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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
La technologie d’imagerie améliorée permet l’imagerie tridimensionnelle des organes au cours du développement. Nous décrivons ici un système complet de culture d’organes qui permet l’imagerie en direct des villosités en développement dans l’intestin fœtal de la souris.
La plupart des processus morphogénétiques dans l'intestin du foetus ont été déduites à partir des coupes minces de tissus fixés, présenter des instantanés de changements au cours des stades de développement. Des informations en trois dimensions à partir de coupes sériées minces peut être difficile à interpréter en raison de la difficulté de reconstituer des coupes en série et parfaitement maintenir l'orientation correcte du tissu sur coupes sériées. Les études récentes de Grosse et al., 2011 soulignent l'importance des trois dimensions informations pour comprendre la morphogenèse des villosités de l'intestin en développement 1. Reconstruction tridimensionnelle de cellules intestinales individuellement marqués ont démontré que la majorité des cellules épithéliales de l'intestin contact avec les deux surfaces apicales et basales. En outre, la reconstruction en trois dimensions du cytosquelette d'actine à la surface apicale de l'épithélium a démontré que la lumière intestinale est continue et que les lumières secondaires sont un artefact de sectioning. Ces deux points, ainsi que la démonstration de la migration nucléaire interkinetic dans l'épithélium intestinal, définis l'épithélium intestinal en développement un épithélium pseudo et non stratifiées comme le pensait auparavant 1. La capacité d'observer l'épithélium en trois dimensions a été décisif pour démontrer ce point et la redéfinition de la morphogenèse épithéliale dans l'intestin du foetus. Avec l'évolution des technologies d'imagerie multi-photonique et logiciel de reconstruction tridimensionnelle, la capacité de visualiser intact, le développement des organes s'améliore rapidement. Excitation à deux photons permet une pénétration moins dommageable plus profondément dans les tissus à haute résolution. Imagerie à deux photons et la reconstruction 3D de l'ensemble des intestins de souris fœtales à Walton et al., 2012 ont contribué à définir le modèle de villosités excroissance 2. Nous décrivons ici un ensemble de système de culture d'organe qui permet le développement ex vivo de villosités et extensions de ce système de culture pour permettreles intestins pour être en trois dimensions imagé au cours de leur développement.
Chaque villosité intestinale est composée de deux compartiments tissulaires principaux : une couche superficielle épithéliale et un noyau mésenchymateux. L’intestin grêle de la souris se forme au 10e jour embryonnaire lorsqu’une feuille d’endoderme se ferme et se scelle pour former un tube d’épithélium entouré de cellules mésenchymateuses3. Ce tube plat d’épithélium subit une prolifération rapide, augmentant à la fois en longueur et en circonférence et subit des réarrangements spectaculaires impliquant des changements dynamiques de forme cellulaire1. Dans le même temps, le mésenchyme environnant subit également de nombreux processus de développement, notamment la formation du plexus vasculaire, la différenciation des muscles lisses et le recrutement des neurones entériques4. Dans l’intestin grêle proximal au 14,5e jour embryonnaire, des condensations (grappes) de cellules sensibles à Hedgehog et PDGF commencent à se former à côté de l’épithélium2,5. La formation d’amas mésenchymateux continue de s’étendre sur toute la longueur de l’intestin de sorte qu’ils couvrent l’intégralité de l’intestin grêle au jour embryonnaire 16,52. Au fur et à mesure que les amas mésenchymateux se forment, les cellules épithéliales les plus proches des amas commencent à se retirer du cycle cellulaire, tandis que les autres cellules épithéliales continuent de proliférer. Les cellules situées directement au-dessus de l’amas mésenchymateux qui se sont retirées du cycle cellulaire commencent à changer de forme lorsque les villosités émergentes se déforment dans la lumière. La croissance ultérieure des villosités est en partie due à la prolifération continue de l’épithélium entre les villosités émergentes. Les amas mésenchymateux restent étroitement adhérents à l’épithélium des villosités en croissance et continuent d’exprimer une variété de molécules de signalisation. La vague d’émergence des villosités se propage sur toute la longueur de l’intestin grêle suite à la formation d’amas mésenchymateux. Au fur et à mesure que l’intestin continue de croître et que la région des villosités intervillosités s’étend entre les villosités émergentes, de nouveaux amas mésenchymateux se forment à côté de l’épithélium des villosités intervillosités et d’autres cycles d’émergence et de croissance s’ensuivent.
