Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Die in utero Elektroporation ist eine wichtige Technik für die Untersuchung der molekularen Mechanismen, die die Proliferation, Differenzierung, Migration und die Maturation von Zellen während der Nervenentwicklung steuern. Die Elektroporation ermöglicht die rasche und zielgerichtete Abgabe des Materials in die Zellen durch die Verwendung von elektrischen Impulsen, die transiente Poren in den Zellmembranen erzeugen. Obwohl die Elektroporation traditionell in in vitro Studien verwendet wurde, haben die wissenschaftlichen Fortschritte ihre Verwendung in intakten Organen erweitert, wie diejenigen, die in entwickelnden Mausembryonen in utero gefunden werden.
Dieses Video zeigt die wichtigsten Prinzipien hinter der in utero Elektroporation zusätzlich zu der Überprüfung der grundlegenden chirurgischen Techniken, die erforderlich sind, um entwickelnde Embryonen innerhalb eines schwangeren Nagetieres zugänglich zu machen. Die Einzelheiten der Injektion und die Schritte der Elektroporation werden zusammen mit wichtigen Überlegungen zur gerichteten Genübertragung zu spezifischen Gehirnregionen bereitgestellt. Schließlich werden neurobiologische Anwendungen der in utero Elektroporation vorgestellt, wie zum Beispiel die Untersuchung wie bestimmte Gene zur Nervenentwicklung beitragen und wie sich Verbindungen zwischen den entwickelnden Neuronen bilden.
Die in utero Elektroporation ist eine Schlüsselmethode für die Untersuchung der molekularen Mechanismen, die die Nervenentwicklung leiten. Durch das Injizieren von DNA, um die Genexpression in spezifischen Regionen des entwickelnden Nagetiergehirns zu verändern, können Forscher die Proliferation, Differenzierung, Migration und Maturation von neuronalen Zellen im Rahmen ihrer natürlichen Umgebung studieren. Dieses Video wird die wichtigsten Grundlagen hinter der in utero Elektroporation zeigen, einen grundlegenden Überblick darüber, wie man die Technik durchführt und deren Anwendung in der neurobiologischen Forschung.
Bevor wir uns darin vertiefen, wie man dieses Verfahren durchführt, wollen wir zunächst einige Grundlagen der Elektroporation besprechen. Dieses Verfahren verwendet elektrische Impulse, die transiente Poren in Zellmembranen erzeugen, so dass DNA in die Zelle eindringen kann. Da die negativ geladene DNA in Richtung der positiven Elektrode wandern wird, können unterschiedliche Zellpopulationen in Abhängigkeit von der Positionierung des elektrischen Feldes adressiert werden.
Obwohl die Elektroporation traditionell in in vitro-Studien verwendet wurde, haben die wissenschaftlichen Fortschritte ihre Verwendung in intakten Organe erweitert, einschließlich solche, die in Mausembyonen in utero gefunden werden.
Die in utero Elektroporation hat im Gegensatz zu einer Zellkultur oder einem ex vivo-Verfahren den Vorteil, dass die transfizierten Zellen weiterhin allen physiologischen Signalen ausgesetzt sind, die die normale Entwicklung leiten. Dies ist besonders wichtig im Gehirn, wo Strukturen wie Axone, Führungssignale von anderen Zellarten erfordern, um sich richtig zu entwickeln.
Insbesondere die Entwicklung des Gehirns involviert einen programmierten Ablauf von Proliferations- und Migrationsvorgängen, was bedeutet, dass unterschiedliche Gewebeschichten basierend des Timings der Elektroporation angezielt werden können.
Schließlich ermöglicht es Forschern, durch die Verfügbarkeit von verschiedenen Arten von Elektroden, auf beide Regionen in der Nähe der Oberfläche sowie auf tiefere Bereiche des Gehirns zuzugreifen. Die Paddelelektroden werden verwendet, wenn oberflächliche Teilen des Gehirns angezielt werden wie der Cortex und der Hippocampus, während kleinere Nadelelektroden verwendet werden wenn tiefe Strukturen wie der Thalamus und der Hypothalamus angezielt werden.
Da wir nun einige grundlegende Prinzipien hinter der Technik diskutiert haben, wollen wir die Vorbereitungen aus dem Weg schaffen, so dass wir uns in den chirurgischen Eingriff und in die in utero Elektroporation vertiefen können.
Zuerst müssen alle Instrumente sterilisiert werden und der OP-Bereich mit 70% Ethanol abgewischt werden. Als nächstes muss eine Injektionslösung hergestellt werden, durch Auflösen von Plasmid-DNA in sterilem PBS, die 0,1% Fast Green enthält. Fast Green wird dazugegeben, um die Visualisierung der Injektionslösung im Embryo zu ermöglichen. Schließlich muss mit einem Nadelzieher eine ultradünne Nadel erzeugt werden, um den Verlust von Fruchtwasser und die anschließende fötale Sterblichkeit zu verringern.
