我们提出了一种分离和培养原代小鼠胚胎腭间充质细胞的方案,用于二维(2D)生长和伤口修复测定的延时成像。我们还提供了分析延时成像数据的方法,以确定细胞流形成和方向运动。
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我们提出了一种分离和培养原代小鼠胚胎腭间充质细胞的方案,用于二维(2D)生长和伤口修复测定的延时成像。我们还提供了分析延时成像数据的方法,以确定细胞流形成和方向运动。
腭的发育是一个动态过程,它涉及舌头旁边的双侧腭架的垂直生长,然后是舌头上方的抬高和融合。这个过程中的缺陷导致腭裂,这是一种常见的出生缺陷。最近的研究表明,腭架抬高涉及重塑过程,该过程将大陆架的方向从垂直转变为水平。腭架间充质细胞在这种动态重塑中的作用一直难以研究。基于延时成像的定量分析最近已被用于表明原代小鼠胚胎腭间充质(MEPM)细胞可以自我组织成集体运动。定量分析可以识别来自具有上颚抬高缺陷的小鼠模型的突变MEPM细胞的差异。本文描述了从E13.5胚胎中分离和培养MEPM细胞的方法 - 特别是用于延时成像 - 并确定集体运动的各种细胞属性,包括河流形成,形状排列和方向持久性的测量。它假设MEPM细胞可以作为研究腭架间充质在动态抬高过程中的作用的代理模型。这些定量方法将使颅面领域的研究人员能够评估和比较对照细胞和突变细胞的集体运动属性,这将增加对腭架抬高期间间充质重塑的理解。此外,MEPM细胞为研究集体细胞运动提供了一种罕见的间充质细胞模型。
腭发育已被广泛研究,因为腭发育缺陷导致腭裂 - 一种常见的出生缺陷,发生在孤立的病例或数百种综合征的一部分1,2。胚胎腭的发育是一个动态过程,涉及胚胎组织的运动和融合。这个过程可以分为四个主要步骤:1)诱导腭架,2)舌头旁边的腭架垂直生长,3)舌头上方腭架的升高,以及4)中线1,3,4的腭架融合。在过去的几十年里,已经鉴定出许多小鼠突变体表现出腭裂5,6,7,8。这些模型的表征表明腭架诱导,增殖和融合步骤存在缺陷;然而,腭架抬高缺陷很少见。因此,了解腭架抬高的动态是一个有趣的研究领域。
对一些具有腭架抬高缺陷的小鼠突变体的仔细分析导致目前的模型显示,腭架的前部区域似乎向上翻转,而腭架的垂直到水平运动或"重塑"发生在上颚的中后区域1,3,4, 9,10,11。腭架的内侧边缘上皮可能启动这种重塑所需的信号传导,然后由腭架间充质驱动。最近,许多研究人员在小鼠模型中发现了腭架抬高延迟,该模型显示涉及腭架的短暂性口腔粘连12,13。间充质重塑涉及细胞的重组,以在水平方向上产生凸起,同时在垂直方向9,10,14上缩回腭架。在提出影响腭架抬高和潜在间充质重塑的几种机制中,有细胞增殖15、16、17、趋化梯度18,和细胞外基质组分19、20。出现了一个重要的问题:在Specc1l-缺陷小鼠中观察到的腭架抬高延迟是否也部分是由于腭架重塑的缺陷,并且这种重塑缺陷是否表现为原代MEPM细胞21行为的内在缺陷?
原代MEPM细胞已被用于颅面领域,涉及基因表达22,23,24,25,26,27,28,29,以及少数涉及增殖30,31和迁移25,31,32的研究,但没有用于集体细胞行为分析。在2D培养和伤口修复测定中对MEPM细胞进行延时成像,以表明MEPM细胞表现出方向运动并形成密度依赖性细胞流 - 集体运动的属性21。此外,Specc1l突变细胞形成更窄的细胞流,并显示出高度可变的细胞迁移轨迹。这种缺乏协调的运动被认为是导致Specc1l突变胚胎13,21的上颚抬高延迟的原因。因此,这些使用原代MEPM细胞的相对简单的测定可以作为研究腭架抬高期间间充质重塑的代理。本文描述了原代MEPM细胞的分离和培养,以及用于2D和伤口修复测定的延时成像和分析。
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所有涉及动物的实验均按照KUMC机构动物护理和使用委员会批准的协议进行,符合其指南和法规(协议编号:2018-2447)。
1. 收获E13.5胚胎
2. 从胚胎中解剖腭架(图1)
注意:在处理每个胚胎后,首先将器械放入100%乙醇(EtOH)的烧杯中,然后在350°C的仪器灭菌器中灭菌10秒,然后在100%EtOH的第二个烧杯中冷却它们,对不锈钢解剖器械(见 材料表)进行灭菌。
3. MEPM细胞培养
注意:在此描述的条件下,腭上皮细胞不能在第一次传代中存活,导致纯腭间充质细胞培养。使用无菌技术在组织培养罩中执行所有步骤。
4. MEPM细胞的冷冻保存
5. MEPM细胞的活体成像 - 2D集体迁移测定(图2)
6. 在伤口修复测定中MEPM细胞的活体成像(图3)
7. 延时图像序列的计算分析
注意:在配备标准计算工具(如 python 解释器、C 编译器和 shell)的计算机上执行以下过程(请参阅 材料表)。


图4:单个细胞轨迹的分析(A)相差延时显微照片经过(B,C)手动跟踪程序,标记细胞(绿点)。(D) 每个像元的像元位置 (x,y) 被存储,每个像元的 ID 和每帧 f.(E)轨迹可以叠加在显微照片上并用颜色编码以指示时间信息。例如,在每个轨迹中,蓝色到红色调色板指示逐渐较晚的轨迹段,红色和蓝色分别标记初始和最终像元位置。(F)轨迹的各种统计性质,例如均方位移,可以提取并用于表征各种细胞群的运动性,在本例中包括野生型(wt,蓝色)和敲低(kd,红色)MEPM细胞。比例尺代表100 μm。请单击此处查看此图的放大版本。
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每个单元i和时间点 t 37的引导效率。通过这些单细胞测量的群体平均值来表征培养物,并在合适的时间点t进行评估。
,其中a、x0和U0是拟合参数。在三个拟合参数中,将重点放在x0上,即相关长度(图5I,J),这是局部速度 - 速度相关性消失的特征距离。
