وتركز هذه الدراسة على نموذج في المختبر للجرح شفاء (الصفر المقايسة) كآلية لتحديد الملوثات البيئية كيف مثل الزرنيخ تأثير الهجرة الخلوية. وتبين النتائج أن هذا التحليل في المختبر يوفر مؤشرات السريع والمبكر للتغييرات للهجرة الخلوية قبل التجريب في فيفو .
وقد فهم الآليات الفسيولوجية لالتئام تركيز البحوث الجارية لسنوات عديدة. يترجم هذا البحث مباشرة إلى التغييرات في المعايير السريرية المستخدمة لعلاج الجروح وخفض معدلات الاعتلال والوفيات للمرضى. التئام الجروح هو عملية معقدة تتطلب التفاعل الاستراتيجي في الخلايا والأنسجة والوظيفة. واحدة من العديد من الوظائف ذات أهمية حاسمة لالتئام الجروح هو الهجرة الخلوية الفردية والجماعية. عند إصابة، تهاجر خلايا مختلفة من الدم والأنسجة الضام، والظهاريه المحيطة بسرعة إلى موقع الجرح عن طريق المحفزات الكيميائية و/أو المادية. يمكن أن تملي هذه الاستجابة الهجرة إلى حد كبير نتائج ونجاح التئام الجروح. فهم هذه الوظيفة الخلوية محددة مهم للطب متعدية الجنسيات يمكن أن تؤدي إلى تحسين الجرح الشفاء نتائج. هنا، يمكننا وصف بروتوكول يستخدم من أجل فهم أفضل للهجرة الخلوية كما أنها تتصل بالتئام الجرح، وكيف التغييرات في البيئة الخلوية يمكن أن يغير كثيرا من هذه العملية. في هذا المثال الدراسة، كانت تزرع الليفية الجلدية في وسائل الإعلام التي تستكمل بالمصل البقري الجنين (FBS) كثقافات أحادي الطبقة في قوارير زراعة الأنسجة. أسيبتيكالي الخلايا المحولة إلى زراعة الأنسجة تعامل 12-جيدا لوحات ونمت لالتقاء 100%. عند الوصول إلى التقاء، كانت عمودياً خدش الخلايا في أحادي الطبقة استخدام تلميح بيبيت p200. الزرنيخ المخفف في وسائط الثقافة تستكمل مع FBS وأضيفت إلى الآبار الفردية في بيئياً ذات الصلة جرعات تتراوح بين 0.1-10 م الصور تم القبض على كل 4 ساعات (ح) على مدى فترة 24 ساعة مجهر ضوء معكوس لمراقبة الهجرة الخلوية (الجرح باستخدام إغلاق). صور منفردة حللت باستخدام برنامج تحليل الصور، والجرح في المائة الإغلاق تم حسابها. وتبين النتائج أن الزرنيخ يبطئ التئام الجروح. يوفر هذا الأسلوب شاشة أولى سريعة وغير مكلفة لتقييم آثار الملوثات على التئام الجروح.
التئام الجروح ويتكون من سلسلة معقدة من تداخل الخطوات التي تنطوي على مختلف أنواع الخلايا والجزيئات مما يشير إلى عناصر المصفوفة خارج الخلية1. معا، هذه المكونات والعمل يدا واحدة لتحقيق القرار الجرح أو إصلاحها، الأمر الذي يؤدي في نهاية المطاف إلى تشكيل ندبة تليفية الحماية تبعاً لدرجة الصدمة1. للقبض على العمليات الفردية والوظائف للجرح الشفاء في تجربة واحدة صعبة؛ الخطوات الفردية داخل الجرح الشفاء عملية تحتاج إلى تحديد واختبارها بشكل منفصل. من بين العديد من الخطوات لالتئام الجروح، عملية الهجرة الخلوية اعتبرت حاسمة عند تقييم معدلات الشفاء2. الهجرة الخلوية يمكن ملاحظتها في جميع المراحل من التئام الجروح، ومما يستلزم زيادة فهم كيف يمكن أن تؤثر التعديلات للهجرة الخلية إغلاق الجرح. على سبيل المثال، يعتبر الهجرة الخلوية في كلا التهاب المرحلة المبكرة والمتأخرة، مع تجميع الدم تخثر الدم والصفائح الدموية في موقع الجرح3. هذه الأحداث منع فقدان الدم المفرط عن طريق تشكيل انسداد مؤقت لملء المناطق الجرحى خالية من الأنسجة3. سوف توليف الصفائح الدموية بالدورة الدموية وإفراز وسطاء فعال في الأوعية جنبا إلى جنب مع العوامل تشيموتاكتيك، أي إشارة معا لهجرة الكريات البيض الالتهابية (خلايا الدم البيضاء) للأنسجة الجرحى لإصلاح4. Epithelialization إعادة يحدث في غضون ساعة إصابة الأنسجة وينطوي على تغطية الموقع الجرح من خلال النشاط والهجرة من الخلايا الظهارية الكيراتينيه لمنع زيادة تلوث أو غزو من الجسيمات الأجنبية إلى موقع الجرح2. التقاط هذه الأمثلة فقط عدد قليل من الهجرة الخلية العديد من المهام المرتبطة بالتئام الجروح.