Da wir nun alles vorbereitet haben, wollen wir die grundlegenden Schritte für die Elektroporation von Gehirngewebe bei entwickelnden Nagetieren durchgehen. Zuerst wird mit der Betäubung des schwangeren Muttertieres mit 5% Isofluran begonnen danach wird zu einem Beatmungsrohr, welches 2,25% Isofluran für die Gesamtheit des Verfahrens liefert, gewechselt. Als nächstes wird für die postoperative Schmerzlinderung ein schmerzstillendes Mittel wie Buprenorphin subkutan verabreicht. Danach wird der Bauch rasiert und die Einschnittstelle sterilisiert.
Um den Uterus chirurgisch freizulegen, muss ein vertikaler Schnitt entlang der Mittellinie in die Haut gemacht werden und mit einer Schere schneidet man durch das Peritoneum. Um die Embryonen vom Austrocknen zu hindern, wird die Öffnung mit einer Gaze, die in einer sterilen Kochsalzlösung getränkt ist, abdeckt. Anschließend wird die embryonale Kette sanft aus der Bauchhöhle gezogen, dabei muss sichergestellt werden, dass die Embryonen durch das Abdecken mit einer sterilen, vorgewärmten Kochsalzlösung feucht gehalten werden.
Mit der Verwendung eines Stereomikroskops kann identifiziert werden, dass die Embryos für einen einfachen Zugang zum Gehirn richtig positioniert sind. Mit den Fingern oder einer Pinzette wird der Kopf des Embryos stabilisiert und die DNA-Lösung wird durch die Gebärmutterwand und in das Gehirn injiziert. Eine Elektrode wird auf jeder Seite des Kopfes platziert, mit der positiven Elektrode in der Richtung, in der die DNA elektroporiert werden soll. Nachdem alle geeigneten positionierten Embryonen
elektroporiert wurden, wird das Uterushorn vorsichtig in die Bauchhöhle zurück platziert.
Bevor der Einschnitt geschlossen wird, wird 2-3 ml warme Kochsalzlösung in den Hohlraum hinzugefügt. Das Bauchfell wird mit resorbierbaren Fäden zusammen genäht danach wird die Haut mit Klammern geschlossen. Schließlich wird die Maus in einen Käfig mit einem Heizkissen und einem Monitor transferiert.
Da wir nun besprochen haben, wie man eine in utero Elektroporation ausführt, wollen wir einige folgende Anwendungen dieser Technik untersuchen.
Die in utero Elektroporation ist ein nützliches Tool für die Untersuchung, wie bestimmte Gene zur Nervenentwicklung beitragen. Die elektroporierten Konstrukte können die Überexpression von Wildtyp oder mutierten Proteinen steuern oder die Proteinexpression vollständig blockieren. Die neurologischen Phänotypen können dann entweder auf mikroskopischer oder organismischer Ebene bewertet werden. Zum Beispiel haben diese Experimentatoren festgestellt, das transiente Überexpression des schizophrenie-assoziierten Gens DISC-1 im entwickelndem Mausgehirn zur Überempfindlichkeit gegen Amphetamin im späteren Leben führte.
Die in utero Elektroporation kann auch nützlich sein für die Visualisierung von spezifischen Zellpopulationen und die Verbindungen, die sie eingehen, durch die Bereitstellung von Sequenzen, die kodierte fluoreszierende Proteine in das Nervengewebe liefern. Beispielsweise haben diese Experimentatoren das grün fluoreszierende Protein-Gen in die E13.5 Retinae elektroporiert, um die retinale Ganglienzellen oder RGCs zu untersuchen, die visuelle Informationen vom Auge zum Gehirn übertragen. Die Untersuchung der Netzhaut bei E18.5 zeigt, wie diese Technik verwendet werden kann, um den Weg des RGC Axons durch den Sehnerv, des Chiasmas und des Tractus opticus zu verfolgen.
Schließlich treten viele wichtige Ereignisse in der neuralen Entwicklung nach der Geburt auf, dies inspirierte Wissenschaftler, eine modifizierte Technik, die in vivo Elektroporation genannt wird, zu entwickeln. Dieses Verfahren folgt den gleichen grundlegenden Schritten wie bei der in utero Elektroporation, aber sie wird in der Regel innerhalb der ersten paar Tage nach der Geburt durchgeführt. Die postnatale Genmanipulation ist besonders nützlich für die Untersuchung von später geborenen Zelltypen, wie diese, die hier gezeigt werden, die innerhalb des Riechkolbens gefunden werden.
