מאמר זה תיאר כיצד ליצור explants blastoderm דג זברה ודן בשני יישומים מעשיים של explants אלה בטיפול בתפקיד של Nodal מורפוגן איתות גסטרולציה. שיטה זו של חיתוך ו culturing explants מספק צפחה ריקה של תאים נאיביים שניתן לתמרן באמצעות זריקות RNA וטיפול עם תרכובות מולקולה קטנות כדי לחקור מסלול מולקולרי של עניין.
צעדים קריטיים
ישנם ארבעה שלבים בפרוטוקול זה שהם קריטיים במיוחד להצלחתו. הראשון הוא הזרקת העוברים עם הכמות המתאימה של נדאל. פרוטוקול זה ממליץ 10 pg של ndr2 RNA, ולמרות מגוון של מינונים מקדם הרחבה, יותר מדי או מעט מדי Nodal ימנע הרחבה explant אופטימלי20. השלב השני הוא פירוק העוברים. אם העוברים יישארו בפרונאז זמן רב מדי, החלמונים יתפוצצו, והעוברים לא יהיו בני קיימא לחיתוך. אם הם לא בפרונאז מספיק זמן, chorions לא ישוחררו על ידי כביסה ובמקום זאת ידרוש dechorionation ידני זמן רב. הצעד הקריטי השלישי הוא לחתוך את ההסברים. מומלץ לחתוך את הפתרון של Danieau 3x, שכן תכולת המלח הנמוכה יותר של 0.3x הפתרון או מי הביצים אינה מקדמת ריפוי והישרדות של explants.
בנוסף, יש לחתוך את explants בערך חצי מגובה הפיצוץ כדי להבטיח את הנאיביות של התאים. אם הם נחתכים קרוב מדי לחלמון, הם יכילו אותות מהשוליים (כולל נודל אנדוגני) המקדמים מפרט רקמות ומורפוגנזה. השלב הקריטי הרביעי והאחרון הוא בריפוי של explants כימרי. שני explants לא להתמזג כדי ליצור כימרות אלא אם כן הקצוות החתוכים שלהם נלחצים בעדינות יחד מיד לאחר שהם נחתכים.
שינויים ופתרון בעיות
השלבים הקריטיים המתוארים לעיל מספקים הזדמנויות לפתרון בעיות. להלן כמה בעיות נפוצות ופתרונות מוצעים.
אם explants אינם מתרחבים בנוכחות איתות Nodal, ישנם כמה פתרונות אפשריים. (A) הזרק עוברים בשלב התא הבודד כדי להבטיח שהרנ"א מפוזר באופן שווה בכל העובר. (B) הימנע הזרקת יותר מדי RNA nodal על ידי הבטחת כי נפח מוזרק נכון באמצעות מיקרומטר כדי למדוד את בולוס הזרקה. (C) הימנע הזרקת מעט מדי RNA nodal על ידי מדידת הריכוז שלה כדי להבטיח שהוא לא הושפל. (ד) שמור כמה אחים שלמים תואמי גיל כדי להסיק את השלב המקביל של explants. Explants להשיג הרחבה מקסימלית כאשר אחים שלמים להגיע לשלב 2-5 סומיט. אם explants נאספים מוקדם מדי, אז ההרחבה האופטימלית לא תגיע.
אם החלמונים מתפוצצים לאחר dechorionation, ואת העוברים אינם קיימא לחתוך, להסיר את העוברים מפתרון פרונאז פעם הכוריות מתחילות לקרוץ ו 1-2 עוברים לשפוך את chorion שלהם. לאחר מכן, יש לשטוף מיד במי ביצים.
אם המהללים נראים תוססים סביב הקצוות, יש כמה פתרונות. (א) לחתוך explants רק בתוך מסגרת זמן ספציפית של פיתוח. למרות ש-explants שנחתכים בכל שלב משלבים של 128 עד 1000 תאים יכולים לשרוד ולהשתרע בתרבות, אלה שנחתכים בשלבים של 256 עד 512 תאים נוטים להיות החזקים ביותר. (B) ודא כי explants נחתכים בפתרון של 3x Danieau כדי להבטיח ריפוי נכון. (ג) חותכים את המסלקים בצורה נקייה אך בעדינות. הימנע מתיחה או משיכת התאים לגזרים במהלך תהליך החיתוך.
אם מרחיבים את שליטה לא מושקעת, סביר להניח שההפקות היו חותכות קרוב מדי לחלמון. כדי שההפקות יהיו תמימות, ודאו שהקיצוצים נעשים באמצע הדרך בין החלמון לחלק העליון של הבלאסטודרם.
