Name: sequential in vivo imaging of osteogenic stem/progenitor cells during fracture repair
Uploaded: 2014-05-23T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Sequential In vivo Imaging of Osteogenic Stem/Progenitor Cells During Fracture Repair at JoVE.com

Vi tackar C. Park för att läsa manuskriptet. Detta arbete stöddes av NIAMS enligt Award Antal K01AR061434 och en leukemi och lymfom Society Fellowship Award (5127-09) till DP och bidrag från National Institutes of Health till CPL och DTS Innehållet är ensamt ansvarig för författare och inte nödvändigtvis officiella ståndpunkter National Institutes of Health.

1. Möss och Förkonditionering OBS: Alla möss bibehölls i patogenfria förhållanden och alla protokoll godkändes av Institutional Animal Care och användning kommittén (IACUC) vid Massachusetts General Hospital. All kirurgi bör utföras under sterila betingelser med hjälp av autoklav steril utrustning. Mx1-Cre 15, ROSA26-loxP-stop-loxP-EYFP (Rosa-YFP), och ROSA26-loxP-stop-loxP-tdTomato (Rosa-tomat), var köptes från Jackson Laboratories. osteocalcin-G...

<ol>
	<li>Harada, S., Rodan, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+osteoblast+function+and+regulation+of+bone+mass.">Control of osteoblast function and regulation of bone mass.</a> Nature. 423, 349-355 (2003).</li><li>Manolagas, S. C., Parfitt, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+old+means+to+bone.">What old means to bone.</a> Trends Endocrinol Metab. 21, 369-374 (2010).</li><li>Khosla, S., Riggs, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pathophysiology+of+age-related+bone+loss+and+osteoporosis.">Pathophysiology of age-related bone loss and osteoporosis.</a> Endocrinol Metab Clin North Am. 34, 1015-1030 (2005).</li><li>Friedenstein, A. J., Chailakhyan, R. K., Latsinik, N. V., Panasyuk, A. F., Keiliss-Borok, I. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stromal+cells+responsible+for+transferring+the+microenvironment+of+the+hemopoietic+tissues.+Cloning+in+vitro+and+retransplantation+in+vivo.">Stromal cells responsible for transferring the microenvironment of the hemopoietic tissues. Cloning in vitro and retransplantation in vivo.</a> Transplantation. 17, 331-340 (1974).</li><li>Mendez-Ferrer, S., 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=Mesenchymal+and+haematopoietic+stem+cells+form+a+unique+bone+marrow+niche.">Mesenchymal and haematopoietic stem cells form a unique bone marrow niche.</a> Nature. 466, 829-834 (2010).</li><li>Park, D., 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=Endogenous+Bone+Marrow+MSCs+Are+Dynamic,+Fate-Restricted+Participants+in+Bone+Maintenance+and+Regeneration.">Endogenous Bone Marrow MSCs Are Dynamic, Fate-Restricted Participants in Bone Maintenance and Regeneration.</a> Cell Stem Cell. 10, 259-272 (2012).</li><li>Schindeler, A., McDonald, M. M., Bokko, P., Little, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bone+remodeling+during+fracture+repair:+The+cellular+picture.">Bone remodeling during fracture repair: The cellular picture.</a> Semin Cell Dev Biol. 19, 459-466 (2008).</li><li>Holstein, J. H., 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=Rapamycin+affects+early+fracture+healing+in+mice.">Rapamycin affects early fracture healing in mice.</a> Br J Pharmacol. 154, 1055-1062 (2008).</li><li>Maes, 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=Osteoblast+precursors,+but+not+mature+osteoblasts,+move+into+developing+and+fractured+bones+along+with+invading+blood+vessels.">Osteoblast precursors, but not mature osteoblasts, move into developing and fractured bones along with invading blood vessels.</a> Dev Cell. 19, 329-344 (2010).</li><li>Grcevic, D., 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=In+vivo+fate+mapping+identifies+mesenchymal+progenitor+cells.">In vivo fate mapping identifies mesenchymal progenitor cells.</a> Stem Cells. 30, 187-196 (2012).</li><li>O'Neill, K. R., 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=Micro-computed+tomography+assessment+of+the+progression+of+fracture+healing+in+mice.">Micro-computed tomography assessment of the progression of fracture healing in mice.</a> Bone. 50, 1357-1367 (2012).</li><li>Kovar, J. L., 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=Near-infrared-labeled+tetracycline+derivative+is+an+effective+marker+of+bone+deposition+in+mice.">Near-infrared-labeled tetracycline derivative is an effective marker of bone deposition in mice.</a> Anal Biochem. 416, 167-173 (2011).</li><li>Mayer-Kuckuk, P., Boskey, A. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+imaging+promotes+progress+in+orthopedic+research.">Molecular imaging promotes progress in orthopedic research.</a> Bone. 39, 965-977 (2006).</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>Kuhn, R., Schwenk, F., Aguet, M., Rajewsky, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inducible+gene+targeting+in+mice.">Inducible gene targeting in mice.</a> Science. 269, 1427-1429 (1995).</li><li>Duran-Struuck, R., Dysko, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Principles+of+bone+marrow+transplantation+(BMT):+providing+optimal+veterinary+and+husbandry+care+to+irradiated+mice+in+BMT+studies.">Principles of bone marrow transplantation (BMT): providing optimal veterinary and husbandry care to irradiated mice in BMT studies.</a> Journal of the American Association for Laboratory Animal Science: JAALAS. 48, 11-22 (2009).</li><li>Tu, Q., 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=Osterix+overexpression+in+mesenchymal+stem+cells+stimulates+healing+of+critical-sized+defects+in+murine+calvarial+bone.">Osterix overexpression in mesenchymal stem cells stimulates healing of critical-sized defects in murine calvarial bone.</a> Tissue Eng. 13, 2431-2440 (2007).</li></ol>

