אנו מציגים פרוטוקול כדי להשוות את המצב של מינרלים שלפוחית שפורסמו על ידי שתי שורות תאים עצמות אנושיות: hFOB 1.19 ו- Saos-2. הפרופילים שלהם מינרליזציה נותחו על ידי Alizarin אדום-S (AR-S) מכתים, ויזואליזציה אור אולטרה סגול (UV), הילוכים מיקרוסקופ אלקטרונים (TEM) הדמיה, אנרגיה ואנליזת רנטגן microanalysis (EDX).
וידאו זה מציג את השימוש במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים עם אנרגיה ואנליזת רנטגן microanalysis (TEM-EDX) כדי להשוות בין המדינה של מינרלים שלפוחית שפורסמו על ידי שתי שורות תאים עצמות אנושיות: hFOB 1.19 ו- Saos-2. שורות תאים אלה, לאחר הטיפול עם חומצה אסקורבית (AA) וβ-glycerophosphate (β-GP), עוברים transdifferentiation osteogenic מלאה של התפשטות כדי מינרליזציה ולייצר מטריקס שלפוחית (MVs) המפעילות אפטיט התגרענות ב מטריצה חוץ-תאית (ECM).
בהתבסס על Alizarin האדום-S (AR-S) צביעת וניתוח של ההרכב של מינרלים lysates תא באמצעות אור אולטרה סגול (UV) או שלפוחית באמצעות הדמיה TEM ואחריו EDX כימות ומיפוי יון, אנחנו יכולים להסיק אוסטאוסרקומה הזה Saos-2 ו- osteoblastic תאים hFOB 1.19 חושפים פרופילים נפרדים מינרליזציה. Saos-2 תאים mineralize ביעילות רבה יותר מאשר תאים hFOB 1.19 ומפיקים מחצבים גדולים אינם גלויים תחת אור UV, אך דומים היידרוקסיאפטיט (HA) כי יש להם תחליפים יותר Ca ו- F.
התוצאות המתקבלות באמצעות טכניקות אלה מאפשרות לנו להסיק כי התהליך של מינרליזציה משתנה בהתאם לסוג התא. אנו מציעים כי ברמה התאית, מקורו ואת המאפיינים של שלפוחית predetermine הסוג של מינרלים.
עצם היא סוג של רקמת חיבור מורכב משני חלקים: אורגני (תאים ו סיבי קולגן) מינרלים (תרכובות סידן, פוספט). הרכיבים העיקריים המינרלים בעצמות הם apatites1. סוגים שונים של תאים המוסמכת-מינרליזציה עצם (תאי העצם), שיניים (odontoblasts), סחוס (chondrocytes) לווסת את השלבים הראשונים של מינרליזציה על ידי ייצור החלבונים של מטריצות (ECM) ושחרור מטריקס שלפוחית (MVs) (איור 1). MVs הם 100-300 ננומטר קוטר שלפוחית לצבור סידן, פוספט הקלת התגרענות אפטיט, לאחר מכן לאגד קולגן2,3. לאחר מכן, MVs מתפוררות לשחרר apatites למדיום חוץ-תאית. Apatites ממשיכים לגדול עם סיבי קולגן טופס המטריקס העצם. מינרליזציה הוא נגרם על ידי אספקה מתמדת של Pאני ו- Ca2 + במדיום חוץ-תאית. נתונים שפורסמו לאחרונה מסוימים תומכים שלנו4,דגם5. רקמות רכות mineralize לא בתנאים פיזיולוגיים. עם זאת, הסתיידות חוץ רחמי עלולה להתרחש בתנאים פתולוגיים כגון הסתיידות כלי הדם3. תאי הדם לרכוש את פנוטיפ אוסטאובלסט יכול לייצר MVs זירוז התגרענות של apatites, ליזום מינרליזציה המדיאלי, intimal בשכבות של הקיר של כלי הדם. מאז הסתיידות חוץ רחמי דומים endochondral נורמלי מינרליזציה3, הבנת המנגנונים המולקולריים של מינרליזציה של תאים osseous, chondrocytes צריך לספק רמזים על הסתיידות חוץ רחמי של רקמות רכות, כי הם נוצרו.
