~1 mm3 of tissue (one fossae of the sternum), therefore we recommend imaging no more than 1 mouse per experiment per day when bone marrow as well as different tissues need to be examined in detail.
to:
This approach combines the benefits of single-cell resolved high resolution imaging together with optical sectioning via confocal microscopy. Very large x - y (mm2) regions of the intact dense tissue volume can be examined by generating tiled-images. These high resolution images from optical sections can be used to computationally reconstruct (automatically and &#8220;on-the-fly&#8221;) complete 3D volumes of great complexity to depths of ~ 300 &#956;m, comprising ~ 20-30 layers of cells, vascular, bone and collagen structures. 3D reconstructions can be used for morphometric non-invasive quantitative analyses of biologic interest. One important caveat to point out is that large volume/high resolution imaging is time-consuming, for instance 1 hr per ~1 mm3 of tissue (one fossae of the sternum), therefore we recommend imaging no more than 1 mouse per experiment per day when bone marrow as well as different tissues need to be examined in detail.

A correction was made to <a href="/video/51669">In vivo Clonal Tracking of Hematopoietic Stem and Progenitor Cells Marked by Five Fluorescent Proteins using Confocal and Multiphoton Microscopy</a>. At the time of publication, there was a typo in the discussion, which displayed an incorrect depth.

Erratum: In vivo Clonal Tracking of Hematopoietic Stem and Progenitor Cells Marked by Five Fluorescent Proteins using Confocal and Multiphoton Microscopy