Regleringen av skelett stamceller kan vara av stor betydelse för att definiera bättre metoder för att uppnå benregenerering. Kvantitativ och sekventiell avbildning på cellnivå har varit en teknisk utmaning. Även musen lång benfraktur modellen har använts i stor omfattning och som lämpar sig för biomekaniska studier 17, har sitt djup vävnad läge, ojämn fraktur storlek, mjukvävnadsskada, och tillämpningen av stabiliserande fixators begränsad sekventiell intravital avbildning. Här beskrivs en m...

Degenerativa skelettsjukdomar och åldersrelaterad benförlust som leder till en hög risk för osteoporosfraktur har blivit en stor utmaning i folkhälso 1. Bone underhåll styrs av benbildande osteoblaster och benresorberande osteoklaster. Fel i benbildande celler är den huvudsakliga orsaken till åldersrelaterad benförlust och degenerativa bensjukdomar 2,3. Medan omfattande forskning har fokuserat på att förbättra frakturläkning, till upptäckten av tillförlitliga läkemedel bota degenerativa sjukdomar ben och att vända den svaga benskörhetsfrakturer är fortfarande en viktig fråga. Således, studera källan till benbildande celler och deras kontrollmekanismer i benuppbyggnad och reparation ger en ny insikt för att öka skelett förnyelse och vända benförlust sjukdomar. Förekomsten av multipotenta mesenkymala celler i benmärgen har föreslagits utifrån identifieringen av klonogena populationer som kan olikasent i osteogent, adipogena och kondrogena härstamningar ex vivo 4. Nyligen, flera studier har rapporterat att skelett / mesenkymala stamceller (SSC / MSC) är en naturlig källa av osteoblaster och är avgörande för benomsättningen, ombyggnad, och fraktur reparation 5,6 . Dessutom visade vår släktlinje-spårning studie att mogna osteoblaster har ett oväntat kort halveringstid (~ 60 dagar) och kontinuerligt fyllas på av deras stam / progenitorceller i både normala homeostatiska och fraktur reparation förhållanden 6. Emellertid identiteten in vivo av stamceller och hur sådana celler reagerar till fraktur skada och leverera benbildande celler är oklara. Därför är det viktigt att utveckla en metod som kan analysera migration, proliferation och differentiering av endogena stålcentraler / MSC i under fysiologiska förhållanden. Frakturreparation är en multi-cellulär och dynamisk process som regleras av en matris av komplexacytokiner och tillväxtfaktorer 7. Den mest populära metod för frakturstudier är att använda en djurmodell med lång benfraktur och analysera ben av ben sektione och immunofluorescerande teknik 8-10. Denna reparationsprocess kan följas av flera avbildningstekniker, inklusive mikro-CT 11, nära infraröda fluorescens 12, och kemiluminescens avbildning 13. Men varje teknik vissa begränsningar, och det har medfört några effektiva sätt att övervaka SSC / MSC-funktion på cellnivå in vivo. Nyligen har konfokala / två-foton intravital mikroskopi utvecklats och används för att upptäcka transplanterade cancerceller och hematopoetiska stamceller i samband med sin benmärg mikromiljö även vid encelliga upplösning i levande djur 14. Genom att kombinera denna teknik med en serie av härstamning spåra modeller, kunde vi fastställa att osteogena stam / progenitorceller kan genetiskt präglad av övergående acmotivation för myxovirus motstånd -1 (Mx1) promotor och Mx1-inducerad progenitorer kan bibehålla merparten av mogna osteoblaster över tid, men inte deltar i genereringen av kondrocyter i den vuxna musen 6. Dessutom visade vi att Mx1-märkta OSPCs levererar majoriteten av nya osteoblaster i frakturläkning 6. Här, med hjälp av osteo-härstamning spårning modeller och intravital mikroskopi, är ett protokoll som att definiera vivo kinetik Mx1 + osteogena stam / progenitorceller i i fraktur reparation. Detta protokoll ger sekventiell avbildning att spåra flytten av osteogena stamceller / progenitorceller i brottplatser och kvantitativ mätning av osteoprogenitorcell expansion i början av reparationsprocessen. Detta tillvägagångssätt kan vara användbart i flera sammanhang, inklusive utvärderingen av terapeutiska kandidater för att förbättra benläkning.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="829">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">C57BL/6J (H-2b)</td>
			<td style="width:140px;">Jackson Laboratories (Bar Harbor, ME)</td>
			<td style="width:195px;">000664</td>
			<td style="width:279px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Ketamine Hydrochloride Injection</td>
			<td style="width:140px;">Bionichepharma</td>
			<td style="width:195px;">67457-001-10</td>
			<td>&#160;Vial size: 10 ml (50 mg/ml)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Xylazine Sterile Solution</td>
			<td style="width:140px;">Lloyd Inc.</td>
			<td style="width:195px;">NADA# 139-236</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Buprenorphine Hl</td>
			<td style="width:140px;">BEDFORD LAB</td>
			<td style="width:195px;">NDC 55390-100-10</td>
			<td>Vial: 0.3 mg/ml, Doses: 0.05-0.1 mg/kg</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">DPBS, 1X</td>
			<td style="width:140px;">CORNING cellgro</td>
			<td style="width:195px;">21-031-CV</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Alcohol Prep Pads (70% Isopropyl alcohol)</td>
			<td style="width:140px;">Kendall WEBCOL</td>
			<td style="width:195px;">5110</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Fine Surgical Scissor</td>
			<td style="width:140px;">F.S.T</td>
			<td style="width:195px;">14568-09</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Extra fine Forceps</td>
			<td style="width:140px;">F.S.T</td>
			<td style="width:195px;">11150-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">VICRYL*Plus Suture</td>
			<td style="width:140px;">Ethicon</td>
			<td style="width:195px;">VCP490G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Qtracker 705 non-targeted quantum dot</td>
			<td style="width:140px;">Invitrogen</td>
			<td style="width:195px;">Q21061</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Methocel 2%</td>
			<td style="width:140px;">OmmiVision</td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">pIpC (Polyinosinic-polycytidylic acid)&#160;&#160;</td>
			<td style="width:140px;">Sigma</td>
			<td style="width:195px;">P0913-50MG</td>
			<td>100 &#956;l (2.5 mg/ml in PBS) for 10 g of mouse</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Mai Tai Tunable Ultrafast Lasers</td>
			<td style="width:140px;">Spectra Physics</td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Dual Calypso 491 + 532 nm DPSS laser</td>
			<td style="width:140px;">Cobolt AB</td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Radius-635 HeNe laser</td>
			<td style="width:140px;">Coherent</td>
			<td style="width:195px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