ההתפתחות ברקמות השלד מוסדר על ידי אנזימים שונים, גורמי גדילה, ואת היזמים או מעכבי של מינרליזציה. בפעולה עוינת של הרקמה-ספציפי אלקליין פוספטאז (TNAP) (איור 1), ectonucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase אני (NPP1), יחד עם ankyrin (תודה), שולטת ריכוז רב-תכליתי אי-אורגנית (PPאני) 6. PPאני, מעכב חזק של היווצרות HA, זה הידרוליזה על ידי TNAP; NPP1 הידרוליזה נוקלאוטיד triphosphates כדי ליצור עמודיםאני בזמן תודה מייצאת PPאני מהתא ECM. היחס Pi/PPi יכול לווסת אפטיט היווצרות7,8 עם תוצאה פתולוגית אפשרית9.
קרום MV מועשר בחלבונים תחבורה יון המאפשרים את המשקעים הראשונית של סידן, פוספט בתוך MVs במהלך תהליך התגרענות (איור 1). המשגר פוספט 1 (בור) מסייעת לשלב Pאני שנוצר בחלל perivesicular לתוך MVs10,11. עשויים להיות מעורבים Annexins האיגוד לבין התחבורה של Ca2 + , תהליך biophysical יוזם מינרליזציה MV לומן12,13. . אנחנו מעדיפות את ההשערה, הציעה קודם לכן, עבור מינרליזציה בתוך שלפוחית לתוך הביצית של התגרענות פנימי של אפטיט פנימה MV לפני הפצת שלה ב- ECM ה-14,15. מידול במבחנה אישר את אינדוקציה של Ca2 +/ Pאני מתחמי-צורה proteoliposomes זני PS ו- AnxA516. ייתכן שהדבר מצביע על הצטברות הזה של Ca2 +, Pאני, AnxA5 ו- PS מתחמי ליפיד רפסודות של microvilli כמו membranesrepresent הליבה התגרענות (NC) של אפטיט בתוך מ’לעומת Annexins, TNAP גם מחזיקים מחייב קולגן קיבולות שעשוי להיות שימושי הצבת MVs לאורך סיבי קולגן ו, ב מגרה על התפשטות של מינרליזציה ב- ECM. Fetuin A ו- osteopontin (OPN)17, מכונים מעכבי היווצרות אפטיט עשוי להאט את התפשטות של מינרליזציה על הגרדום סילוק. התגרענות והתפשטות אירועים נפרדים, לשעבר שלפני האחרון, גם עשוי להיות רלוונטי עבור תהליך פתולוגי מינרליזציה.
לגלות איך הכימיה של סידן פוספט מתחמי עשויים להשתנות מינרליזציה פיזיולוגיים, הסתיידות חוץ רחמי, יש צורך לזהות את המינרלים המיוצר על ידי תאי. Apatites הם קבוצה של סידן, פוספט המכיל מינרלים עם קריסטל כללי יחידת התא נוסחה Ca10(PO4)6X2, שבו X = קלרנית, F, OH. הם מסווגים כדלקמן18: fluorapatite (FA) Ca10(PO4)6F2,10(PO4) קה chlorapatite (CA)6Cl2 ו- Ca היידרוקסיאפטיט (HA)10(PO4 )6(OH)2.
הבחירה של שורות תאים אוסטאובלסט לזירוז היווצרות מינרל חיוני, מאז כל שורה תא תערוכות פרופיל ברורים של מינרליזציה. בדו ח זה, השווינו את התגרענות של מינרלים על-ידי שני דגמים שנבחרו התא האנושי של מינרליזציה: osteoblastic hFOB 1.19 תאים ותאים אוסטאוסרקומה Saos-2. אוסטאוסרקומה, נגזר תאים משמשים כמודלים osteoblastic ו Saos-2 תאים נשתמרו של תו osteoblastic הכי בוגרת19 בזמן מובחן hFOB העובר האנושי תאים נמצאים בשימוש נרחב כמודל עבור רגילה osteoblastic בידול20. הפרופילים שלהם מינרליזציה נותחו על ידי שיטות שונות: צביעת Alizarin אדום-S (AR-S), אולטרה סגול (UV) אור ויזואליזציה, הילוכים מיקרוסקופ אלקטרונים (TEM) הדמיה, אנרגיה ואנליזת רנטגן microanalysis (EDX) כימות ופתוח יון מיפוי. היתרון של TEM-EDX על טכניקות חלופיות השתמשו במחקרים קודמים הוא נותן תוצאות כמותיים ואיכותיים של יון החלפת אפטיט קריסטלים4,5,21. המטרה הכוללת של שימוש TEM-EDX היתה למצוא שיטה פשוטה עבור הדמיה וכימות של ההתפלגות של יונים Ca, F ו- Cl ב מינרלים שונים מסוגים שונים של תאים בשלבים שונים של תהליך מינרליזציה. שיטה זו בהצלחה שימש, לדוגמה, עבור ניטור האינטראקציה של אבץ חלקיקים עם כימיקלים coexisting והשפעתם משולב על אורגניזמים ימיים22. במחקר אחר, photocatalyst נחושת טיטניום החומרים בתמיסה המימית התאפיינה בהרחבה על-ידי פלזמה inductively בשילוב ספקטרומטר פליטה אופטי (ICP-OES), N2 physisorption (ב’), XRD, UV-vis DRS, FT-IR, ראמאן ספקטרוסקופיה, TEM-EDX ו- photoelectrochemical מידות23. המטרה שלנו הייתה להשוות את מקור והמאפיינים של שלפוחית ומינרלים בשתי שורות תאים כדי להבין את המנגנון השולט מינרליזציה במהלך התמיינות osseous.