Kan hücreleri olarak adlandırılan hematopoiezin üretimi, hematopoietik kök ve projenitör hücreleri (HSPCs) küçük bir nüfus tarafından muhafaza edilmektedir. Bu hücreler tüm kendini yenileme ve farklılaşma 1,2 kontrolünde rol, osteoblastlar, stromal hücreler, yağ dokusu ve vasküler yapılardan oluşan bir kompleks microenvironmental niş içinde kemik iliği (BM) içinde bulunur. Sağlam BM doğrudan gözlemlere geleneksel erişilemez olmuştur gibi, HSPC ve mikroçevresinin arasındaki etkileşimler in vivo ölçüde uncharacterized kalır. Daha önce, konfokal floresan ve yansıma mikroskobu 3 kullanılarak sağlam BM&#39;nin 3D mimarisi görselleştirmek için bir metodoloji kurdu. Biz BM EGFP-işaretli HSPCs genişlemesi, özelliği, ancak yalnızca tek bir FP kullanımı klonal düzeyde rejenerasyonu tespiti engellemiştir. Çok yakın zamanda biz kurucu fl ifade Lentiviral Gen Ontoloji (Lego) yararlandı vektörleri aldıuorescent proteinler (FP) hücreleri verimli 4,5 işaretlemek için. 3 ya da 5 vektörlerle HSPC Co-transdüksiyon çoklu bireysel klonların HSPC izleme sağlayan, birleşik bir renk paleti çeşitli oluşturur. İşaretli HSPC ışınlanmış farelerde BM bireysel HSPC homing ve bütünleşmesini izlemek için izin yeni görüntüleme teknolojisi ile birlikte. Lego vektörler kemik ve diğer açıkça görüntülenmesini sağlayan, (Cerulean, eGFP, Venüs, tdTomato ve mCherry itibaren) 3 veya 5 farklı aile hekimleri ile HSPC işaretlemek ve konfokal ve 2-foton mikroskopi BM zamanla kendi naklini takip etmek kullanıldı matris yapıları ve bunların mikro bileşenlerine HSPC klonların ilişkisi. HSPC lego vektörleri ile transduse edilmiş C57BL / 6 fareleri BM den soy negatif hücreleri gibi arıtıldı ve miyelo ablasyon konjenik farelerine kuyruk damarından enjeksiyon ile yeniden infüze edildi. Sternum BM doku büyük hacimli izleyerek biz erken meydana endesiteal bütünleşmesini görüntülendiBM rejenerasyon. Farklı renkli spektrumları ile hücre kümeleri kemiğe yakın ilk olarak ortaya çıktı ve zaman içinde merkezi olarak ilerledi. İlginç bir şekilde, en fazla 3 hafta sonra kemik iliği, kan akışı yoluyla oldukça yaygın HSPCs yayılması daha yakın olarak kemik iliğinde türetilen bireysel HSPCs hematopoez yayılmasını gösteren makroskopik klonal kümeleri oluşturmuştur. Daha az renk çeşitliliği çok vektörler ile hücrelerin repopulating uzun vadeli transduse güçlük göstermektedir de, geç zaman noktalarında oldu. Buna ek olarak, HSPCs, dalakta farelerde hematopoez de sorumlu bir organ kümeleri oluşturmuştur. HPSC türetilmiş ayrı ayrı hücreler yanı sıra, timus, lenf düğümleri, dalak, karaciğer, akciğer, kalp, cilt, iskelet kas, yağ dokusu ve böbrek çözülebilirdi. 3D görüntüler dokuların en az değişimleri ile hücrelerinin dağılımını takdir nicel ve nitel olarak değerlendirilebilir. Son olarak, tasvirrezonans tarama multiphoton ve konfokal time-lapse görüntüleme birleştirerek 4D canlı dinamik çalışmaların d fizibilite. Bu metodoloji doku rejenerasyonu ve patoloji çalışmada güçlü bir araç sağlayarak, onların bozulmamış 3D mimarisi Işıksal işaretlenmiş hücreler nüfus non-invaziv, yüksek çözünürlüklü, çok boyutlu hücre kaderini izlemeyi sağlar.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Production of viruses</td>
			<td style="width:493px;"></td>
			<td style="width:216px;"></td>
			<td style="width:343px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">LeGO-Cer2</td>
			<td style="width:493px;">Addgene</td>
			<td style="width:216px;">27338</td>
			<td>Expression of Cerulean</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">LeGO-G2</td>
			<td style="width:493px;">Addgene</td>
			<td style="width:216px;">25917</td>
			<td>Expression of eGFP</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">LeGO-V2</td>
			<td style="width:493px;">Addgene</td>
			<td style="width:216px;">27340</td>
			<td>Expression of Venus</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">LeGO-T2</td>
			<td style="width:493px;">Addgene</td>
			<td style="width:216px;">27342</td>
			<td>Expression of tdTomato</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">LeGO-C2</td>
			<td style="width:493px;">Addgene</td>
			<td style="width:216px;">27339</td>
			<td>Expression of mCherry</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Calciumm Phosphate Transfection Kit</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>CAPHOS-1KT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Tissue culture dish</td>
			<td style="width:493px;">BD Falcon</td>
			<td style="width:216px;">353003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">IMDM</td>
			<td style="width:493px;">Gibco, Life Technology</td>
			<td style="width:216px;">12440-053</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Fetal Bovine Serum Heat Inactivated</td>
			<td style="width:493px;">Sigma</td>
			<td style="width:216px;">F4135-500ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Pen Strep Glutamine</td>
			<td style="width:493px;">Gibco, Life Technology</td>
			<td style="width:216px;">10378-016</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Centrifuge Tubes</td>
			<td style="width:493px;">Beckman Coulter</td>
			<td style="width:216px;">326823</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">SW28 Ultracentrifuge</td>
			<td style="width:493px;">Beckman Coulter</td>
			<td style="width:216px;">L60</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Millex Syringe Driven Filter Unite (0.22um)</td>
			<td style="width:493px;">Millipore</td>
			<td style="width:216px;">SLGS033SS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;"></td>
			<td style="width:493px;"></td>
			<td style="width:216px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Mouse cell collection, purification, transduction and transplantation</td>
			<td style="width:493px;"></td>
			<td style="width:216px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">ACK lysing buffer</td>
			<td style="width:493px;">Quality Biologicals Inc.</td>
			<td style="width:216px;">118-156-101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Lineage Cell Depletion Kit (mouse)</td>
			<td>Miltenyi Biotec Inc. USA</td>
			<td>130-090-858</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">LS columns + tubes</td>
			<td>Miltenyi Biotec Inc. USA</td>
			<td>130-041-306</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Pre-Separation Filters (30um)</td>
			<td>Miltenyi Biotec Inc. USA</td>
			<td>130-041-407</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:493px;">StemSpan SFEM serum-free medium for culture and expansion of hematopoietic cells (500mL)</td>
			<td>StemCell Technologies Inc&#160;</td>
			<td>9650</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">murine IL-11 CF</td>
			<td>R &#38; D Systems Inc</td>
			<td>418-ML-025/CF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">recombinant murine SCF</td>
			<td style="width:493px;">RDI Division of Fitzgerald Industries Intl&#160;</td>
			<td>RDI-2503</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">recombinant murine IL-3</td>
			<td>R &#38; D Systems Inc</td>
			<td>403-ML-050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">FLT-3 Ligand</td>
			<td>Miltenyi Biotec Inc. USA</td>
			<td>130-096-480</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">12-well plates, Costar</td>
			<td style="width:493px;">Corning Inc.</td>
			<td style="width:216px;">3527</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Retronectin</td>
			<td style="width:493px;">Takara Bio Inc</td>
			<td style="width:216px;">T100A/B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Protamine Sulfate</td>
			<td style="width:493px;">Sigma</td>
			<td style="width:216px;">P-4020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;"></td>
			<td style="width:493px;"></td>
			<td style="width:216px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Confocal and two-photon microscopy</td>
			<td style="width:493px;"></td>
			<td style="width:216px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">DMEM</td>
			<td style="width:493px;">Lonza</td>
			<td style="width:216px;">12-614F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">1M Hepes</td>
			<td style="width:493px;">Cellgro, Mediatech Inc.</td>
			<td style="width:216px;">25-060-CI</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Glass bottom culture dish P35G-0-20-C</td>
			<td>MatTek Corporation</td>
			<td>P35G-0-20-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Glass bottom culture dish P35G-0-14-C</td>
			<td>MatTek Corporation</td>
			<td>P35G-0-14-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Nunc Lab-Tek Chambered Coverglass #1 Borosilicate coverglass; 4-well</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>155383</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;"></td>
			<td style="width:493px;"></td>
			<td style="width:216px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Leica TCS SP5 AOBS five channels confocal and multi-photon microscope</td>
			<td style="width:493px;">Leica Microsystems</td>
			<td style="width:216px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Chameleon Vision II -TiSaph laser range 680-1080nm</td>
			<td style="width:493px;">Coherent</td>
			<td style="width:216px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Chameleon Compact OPO laser range 1030-1350nm</td>
			<td style="width:493px;">Coherent</td>
			<td style="width:216px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">HCX-IRAPO-L 25x/0.95 NA water dipping objective (WD=2.5 mm)</td>
			<td style="width:493px;">Leica Microsystems</td>
			<td style="width:216px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">HC-PLAPO-CS 20x/0.70 NA dry objective (WD=0.6 mm)</td>
			<td style="width:493px;">Leica Microsystems</td>
			<td style="width:216px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">HC-PL-IRAPO 40x/1.1NA water immersion objective (WD=0.6 mm)</td>
			<td style="width:493px;">Leica Microsystems</td>
			<td style="width:216px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;"></td>
			<td style="width:493px;"></td>
			<td style="width:216px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:493px;">Imaris software version 7.6</td>
			<td style="width:493px;">Bitplane</td>
			<td style="width:216px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in vivo clonal tracking of hematopoietic stem and progenitor cells marked by five fluorescent proteins using confocal and multiphoton microscopy