تم وصف المقايسة الصفر واستخدامه لفهم أفضل للهجرة الخلية ولها العديد من الأدوار في الجرح الشفاء5،6. هذا التحليل يعتبر التبسيط ويوفر الفائق، وتمكن المحقق لجمع بيانات الهجرة الخلية الممثل. وقد أظهرت فحوصات الهجرة بنجاح أن بعض المركبات قد تسريع أو إبطاء معدل الهجرة الخلوية6. وعلاوة على ذلك، توفر هذه نتائج الفحص متعدية المعلومات الفسيولوجية التي يمكن استخدامها لوضع العلاجات المستهدفة، الجرعات التركيزات، والجينات للفائدة قبل التجريب في فيفو . الفحص يتطلب تقنيات استزراع الخلايا الأساسية واللوازم، خط خلية للاختيار، وتكنولوجيا التصوير لالتقاط حركة عبر الوقت أو الحركة استجابة للعلاج.
ويمكن التلاعب المقايسة سهولة أو مصممة خصيصا لتناسب احتياجات المحقق. ومع ذلك، هناك أربع مسائل أساسية للنظر قبل التجريب. ما هو السؤال عامة أو محددة (ق) هو/هي investigator(s) محاولة للإجابة؟ وهذا ينطبق على معظم الفرضيات مدفوعة للبحث؛ ومع ذلك، أنها حاسمة بالنسبة لهذا التحليل لأنه سيتم تحديد العديد من المعلمات المطلوبة بدقة والإجابة السؤال (ق) تماما. يجب استخدام ما الخلية خط أو الخلية الخطوط (إذا كانت متعددة) لتمثيل النظام الفسيولوجية قيد الدراسة؟ على سبيل المثال، في الجلدي الجرح الدراسة الشفاء، وتنتجها الخلايا الليفية الجلد5،،من67،8من الخلايا الجذعية، أو قد تعتبر البشرة keratinocyte9 تمثيل السكان الخلية التي توجد عادة بكثرة في الأنسجة الجلد10. وبدلاً من ذلك، يمكن تقييم العَدلات أو الضامة أو الخلايا الملتهبة الأخرى في هذا النظام تمثل الهجرة الخلية للمكونات الأخرى لالتئام الجروح داخل أنسجة الجلد10. بالإضافة إلى ذلك، تحديد خط خلية معينة، يجري تقييم سوف يساعد على تحديد الكواشف التي هي الأمثل استخدامها لتعزيز النشاط الأيضي في الخلية. كيف ستكون الهجرة الخلية تتبع تصويرها؟ وهناك عدد من التقنيات المستخدمة لمراقبة الهجرة الخلية داخل اللوحة أو قارورة. على سبيل المثال، يوفر الصباغة أو فلوريسسينتلي تمييز الخلايا واستخدام الفلورية أو التصوير [كنفوكل] لتعقب الخلايا على النقيض قوي، الذي يسمح للمحقق يحدد بوضوح الخلوية مقابل المواقع غير الخلوي والحركة الخلوية11 . تقنية شائعة أخرى، الموصوفة في هذه الدراسة، هو استخدام الفحص المجهري الخفيفة المقلوب مع مرحلة التباين6،7. يسمح للمستخدم بالعيش تعقب الخلايا دون الحاجة إلى إصلاح الميؤوس من شفائهم الخلايا قبل تصوير هذا البديل للخلية الأصباغ والأسفار ويسمح أيضا لالتقاط الصور من نفس الآبار الفردية التي تحتوي على مونولاييرس الجرحى من الخلايا عبر النقاط الزمنية. ما هي نتائج التدابير التي سيتم استخدامها لتحليل؟ استخدام الصور التي جمعت طوال فترة الدراسة، يمكن توليد البيانات التي يمكن فهم التغيرات في معدلات الهجرة الخلوية. في لدينا مختبر، مجهرية من الصور التي تم التقاطها في المجهر المقلوب الخفيفة يتم تحميلها إلى برمجيات تحليل الصور ويتم حسابها بإغلاق الجرح في المائة ومجموع المساحة تحت المنحنى (AUC).