Le développement synchronisé de l’épithélium et du mésenchyme est essentiel pour la morphogenèse des villosités. Les molécules de signalisation sont sécrétées d’une couche à l’autre où les récepteurs reçoivent et transduisent le message du signal afin de coordonner le développement entre l’épithélium et le mésenchyme. Les amas mésenchymateux agissent comme des centres de signalisation et expriment une variété de morphogènesdéveloppementaux 7-10. La perturbation de la formation ou du motif des grappes entraîne la perte de l’émergence et du motif des villosités. L’inhibition de la signalisation PDGF entraîne moins de grappes et moins de villosités et les villosités qui se forment sont déformées après les grappes anormales11. La perte de la signalisation Hedgehog entraîne une perte complète de la formation des grappes et l’échec de l’émergence des villosités2,12. Ensemble, ces données démontrent que les amas coordonnent le développement de l’épithélium des villosités avec son noyau mésenchymateux.
En utilisant l’ensemble de ce système de culture d’organes, nous sommes en mesure de modifier la signalisation impliquée dans la diaphonie des amas épithéliaux-mésenchymateux pour déterminer le rôle de ces signaux dans la morphogenèse des villosités. Le sectionnement et la reconstruction optiques confocaux à deux photons permettent de visualiser la formation des amas et l’émergence des villosités en trois dimensions et de mieux comprendre les relations spatiales entre les amas mésenchymateux et leur épithélium sus-jacent. En étendant le système de culture à quatre dimensions, nous pouvons capturer des piles z de grappes et de villosités en développement au fil du temps et observer ces interactions. En fin de compte, la capacité de suivre le développement des villosités de cette manière et d’observer les changements qui se produisent avec une signalisation altérée révolutionnera la compréhension des interactions mésenchymateuses épithéliales dans la morphogenèse des villosités.
NOTE: Toutes les souris ont été traitées avec humanité en utilisant des protocoles approuvés par l'Université du Michigan Medical School Unité de médecine de laboratoire et les animaux selon les directives du Comité de l'Université sur l'utilisation et l'entretien des animaux.
1 Tout le Système de culture d'organes
2. imagerie de l'intestin fixes
3. imagerie en direct de l'intestin entiers
Intestins récolté de fetuses après E12.5, avec l'épiploon connecté laissée intacte, développer avec succès villosités en culture en utilisant le système ci-dessus. Par conséquent, ce système ex vivo permet la capture d'images en direct z-section de l'intestin de développement qui peut être reconstituée pour une vue en trois dimensions de la morphogenèse au cours du temps.
Culture des explants entiers de l'intestin fœtal permet l'analyse de la localisation, la distribution, et la durée des molécules de signalisation qui coordonnent le développement intestinal, comme ce système permet la manipulation de la signalisation avec des réactifs pharmacologiques ou des protéines recombinantes. Le système de culture Transwell (Figure 1A, reproduit à partir de Walton et al., 2012) 2 fournit une interface air-liquide, ce qui permet de placer la drogue ou de protéines trempé billes d'agarose sur le tissu, ce qui établit des sources de signalisation locale (figure 1B ). Intestins récoltées à partir d'embryons à E10 à a 18,5 survivre en culture sur transwell et subissent des vagues péristaltique comme de mouvement. Intestins ont commencé dans la culture de E13.5 survivre environ 10 jours ou plus ou moins à P3, le stade de développement de la souris lorsque la formation crypte est d'abord observé. Bien que les intestins à un stade précoce survivent dans la culture, les intestins récoltées avantE12.5 n'émergent pas villosités fiable, probablement parce que la séreuse n'a pas augmenté pour couvrir complètement l'intestin par ce temps. grappes mésenchymateuses se forment et villosités commencent à émerger et d'allonger dans les intestins ont commencé dans la culture à E12.5, E13.5 E14.5 ou, si le développement est légèrement retardée par rapport aux témoins non cultivés, étape appariés (Figure 1, reproduites à partir de Walton et al., 2012) 2. Quel que soit le stade de l'intestin au début de la culture (E12.5 E14.5-), les intestins apparaissent toujours avoir un délai approximatif de 24 heures. Intestins E14 en culture pendant deux jours montrent que la croissance des villosités sont plus proches de ceux de l'intestin E15 que les villosités de l'intestin E16 cultivées in utero (figure 1C-F) 2.