Biz geliştirdik ve fare kemik iliği nakli deneysel model kullanılarak in vivo hematopozun incelemek için yüksek uzaysal ve zamansal çözünürlüğe sahip hematopoetik kök hücrelerin (HSPCs) klonal takibi için metodoloji işaretleme floresan valide. Floresan proteinleri (FP) kodlayan Lentiviral vektörleri kullanılarak işaretleme Genetik kombinatoryel ileri mikroskopi görüntüleme yoluyla hücre kaderi haritalama etkin. Beş farklı FPS kodlayan vektörler: Shibuya, EGFP Venüs tdTomato ve MCherry renk işaretlenmiş hücrelerin çeşitli bir palet oluşturma, aynı zamanda HSPCs transdüksiyonu için kullanılmıştır. Konfokal / iki foton hibrid mikroskopi kullanılarak Görüntüleme aynı anda yüksek çözünürlüklü benzersiz işaretli hücrelerin değerlendirilmesi ve dokuların yapısal unsurları ile birleşik olarak da döl sağlar. Hacimsel spektral kodlu HSPC türetilmiş hücreler invasiv olmayan bir kemik iliği dahil olmak üzere çeşitli dokulara, tespit edilebilir olduğunu ortaya koymaktadır (büyük alanlar üzerinde analiz BM), Transplantasyon aşağıdaki kapsamlı bir süre için. 4D video hızı multiphoton ve konfokal time-lapse görüntüleme birleştirerek Canlı çalışmalar nicel bir şekilde dinamik hücresel ve klonal izleme olasılığını göstermektedir.

