2.12: Transplantationsstudien

Wissenschaftler auf dem Gebiet der Entwicklungsbiologie nutzen Transplantationsstudien als Werkzeug, um zelluläre Wechselwirkungen zu untersuchen, die für eine ordnungsgemäße Organogenese erforderlich sind. Bei diesem Verfahren wird embryonales Gewebe sorgfältig von einem Spender präpariert und während der frühen Embryogenese auf einen Wirt transplantiert. Anschließend werden die Wirtsembryonen untersucht, um festzustellen, wie das transplantierte Gewebe das Entwicklungsmuster beeinflusst.

Dieses Video gibt einen Überblick über zelluläre Interaktionen während der Organogenese, ein allgemeines Transplantationsprotokoll und schließlich einige der vielen praktischen Anwendungen dieser nützlichen Technik.

Bevor wir uns mit der Durchführung von Transplantationen befassen, wollen wir kurz einige Prinzipien der Untersuchung zellulärer Wechselwirkungen während der Organogenese besprechen. Organe sind komplexe Strukturen, die aus vielen Zelltypen bestehen, die zusammenarbeiten müssen, um ein funktionierendes System zu erzeugen.

Während der Entwicklung spielt jeder Zelltyp entweder die Rolle des Induktors oder des Responders. Der Induktor ist ein Gewebe, das ein Signal erzeugt, das Verhalten eines anderen Gewebes verändert und oft sein Schicksal bestimmt, während der Responder ein Zielgewebe ist, das ein Signal vom Induktor empfängt. Dieser gesamte Prozess wird als Gewebeinduktion bezeichnet. Genexpressionsmuster werden bestimmen, welche Zellen Responder sind, da die entsprechenden Zelloberflächenproteine vorhanden sein müssen, um Signale zu empfangen und zu interpretieren.

Transplantationsstudien sind eine Möglichkeit, die Gewebeinduktion zu untersuchen. Spenderzellen können an einem anderen Ort in den Wirt transplantiert werden, um zu sehen, wie die Veränderung der in der zellulären Umgebung vorhandenen Signale ihr Schicksal verändert. Alternativ können genetisch unterschiedliche Gewebe zwischen analogen Orten transplantiert werden, um zu beurteilen, wie sich die Genexpression auf die Entwicklung auswirkt.

Nachdem wir nun ein wenig mehr über Transplantationen wissen, sehen wir uns einige Vorbereitungen an, die für die Durchführung dieser Technik erforderlich sein könnten.

Bereiten Sie zunächst die Werkzeuge vor, die für mikroskopische Operationstechniken erforderlich sind. Zu den häufig verwendeten Werkzeugen gehören Wolframnadeln, die bis zur Spitze flammpoliert sind, oder feine Glasnadeln, die aus Kapillarrohren gezogen werden. Darüber hinaus kann je nach Organismus, mit dem Sie arbeiten, ein Stabilisierungsschimmel erforderlich sein. Dies trägt dazu bei, den Organismus während des Transplantationsverfahrens an Ort und Stelle zu halten.

Eine Reihe von Modellorganismen kann in Transplantationsstudien verwendet werden. Hier beschreiben wir kurz das Verfahren mit Hilfe eines Wachtel-Küken-Systems. Der erste Schritt besteht darin, den Spenderembryo aus der Eizelle zu entfernen und ihn zum Sezieren auf eine Schale zu legen. Als nächstes wird unter einem Präpariermikroskop das interessierende Gewebe vorsichtig aus dem Spender herausgeschnitten und in eine geeignete Lösung und auf Eis gelegt, bis der Wirt bereit ist, das Transplantat zu erhalten.

Der Gastgeber wird auf die gleiche Weise vorbereitet wie der Spender. Schneiden Sie das Wirtsgewebe vorsichtig heraus und erstellen Sie eine Transplantatstelle, die der Größe des Spendergewebes entspricht. Das Spendergewebe wird in Position gebracht und an der Transplantatstelle des Wirts befestigt. Schließlich wird der Embryo wieder in einen Zustand gebracht, der seine natürliche Umgebung nachahmt, und er kann sich entwickeln, bis das gewünschte Alter erreicht ist. Die Gewebeinduktion kann dann mit verschiedenen histologischen und mikroskopischen Techniken untersucht werden.

Nachdem wir nun eine allgemeine Methode zur Durchführung von Transplantationen besprochen haben, wollen wir einige nachgelagerte Anwendungen dieser Technik untersuchen.

Transplantationsstudien können verwendet werden, um Gene zu untersuchen, die daran beteiligt sind, eine Zelle in ein bestimmtes Gewebeschicksal zu treiben. In diesem Experiment wurde eine Schicht von Stammzellen, die sogenannte Tierkappe, die das interessierende Gen exprimiert, auf die Flanke eines Xenopus-Embryos transplantiert. Nach einer Inkubationsphase wurde beobachtet, wie sich an der Transplantationsstelle eine augenähnliche Struktur entwickelte, was darauf hindeutet, dass das interessierende Gen eine Stammzellpopulation in Richtung eines retinalen Zellschicksals lenken kann.

Transplantationsstudien können auch genutzt werden, um zu untersuchen, wie eine Gruppe von Zellen das Schicksal des Wirtsgewebes durch Zell-Zell-Interaktionen verändern kann. In diesem Experiment schneiden die Forscher die embryonale Struktur, die als Hensen-Knoten bezeichnet wird und auch als "primitiver Knoten" oder "Organisator" bekannt ist, aus dem Spender-Kükenembryo heraus und transplantieren sie in eine naive Region auf einem Wirtskükenembryo. Sie beobachten, dass der transplantierte Hensen-Knoten ein Miniatur-Notochord bildet, was darauf hindeutet, dass Signale aus dem Spendergewebe das Wirtsgewebe in ein neuronales Schicksal geführt haben.

Unter Ausnutzung der strukturellen Unterschiede zwischen Wachtel und Ente führen die Forscher Transplantationen durch, um die artspezifische Musterung zu beurteilen. Hier erzeugen Forscher einen "Quuck", indem sie eine bestimmte Zellpopulation, die als Neuralleiste bekannt ist, von einer Wachtel nehmen und sie in eine Ente transplantieren. Aufgrund der genetischen Unterschiede können die Forscher den Beitrag der Neuralleiste der Wachtel im entwickelten Organismus beurteilen.

Sie haben sich gerade das Video von JoVE über Transplantationsstudien angesehen. Dieses Video gab einen Überblick über zelluläre Interaktionen während der Organogenese, eine kurze Einführung in die Durchführung von Transplantationen und einige der vielen praktischen Anwendungen dieser Technik im Bereich der Entwicklungsbiologie. Wie immer vielen Dank fürs Zuschauen!