איור 1 . ערכה של השלבים הראשונים של מינרליזציה בתאים osseous מעורבים הסינתזה של חלבונים מטריצה חוץ-תאית (ECM) ושחרור של מטריקס שלפוחית (MVs) של הקרום. MVs לצבור סידן דרך הפעולה של סידן מחייב חלבונים, annexins ופוספט, דרך הפעולה של טרנספורטר פוספט אי-אורגנית (בור) ואחריו את הפעילות של רקמה שאינם ספציפיים אלקליין פוספטאז (TNAP), אשר dephosphorylates PPאני כדי Pאני, ובכך להקל התגרענות אפטיט. לאחר מכן, MVs להתפרק ולשחרר apatites למדיום חוץ-תאית. מינרליזציה הוא נגרם על ידי אספקה מתמדת של Pאני ו- Ca2 + ב חוץ-תאית בינוני4,5. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
בעיתון הנוכחי, אנו המתואר הפרוטוקולים עבור AR-S מכתים, זיהוי אור UV של fluorapatite, TEM-EDX במבחנה הדמיה של MVs שפורסמו על ידי mineralizing תאים ושל מינרלים בהפקת MVs. זה אפשרי להתייחס כל השיטות שהוזכרו לעיל על-ידי ביצוע שלבים לפתרון בעיות נפוצות מסוימות. כדי להשיג תוצאות אופטימליות, מספר שלבים קריטי?…
The authors have nothing to disclose.
ח”כ ו- ASK ביצע פעולות ידניות, ספ להכין ציורים ואת יצר את הסרט. שאל כתב היד, ליברות כתבה את התסריט, ח”כ הכנו את השולחן. SM, RB ו- SP באורח קשה לקרוא את הטבלה, ה-script, כתב היד. המחברים רוצה להודות חנה Chomontowska על הסיוע מעולה עם ultramicrotomy וכן שמעון Suski של הנריק בילסקי לסיוע שלהם מעולה עם ניתוח TEM-EDX. המחברים רוצה להודות ד ר פטריק מטעי לתיקון מקצועי בשפה האנגלית, ברברה Sobiak עבור הקלטה לפי ההוראות.
עבודה זו נתמכה על ידי גרנט 140639 N401 N ממשרד הפולני של מדע והשכלה גבוהה לשאול, על ידי מענקים מן המרכז המדע הלאומי, פולין 2016/23/N/NZ4/03313 ליברות ו- 2016/23/N/NZ1/02449 אל ח”כ, האיחוד האירופי האיחוד FP7 פרויקט BIOIMAGINE : הדמיה חדשנות במחקר ובחינוך, GA מס 264173, ועל ידי את הכספים סטטוטורי של Nencki המכון של ניסיוני הביולוגיה, האקדמיה למדעים של פולין.