Das war das JoVE Video zu der in utero Elektroporation. Dieses Video enthält die wesentlichen Grundlagen und einen grundlegenden Überblick darüber, wie die in utero Elektroporation durchgeführt wird, sowie ein paar folgende Anwendungen, die es den Forschern ermöglichen, die molekularen Mechanismen, die die Nervenentwicklung steuern, zu untersuchen. Danke für das Aufpassen!
Die In-utero-Elektroporation ist eine Schlüsseltechnik zur Untersuchung der molekularen Mechanismen, die die Neuroentwicklung steuern. Durch die Injektion von DNA, um die Genexpression in bestimmten Regionen des sich entwickelnden Nagetiergehirns zu verändern, können Forscher die Proliferation, Differenzierung, Migration und Reifung von Nervenzellen im Kontext ihrer natürlichen Umgebung untersuchen.
In diesem Video werden die wichtigsten Prinzipien der In-utero-Elektroporation vorgestellt, ein grundlegender Überblick über die Durchführung der Technik und ihre Anwendungen in der neurobiologischen Forschung gegeben.
Bevor wir uns mit der Durchführung dieses Verfahrens befassen, gehen wir zunächst auf einige Prinzipien der Elektroporation ein. Bei diesem Verfahren werden elektrische Impulse verwendet, die vorübergehende Poren in den Zellmembranen erzeugen, wodurch die DNA in die Zelle eindringen kann. Da sich die negativ geladene DNA in Richtung der positiven Elektrode bewegt, können je nach Positionierung des elektrischen Feldes unterschiedliche Zellpopulationen anvisiert werden.
Obwohl die Elektroporation traditionell in In-vitro-Studien eingesetzt wird, haben wissenschaftliche Fortschritte ihre Anwendung auf intakte Organe ausgeweitet, einschließlich solcher, die in Mausembryonen vorkommen, die sich in utero entwickeln.
Die In-utero-Elektroporation hat im Gegensatz zu Zellkultur- oder Ex-vivo-Techniken den Vorteil, dass die transfizierten Zellen weiterhin allen physiologischen Hinweisen ausgesetzt sind, die die normale Entwicklung steuern. Dies ist besonders wichtig im Gehirn, wo Strukturen wie Axone Leitsignale von anderen Zelltypen benötigen, um sich richtig zu entwickeln.
Insbesondere die Entwicklung des Gehirns beinhaltet eine programmierte Abfolge von Proliferations- und Migrationsereignissen, was bedeutet, dass verschiedene Gewebeschichten basierend auf dem Zeitpunkt der Elektroporation angegriffen werden können.
Schließlich ermöglicht die Verfügbarkeit verschiedener Arten von Elektroden den Forschern, sowohl auf Regionen nahe der Oberfläche des Gehirns als auch auf tiefere Bereiche zuzugreifen. Paddelelektroden werden verwendet, wenn sie auf oberflächliche Teile des Gehirns wie den Kortex und den Hippocampus abzielen, während kleinere Nadelelektroden verwendet werden, wenn tiefe Strukturen wie der Thalamus und der Hypothalamus angegriffen werden.
Nachdem wir nun einige Grundprinzipien hinter der Technik besprochen haben, lassen Sie uns unsere Vorbereitungen aus dem Weg räumen, damit wir uns mit dem chirurgischen Eingriff und der In-utero-Elektroporation befassen können.
Sterilisieren Sie zunächst alle Instrumente und wischen Sie den Operationsbereich mit 70% Ethanol ab. Stellen Sie als Nächstes eine Injektionslösung her, indem Sie Plasmid-DNA in sterilem PBS auflösen, das 0,1 % Fast Green enthält. Das Fast Green wird hinzugefügt, um die Visualisierung der Injektionslösung im Embryo zu ermöglichen. Schließlich muss mit einem Nadelzieher eine ultradünne Nadel hergestellt werden, um den Verlust von Fruchtwasser und die daraus resultierende Mortalität des Fötus zu reduzieren.
Nun, da wir alles vorbereitet haben, gehen wir die grundlegenden Schritte zur Elektroporation von Hirngewebe bei sich entwickelnden Nagetieren durch. Beginnen Sie mit der Betäubung einer trächtigen Hündin mit 5 % Isofluran und übertragen Sie sie dann in einen Beatmungsschlauch, der 2,25 % Isofluran für den gesamten Eingriff liefert. Als nächstes verabreichen Sie zur postoperativen Schmerzlinderung ein Analgetikum wie Buprenorphin subkutan. Rasieren Sie dann den Bauch und sterilisieren Sie die Schnittstelle.