Le motif régulier de groupes mésenchymateuses est révélée par la reconstruction en trois dimensions de sections optiques d'un ensemble récepteur PDGFRa GFP / + intestin à E15.5 (Figure 2 </ Strong>, reproduit à partir de Walton et al., 2012) 2. Cette image se compose de z-piles de 54 champs de vue qui ont été cousues ensemble par le logiciel Leica LAS-AF. Chaque spot intérieur de l'intestin est un cluster mésenchymateuses visualisé par GFP étiqueté nucléaire exprimée à partir du locus PDGFRa 14. La haute résolution de l'image permet au spectateur de zoom avant pour certaines zones à examiner les détails, mais fournit en profondeur les relations spatiales qui ne peuvent pas être tirées à partir des champs de vue uniques ou inférieure grossissement de puissance. Film 1 est une série parcourant le z cousu -stack images 3D qui sont reconstruites sur la figure 2. les sections optiques individuels permettent en outre la visualisation d'informations tels que les cellules individuelles à l'intérieur des groupes.
Sections optiques de immunofluorescence wholemount de la vascularisation intestinale avec PECAM anticorps (BD Pharmingen 557355; dilué 1: 1000) ont été capturées à l'aide excitation à deux photons et reconCONSTRUIT avec Imaris logiciel (figure 3). Cette vue en trois dimensions des vaisseaux sanguins intestinaux révèle un réseau complexe de vaisseaux qui ne peuvent pas être pleinement apprécié par de minces préparations de section. Films 2, une projection tridimensionnelle en rotation de l'image reconstruite sur la figure 3, permet une nouvelle appréciation de la façon dont la amélioration de l'information fournie par la reconstruction tridimensionnelle peut améliorer la compréhension des motifs de structure.
Vibratome sectionnement permet de visualiser en trois dimensions de l'intestin à partir d'une vue transversale. Dans la figure 4, la relation entre les pôles de développement (marqué par PDGFRa GFP / +) 14 avec l'épithélium et mésenchyme entourant (marqués d'une membrane de tomate (Rosa26 mT / mg) 15 est observée.
Sinon, cette relation peut être consulté par immunofluore anticorpsscence coloration (figure 5) des pôles mésenchymateuses (vert, marqué avec un anticorps anti-PDGFRa (SantaCruz C-20, dilué à 1: 200)) avec l'épithélium (rouge, marqué avec un anticorps anti-Ecadherin (BD Transduction Labs 610181, 1: 1000 dilution).
L'ensemble de ce système de culture d'organe peut aussi être étendue pour permettre l'imagerie à deux photons de développement fœtal intestins. Dans cette configuration, l'intestin foetal est collé sur une membrane de polycarbonate supporté par un tamis à mailles dans une plaque de culture à plus grande (figure 6). La taille plus grande du puits de la plaque de culture permet de lentilles de microscope confocal à communiquer avec l'intérieur de l'intestin ainsi.