图5:培养细胞的流形成的表征(A,D)图4A中的相差延时图像用于识别细胞运动。对于每个移动的像元,参考系(蓝色)和空间箱(白色)被共同对齐,以将相邻像元分类为位于前方、后方、左侧或右侧。(B,E)相邻细胞(黑色向量)的速度与同一参考系(C,F)有关。对每个单元格和时间点重复此过程。(G) 在汇集这些局部信息后,每个箱子将包含多个速度矢量(灰色),可以对这些矢量进行平均,以确定相对于平均运动单元的不同位置的平均共移速度(洋红色箭头)。(H)因此,平均速度图表征了相对于移动细胞的不同位置的典型细胞速度。(I,J)最后,沿前后(平行)轴以及沿左右(垂直)轴对该场进行采样。请点击此处查看此图的放大版本。
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腭架的解剖如图1所示。切口的顺序旨在最大限度地减少组织的滑移。在取下头部(图1A,B)后,下颚被移除(图1B,C)。头部上部(图1C,D)的切口是用来稳定倒置时的组织(图1E)以可视化(图1E,虚线),捏(图1F)和切除(图1G)腭架。
从单个胚胎中切除的腭架对胰蛋白酶消化并在35mm培养皿或6孔培养皿的孔中培养。较大的培养皿不是首选,因为细胞密度太低,无法实现最佳生长。汇合后...
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腭架高程构成垂直到水平的重塑事件1、3、4、9、11。据推测,这种重塑过程需要腭架间充质细胞协调行为。对野生型MEPM细胞的分析表明,这种细胞行为是内在的,可以定量21。因此,这些测定可用于揭示新的和现有的腭裂小鼠模型中的原发性腭架抬高缺陷。第1节和第2节中概述的方法应允许研究人员分离,培养和冷冻原代MEPM细胞的等分试样。然后,这些细胞可用于各种应用,包括此处描述的2D培养和伤口修复测定。2D培养与延时成像相结合时,提供了一种简单的方法来确定一系列细胞密度的基本细胞属性。这里介绍的是一种评估细胞比对和细胞流形成的方法,它们是集体细胞运动的属性(图4)。伤口闭合测定通常用于评估细胞迁移
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作者没有什么可透露的。
该项目部分得到了美国国立卫生研究院拨款DE026172(I.S.)和GM102801(A.C.)的支持。I.S.还得到了生物医学卓越研究中心(COBRE)赠款(国家普通医学科学研究所P20 GM104936),堪萨斯州IDeA生物医学研究卓越网络赠款(国家普通医学科学研究所P20 GM103418)和堪萨斯州智力和发育障碍研究中心(KIDDRC)赠款(U54 Eunice Kennedy Shriver国家儿童健康与人类发展研究所)的部分支持, HD090216)。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 烧杯,250 mL (x2) | Fisher Scientific | FB-100-250 | |
| CO2 | Matheson Gas | UN1013 | |
| 锥形管,15 mL (x1) | Midwest Scientific | C15B | |
| Debian作系统 | 时图像的计算分析 | ||
| Dulbecco 改良的 Eagles 中/高葡萄糖,4 mML-谷氨酰胺和丙酮酸钠 | Cytiva 生命科学 | SH30243.01 | |
| 乙醇,100% | Decon Laboratories | 2701 | |
| EVOS FL Auto | ThermoFisher Scientific | AMAFD1000 | |
| EVOS 台式培养箱 | ThermoFisher Scientific | AMC1000 | |
| EVOS 台式容器支架,多孔板 | ThermoFisher Scientific | AMEPVH028 | |
| 牛血清 | Corning | 35-010-CV | |
| 细点 #5 不锈钢镊子 (x2) | Fine Science Tools | 11295-10 | 解剖 |
| 仪器 消毒珠浴 | Fine Science Tools | 18000-45 | |
| 微量解剖管,1.5mL | Avant | 2925 | |
| 微量解剖不锈钢剪刀,直 | Roboz | RS-5910 | 解剖 |
| NucBlue (Hoechst) Live Ready 探针 | ThermoFisher Scientific | R37605 | |
| 青霉素链霉素溶液,100x | 康宁 | 30-002-CI | |
| 硅胶插件,2 孔 | Ibidi | 80209 | |
| 小穿孔不锈钢勺 | 精细科学工具 | MC17C | 解剖 |
| 弹簧剪刀,4 mm | 精细科学工具 | 15018-10 | |
| 无菌 10 cm 培养皿 | 康宁 | 430293 | |
| 无菌 12 孔板 | PR1MA | 667512 | |
| 无菌 6 孔板 | Thermo Fisher Scientific | 140675 | |
| 无菌 PBS | 康宁 | 21-031-CV | |
| 无菌塑料球移液管 | ThermoFisher Scientific | 202-1S | |
| 胰蛋白酶,0.25% | ThermoFisher Scientific | 25200056 |
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