Cultura de embriones de ratón explantes cocleares y Gene Transfer por electroporación

Resumen

Presentamos un método que describe el aislamiento y cultivo de explantes cocleares del oído interno de ratones embrionarios. También demostramos un método para la transferencia de genes a explantes cocleares a través de electroporación de onda cuadrada. El cultivo in vitro de explantes, junto con la técnica de transferencia de genes, permite a los investigadores estudiar los efectos de la alteración de la expresión génica durante el desarrollo.

Resumen

Las células ciliadas auditivas ubicadas dentro del órgano de ratón de Corti detectan y transmiten información sonora al sistema nervioso central. Las células ciliadas mecanosensoriales están alineadas en una fila de células ciliadas internas y tres filas de células ciliadas externas que se extienden a lo largo del eje basal a apical de la cóclea. La técnica de cultivo de explantes descrita aquí proporciona un método eficiente para aislar y mantener explantes cocleares del oído interno del ratón embrionario. Además, la morfología y las características moleculares de las células ciliadas sensoriales y las células de soporte no sensoriales dentro de los cultivos de explantes cocleares se asemejan a las observadas in vivo y pueden estudiarse dentro de su entorno celular intrínseco. Los explantes cocleares pueden servir como importantes herramientas experimentales para la identificación y caracterización de vías moleculares y genéticas que están involucradas en la especificación y el modelado celular. Aunque los modelos de ratones transgénicos proporcionan un enfoque eficaz para los estudios de expresión génica, un número considerable de ratones mutantes mueren durante el desarrollo embrionario, lo que dificulta el análisis y la interpretación de los fenotipos del desarrollo. El órgano de Corti procedente de ratones mutantes que mueren antes de nacer puede ser cultivado para analizar su desarrollo in vitro y sus respuestas a diferentes factores. Además, describimos una técnica para electroporar explantes cocleares embrionarios ex vivo que se puede utilizar para regular a la baja o sobreexpresar genes específicos y analizar su posible función endógena y probar si un producto génico específico es necesario o suficiente en un contexto dado para influir en el desarrollo coclear de mamíferos^1-8.

Introducción

El órgano de los mamíferos de Corti está compuesto por un mosaico de tipos de células especializadas, incluyendo dos tipos de células ciliadas mecanosensoriales, así como al menos cuatro tipos de células de soporte no sensoriales, lo que lo convierte en un sistema modelo ideal para estudiar los procesos celulares normales como la proliferación, la especificación del destino, la diferenciación y el patronaje. Además, el desarrollo normal de estos diferentes tipos de células es esencial para la función auditiva normal. Por lo tanto, es crucial comprender los factores, tanto moleculares como celulares, que regulan su desarrollo. Sin embargo, el pequeño tamaño de la cóclea del ratón, así como su inaccesibilidad, plantea un desafío particular para los estudios de expresión génica. Además, la mayoría de los eventos de especificación y patrón del destino celular ocurren durante períodos de tiempo embrionarios y en su mayoría se completan antes del nacimiento. Por lo tanto, la identificación y caracterización de los eventos de señalización durante los períodos de tiempo embrionarios es esencial para comprender las bases moleculares de la morfogénesis coclear.

Aquí, demostramos un método para cultivar cóclea intacta in vitro a partir de oídos internos de ratones embrionarios. La razón detrás del uso de esta técnica es que las cócleas cultivadas mantienen sus características moleculares y morfológicas, lo que proporciona un modelo valioso para investigar posibles genes candidatos y explorar los mecanismos involucrados en la morfogénesis coclear. Aunque los ratones transgénicos se pueden utilizar para estudios de expresión génica, a menudo se necesita un sistema in vitro para monitorear funciones genéticas específicas. Además, se pueden establecer cultivos cocleares a partir de embriones de ratón transgénicos para estudiar su desarrollo in vitro y su respuesta a diversos factores solubles y antagonistas. Aunque en este protocolo se utilizan embriones en el día 13 (E13), los cultivos desde E12 o E14 hasta el oído interno postnatal temprano pueden dar resultados similares.