אם explants כימרית לא להתמזג, סביר להניח כי הנטייה של explants בפתרון של 3x Danieau פעם לחתוך הוא לאסוף ולהחלים על הקצה לחתוך. כדי להבטיח כי שתי blastoderms לרפא אחד את השני ולא את עצמם, לחץ אותם יחד מיד לאחר חיתוך. השתמש במלקחיים כדי להפעיל לחץ עדין על ההפצות החדשות שהצטרפו בתוך הבאר כדי לעודד אותם להחלים יחד.
מגבלות
בעוד explants אלה הם כלי רב ערך ללמוד את התפקיד של מורפוגן נתון (או מולקולה אחרת של עניין) בבידוד יחסי, תצפיות שנעשו בכל מודל ex vivo חייב להתפרש בזהירות. Explants התערוכה C&E מורפוגנזה כי הוא דומה מאוד לזה שנצפו ב vivo20, אבל הם לא recapitulate כל ההיבטים של גסטרולציה, למשל, תנועות אפיבולי. הם גם חסרים גורמים רגולטוריים רבים אחרים ומולקולות איתות הנמצאות בתוך עובר שלם. אמנם זהו יתרון ניסיוני משמעותי של explants, זה יכול גם להוביל למסקנות שאינן מחזיקות ויוו. לדוגמה, מאז explants שאינם מקבלים ליגנדים נודאל אקסוגני להיכשל לבטא סמני neuroectoderm, אפשר להסיק מן explants לבד כי איתות Nodal נדרש מפרט neuroectoderm. עם זאת, neuroectoderm נוצר בתוך עוברים שלמים חסר כל Nodal איתות23,24, מדגים את התפקיד החיוני של מולקולות איתות אחרות במפרט עצבי32. Explants יכול לספר לנו מה מורפוגן מסוגל בסביבה מבודדת. ובכל זאת, כל הממצאים כאלה צריכים להיות מאושרים / לעומת עוברים שלמים כדי שהתוצאות יתפרשו ביסודיות. במילים אחרות, explants לא יכול לתפוס את מקומו של עובר מתפתח. במקום זאת, הם כלי משלים כדי לזהות את התפקיד ואת היחסים של מורפוגן עם הסביבה. עם מגבלות אלה בחשבון, explants blastoderm דגי זברה הם כלי בעל ערך לשאלות מחקר רבות.
משמעות ביחס לשיטות קיימות
עם עניין מחודש בעוברים סינתטיים, מספר גישות ex vivo ו במבחנה משמשים באופן קבוע מודל היבטים של התפתחות עוברית. לדוגמה, gastruloids 2-ו 3-dimensional המורכב עכבר או תאי גזע עובריים אנושיים / המושרה pluripotent ניתן לפתות, באמצעות יישום של מולקולות איתות אקסוגני, כדי לשחזר חלק דפוס ו / או אירועים מורפוגנטיים של גסטרולציה, פילוח, ו neurulation33,34,35,36,37 . למרות עוצמה, שיטות אלה דורשות שיטות תרבות מייגעות וממושכות הן לשמור ברציפות על תאי גזע פלוריפוטנטים והן לגדל gastruloids, אשר לוקח ימים רבים כדי להגיע לשלבי גסטרולציה. לעומת זאת, תפירות דגי זברה אינן דורשות תחזוקה של תרביות תאי גזע, שכן עוברים פשוט נאספים לפי הצורך. הם פשוטים יחסית כדי ליצור ולהגיע לשלבי גסטרול בתוך שעות, זהה עוברים דג זברה. זה מדגיש יתרון נוסף של explants דגי זברה, השעון ההתפתחותי שלהם שלם. מכיוון שהעידן ההתפתחותי של תאי גזע עובריים ומושרים יכול להיות משתנה ושנוי במחלוקת, explants עובריים אולי מתאימים יותר לחקור ויסות זמני של התפתחות. לבסוף, בעוד explants דג זברה פסקואיד (המכילים את השוליים העובריים) באופן דומה להרחיב בתרבות12,13, הם עושים זאת בתגובה למרכזי איתות אנדוגני. במקום זאת, explants המתואר כאן לאפשר לחוקרים לחקור מולקולות עניין עם הפרעות מעטות יחסית מאותות עובריים כאלה.
יישומים עתידיים פוטנציאליים
כאן, explants שימשו כדי להוכיח כי איתות Nodal הוא הכרחי מספיק עבור מורפוגנזה C&E. עם זאת, הוא צפוי כי הם יכולים וישמשו כדי להבחין בתפקיד של מולקולות רבות ושונות בתהליכים התפתחותיים רבים אחרים, למשל, ויסות של ביטוי גנים, שיפועי איתות, ותוכניות מורפוגנטיות נוספות. בנוסף, מכיוון ש explants אלה הם קיימא עד לפחות 24 כ"ס19, ניתן לצפות כי השירות שלהם יתרחב מעבר gastrulation לתהליכים כגון סגמנטציה organogenesis, כל תהליך שבו החוקרים רוצים צפחה ריקה התפתחותית.