人类干细胞异种移植到鸡胚
2010年7月11日
在本文中我们提出一个人类干细胞移植到鸡胚中央神经系统的各地区的方法。这提供了一个在体内评估各类胚胎组织环境中的人类干细胞的增殖和分化的模型。
大家好，我是来自挪威干细胞研究中心的 Joel Glover。干细胞研究中的一个重要问题是设计用于测试干细胞分化潜力的体内系统。在本视频中，我和我的同事将演示如何使用鸡胚胎作为异种移植的体内宿主。
对人类干细胞的研究，受精卵被允许在温暖的加湿培养箱中发育，直到胚胎达到所需的阶段。首先，用 70% 乙醇清洗鸡蛋，然后用注射器和 18 号针头去除约 4 毫升白蛋白，在胚胎上形成气穴。避免刺穿蛋黄。
在此过程中，气穴是必要的，以避免伤害胚胎。开窗时用蛋壳密封，用常规塑料胶带针头打孔。下一步是通过蛋壳在气穴上方切一个窗口，以加强蛋壳并防止蛋壳颗粒落到胚胎上。
将胶带放在气穴上，然后使用坚固的解剖机将其剪开，剪刀保持在气穴的范围内。胚胎上存在的任何气泡都可以用钝探针（如移液器吸头的后端）弹出。为了对比胚胎，在鸡生理盐水中制备 0.1% 固绿溶液，并通过 0.22 微米毫孔过滤器过滤。
弯曲 25 号针头，将快速绿色溶液吸入 1 毫升注射器中。为了在不损坏胚胎板的情况下将染料注射到胚胎下，请将针头穿过板外的蛋黄壁。在这里，您可以看到快速的绿色溶液在透明胚胎下方扩散，然后在黑暗背景下显示为白色幽灵，以进入胚胎。
首先使用锋利的钨针切割并偏转覆盖感兴趣区域的绒毛膜，然后使用新鲜的火蚀刻钨针单侧切除神经管的一部分。使用尖锐的向上描边。通常，最好在进行横向切割之前进行一个或两个纵向切割。
用玻璃微量移液器和口腔吸力去除多余的组织。吸取少量要注射到连接到塑料管的玻璃微量移液器的尖端中的细胞。将移液器安装在微量移液器支架中，该支架适用于压力注射，并连接到气动微型泵。
使用微型纵器定位微型移液器吸头，并通过缓慢增加压力将细胞小心地沉积到病变中，以在后脑中制造病变。如前所述，首先去除 vilin 膜。用锋利的钨针单侧切除一块后脑神经管。
可以使用玻璃微移管通过口腔抽吸去除多余的组织。然后如前所述将细胞注射到病灶中。对于脊髓病变，细胞也可以直接注射到神经管腔中。
为此，使用充满细胞的尖锐微量移液器刺穿神经管壁，然后通过缓慢增加压力注射细胞。干细胞也可以通过血管内注射到胚胎外血管中，例如静脉中。如图所示，细胞与快速绿色染料混合，以更清楚地显示它们在循环系统内的运动。
注意它迅速扩散到心脏，从而扩散到胚胎循环。在这里，注射到胚胎外的动脉中。在这两种情况下，必须用锋利的微量移液器猛烈地刺穿血管壁，然后稍微缩回以释放阻力，然后再在注射后注射细胞。
几分钟内不要移动鸡蛋，让注射的细胞沉淀并粘附在宿主组织上。在此期间，可以用湿纸巾盖住窗户，然后用塑料胶带将窗户密封严实。确保白蛋白不能在胶带和蛋壳之间泄漏。
这在以后的孵化中几乎总是致命的。在这里，我们可以在注射细胞几天后通过蛋壳中的窗户看到胚胎。注意典型的胚胎运动，以从鸡蛋中取出胚胎。
首先，在一个小碗里装满冰冷的磷酸盐缓冲盐水。然后剪开窗户周围的胶带，轻轻地敲开鸡蛋，将里面的东西放进碗里。低温通过体温过低起到麻醉剂的作用。
切开胚胎周围的额外胚胎膜，然后将胚胎转移到含有冰冷生理盐水的硅胶地板解剖中。轻轻去除多余的胚胎膜，然后将胚胎斩首并取出心脏。将胚胎背侧向下固定后，可以去除剩余的内脏，露出脊柱的腹面。
应用移液管冲洗掉多余的血液，在椎骨和脊髓之间小心地切成两个平行的纵向切口，然后去除椎骨以露出脊髓的腹面。然后可以通过切开两侧新生的腹根和背根来解剖脊髓。我们希望此视频对您有所帮助，并祝您在实验中好运。
概述
本研究提出了一种将人类干细胞移植到鸡胚中枢神经系统的方法，为评估干细胞行为提供了一个体内模型。
关键研究组成部分
科学领域
- 干细胞研究
- 胚胎发育
- 异种移植
背景
- 了解干细胞分化对再生医学至关重要。
- 体内模型对于在自然环境中研究干细胞行为是必要的。
- 鸡胚是此类研究的合适宿主。
- 此方法允许直接观察干细胞的整合和发育。
研究目的
- 开发一种将人类干细胞移植到鸡胚中的可靠方法。
- 评估干细胞在胚胎组织中的增殖和分化。
- 为未来使用体内模型的干细胞研究提供框架。
使用的方法
- 鸡胚的制备和鸡蛋的消毒。
- 创建气囊和仔细切开蛋壳。
- 将干细胞注射到胚胎的特定区域。
- 注射后监测干细胞的行为和整合。
主要结果
- 成功将人类干细胞移植到鸡胚中。
- 观察到干细胞在体内的增殖和分化。
- 证明鸡胚是干细胞研究的可行模型。
- 对人类干细胞与胚胎组织之间的相互作用有了洞察。
结论
- 该方法为研究干细胞动力学提供了宝贵的工具。
- 它为再生医学的进一步研究开辟了道路。
- 未来的研究可以在这个模型上进行扩展，探索各种类型的干细胞。
常见问题
Executive Industry Relevance
Xenotransplantation of human stem cells into chicken embryos provides a cost-effective, accessible in vivo model for evaluating stem cell differentiation and integration in a developing nervous system. This approach supports early-stage target validation by enabling direct observation of cellular behavior in a defined embryonic niche, reducing reliance on mammalian models during discovery. The method facilitates mechanistic de-risking of stem cell therapies by assessing proliferation, differentiation, and tumorigenic potential in a standardized system.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by tracking human stem cell proliferation and differentiation in vivo.
- Operational Value: Offers a standardized, immune-naive host for consistent assessment of stem cell behavior across experimental conditions.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by providing early readouts on stem cell integration and tumorigenic potential.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative outputs on cell migration, engraftment, and tissue-specific differentiation for assay standardization.