También presentamos una técnica de transferencia de genes en explantes cocleares embrionarios cultivados utilizando electroporación de onda cuadrada. Tras el aislamiento de los explantes cocleares, la electroporación se puede utilizar para expresar plásmidos de ADN de genes de interés en células individuales dentro del conducto coclear. Esta técnica sirve como un enfoque complementario a los estudios que utilizan ratones transgénicos para obtener información sobre las vías moleculares que subyacen al fenotipo celular. Con este método de transferencia de genes, se transfectan una variedad de tipos de células epiteliales dentro de la cóclea embrionaria, lo que permite análisis de pérdida y ganancia de función a nivel de una sola célula. Además, también se pueden realizar estudios electrofisiológicos en cultivos de explantes cocleares⁸. Este método de electroporación in vitro es relativamente simple y directo, combinado con un daño mínimo al tejido, ha resultado en una rápida expansión de esta técnica.

Protocolo

NOTA: Todos los protocolos que utilizan animales vivos debe ser revisado y aprobado por el Cuidado y Uso de un Comité Institucional Animal (IACUC) y debe seguir los métodos para el cuidado y uso de los animales de laboratorio homologado. Todas las disecciones se deben realizar utilizando una técnica estéril en un banco de flujo laminar limpio. Guantes y una máscara, si se desea, se deben usar durante este procedimiento.

1. La disección de la Oreja embrionarias de ratón Interior

1. Configuración para órgano de cultivos de explantes Corti:
   1. Esterilizar el flujo laminar campana de cultivo de tejido mediante la activación de la luz UV durante aproximadamente 30 min y desinfectar la superficie con etanol al 70% antes de su uso. Además, esterilizar todos los instrumentos de disección, incluyendo herramientas de disección finas y platos recubiertos con Sylgard para la disección de embriones a través de autoclave o por inmersión en etanol al 70% durante al menos 20 min antes del uso. Verter 70% de etanol y permitir que los platos y los instrumentos se sequen al aire en un flujo laminar limpio CLEAn banco antes de su uso.
   2. Preparar solución salina equilibrada de Hank estéril (HBSS) / (4- (2-hidroxietil) -1-piperazinetanosulfónico) (HEPES) mediante la adición de mezcla de 10% de HBSS 10x y 0,5% HEPES y ajustar el pH a aproximadamente 7,2 y esterilizar el filtro solución definitiva y se almacena a 4 ° C. Llevar a cabo todas las disecciones en solución HBSS / HEPES enfriado para conservar mejor el tejido durante todo el procedimiento.
   3. Platos de fondo de cristal Escudo con matriz de membrana basal mediante la adición de 5 ml de medio Eagle modificado frío (4 ° C) estéril de Dulbecco (DMEM) a una alícuota de 300 l de matriz de membrana basal en un tubo de polipropileno de 15 ml estéril. Mezclar mediante agitación el contenido y añadir 150 l de la mezcla de la matriz de la membrana basal-DMEM al centro de cada placa de cultivo de modo que cubra la totalidad del pocillo de cultivo presente en el centro del plato. Cubra los platos y se guardan en una incubadora a 37ºC durante al menos 45 minutos antes de su uso.