Tüm montaj 3D konfokal sternum kemik iliği zaman tabii / 2-foton mikroskopi rekonstrüksiyon olağanüstü özelliklere sahip bir desen uyumunu ve nakledilen ko-5fps&#39;dir genişlemesini ortaya: klon açıkça belirlenen, homojen başlangıçta geniş renk paleti ve ilerleme ile işaretlenmiş çıktı zamanla tercihen çoğunlukla tek renk hücreleri içeren. Konfokal mikroskopi kurulum ve sternal kemik iliği görüntüleme 5fps&#39;dir-işaretli HSPC temsili örnekleri, Şekil 2 ve Film 1...

Watch this Scientific Journal Video about In vivo Clonal Tracking of Hematopoietic Stem and Progenitor Cells Marked by Five Fluorescent Proteins using Confocal and Multiphoton Microscopy at JoVE.com

In vivo Clonal Tracking of Hematopoietic Stem and Progenitor Cells Marked by Five Fluorescent Proteins using Confocal and Multiphoton Microscopy

Hematopoetik kök hücrelerin işaretleme Kombinatoryel 5 floresan proteinleri rejenerasyon sırasında kemik iliği hematopoetik mimarisi içine anlayışlar, confocal ve iki foton mikroskopi ile in vivo klonal izleme sağlar. Bu yöntem nakli aşağıdaki kapsamlı bir süre için sağlam dokularda spektral kodlu HSPCs kökenli hücrelerin non-invaziv kader haritalama sağlar.

Eşodaklı ve multiphoton Mikroskopi kullanarak beş Floresan Proteinleri ile işaretlenmiş Hematopoetik kök hücrelerin in vivo klonal Takip

We developed and validated a fluorescent marking methodology for clonal tracking of hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) with high spatial and ...

in-vivo-clonal-tracking-hematopoietic-stem-progenitor-cells-marked

Research

JoVE Journal

Biology

In vivo Clonal Tracking of Hematopoietic Stem and Progenitor Cells Marked by Five Fluorescent Proteins using Confocal and Multiphoton Microscopy

13.1K Görüntüleme.  NHLBI/NIH.  Hematopoetik kök hücrelerin işaretleme Kombinatoryel 5 floresan proteinleri rejenerasyon sırasında kemik iliği hematopoetik mimarisi içine anlayışlar, confocal ve iki foton mikroskopi ile in vivo klonal izleme sağlar. Bu yöntem nakli aşağıdaki kapsamlı bir süre için sağlam dokularda spektral kodlu HSPCs kökenli hücrelerin non-invaziv kader haritalama sağlar. 

Video: In vivo Clonal Tracking of Hematopoietic Stem and Progenitor Cells Marked by Five Fluorescent Proteins using Confocal and Multiphoton Microscopy

Isolation and Transplantation of Hematopoietic Stem Cells (HSCs)

Isolation and Transplantation of Hematopoietic Stem Cells HSCs

İzolasyon ve Hematopoetik Kök Hücre Transplantasyonu (HKH&#39;lerin)

Biyoloji

Tracking Dynamics of Muscle Engraftment in Small Animals by In Vivo Fluorescent Imaging

Muscular dystrophies are a group of degenerative muscle diseases characterized by progressive loss of contractile muscle cells. Currently, there is no curative treatment available. Recent advances in stem cell biology have generated new hopes for the development of effective cell based therapies to treat these diseases. Transplantation of various types of stem cells labeled with fluorescent proteins into muscles of dystrophic animal models has been used broadly in the field. A non-invasive technique with the capability to track the transplanted cell fate longitudinally can further our ability to evaluate muscle engraftment by transplanted cells more accurately and efficiently.
In the present study, we demonstrate that in vivo fluorescence imaging is a sensitive and reliable method for tracking transplanted GFP (Green Fluorescent Protein)-labeled cells in mouse skeletal muscles. Despite the concern about background due to the use of an external light necessary for excitation of fluorescent protein, we found that by using either nude mouse or eliminating hair with hair removal reagents much of this problem is eliminated. Using a CCD camera, the fluorescent signal can be detected in the tibialis anterior (TA) muscle after injection of 5 x 105 cells from either GFP transgenic mice or eGFP transduced myoblast culture. For more superficial muscles such as the extensor digitorum longus (EDL), injection of fewer cells produces a detectable signal. Signal intensity can be measured and quantified as the number of emitted photons per second in a region of interest (ROI). Since the acquired images show clear boundaries demarcating the engrafted area, the size of the ROI can be measured as well. If the legs are positioned consistently every time, the changes in total number of photons per second per muscle and the size of the ROI reflect the changes in the number of engrafted cells and the size of the engrafted area. Therefore the changes in the same muscle over time are quantifiable. In vivo fluorescent imaging technique has been used primarily to track the growth of tumorogenic cells, our study shows that it is a powerful tool that enables us to track the fate of transplanted stem cells.

