Estudios de trasplante

Transplantation Studies

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Developmental Biology

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JoVE Science Education Developmental Biology

Transplantation Studies

2.2: Gene Silencing with Morpholinos

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06:21 min

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April 30, 2023

Overview

Muchos biólogos del desarrollo están interesados en las señales moleculares y las interacciones celulares que inducen a un grupo de células en un tejido particular. Para investigar esto, los científicos pueden utilizar una técnica clásica conocida como trasplante, que implica el tejido de un embrión de donante siendo suprimida e injertados en un embrión de host. Observando cómo los tejidos trasplantados desarrollan en entornos host, los científicos han comenzado a diseccionar las vías moleculares que subyacen el desarrollo.

En este video, primero miramos el papel de las interacciones celulares en desarrollo y pasar a un protocolo básico de trasplante. Finalmente, se discuten algunos estudios específicos de desarrollo utilizando esta técnica, que examine el efecto del trasplante de tejido sobre el destino del tejido donante y huésped.

Procedure

Los científicos en el campo de la biología de desarrollo usan estudios de trasplante como una herramienta para investigar interacciones celulares que se requieren para la correcta organogénesis. En este procedimiento, tejido embrionario es cuidadosamente disecado de un donante y trasplantado a un host durante la embriogénesis temprana. Embriones de host entonces se examinan para determinar cómo influye el patrón de desarrollo en el tejido trasplantado.

Este video le proporcionará una visión general de las interacciones celulares durante la organogénesis, un protocolo general de trasplante y finalmente algunas de las muchas aplicaciones prácticas de esta técnica útil.

Antes de adentrarnos en cómo realizar trasplantes, permite examinar brevemente algunos principios de estudiar las interacciones celulares durante la organogénesis. Los órganos son estructuras complejas de muchos tipos de células que deben trabajar juntos para generar un sistema de funcionamiento.

Durante el desarrollo, cada tipo celular tiene un papel como el inductor o el respondedor. El inductor es un tejido que produce una señal, altera el comportamiento de otro tejido y a menudo determina su destino, mientras que el respondedor es un tejido que recibe la señal desde el inductor. Todo este proceso es conocido como la inducción de tejido. Patrones de expresión génica va a determinar que las células son respondedores, ya que las proteínas de superficie celular apropiado deben estar presentes para recibir e interpretar señales.

Estudios de trasplante son una forma de investigar la inducción de tejido. Células del donante pueden trasplantarse en la sede en una ubicación diferente para ver cómo alterar las señales presentes en el entorno celular cambia su destino. Alternativamente, pueden ser trasplantados genéticamente diversos tejidos entre dos puntos análogos para evaluar cómo genes afecta el desarrollo.

Ahora que sabemos un poco más acerca de los trasplantes, vamos a ver algunas preparaciones que pueden ser necesarias para llevar a cabo esta técnica.

En primer lugar, preparar las herramientas necesarias para las técnicas quirúrgicas microscópicas. Herramientas comúnmente usadas incluyen agujas de tungsteno, que llama-se pulen a un punto agudo, o agujas de cristal fina de tubos capilares. Además, según el organismo que estará trabajando con un molde de estabilización puede ser necesario. Esto ayuda a estabilizar el organismo en el lugar durante el procedimiento de trasplante.

Puede utilizarse una serie de organismos modelo en los estudios de trasplante. Aquí, brevemente describiremos el procedimiento utilizando un sistema de polluelo de codorniz. El primer paso es eliminar el embrión de donante del huevo y coloque en un plato para la disección. A continuación, con un microscopio de disección, el tejido de interés es cuidadosamente suprimido de donante y colocado en solución apropiada y en hielo hasta que el host está listo para recibir el trasplante.

El anfitrión se prepara de la misma manera como el donante. Suprimir cuidadosamente el tejido anfitrión, creando un sitio del injerto equivalente al tamaño del tejido donante. Tejido del donante se coloca en posición y asegurado el sitio del injerto de host. Finalmente, el embrión se encuentra colocado en condiciones que imitan su entorno natural y permitieron para desarrollar hasta que se cumple la edad deseada. Inducción de tejido entonces puede ser estudiada mediante diversas técnicas histológicas y microscópicas.

Ahora que hemos pasado sobre un método general de realizar trasplantes, examinemos algunas aplicaciones posteriores de esta técnica.

Estudios de trasplante pueden utilizarse para investigar los genes que intervienen en la conducción de una célula hacia un destino particular del tejido. En este experimento, una capa de células, conocido como el casquillo animal, expresando el gen de interés fue trasplantada en el flanco de un embrión de Xenopus . Tras un periodo de incubación, una estructura en forma de ojo vio convertirse en el sitio de trasplante, lo que sugiere que el gen de interés puede dirigir a una población de células madre hacia un destino celular retiniana.