   4. Vierta 4-5 ml refrigerados en HBSS ªree placas de Petri de poliestireno estériles y deje cerrada en la campana.
   5. Preparar medio de cultivo en un tubo de 15 ml de polipropileno estéril mediante la adición de 9 ml de DMEM, 100 l de suplementos de N2, 10 g / ml Cipro y 1 ml de FBS.
2. Aislamiento de embriones:
   NOTA: En este procedimiento para el cultivo de explantes cocleares de embriones de ratones, oídos internos cosecha desde el día embrionario (E) 13 huesos temporales con el día después de la fecundación siendo considerados como E1 ^9. El protocolo también se puede utilizar con el ratón embrionario oídos internos a partir de E12 a E18.
   1. La eutanasia a un ratón oportuna embarazada de CO ₂ y el sacrificio de los animales por dislocación cervical o protocolos aprobados apropiados. Llevar a cabo la eutanasia de distancia de flujo laminar campana de cultivo de tejido para mantener la esterilidad en la sala de cultivo de tejidos.
   2. Coloque la eutanasia del ratón sobre una toalla de papel con abdomen hacia arriba y desinfectar abdomen con etanol al 70%.
   3. Abra la cavidad abdominal por el acaparamiento de la pielcon pinzas curvas con una mano y la epidermis cortadas y los músculos a lo largo de la línea media con la tijera en la otra mano. Hacer dos cortes perpendiculares en ambos lados y tire del útero cuidadosamente levantando cuernos uterinos bilaterales con fórceps y separarla de debajo de las tijeras de tejido conectivo usando.
   4. Coloque la cadena de embriones en una placa de Petri que contiene solución enfriada disección (mezcla HBSS / HEPES) y traslado al flujo laminar banco limpio.
   5. Retire cuidadosamente embriones a partir de placenta y colocarlos en una de las placas de Petri estériles que contienen solución de disección. Si la solución se vuelve sangrienta, moverlos a una nueva placa de Petri.
      NOTA: En este punto, los embriones pueden ser realizaron utilizando una guía de puesta en escena Theiler.
   6. Decapitar embriones pellizcando en la región del cuello con un par de fórceps o tijeras limpias y colocar las cabezas en una placa de Petri fresco que contenía solución de disección fría.
3. La disección de los oídos internos:
   1. Lugar ocabeza embrión ne en un plato Sylgard estéril que contiene disección fría
   2. solución. Trabajando bajo un microscopio de disección con un aumento de ~ 1.6X, inmovilizar la cabeza de embriones mediante la colocación de pasadores Minutien alrededor o cerca de región de los ojos (Figura 1A).
   3. El uso de dos pares de pinzas estériles retire con cuidado la piel y abrir el cráneo en el lado dorsal a lo largo de la línea media (Figura 1B). Retire cerebro de la cavidad craneal y oídos internos ubicados dentro huesos temporales pueden ser identificados en esta etapa (Figura 1 C, D). El revestimiento del vaso sanguíneo, que normalmente está presente alrededor de los oídos internos, se puede utilizar como un punto de referencia para identificar el oído interno en esta fase (Figura 1D).
   4. Diseccionar el oído interno de los huesos temporales mediante la colocación de las pinzas debajo del tejido y aislando el oído interno desde la base del cráneo y la transferencia a un nuevo plato que contiene la solución de disección fría (Figura 1E, F).