Tracking Dynamics of Muscle Engraftment in Small Animals by In Vivo Fluorescent Imaging

We describe an in vivo fluorescence imaging protocol to monitor muscle regeneration by GFP-labeled myoblasts after transplantation into skeletal muscles of both healthy and dystrophic mice. This protocol can be adapted to study muscle regeneration by transplantation of other types of cells and in other muscular conditions as well.

Küçük Hayvan Kas Aşı dinamiği ile Takip In Vivo Floresan Görüntüleme

Muscular dystrophies are a group of degenerative muscle diseases characterized by progressive loss of contractile muscle cells. Currently, there is no ...

Lentiviral-mediated Knockdown During Ex Vivo Erythropoiesis of Human Hematopoietic Stem Cells

Erythropoiesis is a commonly used model system to study cell differentiation. During erythropoiesis, pluripotent adult human hematopoietic stem cells (HSCs) differentiate into oligopotent progenitors, committed precursors and mature red blood cells 1. This process is regulated for a large part at the level of gene expression, whereby specific transcription factors activate lineage-specific genes while concomitantly repressing genes that are specific to other cell types 2. Studies on transcription factors regulating erythropoiesis are often performed using human and murine cell lines that represent, to some extent, erythroid cells at given stages of differentiation 3-5. However transformed cell lines can only partially mimic erythroid cells and most importantly they do not allow one to comprehensibly study the dynamic changes that occur as cells progress through many stages towards their final erythroid fate. Therefore, a current challenge remains the development of a protocol to obtain relatively homogenous populations of primary HSCs and erythroid cells at various stages of differentiation in quantities that are sufficient to perform genomics and proteomics experiments.
Here we describe an ex vivo cell culture protocol to induce erythroid differentiation from human hematopoietic stem/progenitor cells that have been isolated from either cord blood, bone marrow, or adult peripheral blood mobilized with G-CSF (leukapheresis). This culture system, initially developed by the Douay laboratory 6, uses cytokines and co-culture on mesenchymal cells to mimic the bone marrow microenvironment. Using this ex vivo differentiation protocol, we observe a strong amplification of erythroid progenitors, an induction of differentiation exclusively towards the erythroid lineage and a complete maturation to the stage of enucleated red blood cells. Thus, this system provides an opportunity to study the molecular mechanism of transcriptional regulation as hematopoietic stem cells progress along the erythroid lineage. 
Studying erythropoiesis at the transcriptional level also requires the ability to over-express or knockdown specific factors in primary erythroid cells. For this purpose, we use a lentivirus-mediated gene delivery system that allows for the efficient infection of both dividing and non-dividing cells 7. Here we show that we are able to efficiently knockdown the transcription factor TAL1 in primary human erythroid cells. In addition, GFP expression demonstrates an efficiency of lentiviral infection close to 90%. Thus, our protocol provides a highly useful system for characterization of the regulatory network of transcription factors that control erythropoiesis.

Lentiviral-mediated Knockdown During Ex Vivo Erythropoiesis of Human Hematopoietic Stem Cells

An ex vivo protocol to generate mature human red blood cells from hematopoietic stem/progenitors is described. Additionally we describe an efficient lentiviral-delivery method to knockdown the transcription factor TAL1 in primary erythroid cells. The efficiency of lentivirus mediated gene delivery is demonstrated using GFP expressing viruses.

Lentiviral aracılı demonte sırasında Ex vivo İnsan Hematopoetik Kök Hücre Eritropoiesis

Erythropoiesis is a commonly used model system to study cell differentiation. During erythropoiesis, pluripotent adult human hematopoietic stem cells ...

Phenotypic Analysis and Isolation of Murine Hematopoietic Stem Cells and Lineage-committed Progenitors

