The protocol describes a novel murine femur window chamber model that can be used to track movement of cells in the femoral bone marrow in vivo. Intravital multiphoton fluorescence microscopy is used to image three components of the femoral bone marrow (vasculature, collagen matrix, and neutrophils) over time.
Bone marrow is a complex organ that contains various hematopoietic and non-hematopoietic cells. These cells are involved in many biological processes, including hematopoiesis, immune regulation and tumor regulation. Commonly used methods for understanding cellular actions in the bone marrow, such as histology and blood counts, provide static information rather than capturing the dynamic action of multiple cellular components in vivo. To complement the standard methods, a window chamber (WC)-based model was developed to enable serial in vivo imaging of cells and structures in the murine bone marrow. This protocol describes a surgical procedure for installing the WC in the femur, in order to facilitate long-term optical access to the femoral bone marrow. In particular, to demonstrate its experimental utility, this WC approach was used to image and track neutrophils within the vascular network of the femur, thereby providing a novel method to visualize and quantify immune cell trafficking and regulation in the bone marrow. This method can be applied to study various biological processes in the murine bone marrow, such as hematopoiesis, stem cell transplantation, and immune responses in pathological conditions, including cancer.
骨髄は造血及び免疫調節に関与する重要な器官です。これは、造血幹細胞および前駆細胞(HSPCs)を含む造血成分、および間葉細胞1を生じる非造血前駆細胞を含む間質成分から成ります。造血活性の三分の二は、骨髄細胞2の世代に捧げられています。 1-2×10 11細胞は、正常な成人2日ごとに生成して、特に、好中球の大多数は、骨髄で産生されます。好中球は、微生物感染に対する防御の第一線であり、ストレスが末梢 好中球1,3を補完するために彼らの動員をトリガするまで、主に骨髄に予約されています。それらの抗菌効果に加えて、最近の研究では、形質転換成長によってプロ及び抗腫瘍形成表現型の両方を有する、癌生物学における好中球の重要な役割を示唆しています腫瘍微小環境4,5におけるシグナル伝達因子β(TGF-β)。また、研究では、循環中の好中球は、細胞毒性、抗転移効果8を発揮しながら、原発腫瘍に蓄積する好中球は、T細胞6,7の細胞傷害性機能を抑制することにより、プロ腫瘍形成および転移性効果を発揮することを実証しました。このように、骨髄中の造血細胞の研究、特に好中球は、免疫および腫瘍調節におけるそれらの役割を解明するために重要です。
組織病 理学および完全な末梢血球数を日常骨髄9細胞および構造変化を評価するために使用されます。しかしながら、これらの方法は、異なる細胞集団または組織の微細構造の静的な情報を提供します。長手方向のインビボイメージングは、複数の細胞、血管および間質成分の動力学ならびに細胞からCを評価するための標準的な方法と組み合わせて使用することができます縦の方法でエル相互作用。顕微鏡の分解能10で生きている動物の画像化として定義される生体顕微鏡(IVM)は、必要な実験動物の数を減少させる、同じ試料中の経時動的な細胞プロセスを評価するために特に有用です。 IVMは、多くの場合、数週間から数ヶ月の期間にわたって画像化の対象の臓器にアクセスするために慢性的に移植窓室(WC)と組み合わされます。頭蓋と背皮脂WCのモデルが戻って1990年代半ばにさかのぼる使用の最も長い歴史を持っています。より最近では、このような乳房脂肪パッドおよび様々な腹部の器官のものなどの他の臓器特異的WCモデル11を開発されてきました。
生体内で骨髄を撮像するための典型的なアプローチは、薄くなった骨が最小限の外科的介入12-14と単一細胞の直接可視化を可能にしたマウスの頭蓋冠、の主に関与露出を持っています。しかし、頭蓋冠の骨髄は、bの場合があり電子HSPCs 15の維持・発展を減少示し頭蓋冠でHSPCsと低酸素細胞の低い数、によって示されるように、そのような長い骨のような他の骨、のとは異なります。したがって、長骨内の細胞成分を評価するための代替的なアプローチが研究されてきました。これらは、大腿骨の髄16と背側皮下脂肪WC 17で分割大腿骨の異所性移植の直接のエクスポージャーが含まれます。しかし、前者はより長い期間にわたって、セルラー構造的および機能的変化の追跡を許可しない端末の手順であり、後者の可能性が高いが原因背側皮下脂肪WC内部の異所性サイトへの大腿骨の移植に正常な骨髄機能を妨げます。時間をかけて大腿骨髄の同所シリアルイメージングを可能にするもう一つの方法は、大腿骨にWCを使用することです。一つ前のレポートでは、使用して大腿骨髄中の微小循環の長期的なイメージングを実証しましたマウス18で大腿骨WC。さらに、著者らは、骨髄転移をモニタリングにおけるその有用性を示す、大腿骨における腫瘍細胞の可視化を示しました。しかし、このWCの設計は、それによって作り、その大きなサイズ(1.2センチ直径)と大規模なマウスのみに適した比較的小さな撮影領域(直径4mm)、(26〜34グラム、生後3-6ヶ月)によって制限されていました日常的な使用のための非現実的なアプローチ。
したがって、小さい全体のサイズと大きい内側の撮像領域を持つ新しいWCは、本研究の目的のために設計されました。この研究の目的は、大腿骨の髄内に種々の細胞型を撮像するための方法を提供することでした。大腿骨WCモデルは、社内で開発された3D血管網内の好中球を可視化し、追跡するために使用されました。このモデルを用いて、骨髄のIVMは、40日間に渡って連続的に行うことができます。このアプローチは、免疫調節A、造血のプロセスを解明するための様々な分野に適用することができますND腫瘍発生。
リアルタイムは、骨髄中の動的な細胞プロセスの連続撮影は、そうでなければ、このような組織学および総血球数などの従来の技術を用いて得ることが挑戦されている情報を提供します。ここで説明した大腿骨WCモデルは、時間の経過とともに、骨髄中の細胞と構造変化を調査するためのユニークな機会を提供しています。大腿骨WCモデルは、以前に報告されているが、本発明の新規な設計は…
The authors have nothing to disclose.