Reagent | |||
Ham’s DMEM/F12 media mixture | PAA | E15-813 | 1:1, for human fetus hFOB 1.19 SV40 large T antigen transfected osteoblasts (ATCC CRL-11372) |
McCoy’s 5A medium | PAA | E82312-0025 | for human osteosarcoma Saos-2 cells (ATCC HTB-85) |
Antibiotics mixture (penicillin/streptomycin) | Sigma | P0781-100ML | 100 U/mL each |
G-418 | Sigma | 68168 | 0.3 mg/mL |
FBS | Gibco | 10270 | 10% for hFOB 1.19 and 15% for Saos-2 |
AA | Sigma | A-5960 | 50 µg/mL |
ß-GP | Sigma | G9422-100G | 7.5 mM |
Bio-Gel HTP Gel | Bio-Rad | 130-0420 | for HA |
FA | synthesized by us | ||
CA | synthesized by us | ||
Sodium phosphate buffer Na2HPO4/NaH2PO4 mixture | Sigma | S7907/S8282 | 0.1 M, pH 7.2 |
PBS | pH 7.0, prepared by us | ||
AR-S in PBS | Sigma | A5533-25G | 0.5 g/100 mL, pH 5.0 |
Collagenase type IA | Sigma | C2674 | 500 U/mL |
SCL buffer | prepared by us | ||
Deionized wather | produced by us | ||
Ethanol | POCh | BA6480111 | absolut 99.8% and solutions 25, 50, 75, 90% |
Uranyl acetate in 50% ethanol | Polysciences Inc. | 21447-25 | 0.25 g/10 mL |
PD medium | pH 7.4, prepared by us | ||
Fixation mixture (paraformaldehyde/glutaraldehyde) | Sigma | 158127/G-6257 | 3%:1% |
Post-fixation OsO4 | Sigma | 75633 | 1% |
LR White resin in ethanol | Polysciences Inc. | 17411-MUNC 500g | 1:2, 1:1, 100% |
Acetone | CHEMPUR | 111024800 | pure |
Tool | |||
Cryogenic vials | Corning Inc. | 430487 | 1.2 mL |
Plastic Petri culture dishes | Falcon | 353003 | 100 mm |
Plastic tubes | Falcon | 352096 and 352070 | 15 and 50 mL |
Serological pipettes | Falcon and VWR | 357521 and 612-3700 | 1 and 10 mL |
Plastic microcentrifuge tubes | Sigma | Z688312 and Z628034 | 1.5 mL black and 2 mL transparent |
Plastic tips | VWR | 613-0364, 613-0239 and 613-1050 | 0.1-10 µL natural, 1-200 µL yellow and 200-1000 µL blue |
Plastic racks | Light Labs | A-7055-Z, A-7053-C | green for tubes, orange for micro tubes and blue for TEM probes |
Laminar Hera Save | Thermo Scientific Co. | KS12 | HEPA filter (H14 according to DIN EN 1822) |
Incubators Hera Cell | Thermo Scientific Co. | 150 | 34°C for hFOB 1.19 and 37°C for Saos-2 |
Fume hood | POLON | WCS-2 | for TEM stainings |
Glass bottles | SIMAX | 1632414501050 and 1632414501100 | 50 and 100 mL |
Quartz glass tubes | SIMAX | 638422010100 | Ø 10 mm, L 100 mm |
Pump | IBS Integra Biosciences | VACUSAFE comfort | for vacuum |
Oven | Memmert | UNE 400 | 56°C |
Porcelain multi-well plate | Rosenthal technik | 229/12 | 12 wells |
Glass beakers | SIMAX | 632417010025 | 25 mL |
Glass bottles | Pocord | DIN22 | 10 mL |
Plastic box | Agar Scientific Ltd. | for darkness | |
Snap Fit Gelatin Capsules | Agar Scientific Ltd. | G3741 | size 1 |
Formvar/Carbon 300 Mesh Ni grids in box | Agar Scientific Ltd. | S162N3 | film on the shiny side |
Silicon cell scraper | Sigma | SIAL0010-100EA | size 1.8/25 cm |
Syringe with needle | BogMark | 007 | syringe 1 mL 40 U, needle 0.5 x 16 |
Syringe | Chirana | CH005L | 5 mL |
Centrifuge | MPW Medical Instruments | MPW-350R | 130 x g and 500 x g |
UV transluminator | UVP | M-20 | for visible and UV light |
Ultramicrotome | LKB | NOVA | 700Å sections |
Block holder | LKB | E6711 | round shape |
Diamond knife | DiATOME | Ultra 45° | size 3 |
Eyelash holder | bovine, prepared by us | ||
Forceps | ROTH | 2855.1 | antistatic for grids |
Spatulas set | ROTH | E286.1 | antistatic for powders |
Imaging | |||
Inverted Light Microscope | Zeiss with Canon | AxioObserver Z1 equipped with PowerShot G9 | Phase contrast, Transmitted light, 20 x objective, RGB filters |
Transmission Electron Microscope | TEM Jeol Co. with Oxford Instruments and SiS-Olympus | JEM-1400 TEM equipped with full range INCA Energy Dispersive X-ray microanalysis (EDX) System and 11 Megapixel MORADA G2 camera | magnification 50,000X for TEM and 15,000X for STEM and EDX |
Camera body and lenses | Nikon | Nikon D7100 Nikkor AF Micro 105 mm f/2.8D Nikkor AF-S 50 mm f/1.8G Nikkor AF 28 mm f/2.8D |
for movie recordings |
Microphone | MXL Mics | Tempo | for voice recordings |