The bone marrow is the principal site where HSCs and more mature blood cells lineage progenitors reside and differentiate in an adult organism. HSCs constitute a minute cell population of pluripotent cells capable of generating all blood cell lineages for a life-time1. The molecular dissection of HSCs homeostasis in the bone marrow has important implications in hematopoiesis, oncology and regenerative medicine. We describe the labeling protocol with fluorescent antibodies and the electronic gating procedure in flow cytometry to score hematopoietic progenitor subsets and HSCs distribution in individual mice (Fig. 1). In addition, we describe a method to extensively enrich hematopoietic progenitors as well as long-term (LT) and short term (ST) reconstituting HSCs from pooled bone marrow cell suspensions by magnetic enrichment of cells expressing c-Kit. The resulting cell preparation can be used to sort selected subsets for in vitro and in vivo functional studies (Fig. 2).
Both trabecular osteoblasts2,3 and sinusoidal endothelium4 constitute functional niches supporting HSCs in the bone marrow. Several mechanisms in the osteoblastic niche, including a subset of N-cadherin+ osteoblasts3 and interaction of the receptor tyrosine kinase Tie2 expressed in HSCs with its ligand angiopoietin-15 concur in determining HSCs quiescence. "Hibernation" in the bone marrow is crucial to protect HSCs from replication and eventual exhaustion upon excessive cycling activity6. Exogenous stimuli acting on cells of the innate immune system such as Toll-like receptor ligands7 and interferon-&alpha;6 can also induce proliferation and differentiation of HSCs into lineage committed progenitors. Recently, a population of dormant mouse HSCs within the lin- c-Kit+ Sca-1+ CD150+ CD48- CD34- population has been described8. Sorting of cells based on CD34 expression from the hematopoietic progenitors-enriched cell suspension as described here allows the isolation of both quiescent self-renewing LT-HSCs and ST-HSCs9. A similar procedure based on depletion of lineage positive cells and sorting of LT-HSC with CD48 and Flk2 antibodies has been previously described10. In the present report we provide a protocol for the phenotypic characterization and ex vivo cell cycle analysis of hematopoietic progenitors, which can be useful for monitoring hematopoiesis in different physiological and pathological conditions. Moreover, we describe a FACS sorting procedure for HSCs, which can be used to define factors and mechanisms regulating their self-renewal, expansion and differentiation in cell biology and signal transduction assays as well as for transplantation.

A method to analyse the distribution of bone marrow hematopoietic progenitors in flow cytometry as well as to efficiently isolate highly purified hematopoietic stem cells (HSCs) is described. The isolation procedure is essentially based on magnetic enrichment of c-Kit+ cells and cell sorting to purify HSCs for cellular and molecular studies.

Mürin Hematopoetik Kök Hücreler ve Lineage-kararlı progenitörlerin Fenotipik Analizi ve İzolasyon

The bone marrow is the principal site where HSCs and more mature blood cells lineage progenitors reside and differentiate in an adult organism. HSCs ...

In Vivo 4-Dimensional Tracking of Hematopoietic Stem and Progenitor Cells in Adult Mouse Calvarial Bone Marrow

Through a delicate balance between quiescence and proliferation, self renewal and production of differentiated progeny, hematopoietic stem cells (HSCs) maintain the turnover of all mature blood cell lineages. The coordination of the complex signals leading to specific HSC fates relies upon the interaction between HSCs and the intricate bone marrow microenvironment, which is still poorly understood[1-2].
We describe how by combining a newly developed specimen holder for stable animal positioning with multi-step confocal and two-photon in vivo imaging techniques, it is possible to obtain high-resolution 3D stacks containing HSPCs and their surrounding niches and to monitor them over time through multi-point time-lapse imaging. High definition imaging allows detecting ex vivo labeled hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) residing within the bone marrow. Moreover, multi-point time-lapse 3D imaging, obtained with faster acquisition settings, provides accurate information about HSPC movement and the reciprocal interactions between HSPCs and stroma cells.
Tracking of HSPCs in relation to GFP positive osteoblastic cells is shown as an exemplary application of this method. This technique can be utilized to track any appropriately labeled hematopoietic or stromal cell of interest within the mouse calvarium bone marrow space.

In Vivo 4-Dimensional Tracking of Hematopoietic Stem and Progenitor Cells in Adult Mouse Calvarial Bone Marrow

The nature of the interactions between hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) and bone marrow niches is poorly understood. Custom hardware modifications and a multi-step acquisition protocol allow the use of two-photon and confocal microscopy to image ex vivo labeled HSPCs homed within bone marrow areas, tracking interactions and movement.

Yetişkin Fare Kalvaryal Kemik İliği içinde Hematopoietik kök hücrelerin Vivo 4-Boyutlu Takip

Through a delicate balance between quiescence and proliferation, self renewal and production of differentiated progeny, hematopoietic stem cells (HSCs) ...