سوف نسلط الضوء استخدام محدد من هذا التحليل توضيح التغييرات للهجرة عن طريق الجلد تنتجها الخلايا الليفية حضور الملوثات بيئية معروفة، الزرنيخ. الزرنيخ ميتالويد التي تحدث بشكل طبيعي وجدت داخل قشرة الأرض. قد تم العثور على المواقع المختلفة مع مستويات مرتفعة من الزرنيخ، الذي يشكل خطرا على الأفراد الذين يعيشون بالقرب من هذه المواقع. كنتيجة لذلك، أظهرت مصادر الغذاء والماء إلى زيادة مستويات التلوث بالزرنيخ، مما يزيد من احتمالات للأفراد لتصبح عرضه للزرنيخ. التعرض للزرنيخ البيئية قد ثبت أن عواقب صحية طويلة الأجل في المجموعات السكانية البشرية أعلاه أو حتى أدناه الحالي وكالة حماية البيئة في “الولايات المتحدة” (USEPA) ماكس الملوث مستوى (MCL) من 10 جزء في البليون (10 ميكروغرام/لتر)12، 13-على الرغم من أن تعيين هذا MCL USEPA ويرى أنه للشرب حدود، تركيزات الزرنيخ التي تتجاوز هذا الحد غير المألوف في مصادر المياه في العالم. في جنوب غرب الولايات المتحدة، أن المياه الجوفية ومياه الآبار والينابيع العديدة قد وثقت لاحتواء فيما يتعلق بمستويات الزرنيخ14. على سبيل المثال، يتضمن كذلك مونتيزوما في الوادي الأخضر، من الألف إلى الياء، 210 ميكروغرام/لتر للزرنيخ15. المياه الجوفية حول نهر الأخضر، من الألف إلى الياء يحتوي على 16 ميكروغرام/لتر للزرنيخ في المتوسط، مع قيم الذروة التي وصلت إلى 1.3 مغ/لتر15،16. جدير بالذكر أن تركيزات الزرنيخ في العديد من الآبار في إلقاء مياه النهر الأخضر يتجاوز 50 ميكروغرام/لتر15،16. مع هذه المعرفة، كانت تركيزات الزرنيخ بيئياً ذات الصلة المحددة التي تتراوح من أسفل MCL في 0.1 ميكرومتر (7.5 جزء في البليون)، أعلاه MCL الساعة 10 ميكرون (750 جزء في البليون) الحالية في دراسة14،،من1516 , 17 , 18 , 19 , 20 .
سيتم استخدام المعلومات التي تم جمعها من هذه التجارب كمؤشر مبكر للتغييرات المحتملة لمعدلات الهجرة الخلوية في في فيفو الجرح ملوثة بالزرنيخ. بعد ذلك، مما يشير إلى إمكانية تحديد الجزيئات استناداً إلى دورها في تسهيل التئام الجروح والهجرة الخلوية، وقد تحدد بوليميريز الكمية المقبلة سلسلة من ردود الفعل (قبكر) على أساس الجينات التعبير تجارب عند انتهاء الحالية الدراسات. إذا تغير معدلات الهجرة في هذا التحليل وجود الزرنيخ، الجينات محددة الأهداف المعنية بالهجرة الخلوية قد تكون هدفا للآثار الضارة للزرنيخ، وهكذا قد تكون الآلية التي تعطل.
تطبيق هذا الفحص يوفر تقييم الفائق، وفي الوقت المناسب للهجرة الخلوية وقد يترجم مباشرة إلى النظم الفسيولوجية المعقدة5،،من67. ولهذا السبب، تم ضبطها ويمارس لتقييم آثار مختلف العوامل العلاجية والسموم البيئية على الجرح الشفاء6مقاعد البدلاء-أعلى النموذج المقترح. تركيزات الزرنيخ المستخدمة في الدراسة الحالية تعتبر بيئياً ذات الصلة عن طريق البحث في الأدبيات واسعة من مستويات التعرض المعروفة، ومن مراجعة استعادية بيانات مختلف قواعد1514،، 16،،من1718،19،،من2021. استخدام هذا في المختبر الصفر الفحص أثبتت أن التعرض لتركيز الزرنيخ داخل العالية، لكن نطاق بيئياً ذات الصلة، وتأخر إغلاق الجرح (الهجرة الخلوية).