Um die Gebärmutter chirurgisch freizulegen, machen Sie einen vertikalen Schnitt entlang der Mittellinie in der Haut und schneiden Sie mit einer Schere durch das Bauchfell. Um ein Austrocknen der Embryonen zu verhindern, decken Sie die Öffnung mit steriler, mit Kochsalzlösung getränkter Gaze ab. Ziehen Sie anschließend die Embryonalkette vorsichtig aus der Bauchhöhle heraus und achten Sie darauf, die Embryonen feucht zu halten, indem Sie sie mit steriler, vorgewärmter Kochsalzlösung abdecken.
Identifizieren Sie mit einem Präpariermikroskop Embryonen, die für einen einfachen Zugang zum Gehirn richtig positioniert sind. Stabilisieren Sie mit den Fingern oder einer Pinzette den Kopf des Embryos und injizieren Sie die DNA-Lösung durch die Gebärmutterwand in das Gehirn. Platzieren Sie eine Elektrode auf jeder Seite des Kopfes, wobei die positive Elektrode in die Richtung zeigt, in die Sie die DNA elektroporieren möchten. Sobald alle richtig positionierten Embryonen elektroporiert sind, setzen Sie das Gebärmutterhorn vorsichtig wieder in die Bauchhöhle ein.
Geben Sie vor dem Schließen des Schnittes 2 - 3 ml warme Kochsalzlösung in die Kavität. Nähen Sie das Bauchfell mit resorbierbaren Nähten zusammen und verschließen Sie die Haut mit Klammern. Setzen Sie die Maus schließlich mit einem Heizkissen und einem Monitor in einen Käfig um.
Nachdem wir nun besprochen haben, wie man die In-utero-Elektroporation durchführt, wollen wir einige nachgelagerte Anwendungen dieser Technik untersuchen.
Die In-utero-Elektroporation ist ein nützliches Werkzeug, um zu untersuchen, wie bestimmte Gene zur neuronalen Entwicklung beitragen. Elektroporierte Konstrukte können die Überexpression von Wildtyp- oder mutierten Proteinen steuern oder die Proteinexpression vollständig blockieren. Neurologische Phänotypen können dann entweder auf mikroskopischer oder organismischer Ebene beurteilt werden. Zum Beispiel stellten diese Experimentatoren fest, dass eine vorübergehende Überexpression des Schizophrenie-assoziierten Gens DISC-1 im sich entwickelnden Mäusegehirn zu einer Überempfindlichkeit gegen Amphetamin im späteren Leben führte.
Die In-utero-Elektroporation kann auch nützlich sein, um bestimmte Zellpopulationen und die Verbindungen, die sie herstellen, zu visualisieren, indem Sequenzen, die für fluoreszierende Proteine kodieren, in das Nervengewebe eingebracht werden. Zum Beispiel elektroporierten diese Experimentatoren das grün fluoreszierende Protein-Gen in E13.5-Netzhaut, um retinale Ganglienzellen (RGCs) zu untersuchen, die visuelle Informationen vom Auge zum Gehirn übertragen. Die Untersuchung der Netzhaut bei E18.5 zeigt, wie diese Technik verwendet werden kann, um den Weg des RGC-Axons durch den Sehnerv, das Chiasma opticum und den Sehtrakt zu verfolgen.
Schließlich finden viele wichtige Ereignisse in der neuronalen Entwicklung nach der Geburt statt, die Wissenschaftler dazu inspirierten, eine modifizierte Technik namens In-vivo-Elektroporation zu entwickeln. Dieses Verfahren folgt den gleichen grundlegenden Schritten wie die Elektroporation in utero, wird jedoch in der Regel innerhalb der ersten Tage nach der Geburt durchgeführt. Die postnatale Genmanipulation ist besonders nützlich für die Untersuchung später geborener Zelltypen, wie sie hier im Riechkolben zu finden sind.
Sie haben gerade das Video von JoVE über die In-utero-Elektroporation gesehen. Dieses Video enthielt die wichtigsten Prinzipien und einen grundlegenden Überblick über die Durchführung der In-utero-Elektroporation sowie einige nachgelagerte Anwendungen, die es Forschern ermöglichen, die molekularen Mechanismen zu untersuchen, die die Neuroentwicklung steuern.
Danke fürs Zuschauen!
09:15
Neuroscience
97.6K Aufrufe
09:40
Neuroscience
97.4K Aufrufe
08:40
Neuroscience
96.5K Aufrufe
10:12
Neuroscience
63.8K Aufrufe
08:27
Neuroscience
153.2K Aufrufe
08:52
Neuroscience
159.4K Aufrufe
08:42
Neuroscience
47.9K Aufrufe
07:39
Neuroscience
53.2K Aufrufe
09:12
Neuroscience
59.9K Aufrufe
11:22
Neuroscience
74.0K Aufrufe
08:40
Neuroscience
68.2K Aufrufe
08:00
Neuroscience
16.5K Aufrufe
07:42
Neuroscience
23.6K Aufrufe
09:21
Neuroscience
40.7K Aufrufe