Figure 1. Développement de l'intestin fœtal entières dans un système de culture Transwell. (A) des intestins fœtaux placés sur une mem transwellbrane dans une plaque de culture à 6 puits avec BGJb médias. Top deux intestins sont E12.5, fond deux intestins sont E13.0. (B) albumine imbibé billes d'agarose de sérum bovin (bleu clair) placés sur un duodénum dans le système de culture transwell. La tache bleue foncée est coloration X-gal pour Ptc LacZ / + dans les pôles de mésenchymateuses marquage ligne journaliste de la souris Hérisson 16. (CF) Les coupes de E14.0 fraîchement récoltés (C), E15.0 (D) et E16. 0 (E), le tissu du duodénum colorées avec la E-cadhérine (vert) et DAPI (bleu). A E14.0, l'épithélium est encore unremodeled pseudostratifié, tout en E15.0 et E16.0, villosités naissantes sont visibles. (F) un segment intestinal identique à celle observée dans (C), mais en culture pendant deux jours (E14 + 2 jours) démontre que les villosités se développent dans la culture, bien que légèrement retardée. Panneaux (FC) sont reproduits à partir de Walton et al., 2012 2 sup>. Barres d'échelle sont de 50 um. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 2: Reconstruction tridimensionnelle des champs cousus de z-piles à partir d'un wholemount de E15.5 PDGFRa EGFP / + intestin. L'image est une reconstruction partielle (1 um cinq sections du centre de 65 profilés en Z) à partir de 54 champs cousus de vue capturées à l'aide de la platine motorisée du microscope confocal LeicaSP5X sur une inversé DMI 6000 stand avec excitation à deux photons laser à 900 nm. Logiciel Leica LAS-AF cousu les Z-piles pour former l'ensemble de l'image. Scalebar est de 1 mm.
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Figure 3 reconstruction tridimensionnelle de sections optiques montrant wholemount anti-PECAM immunofluorescence de la vascularisation intestinale dans un duodénum E14. Sections optiques ont été capturés sur un microscope confocal LeicaSP5X sur un DMI verticale 6000 stand avec excitation à deux photons à 900 nm et trois dimensions reconstruit à l'aide du logiciel Imaris 7.6.1. Scalebar est de 200 um.

Figure 4 images confocale de vibratome coupe E15.5 PDGFRa EGFP / +; Rosa26 MTMG jéjunum montrant l'étroite association des PDGFRa EGFP / + cellules des grappes mésenchymateuses (vert) avec leur épithélium sus-jacent et le mésenchyme environnant (rouge, tomate membrane de Rosa26 MTMG). < / Strong> barres d'échelle sont de 50 um dans les panneaux supérieurs et 25 um dans les panneaux inférieurs.

Figure 5: Des reconstructions tridimensionnelles des images confocales de E15.5 vibratome coupe intestins qui étaient immunofluorescence anticorps teinté. Scalebar est de 50 um.

La figure 6 pour l'adaptation du système de culture Transwell à deux photons imagerie en temps réel. (A) Maillage écran est placé dans une boîte de culture (B). Membrane en polycarbonate est collé à l'écran de maille (C). Intestins sont collés sur la membrane de polycarbonate et mis en culture avec de milieu DMEM exempt de phénol.
Film film rotatif 2 montrant la reconstruction en trois dimensions de sections optiques du système vasculaire PECAM teinté dans le duodénum E14 dans la figure 2.
Les auteurs n’ont aucun conflit financier à divulguer.
La technologie d’imagerie améliorée permet l’imagerie tridimensionnelle des organes au cours du développement. Nous décrivons ici un système complet de culture d’organes qui permet l’imagerie en direct des villosités en développement dans l’intestin fœtal de la souris.
Nous remercions la Dre Deborah L. Gumucio en tant que conseillère et pour son soutien inestimable dans la définition de la culture et des méthodes d’imagerie. Nous remercions également le Dr Jim Brodie, le Dr Hong-Xiang Lu, la Dre Charlotte Mistruta et la Dre Ann Grosse pour leurs contributions au développement du système de culture d’organes de l’intestin entier. D’excellents conseils ont été prodigués par le Dr Chip Montrose, Michael Czerwinski et Sasha Meshinchi. Toutes les images ont été réalisées dans le laboratoire de microscopie et d’analyse d’images de l’Université du Michigan. Le soutien financier a été fourni par NIH R01 DK065850.
