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Lo sviluppo della pelle degli embrioni aviari è un modello eccellente per studiare i meccanismi della morfogenesi a causa dei modelli distinti e dell'accessibilità alla microchirurgia e alla manipolazione 1,2. Tuttavia, la valutazione degli eventi cellulari e molecolari nei tessuti intatti può essere difficile perché la presenza di tessuti estranei può complicare le osservazioni microscopiche. Inoltre, la capacità di manipolare l'espressione genica per testare il loro ruolo nella morfogenesi cutanea non è sempre un compito semplice. Scopriamo che possiamo testare le funzioni geniche utilizzando la trasduzione retrovirale con un tasso di successo più elevato utilizzando modelli di espianti cutanei. Qui discutiamo i vantaggi di tre modelli di espianti di pelle che sono stati sviluppati.
La coltura embrionale aviaria della pelle è un potente sistema per valutare il comportamento cellulare, la regolazione genica e la funzione durante lo sviluppo delle gemme delle piume della pelle 3,4,5,6. Consente di valutare i meccanismi molecolari dello sviluppo delle gemme di piume attraverso l'aggiunta globale di fattori di crescita posti nei terreni di coltura o il loro rilascio locale da perle rivestite di fattore di crescita. I geni regolatori dello sviluppo possono anche essere manipolati utilizzando la trasduzione genica virale di forme negative intatte o dominanti per studi funzionali che valutano il loro ruolo in specifici eventi morfogenetici 7,8.
La coltura di ricombinazione epiteliale-mesenchimale aviaria consente ai ricercatori di determinare i contributi di ciascun componente cutaneo durante le prime fasi della morfogenesi cutanea. L'uso di questo approccio da parte di Rawles ha rivelato che le interazioni tra il mesenchima e l'epitelio sono essenziali per la formazione delle appendici cutanee9. Il mesenchima può formare condensazioni e l'epitelio è necessario per indurre e mantenere le formazioni di condensazione mesenchimale2. Successivamente, questo approccio è stato utilizzato per valutare il motivo per cui i polli senza squame non riescono a formare piume. Si è scoperto che il difetto era nel mesenchima10. Dhouailly ha eseguito studi di ricombinazione epiteliale-mesenchimale tissutale in embrioni di specie diverse. Questi studi hanno fornito informazioni sullo sviluppo e sull'evoluzione delle comunicazioni epitelio-mesenchimali che promuovono la morfogenesi cutanea3.
Questo studio è stato utilizzato per comprendere meglio i fattori che controllano la crescita delle piume. Il metodo migliora anche la visualizzazione degli eventi cellulari e molecolari coinvolti nel patterning cutaneo che si verificano durante l'inizio, lo sviluppo e l'allungamento delle piume lungo l'asse antero-posteriore. Quando l'epitelio viene separato dal mesenchima e i due componenti vengono quindi ricombinati, nuove interazioni ristabiliscono il pattern cutaneo. Questo approccio ci permette di valutare i segnali induttori mesenchimali e le molecole di competenza epiteliale che consentono all'epidermide di rispondere ai segnali mesenchimali11. Può essere esaminata anche la successiva espressione molecolare a valle, necessaria per lo sviluppo delle gemme di piume e la formazione del modello. Questi studi hanno stabilito che la posizione delle gemme è controllata dal mesenchima. La rotazione dell'epitelio di 90o prima della ricombinazione con il mesenchima dimostra che la direzione dell'allungamento della gemma della piuma è controllata dall'epitelio. Questo metodo è stato essenziale per noi per studiare il meccanismo molecolare che regola l'orientamento delle gemme delle piume12.
La coltura di ricostituzione della pelle aviaria, in cui il mesenchima cutaneo viene dissociato da singole cellule prima di essere placcato ad alta densità cellulare e ricoperto da epitelio intatto, ripristina le cellule dermiche a uno stato primordiale. L'espianto quindi si auto-organizza per formare un nuovo modello periodico indipendente dai segnali precedenti13. Questo modello di ricostituzione della pelle può essere utilizzato per studiare i processi iniziali del pattern periodico delle piume. Abbiamo utilizzato questo approccio per esplorare come la modulazione del rapporto tra cellule mesenchimali e un singolo pezzo di epitelio possa influenzare la dimensione o il numero di gemme di piume. È stato riscontrato che il numero di gemme aumenta, ma non le dimensioni delle gemme all'aumentare del rapporto tra le cellule mesenchimali. Un altro vantaggio di questo approccio è che la trasduzione virale delle cellule mesenchimali mostra un'efficienza maggiore rispetto alle altre due condizioni di coltura e può produrre fenotipi più evidenti.