sequential in vivo imaging of osteogenic stem/progenitor cells during fracture repair

Bone vänder över kontinuerligt och är mycket regenerativ efter skada. Osteogena stam / föregångarceller har länge varit en hypotes att existera, men in vivo demonstration av sådana celler har först nyligen uppnåtts. Här är in vivo avbildningstekniker för att undersöka betydelsen av endogena osteogena stamceller / progenitorceller (OSPCs) och deras avkomma i ben reparation tillhandahålls. Med hjälp av osteo-härstamning cell spåra modeller och intravital avbildning av inducerade mikrosprickor i calvarial ben, kan OSPCs observeras direkt under de första dagarna efter skada, där kritiska händelser i den tidiga reparationen inträffar. Skade webbplatser kan sekventiellt avbildas avslöjar att OSPCs flytta till skadan, öka i antal och differentierar till benbildande osteoblaster. Dessa metoder är ett sätt att undersöka rollen av stamceller-inre och yttre molekylära regulatorer för benuppbyggnad och reparation.

<html> Den stabiliserade lång benfraktur modellen har varit populärt i frakturstudier. Men långa ben eller stora brottmodeller orsakar flera vävnadsskada och därför har en begränsning i kvantitativ mätning av ben cellfunktion. Vi utvecklade en minimalt invasiv skada (mindre än 1 mm i diameter med minimal eller ingen invasion i dura mäter) på calvarial pannben med nål borrning (fig. 1A-1C). Vi valde en vy ovanifrån av de calvarial pannben för in vivo levande avbildning av mikrospric...

Watch this Scientific Journal Video about Sequential In vivo Imaging of Osteogenic Stem/Progenitor Cells During Fracture Repair at JoVE.com

Sequential In vivo Imaging of Osteogenic Stem/Progenitor Cells During Fracture Repair

Kvantitativ mätning av ben progenitor funktion i frakturläkning kräver hög upplösning seriebildteknik. Här finns protokoll föreskrivs att använda intravital mikroskopi och osteo-härstamning spårning att sekventiellt bild och kvantifiera migration, proliferation och differentiering av endogena osteogena stamceller / progenitorceller i färd med att reparera benbrott.