| Pince à dissection fine  ; | Outils de science fine |   ; 11254-20 | 2 paires |
| à 70 % | |||
| 1x solution saline tamponnée au phosphate de Dulbecco (DPBS) stérile. | 14040-133 | 500 ml | |
| 6 puits | Costar | 3516 | |
| 24 puits | Costar  ; | 3524 | |
| Boîtes de Pétri 60 x 15 mm | Falcon |   ; | 451007 |
| Plaques Transwell, inserts de 24 mm, membranes en polycarbonate de 8,0 mm Corning | Costar  ; | 3428 | 6 inserts par plaque |
| BGJb media | Invitrogen  ; | 12591-038 | 500 ml |
| de PenStrep (10 000 U/ml de pénicilline ; 10 000 mg/ml de streptomycine) | Gibco |   ; 15140 | |
| Acide ascorbique | Sigma  ; | A0278 | faire 5 mg/ml de bouillon, filtrer, aliquote et stocker à -20 ° ; C |
| Pipette à bouche (ensemble de tube d’aspirateur Drummond 1-15 pouces) | Fisher |   ; 21-180-10 | Retirez l’ensemble aspirateur et remplacez-le par un 1 000 µ ; l pointe de pipette qui agit comme un adaptateur pour brancher une pipette Pasteur en verre de 6 pouces. |
| pasteur en verre de 6 pouces | |||
| Tubes capillaires | World Precision Instruments  ; | TW100F-4 | tirer sur les aiguilles |
| 4 % de paraformaldéhyde | fabriqué en 1 x PBS, pH à 7,3 | ||
| Plaques de culture | Falcon  ; | 353037 | |
| Moustiquaire en acier inoxydable à mailles fines | achat en quincaillerie | ||
| Membranes en polycarbonate | Thomas scientific  ; | 4663H25 | alternativement, coupez les membranes Corning Costar 3428 sur les supports transwell |
| Achat instantané de colle | à la quincaillerie | à base de gel de | préférence |
| 35 x 10 mm | Falcon  ; | 351008 | |
| 7 % d’agarose | Sigma |   ; A9414 | préparer w/v dans 1x DPBS, chauffage pour dissoudre dans un bain d’eau |
| minutien pins | Fine Science Tools  ; | 26002-20 | |
| Milieux sans rouge de phénol (DMEM) | Gibco  ; | 21063-029 | |
| Xylazine (100 mg/ml) | AnaSed  ; | 139-236 | |
| Matrigel | BD | 356231 | matrice de membrane basale, facteur de croissance réduit, sans rouge de phénol |
| 3-4 % d’agarose | Sigma  ; | A9414 | préparer w/v dans 1x DPBS, chauffage pour dissoudre dans un bain d’eau |
| Imagerie des intestins | fixes | ||
| Nom du matériel/de l’équipement | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires/Description |
| vaseline | à la | pharmacie | utilisée pour fabriquer VALAP : parts égales vaseline, lanoline, paraffine |
| lanoline | Sigma  ; | L7387 | utilisé pour fabriquer VALAP : parts égales de vaseline, lanoline, paraffine, |
| paraffine | Surgipath | 39601006 | utilisé pour fabriquer VALAP : parts égales de vaseline, de lanoline, de paraffine |
| 70 % de glycérol dans 1 x PBS | |||
| Focus clear et Mount Clear | CelExplorer Labs Co. |   ; F101-KIT | |
| Pâte à modeler | achat dans un magasin | de fournitures d’art | |
| double ruban | |||
| coton-tige écouvillons moules | |||
| en plastique, 10mm x 10mm x 5 mm) | Tissue Tek  ; | 4565 | |
| lames | |||
| lamelles lingettes | de laboratoire Kimberly Clark 34155 peluches lingettes tâches délicates|||
| Theiler tableau de stadification  ; | http://www.emouseatlas.org/emap/ema/theiler_stages/ téléchargements/theiler2.pdf | ||
| Microscope confocal Leica SP5X  ; | Leica | Utilisé pour réaliser l’imagerie en direct  ; | |
| Support Leica DMI 6000 | Leica | Utilisé pour réaliser l’imagerie en direct  ; | |
| Milieu de montage aqueux (Prolong Gold) | Sondes moléculaires  ; | P36930 | |
| Nom du matériau/de l’équipement | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires/Description |
| 24 plaque de puits | Costar |   ; 3524 | |
| Triton X-100 | Sigma  ; | T-8787 | utilisé pour fabriquer une solution de perméabilisation : 0,5 % Triton X-100 dans 1 x |
| sérum | de chèvre PBS | utilisé pour fabriquer une solution de blocage : 4 % de sérum de chèvre, 0,1 % de Tween20 dans 1 x PBS | |
| Tween20  ; | Sigma |   ; Réf. P9416 |