2. Generación de Órganos de las Culturas Corti explantes

NOTA: En esta etapa de desarrollo, el tejido cartilaginoso es y puede ser diseccionado fácilmente utilizando fórceps.

1. Oriente el oído interno de manera que el lado ventral esté hacia arriba (Figura 2A) y estabilizar el oído interno mediante la inserción suavemente el extremo afilado de pasadores Minutien través de la porción vestibular del oído interno (Figura 2B).
2. Utilizando unas pinzas ultrafinas cortar el cartílago suprayacente al hacer una incisión utilizando un extremo de fórceps cerca de la ventana oval y cuidadosamente retirar el cartílago de la cóclea (Figura 2C).
   NOTA: Es importante asegurarse de que los fórceps no se insertan demasiado profundamente en el cartílago como el cartílago suprayacente a veces se fusiona con el conducto coclear en cuyo caso es útil usar unas pinzas cerradas para liberar el cartílago del conducto coclear subyacente por raspado por debajo de la surface del cartílago. En esta etapa de desarrollo, la espiral coclear es sólo tres cuartos de vuelta de longitud.
3. A continuación, exponer el epitelio sensorial mediante la colocación de las pinzas en la región preferida del conducto coclear, ya sea la base o en el mismo ápice, y tirando suavemente el techo de la cóclea (Figura 2D).
   NOTA: El techo de la cóclea debe ser completamente eliminado, ya que puede enmascarar el epitelio sensorial dificultando el análisis.
   NOTA: Este procedimiento debe hacerse con cuidado, ya que es fácil de rasgar el epitelio sensorial.
4. Como último paso, retirar cuidadosamente el tejido conectivo subyacente del epitelio sensorial expuesto de manera que la base del explante coclear es uniformemente plana.
5. Aislar la cóclea disecados de la porción vestibular del oído interno con unas pinzas. Esto se puede realizar antes o después de la etapa 2.4 (Figura 2E).
6. Transferir el epitelio sensorial coclear disecado en una membra sótanomatriz recubierta ne cultura bien usando un 1.5 mm cuchara estéril (Figura 2F).
7. Oriente el explante coclear con la superficie luminal del epitelio hacia arriba y aspirar la solución de matriz-DMEM membrana basal para aplanar cuidadosamente el tejido y reemplazarla con 150 l de medio de cultivo fresco añadiendo suavemente al plato. Se debe tener cuidado para asegurarse de que cada explante se adhiere bien a la cubreobjetos de vidrio recubierto y no está flotando en el medio de cultivo. Asegúrese de que la punta de las pinzas se señaló arriba mientras que la colocación de al pozo de vidrio para evitar dañar el explante coclear.
8. Transferir con cuidado la placa de cultivo en un 150 mm placa de cultivo estéril y colocar en una incubadora de cultivo de tejidos a 37 ° C con 5% de CO ₂ para el período de tiempo deseado, generalmente 3-6 días in vitro (DIV). Después de 1 DIV, examinar las culturas bajo un microscopio de disección para asegurarse de que el explante coclear se ha adherido bien a la placa de cultivo.
9. Después ende incubación in vitro para longitudes de tiempo deseado, las culturas se procesan para inmunohistoquímica.
   NOTA: Los cultivos de explantes por lo general se incuban durante 6 DIV que es equivalente a la etapa de desarrollo, P0. Después de la incubación in vitro, los cultivos se pueden procesar para más aplicaciones posteriores como inmunohistoquímica (Figura 3B), RT-PCR, hibridación in situ, y / o Western blot.

3. La electroporación mediada por transferencia génica

1. Configuración para la electroporación:
   1. Esterilizar uno 100 mm plato de vidrio recubiertos con Sylgard en autoclave o por inmersión en etanol al 70% durante aproximadamente 20 min y dejar secar al aire en un banco limpio antes de su uso.
   2. Preparar el ADN de un vector de expresión de elección utilizando kits maxi- o midi-prep apropiados. Los vectores de expresión utilizados en este protocolo son pIRES2-Atoh1.EGFP y pCLIG-NeuroD1.EGFP. La concentración final de ADN debe ser de al menos 1 g / l en el ADN estéril /RNasa libre de agua.
2. Electroporación de ADN en explantes cocleares embrionarias:
   1. Añadir 10 l de solución de ADN de plásmido a un 100 mm plato de Sylgard recubierto fresco y transferir un explante coclear totalmente diseccionado (obtenido en la etapa 2.5) en la solución de ADN.
   2. Con la superficie luminal del epitelio hacia arriba, incline la cóclea ligeramente de modo que es perpendicular al plano del plato.
   3. Coloque las paletas de electrodos a ambos lados de la cóclea con paleta negativo (cátodo) hacia el epitelio sensorial y la pala positivo (ánodo) situado adyacente a la base de la cóclea.
      NOTA: Dado que el ADN está cargado negativamente, que migra de negativo a electrodo positivo y colocando el extremo del cátodo de la sonda adyacente al epitelio sensorial; el ADN mayoría pasará a través de la superficie del epitelio sensorial.
   4. Utilizando electroporador, entregar 9 a 10 pulsos de 24 mV, 30 ms duración del pulso con el interruptor de pedal en tél electroporador, y luego añadir 100 l de medio de cultivo cálido a la cóclea a electroporación.
   5. Repita los pasos 3.2.1-4 para todos los explantes cocleares y de ADN de todos los genes de interés y transferir el cochleae electroporación en el plato matriz recubiertos con membrana basal para chapado (paso 2.7). Cultura toda la cochleae electroporación en un 37 ° C, 5% de CO ₂ humidificado incubadora para longitudes deseadas de tiempo que luego serán procesados ​​por inmunocitoquímica.
      NOTA: La cóclea de una camada entera de ratón CD1 (aproximadamente 8-12 crías) se puede aislar, microdissected, electroporación y chapada en <4 hr.