Estudios de trasplantes también pueden ser utilizados para examinar cómo un grupo de células puede cambiar el destino del tejido anfitrión a través de las interacciones célula-célula. En este experimento, investigadores suprimir la estructura embrionaria llamada nodo de Hensen, también conocido como el “nudo primitivo” o el “organizador”, desde el embrión de pollo de donantes y trasplantes a una región de ingenuo en un embrión de pollo de host. Observa que el nodo de Hensen trasplantado forma una notocorda de miniatura, lo que sugiere que las señales del tejido donante habían guiado del tejido anfitrión hacia un destino neural.

Aprovechando las diferencias estructurales entre la codorniz y el pato, los investigadores realizan trasplantes para evaluar patrones específicos para cada especie. Aquí, los investigadores crean un “quck” tomando una población celular específica conocida como la cresta neural de una codorniz y trasplantarlo en un pato. Debido a las diferencias genéticas, los investigadores pueden evaluar contribución de nervios de la cresta de la codorniz en el organismo desarrollado.

Sólo has visto video de Zeus en los estudios de trasplante. Este video proporciona una visión general de las interacciones celulares durante la organogénesis, una breve introducción a realizar trasplantes y algunas de las muchas aplicaciones prácticas de esta técnica en el campo de la biología del desarrollo. ¡Como siempre, gracias por ver!

Transcript

Scientists in the field of developmental biology use transplantation studies as a tool to investigate cellular interactions that are required for proper organogenesis. In this procedure, embryonic tissue is carefully dissected from a donor and transplanted to a host during early embryogenesis. Host embryos are then examined to determine how the transplanted tissue influences the pattern of development.

This video will provide an overview of cellular interactions during organogenesis, a general transplantation protocol, and finally some of the many practical applications of this useful technique.

Before delving into how to perform transplantations, lets briefly discuss some principles of studying cellular interactions during organogenesis. Organs are complex structures comprised of many cell types that must work together to generate a functioning system.

During development, each cell type has a role as either the inducer or the responder. The inducer is a tissue that produces a signal, alters the behavior of another tissue, and often determines its fate, while the responder is a target tissue that receives a signal from the inducer. This entire process is known as tissue induction. Gene expression patterns will determine which cells are responders, since the appropriate cell surface proteins must be present to receive and interpret signals.

Transplantation studies are one way to investigate tissue induction. Donor cells can be transplanted into the host at a different location to see how altering the signals present in the cellular environment changes their fate. Alternatively, genetically diverse tissues can be transplanted between analogous locations to assess how gene expression impacts development.

Now that we know a little more about transplants, let’s see some preparations that might be necessary in order to perform this technique.

First, prepare the tools necessary for microscopic surgical techniques. Commonly used tools include tungsten needles, which are flame-polished to a sharp point, or fine glass needles pulled from capillary tubes. In addition, depending on the organism you’ll be working with, a stabilization mold may be necessary. This helps in steadying the organism in place during the transplantation procedure.

A number of model organisms can be used in transplantation studies. Here, we will briefly describe the procedure using a quail-chick system. The first step is to remove the donor embryo from the egg and place it on a dish for dissection. Next, under a dissecting microscope, the tissue of interest is carefully excised from donor and placed into appropriate solution and onto ice until the host is ready to receive the transplant.

The host is prepared in the same fashion as the donor. Carefully excise the host tissue, creating a graft site equivalent to the size of the donor tissue. Donor tissue is placed in position and secured to the host graft site. Finally, the embryo is placed back into conditions that mimic its natural environment, and allowed to develop until the desired age is met. Tissue induction can then be studied using various histological and microscopic techniques.

Now that we have gone over a general method of performing transplants, lets examine some downstream applications of this technique.

Transplantation studies can be used to investigate genes that are involved in driving a cell towards a particular tissue fate. In this experiment, a layer of stem cells, known as the animal cap, expressing the gene of interest was transplanted onto the flank of a Xenopus embryo. Following a period of incubation, an eye-like structure was seen developing at the transplantation site, suggesting that the gene of interest can direct a stem cell population towards a retinal cell fate.

Transplantations studies can also be utilized to examine how a group of cells can change the fate of host tissue through cell-cell interactions. In this experiment, researchers excise the embryonic structure called the Hensen’s node, also known as the “primitive knot” or the “organizer,” from the donor chick embryo, and transplant it to a naive region on a host chick embryo. They observe that the transplanted Hensen’s node forms a miniature notochord, suggesting that signals from the donor tissue guided the host tissue toward a neural fate.

Taking advantage of structural differences between the quail and duck, researchers perform transplantations to assess species-specific patterning. Here, researchers create a “quck” by taking a specific cell population known as the neural crest from a quail and transplanting it into a duck. Due to the genetic differences, researchers can assess the quail’s neural crest contribution in the developed organism.

You’ve just watched JoVE’s video on transplantation studies. This video provided an overview of cellular interactions during organogenesis, a brief introduction into performing transplantations, and some of the many practical applications of this technique in the field of developmental biology. As always, thanks for watching!

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