2.12: Studi sui trapianti

Gli scienziati nel campo della biologia dello sviluppo utilizzano gli studi sui trapianti come strumento per studiare le interazioni cellulari necessarie per una corretta organogenesi. In questa procedura, il tessuto embrionale viene accuratamente sezionato da un donatore e trapiantato in un ospite durante l'embriogenesi precoce. Gli embrioni ospiti vengono quindi esaminati per determinare in che modo il tessuto trapiantato influenza il modello di sviluppo.

Questo video fornirà una panoramica delle interazioni cellulari durante l'organogenesi, un protocollo generale di trapianto e infine alcune delle molte applicazioni pratiche di questa utile tecnica.

Prima di approfondire come eseguire i trapianti, discutiamo brevemente alcuni principi per studiare le interazioni cellulari durante l'organogenesi. Gli organi sono strutture complesse composte da molti tipi di cellule che devono lavorare insieme per generare un sistema funzionante.

Durante lo sviluppo, ogni tipo di cellula ha un ruolo come induttore o risponditore. L'induttore è un tessuto che produce un segnale, altera il comportamento di un altro tessuto e spesso ne determina il destino, mentre il responder è un tessuto bersaglio che riceve un segnale dall'induttore. L'intero processo è noto come induzione tissutale. I modelli di espressione genica determineranno quali cellule rispondono, poiché le proteine della superficie cellulare appropriate devono essere presenti per ricevere e interpretare i segnali.

Gli studi sui trapianti sono un modo per studiare l'induzione dei tessuti. Le cellule del donatore possono essere trapiantate nell'ospite in una posizione diversa per vedere come l'alterazione dei segnali presenti nell'ambiente cellulare cambia il loro destino. In alternativa, tessuti geneticamente diversi possono essere trapiantati tra luoghi analoghi per valutare in che modo l'espressione genica influisce sullo sviluppo.

Ora che sappiamo un po' di più sui trapianti, vediamo alcuni preparati che potrebbero essere necessari per eseguire questa tecnica.

Innanzitutto, prepara gli strumenti necessari per le tecniche chirurgiche microscopiche. Gli strumenti comunemente usati includono aghi di tungsteno, che vengono lucidati a fiamma fino a una punta acuminata, o aghi di vetro sottili estratti da tubi capillari. Inoltre, a seconda dell'organismo con cui lavorerai, potrebbe essere necessario uno stampo di stabilizzazione. Questo aiuta a stabilizzare l'organismo in posizione durante la procedura di trapianto.

Un certo numero di organismi modello può essere utilizzato negli studi sui trapianti. Qui, descriveremo brevemente la procedura utilizzando un sistema quaglia-pulcino. Il primo passo è rimuovere l'embrione donatore dall'ovulo e metterlo su un piatto per la dissezione. Successivamente, al microscopio da dissezione, il tessuto di interesse viene accuratamente asportato dal donatore e posto in una soluzione appropriata e su ghiaccio fino a quando l'ospite non è pronto a ricevere il trapianto.

L'ostia viene preparata allo stesso modo del donatore. Asportare con cura il tessuto ospite, creando un sito di innesto equivalente alle dimensioni del tessuto del donatore. Il tessuto del donatore viene posizionato e fissato al sito di innesto dell'ospite. Infine, l'embrione viene rimesso in condizioni che imitano il suo ambiente naturale e lasciato sviluppare fino al raggiungimento dell'età desiderata. L'induzione tissutale può quindi essere studiata utilizzando varie tecniche istologiche e microscopiche.

Ora che abbiamo esaminato un metodo generale per eseguire i trapianti, esaminiamo alcune applicazioni a valle di questa tecnica.

Gli studi sui trapianti possono essere utilizzati per studiare i geni coinvolti nel guidare una cellula verso un particolare destino tissutale. In questo esperimento, uno strato di cellule staminali, noto come cappello animale, che esprime il gene di interesse è stato trapiantato sul fianco di un embrione di Xenopus. Dopo un periodo di incubazione, è stato osservato lo sviluppo di una struttura simile a un occhio nel sito di trapianto, suggerendo che il gene di interesse può indirizzare una popolazione di cellule staminali verso un destino cellulare retinico.

Gli studi sui trapianti possono anche essere utilizzati per esaminare come un gruppo di cellule può cambiare il destino del tessuto ospite attraverso le interazioni cellula-cellula. In questo esperimento, i ricercatori asportano la struttura embrionale chiamata nodo di Hensen, noto anche come "nodo primitivo" o "organizzatore", dall'embrione di pollo donatore e lo trapiantano in una regione naif su un embrione di pollo ospite. Osservano che il nodo di Hensen trapiantato forma una notocorda in miniatura, suggerendo che i segnali provenienti dal tessuto del donatore hanno guidato il tessuto ospite verso un destino neurale.

Sfruttando le differenze strutturali tra la quaglia e l'anatra, i ricercatori eseguono trapianti per valutare il modello specie-specifico. Qui, i ricercatori creano un "quck" prendendo una specifica popolazione cellulare nota come cresta neurale da una quaglia e trapiantandola in un'anatra. A causa delle differenze genetiche, i ricercatori possono valutare il contributo della cresta neurale della quaglia nell'organismo sviluppato.

Hai appena visto il video di JoVE sugli studi sui trapianti. Questo video ha fornito una panoramica delle interazioni cellulari durante l'organogenesi, una breve introduzione all'esecuzione dei trapianti e alcune delle numerose applicazioni pratiche di questa tecnica nel campo della biologia dello sviluppo. Come sempre, grazie per la visione!