4. Análisis de las Culturas Coclear explantes

NOTA: Los cultivos se incubaron durante por lo general 6 DIV que es equivalente a la etapa de desarrollo, P0. Después de la incubación in vitro, los cultivos se fijaron y procesaron para inmunocitoquímica.

1. Después de longitud deseada del incubation, eliminar el medio de cultivo y rápidamente enjuagar el explante coclear en solución salina tamponada con fosfato (PBS) y se incuban en 4% de paraformaldehído (preparado en PBS) durante 15 min a temperatura ambiente.
2. Lave el fijador mediante la adición de PBS y enjuague en PBS tres veces durante 15 minutos.
3. Permeabilizar utilizando PBS-T (PBS + 0,5% Tween) durante 30 min antes de bloquear con PBS-T que contiene 10% de suero de cabra.
4. Incubar en solución de anticuerpo primario que contiene el anticuerpo primario en PBS-T con 1% de suero de cabra durante la noche a 4 ° C.
5. Lavar la cóclea tres veces a temperatura ambiente usando PBS-T 15 min cada uno antes de la adición de anticuerpos secundarios conjugados Alexa-apropiados.
6. Desde el explante coclear es cultivaron en cubreobjetos de vidrio puede ser manejado individualmente aislando el cubreobjetos de la placa de montaje y en una diapositiva. Esto se puede lograr por remojo la placa de cultivo en OS30 disolvente durante al menos 1 hora a temperatura ambiente. Uso de la hoja de afeitar estéril, extraiga el cubreobjetos de la dish y montar en un portaobjetos y visualizar bajo un microscopio fluorescente.

Resultados

Describimos un método para aislar la cóclea del oído interno embrionario y microdiseccionar para exponer el epitelio sensorial. Una vez diseccionado, se puede sembrar y cultivar como un conducto coclear intacto (Figura 3) y analizar mediante inmunohistoquímica. Los explantes cocleares cultivados proporcionan un ensayo útil para examinar el efecto de una variedad de factores solubles y fármacos farmacológicos en el desarrollo coclear. Después de la disección de los explantes cocleares, la técnica de elect...

Discusión

Todas las células dentro de la laberinto membranoso del oído interno de ratón incluyendo sensorial, no sensorial y las neuronas del ganglio espiral se derivan de placodally derivados de otocyst situado adyacente a la parte posterior del cerebro del ectodermo, alrededor de ^10-14 E8. En E11, la región ventral de la otocyst se extiende para formar el conducto coclear y como sigue el desarrollo, un grupo de células epiteliales dentro de la cóclea, así como en otras regiones del otocyst, convertido especifica como...

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
HBSS	Gibco	14065-056
HEPES	Gibco	15630-080
Dulbecco' s Medio modificado	Gibco	12430-054
Suero fetal bovino	Gibco	10082
N-2 Suplemento (100x)	Gibco	17502-048
Clorhidrato de ciprofloxacino	Cellgro	61-277-RF
Plato de vidrio 60 mm	Kimble Chase	23062-6015/23064-6015
Plato de vidrio 100 mm	Kimble Chase	23064-10015/23062-10015
Pines de minucias	Fine Science Tools	26002-15
Pinzas Dumont #5	Fine Science Tools	11251-10
Generador de impulsos	Protech International Inc	CUY21Vivo-SQ
Platos de cultivo con fondo de cristal	MatTek	P35G-0-10-C
Matrigel matrix	BD Biosciences	356237
Plato de cultivo, 60 x 15 mm	Becton Dickinson	353037
Platos de cultivo de tejidos	Greiner Bio-one	639160
Solución salina tamponada con fosfato	Gibco	10010-023
OS-30	Dow Corning	4021768
Fluoromount	Southern Biotech	0100-01
Tubos cónicos, 15 ml	Greiner Bio-one	188261
Myosin 6	Proteus Biosciences Inc	25-6791
Myosin 7a	Proteus Biosciences Inc	25-6790
TuJ1	Sigma	T2200