著者らは、WCと撮影台を製造するためのプリンセスマーガレットがんセンターマシンショップから顕微鏡の支援のために大学健康ネットワークで高度な光学顕微鏡施設(www.aomf.caを)感謝したい、と氏はジェイソン・エリスでしょう。また、原稿編集のために博士アイリスKulbatskiに感謝したいと思います。
NRCNU-F athymic nude mice | Taconic | Ncr nude | 8-10 weeks old, female |
Saline | Baxter | JB1302P | |
Ketamine hydrochloride | Bioniche Animal Health Canada, Inc. | DIN 01989529 | |
Xylazine | Bayer HealthCare, Bayer Inc. | DIN 02169592 | |
Surgical drape | Proxima | DYNJP2405 | |
Electric heating pad | Life Brand | 57800827375 | |
Stereomicroscope | Leica | Leica M60 | |
Eye ointment (tear gel) | Novartis | T296/2 | |
7.5% betadine | Purdue Frederick Co | 67618-151-16 | |
70% isopropyl alcohol | GreenField | P010IP7P | |
10% betadine | Purdue Frederick Co | 67618-150-05 | |
Scalpel handle (#3) | Fine Science Tools | 10003-12 | |
Scalpel blade (#15) | VWR | 89176-368 | |
Spring Scissors curved | Fine science Tools | 15023-10 | |
Baby-Mixter Hemostat | Fine science Tools | 13013-14 | |
Fine Scissors | Fine science Tools | 14094-11 | |
Extra Fine Graefe Forceps | Fine science Tools | 11151-10 | |
Halsted-Mosquito Hemostats | Fine science Tools | 13008-12 | |
Micro-drill | Harvard Apparaus | 72-6065 | |
Micro-drill burrs | Fine Science Tools | 19007-14 | |
Femur window chamber | PMCC machine shop | custom design | 9.1mm- 8.5mm- 7.5 mm (outer to inner diameter), 2.16 mm (radius of two holes), 13.9mm (distance between two holes), 0.7mm (thickness) |
U-shaped bar | PMCC machine shop | custom design | 13.8mm (length), 1.6 mm (width), 3.7mm (height) |
Coverglass (8mm) | Warner Instruments | HBIO 64-0701 CS-8R | |
Retaining ring (8mm) | ACKLANDS GRAINGER | UNSPSC # 31163202 | |
Nuts (hexagon stainless steel) | Fastenal | 70701 | |
Dental cement | 3M | RelyX U200 | |
Suture (5-0 Monosof black) | Covioien | SN-5698 | |
Halsey needle holder | Fine Science Tools | 12501-13 | |
Buprenorphine (Temgesic) | Reckitt Benckiser | DIN 0281251 | |
Meloxicam (Metacam) | Boehringer Ingelheim | DIN 02240463 | |
Amoxicillin (Clamavox) | Pfizer | DIN 02027879 | |
FITC-Dextran | Sigma-Aldrich | FD2000S | |
APC- Anti-Mouse Ly-6G (Gr-1) | eBioscience | 17-9668 | |
Two-photon microscope LSM 710 | Carl Zeiss | Zeiss LSM 710 NLO | |
Imaging stage | PMCC machine shop | custom design | 15.9cm (length), 11cm (width), 0,9cm (height) |
Imaris software | Bitplane | Imaris 8.0 | Image analysis software described in Section 3 of the Protocol |
Zen 2012 | Zeiss | Zen 2012 | Image acqusition software described in Section 2 of the Protocol |