Xenotransplantate sind nützliche Werkzeuge, um das Verhalten menschlicher Zellen in vivo zu untersuchen. Diese Modelle haben unschätzbare Informationen für eine Vielzahl von wissenschaftlichen Themen geliefert, wie z.B. die Biologie menschlicher Stammzellen1, die Beobachtung zellulärer Ereignisse in Echtzeit2 und die Untersuchung der Tumorangiogenese und Metastasierung3. Darüber hinaus wurden verschiedene Aspekte der Krebsbiologie, einschließlich der Tumorgenese von patientenspezifischen Xenotransplantaten, untersucht 4,5. Jedes dieser Xenotransplantatmodelle hat seine Vor- und Nachteile und ist daher besser für spezifische wissenschaftliche Fragestellungen geeignet. Hühnerembryonen sind ein beliebtes Modell der Entwicklungsbiologie, da es sich um ein zugängliches Amniotenmodell handelt, das chirurgischen Manipulationen zugänglich ist. Heterologe Transplantate haben es den Forschern ermöglicht, präzise Schicksalskartenzu erstellen 6 oder zu untersuchen, ob ein Merkmal zellautonom oder von der Umwelt angewiesen ist 7,8. Eine ähnliche Logik ermöglicht es, den Hühnerembryo als Xenotransplantatmodell zu verwenden, um das Verhalten menschlicher Zellen zu untersuchen.
Die embryonale Umgebung orchestriert aktiv die Morphogenese des Gewebes mit Migrations- und Differenzierungssignalen sowie Zell-Zell-Interaktionen. Im Vergleich zu adulten Xenotransplantatmodellen bietet der Embryo somit ein lehrreicheres Milieu, um das Verhalten transplantierter Zellen zu testen, z. B. durch Nachahmung von Signalen, die in adulten Stammzellnischen vorhanden sind (z. B. BMPs, WNTs, NOTCH und SHH9). Darüber hinaus ermöglicht das Fehlen eines adaptiven Immunsystems während der frühen Entwicklung die Durchführung von Xenotransplantaten ohne das Risiko einer Immunantwort oder einer Abstoßung des Spendergewebes10. Frühere Studien haben zu diesem Zweck Xenotransplantate von menschlichen Zellen in Hühnerembryonen untersucht. Das neurogene Potential menschlicher Stammzellen wurde nach Injektion in das Neuralrohr oder die Blutgefäße11 zusätzlich zur Integration embryonaler Stammzellen12 und induzierter pluripotenter Stammzellen13 in den Embryo untersucht. Menschliche Melanomzellen wurden auch anhand der embryonalen Umgebung des Kükens untersucht, was Zusammenhänge zwischen ihrer Tumorgenese und dem Verhalten von Neuralleistenzellenaufdeckte 14 sowie die Reprogrammierung der Tumorzellen mit den Informationen aus dem Embryo15. In diesem Artikel wird ein Protokoll beschrieben, das sich besonders für die Untersuchung des Verhaltens von primären und heterogenen Zellpopulationen des Menschen eignet.
In den letzten Jahrzehnten wurde die stromale Komponente verschiedener Gewebe als autologe Quelle von Vorläufer-/Stammzellen und auf ihre proangiogenen und immunregulatorischen Eigenschaften untersucht, die früher als "mesenchymale Stammzellen" bekannt waren16,17,18. Die erste dieser Zellpopulationen, die charakterisiert wurde, war die Knochenmark-Stroma-/Stammzellpopulation (BMSCs), die in vivo ein osteo-, adipo- und in geringerem Maße chondrogenes Potenzial aufweisen 19,20. Aus Fett gewonnene Stromazellen (ADSCs) sind eine heterogene Population, die durch enzymatische Verdauung der Lipoaspirat- oder Dermolipektomieproben gewonnen wird, gefolgt von der Isolierung der stroma-vaskulären Fraktion (SVF) und schließlich der Expansion in Kultur21. In Kultur sind diese Zellen phänotypisch gekennzeichnet durch Marker, die mit anderen mesenchymalen Populationen geteilt werden, wie CD90, CD73, CD105 und CD44, einzigartige Marker wie CD36 und das Fehlen von hämatopoetischen (CD45) oder endothelialen (CD31) Markern22. Darüber hinaus haben ADSCs in vitro ein osteo-, adipo- und chondrogenes Potenzial, und die Anzahl der Stamm-/Vorläuferzellen in dieser Population kann durch den Fibroblastoid colony-forming unit (CFU-F) Assay22 bestimmt werden. In vivo wurde berichtet, dass Zellen mit dem ADSC-Phänotyp in stromalen23 und/oder perivaskulären24 Kompartimenten existieren. Es wird immer deutlicher, dass trotz der gemeinsamen Marker nach der In-vitro-Kultur das Stromakompartiment verschiedener Gewebe die intrinsischen Eigenschaften eines bestimmten Organs widerspiegelt, und diese Zellpopulationen haben je nach Herkunft unterschiedliche Eigenschaften 17,25,26,27. Da diese Zellen aufgrund ihrer Adhäsion an eine Zellkulturschale isoliert werden, können sie außerdem aus Zellen aus verschiedenen Keimblättern zusammengesetzt sein28. Daher kann der Einsatz einer Xenotransplantat-Methode zur unvoreingenommenen Untersuchung des Differenzierungspotenzials und des Tropismus von Stromazellen wertvolle Informationen über diese Zellpopulationen liefern, um die Entwicklung zukünftiger Zelltherapien zu leiten.
Bei dem hier beschriebenen Protokoll (Abbildung 1) handelt es sich um eine Xenotransplantat-Methode, die sich die geringen Kosten und die einfache Manipulation von Hühnerembryonen zunutze macht. Es wurde zuvor verwendet, um das Verhalten von humanen ADSC29, Hautfibroblasten29, aus Menstruationsblut gewonnenen Stromazellen30 und Glioblastomzellen31 zu untersuchen. Dieses Verfahren wird die Transplantation von Zellen als Sphäroide32 umfassen, die aus jeder Population adhärenter Zellen hergestellt werden können (Abbildung 2). Chirurgische Verfahren und die Herstellung von kundenspezifischen chirurgischen Materialien - den Mikroskalpellen und Glaskapillaren - werden ebenfalls beschrieben (Abbildung 3). Humane Zellen werden in histologischen Schnitten durch Hybridisierung humanspezifischer Alu-Sonden nachgewiesen (Abbildung 4), wodurch eine vorherige Markierung der transplantierten Zellen überflüssig wird. Die repräsentativen Ergebnisse beschreiben das Verhalten von humanen ADSC-Transplantaten, die sowohl in der somitischen Region auf Ebene der Flügelknospen (Abbildung 5, Abbildung 6 und Abbildung 7) als auch im ersten Pharynxbogen (Abbildung 8) transplantiert wurden, sowie von humanen primären Glioblastom-Sphäroiden, die in das Prosencephalon transplantiert wurden (Abbildung 8). Die Zellmigration, Differenzierung und Interaktion mit embryonalem Hühnergewebe werden beschrieben, sowie vorgeschlagene Assays zur weiteren Untersuchung des Zellverhaltens durch Co-Färbung oder Färbung benachbarter Schnitte.