A Graphical User Interface for Software-assisted Tracking of Protein Concentration in Dynamic Cellular Protrusions

Filopodia are dynamic, finger-like cellular protrusions associated with migration and cell-cell communication. In order to better understand the complex signaling mechanisms underlying filopodial initiation, elongation and subsequent stabilization or retraction, it is crucial to determine the spatio-temporal protein activity in these dynamic structures. To analyze protein function in filopodia, we recently developed a semi-automated tracking algorithm that adapts to filopodial shape-changes, thus allowing parallel analysis of protrusion dynamics and relative protein concentration along the whole filopodial length. Here, we present a detailed step-by-step protocol for optimized cell handling, image acquisition and software analysis. We further provide instructions for the use of optional features during image analysis and data representation, as well as troubleshooting guidelines for all critical steps along the way. Finally, we also include a comparison of the described image analysis software with other programs available for filopodia quantification. Together, the presented protocol provides a framework for accurate analysis of protein dynamics in filopodial protrusions using image analysis software.

We present a software solution for semi-automated tracking of relative protein concentration along the length of dynamic cellular protrusions.

Dinamik Hücresel Protrüzyonlarda Protein Konsantrasyonunun Yazılım Destekli Takibi için Grafiksel Bir Kullanıcı Arayüzü

Filopodia are dynamic, finger-like cellular protrusions associated with migration and cell-cell communication. In order to better understand the complex ...

Improving the Accuracy of Flow Cytometric Assessment of Mitochondrial Membrane Potential in Hematopoietic Stem and Progenitor Cells Through the Inhibition of Efflux Pumps

As cellular metabolism is a key regulator of hematopoietic stem cell (HSC) self-renewal, the various roles played by the mitochondria in hematopoietic homeostasis have been extensively studied by HSC researchers. Mitochondrial activity levels are reflected in their membrane potentials (&#916;&#936;m), which can be measured by cell-permeant cationic dyes such as TMRM (tetramethylrhodamine, methyl ester). The ability of efflux pumps to extrude these dyes from cells can limit their usefulness, however. The resulting measurement bias is particularly critical when assessing HSCs, as xenobiotic transporters exhibit higher levels of expression and activity in HSCs than in differentiated cells. Here, we describe a protocol utilizing Verapamil, an efflux pump inhibitor, to accurately measure &#916;&#936;m across multiple bone marrow populations. The resulting inhibition of pump activity is shown to increase TMRM intensity in hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs), while leaving it relatively unchanged in mature fractions. This highlights the close attention to dye-efflux activity that is required when &#916;&#936;m-dependent dyes are used, and as written and visualized, this protocol can be used to accurately compare either different populations within the bone marrow, or the same population across different experimental models.

Xenobiotic efflux pumps are highly active in hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) and cause extrusion of TMRM, a mitochondrial membrane potential fluorescent dye. Here, we present a protocol to accurately measure mitochondrial membrane potential in HSPCs by TMRM in the presence of Verapamil, an efflux pump inhibitor.

Efflux pompaları Inhibisyonu Ile hematopoetik kök ve progenitor hücrelerde mitokondriyal membran potansiyelinin akış Cytometrik değerlendirilmesi doğruluğu iyileştirilmesi

As cellular metabolism is a key regulator of hematopoietic stem cell (HSC) self-renewal, the various roles played by the mitochondria in hematopoietic ...

Measurement of Mitochondrial Mass and Membrane Potential in Hematopoietic Stem Cells and T-cells by Flow Cytometry

A fine balance of quiescence, self-renewal, and differentiation is key to preserve the hematopoietic stem cell (HSC) pool and maintain lifelong production of all mature blood cells. In recent years cellular metabolism has emerged as a crucial regulator of HSC function and fate. We have previously demonstrated that modulation of mitochondrial metabolism influences HSC fate. Specifically, by chemically uncoupling the electron transport chain we were able to maintain HSC function in culture conditions that normally induce rapid differentiation. However, limiting HSC numbers often precludes the use of standard assays to measure HSC metabolism and therefore predict their function. Here, we report a simple flow cytometry assay that allows reliable measurement of mitochondrial membrane potential and mitochondrial mass in scarce cells such as HSCs. We discuss the isolation of HSCs from mouse bone marrow and measurement of mitochondrial mass and membrane potential post ex vivo culture. As an example, we show the modulation of these parameters in HSCs via treatment with a metabolic modulator. Moreover, we extend the application of this methodology on human peripheral blood-derived T cells and human tumor infiltrating lymphocytes (TILs), showing dramatic differences in their mitochondrial profiles, possibly reflecting different T cell functionality. We believe this assay can be employed in screenings to identify modulators of mitochondrial metabolism in various cell types in different contexts.