Sekventiell<em&gt; In vivo</em&gt; Imaging av Osteogena Stem / progenitorceller Under Fracture Repair

Bone turns over continuously and is highly regenerative following injury. Osteogenic stem/progenitor cells have long been hypothesized to exist, but in ...

Research

JoVE Journal

Medicine

Sequential In vivo Imaging of Osteogenic Stem/Progenitor Cells During Fracture Repair

In vivo Dual Substrate Bioluminescent Imaging

In vivo Dual Substrate Bioluminescent Imaging

In vivo Dual Substrat Bioluminescent Imaging

Our understanding of how and when breast cancer cells transit from established primary tumors to metastatic sites has increased at an exceptional rate ...

3D-Neuronavigation In Vivo Through a Patient's Brain During a Spontaneous Migraine Headache

3D-Neuronavigation In Vivo Through a Patient's Brain During a Spontaneous Migraine Headache

3D-neuro<em&gt; In Vivo</em&gt; Genom ett patientens hjärna under en spontan Migrän Huvudvärk

A growing body of research, generated primarily from MRI-based studies, shows that migraine appears to occur, and possibly endure, due to the alteration ...

In vivo 19F MRI for Cell Tracking

In vivo 19F MRI for Cell Tracking

In vivo 19 F MRI för Cell Tracking

In vivo 19F MRI allows quantitative cell tracking without the use of ionizing radiation. It is a noninvasive technique that can be applied to humans. ...

In Vivo Dynamics of Retinal Microglial Activation During Neurodegeneration: Confocal Ophthalmoscopic Imaging and Cell Morphometry in Mouse Glaucoma

In Vivo Dynamics of Retinal Microglial Activation During Neurodegeneration: Confocal Ophthalmoscopic Imaging and Cell Morphometry in Mouse Glaucoma

In vivo Dynamisk av näthinnan microglial Aktivering Under neurodegeneration: Confocal oftalmoskopiska Imaging och Cell morfometri i mus Glaukom

Microglia, which are CNS-resident neuroimmune cells, transform their morphology and size in response to CNS damage, switching to an activated state with ...

In Vivo Imaging and Tracking of Technetium-99m Labeled Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells in Equine Tendinopathy

In Vivo Imaging and Tracking of Technetium-99m Labeled Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells in Equine Tendinopathy

In vivo Imaging och spårning av teknetium-99m märkt benmärg mesenkymala stamceller i Equine tendinopati

Recent advances in the application of bone marrow mesenchymal stem cells (BMMSC) for the treatment of tendon and ligament injuries in the horse suggest ...

Studying Pancreatic Cancer Stem Cell Characteristics for Developing New Treatment Strategies

Studera bukspottkörtelcancer Stem Cell egenskaper för att utveckla nya behandlingsstrategier

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) contains a subset of exclusively tumorigenic cancer stem cells (CSCs) which have been shown to drive tumor ...

Depletion of Mouse Cells from Human Tumor Xenografts Significantly Improves Downstream Analysis of Target Cells

Utarmning av musceller från humana tumörxenotransplantat avsevärt förbättrar Nedströms analys av målceller

The use of in vitro cell line models for cancer research has been a useful tool. However, it has been shown that these models fail to reliably mimic ...

In Vivo Evaluation of Fracture Callus Development During Bone Healing in Mice Using an MRI-compatible Osteosynthesis Device for the Mouse Femur

In Vivo Evaluation of Fracture Callus Development During Bone Healing in Mice Using an MRI-compatible Osteosynthesis Device for the Mouse Femur

In Vivo Utvärdering av fraktur förhårdnader utveckling under läkning hos möss med en MRI-kompatibel osteosyntes enhet för mus lårbenet

Endochondral fracture healing is a complex process involving the development of fibrous, cartilaginous, and osseous tissue in the fracture callus. The ...

Middle Cerebral Artery Occlusion Allowing Reperfusion via Common Carotid Artery Repair in Mice

Mellersta Cerebral artärocklusion att låta Reperfusion via gemensamma halspulsådern reparation hos möss

The ischemic stroke is a major cause of adult long-term disability and death worldwide. The current treatments available are limited, with only tissue ...

Longitudinal In Vivo Imaging and Quantification of Human Pancreatic Islet Grafting and Contributing Host Cells in the Anterior Eye Chamber

Längsgående In Vivo Imaging och kvantifiering av mänskliga pankreas islet ympning och bidragande värdceller i främre ögat kammaren

Imaging beta cells is a key step towards understanding islet transplantation. Although different imaging platforms for the recording of beta cell biology ...