كما كان يعمل هذا النموذج الأعلى في مقاعد البدلاء لعزل ودراسة خط خلية فردية (تنتجها الخلايا الليفية) زيادة فهم كيفية إسهام الهجرة تنتجها الخلايا الليفية الجرح نتائج الشفاء. وعلاوة على ذلك، من الصعب دراسة مهام خط الخلية الفردية في الأنظمة المعقدة في فيفو مع العديد من الخلايا والأنسجة الحالية الأخرى التي يمكن أن تتداخل مع التحليل. بالإضافة إلى ذلك، يوفر المقايسة إلى وسيلة لتحقيق البيانات إغلاق الجرح نسبة نصف الكمية التي يمكن استخدامها لاستهداف آليات خلوية محددة من خلالها المركبات قد تؤثر على التئام الجروح. على سبيل المثال، يمكن جمع الخلايا المستخدمة في التحليل الصفر والمخزنة في كاشف المرجوة والمستخدمة في التعبير الجيني (إشارة مرناً) أو تعبير البروتين فحوصات22. يمكن أن تكون هذه المعلومات مفيدة للمحقق إذا كانت تسعى إلى فهم ما إشارات أو البروتينات قد إلى حد كبير يسهم في أحداث تغييرات في الهجرة الخلوية حضور متفاوتة علاجات (أي، الزرنيخ)22.
واختيرت الليفية الجلدية الولدان البشرية لهذا العمل استناداً إلى دورها البارز في التئام الجروح. ومع ذلك، تم تنفيذ هذا البروتوكول المقايسة الصفر باستخدام مختلف أنواع الخلايا ومن أجل تحقيق مجموعة من الأغراض البحثية. على سبيل المثال، اعتمد التحليل الصفر في مجال الأورام لدراسة تثبيط الهجرة للعلاج الكيميائي المخدرات23؛ للهجرة الخلية الهيكل العظمى والعضلات، والانتشار، ونشر24؛ لدراسة تأثير المستخلصات النباتية على25من الهجرة الخلوية؛ وأن نفهم كيف تساهم الهجرة keratinocyte وانتشار الجرح الشفاء9. بالإضافة إلى ذلك، ورقة سابقة بواسطة بينتو et al. تقييم آثار اليورانيوم (U) والبلازما الغنية بالصفائح الدموية (PRP) على الهجرة هدفن استخدام مقايسة الصفر6. وكان الغرض من هذا العمل فهم المدى الذي يمكن اختبار هذا التحليل تأثير عامل الفكر إلى إبطاء الهجرة الخلوية (U)، فضلا عن عامل الفكر إلى تسريع الهجرة الخلوية (الحزب الثوري). كما يمكن أن يرى في العمل المذكور آنفا والبحوث محققون آخرون، تطبيق التحليل الصفر إمكانات عالية للاستخدام في مختلف النماذج التجريبية26. على الرغم من التفاصيل المقدمة ضمن الأساليب، يتوقع أن الفرق بين المحققين والتجارب. على سبيل المثال، معدلات الهجرة الخلوية سوف يرجح أن تتقلب استناداً إلى خط الخلية في الاستخدام، بالإضافة إلى المغذيات الدقيقة المطلوبة اللازمة لأنواع الخلايا الفريدة. يتم سرد العديد من الملاحظات الهامة للمساعدة في الخلية العائد والجدوى كما يلاحظ في جميع أنحاء هذا البروتوكول. ومع ذلك، فمن المستحسن أن المحققين اتبع توصيات الشركة المصنعة لظروف النمو الأمثل، واستخدام هذا الأسلوب كالتعليم التكميلي للخلية العامة ثقافة العمل.