Here we describe a reliable method to measure mitochondrial mass and membrane potential in ex vivo cultured hematopoietic stem cells and T cells.

Hematopoetik Kök Hücrelerde ve T-Hücrelerinde Mitokondriyal Kitle ve Membran Potansiyelinin Akış Sitometrisi ile Ölçülmesi

A fine balance of quiescence, self-renewal, and differentiation is key to preserve the hematopoietic stem cell (HSC) pool and maintain lifelong production ...

Assessment of Cellular Bioenergetics in Mouse Hematopoietic Stem and Primitive Progenitor Cells using the Extracellular Flux Analyzer

Under steady state, hematopoietic stem cells (HSCs) remain largely quiescent and are believed to be predominantly reliant on glycolysis to meet their energetic needs. However, under stress conditions such as infection or blood loss, HSCs become proliferative and rapidly produce downstream progenitor cells, which in turn further differentiate, ultimately producing mature blood cells. During this transition and differentiation process, HSCs exit from quiescence and rapidly undergo a metabolic switch from glycolysis to oxidative phosphorylation (OxPHOS). Various stress conditions, such as aging, cancer, diabetes, and obesity, can negatively impact mitochondrial function and thus can alter the metabolic reprogramming and differentiation of HSCs and progenitors during hematopoiesis. Valuable insights into glycolytic and mitochondrial functions of HSCs and progenitors under normal and stress conditions can be gained through the assessment of their extracellular acidification rate (ECAR) and oxygen consumption rate (OCR), which are indicators of cellular glycolysis and mitochondrial respiration, respectively. 
Here, a detailed protocol is provided to measure ECAR and OCR in mouse bone marrow-derived lineage-negative cell populations, which include both hematopoietic stem and primitive progenitor cells (HSPCs), using the extracellular flux analyzer. This protocol describes approaches to isolate lineage-negative cells from mouse bone marrow, explains optimization of cell seeding density and concentrations of 2-deoxy-D-glucose (2-DG, a glucose analog that inhibits glycolysis) and various OxPHOS-targeted drugs (oligomycin, FCCP, rotenone, and antimycin A) used in these assays, and describes drug treatment strategies. Key parameters of glycolytic flux, such as glycolysis, glycolytic capacity, and glycolytic reserve, and OxPHOS parameters, such as basal respiration, maximal respiration, proton leak, ATP production, spare respiratory capacity, and coupling efficiency, can be measured in these assays. This protocol allows ECAR and OCR measurements on non-adherent HSPCs and can be generalized to optimize analysis conditions for any type of suspension cells.

The method presented here summarizes optimized protocols for assessing cellular bioenergetics in non-adherent mouse hematopoietic stem and primitive progenitor cells (HSPCs) using the extracellular flux analyzer to measure the extracellular acidification rate (ECAR) and oxygen consumption rate (OCR) of HSPCs in real time.

Hücre Dışı Akı Analizörü Kullanılarak Fare Hematopoetik Kök ve İlkel Progenitör Hücrelerinde Hücresel Biyoenerjetik Verilerin Değerlendirilmesi

Under steady state, hematopoietic stem cells (HSCs) remain largely quiescent and are believed to be predominantly reliant on glycolysis to meet their ...

CRISPR/Cas9 Gene Editing of Hematopoietic Stem and Progenitor Cells for Gene Therapy Applications

CRISPR/Cas9 is a highly versatile and efficient gene-editing tool adopted widely to correct various genetic mutations. The feasibility of gene manipulation of hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) in vitro makes HSPCs an ideal target cell for gene therapy. However, HSPCs moderately lose their engraftment and multilineage repopulation potential in ex vivo culture. In the present study, ideal culture conditions are described that improves HSPC engraftment and generate an increased number of gene-modified cells in vivo. The current report displays optimized in vitro culture conditions, including the type of culture media, unique small molecule cocktail supplementation, cytokine concentration, cell culture plates, and culture density. In addition to that, an optimized HSPC gene-editing procedure, along with the validation of the gene-editing events, are provided. For in vivo validation, the gene-edited HSPCs infusion and post-engraftment analysis in mouse recipients are displayed. The results demonstrated that the culture system increased the frequency of functional HSCs in vitro, resulting in robust engraftment of gene-edited cells in vivo.

The present protocol describes an optimized hematopoietic stem and progenitor cell (HSPC) culture procedure for the robust engraftment of gene-edited cells in vivo.