- Operational Value: Supports reproducible preparation of lesion sites and microinjection techniques for scalable screening workflows.
- Assay Readiness: Creates validated biological systems compatible with downstream histological, physiological, or biochemical analysis.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Bridges in vitro stem cell characterization with in vivo behavior in a developing vertebrate nervous system.
- Disease-Relevant System: Models human stem cell interactions with embryonic neural tissue niches relevant to neurodevelopmental disorders.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs preclinical go/no-go decisions by revealing aberrant proliferation or misintegration patterns.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from stem cell characterization to preclinical validation, enabling iterative assessment of cellular phenotypes before mammalian model testing.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing of stem cell potency and niche responsiveness through direct in vivo observation.
- Screening: Delivers assay-ready systems with standardized lesion sites and traceable cell delivery via dye labeling.
- Analytics: Enables quantitative measurement of cell distribution, proliferation rates, and differentiation markers post-transplantation.
- Translational Research: Provides mechanistic insights into stem cell-host tissue interactions that inform preclinical study design.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable platform for evaluating diverse stem cell types and genetic modifications in a consistent embryonic environment.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in stem cell behavior by enabling real-time tracking of differentiation and integration.
- Operational Value: Ensures standardization through reproducible egg preparation, microsurgery, and microinjection protocols.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by filtering non-viable stem cell lines early in the discovery pipeline.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization by identifying tumorigenic or non-integrative phenotypes before costly mammalian studies.
Implementation Considerations
- Requires expertise in microsurgery, microinjection, and embryonic tissue handling.
- Dependent on sterile egg incubation, air pocket creation, and precise lesion formation in the neural tube.
- Necessitates standardized dye labeling and cell preparation for consistent tracking and quantification.
- Involves cross-team coordination between stem cell culture, embryology, and histology groups for reproducible outcomes.
- Limited to short-term embryonic development; not suitable for long-term engraftment or functional recovery studies.