على الرغم من أن التحليل الصفر مرنة للغاية لدراسة الأنشطة الخلوية؛ قد تنشأ التحيز غير المنظورة في قياس التقنيات. على سبيل المثال، عند استخدام إيماجيج لتتبع يدوياً جبهات الهجرة الخلية، قد يوجد تباين بين المستخدمين، والتي يمكن أن تحد من دقة وجمع بيانات تمثيلية. كما تجدر الإشارة إلى أن الجبهات الهجرة ينبغي أن يقرأ الأعمى للعلاج للتقليل من التحيز المستخدم. وعلاوة على ذلك، يدوياً تحديد جبهات الهجرة قد يؤدي إلى سوء تقدير لمتوسط المسافة سافر بسبب تشكيل بسيودوبود الخلايا وقدرتها على الوصول إلى نموذج الالتصاقات المحورية، التي يمكن أن تكون مضللة بصريا. وعلى نفس المنوال، استخدام فلوري “تعقب خلية” الأصباغ على سطح الخلية أو البروتينات النووية للكشف عن الهجرة قد غير قصد إصلاح الخلايا أدى إلى عدم الدقة عند قياس الهجرة الخلوية على مر الزمن. من المستحسن أن يكون المسجلين الضوابط الإيجابية و/أو السلبية المناسبة داخل هذه التجربة لتقويم تماما تأثير العلاج على خطوط الخلية. يجب إكمال الممارسة لهذا التحليل واعترافاً بأوجه القصور. هذا التحليل لا تضمن أن نتائج الهجرة الخلوية التي تم الحصول عليها من التجارب في المختبر سوف تترجم مباشرة إلى نتائج في فيفو . الهجرة الجرح الشفاء والخلوية في نظام معيشة معقدة تنطوي على العديد من أنواع الخلايا والإشارات الجزيئية؛ كل منها لديه القدرة على التأثير على استجابات الشفاء.
في ملخص، وجد المقايسة الصفر لتوفير الفرز الفائق للهجرة الخلوية استجابة لتغير البيئات6،25. ونحن على وجه التحديد تستخدم هذا البروتوكول بنجاح الكشف عن التغييرات في الهجرة الخلوية نتيجة للتعرض للزرنيخ في جرعات مختلفة بيئياً ذات الصلة. وقدمت هذه البيانات مبررا لاستخدام مقايسة الصفر إلى مزيد من الدراسة وتقييم مسارات آليا إلى الهجرة الخلوية في هذا التحليل، وكيف يتم تغيير هذه المسارات بالتعرض للزرنيخ.
The authors have nothing to disclose.
وأيد المعهد الوطني لصحة الأقليات والفوارق الصحية من “المعاهد الوطنية للصحة” تحت رقم جائزة U54MD012388 للبحث عنها في هذا المنشور. المحتوى هي المسؤولة الوحيدة عن المؤلفين ولا تمثل بالضرورة وجهات النظر الرسمية “المعاهد الوطنية للصحة”.
Class II A/B3 Biological Safety Cabinet | Forma Scientific | 15201-816 | |
Nitrile Gloves | Kimberly-Clark | 55082 | |
Water Bath | Precision | Model 182 | |
Inverted Microscope | Leica | Q080318 | |
CPR Centrifuge | Beckman | 349702 | |
Analytical Scale | Ohaus | I093 1125062111P | |
Weighting paper | VWR | H351125781212A | |
Biohazard bags | Fisherbran | 01-830A | |
Water Jacketed CO2 Incubator | Thermo Scientific | 309739-31053 | |
Hanks Balanced Salt Solution | Gibco | 14175-095 | |
Dulbecco's Modified Eagle Medium | Gibco | 10566-016 | |
Fetal Bovine Serum | Gibco | 26140-079 | |
Automatic Pipettor | Drummond | 140685 | |
p200 Pipette | Gilson | ||
p20 Pipette | Gilson | ||
Denominator | Fisher Scientific | D59707 | |
Trypan Blue Stain | Gibco | 15250-061 | |
T75 tissue flask | Corning | 430725U | |
15 mL Conical Tube | Fisherbrand | 05-539-5 | |
50 mL Conical Tube | VWR | 21008-178 | |
5 mL Pipette | Fisherbrand | 13-678-11D | |
10 mL Pipette | Fisherbrand | 13-678-11E | |
Tissue Marker | Securline | 92167 | |
Wipes | Kintech | 34155 | |
70% Ethanol | Fisher | 63-67-0 | |
Non-Filter Pipet Tips | Fisherbrand | 16160210 | |
Bleach | Great Value | 220-04 | |
96-well | Falcon | 353915 | |
Cryovial Rack | Nalgene | 5030-0505 | |
Hemacytometer | Gizmo Supply | B00SCOGY56 | |
TrypLE Express | Gibco | 12605-028 | |
Conical Tube Rack | n/a | n/a | |
12-well plate | Corning | 3598 | |
Waste Beaker | n/a | n/a | |
1 mL Pipette | Fisherbrand | 13-678-11B | |
Straight Edge Ruler | n/a | n/a | |
Human neonatal dermal fibroblasts (hDFn) | lot: 1734, 2902 | 106-05n | |
Rstudio Statistical Software | ver: 3.5.1 | ||
Image J | NIH | ver: 1.8.0_112 |