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モデル生物としてのニワトリ(Gallus gallus domesticus)の強みは、胚が母鶏の体外で発生するため、容易に実験操作を加えることが可能なことです。多くのテクニックにより殻の中(in ovo)のニワトリ胚の研究が可能となりますが、発生後期の胚へのアクセスは難しくなります。しかし、ニワトリ胚はex ovoつまり殻の外でも培養可能なのです。ex ovo培養法の大きな利点は、殻や卵内の胚の配置に邪魔されることなく組織にアクセスできることです。特に発生後期の胚を利用したいときに役に立ちます。
ex ovo培養法には、全卵黄培養と外植体培養の2通りのやり方があります。全卵黄培養は、殻を壊し卵の内容物を容器に移して培養する方法です。一方、外植体培養は、卵黄から胚を切り出し、膜の張力を保つためにマウントして培養します。膜の張力を維持することが正常に発生させるための鍵となります。
このビデオでは、全卵黄培養と外植体培養の基本プロトコルや培養のノウハウを解説しています。さらに、ex ovo培養法の実験へのアプリケーション例や後期発生胚の顕微鏡法や遺伝子操作への応用方法を紹介しています。
ニワトリは、ほとんどの発生が母鶏の体外で進むため、発生メカニズムの研究に広く用いられるモデル生物です。そうとはいっても、ある実験系では卵の殻が胚へのアクセスの妨げとなります。しかし幸いにもある実験用具を使えばニワトリは殻の外つまり”ex ovo”でも培養が可能なのです。このビデオでは、ex ovo培養の基本原理、2種類のメソッドの各工程、このテクニックを利用した発生研究のアプリケーション例を紹介していきます。
まずは、ex ovo培養の基本テクニックを学んでいきましょう。
ニワトリ胚は、卵黄膜と密接に関わりながら発生していきます。卵の中には卵黄の他にもアルブミンつまり卵白があり、胚を保護しタンパク質の供給源となっています。卵の中身全てを容器に移して行う全卵黄培養により殻の外での培養が可能となります。あるいは、胚組織を切り出し外植体培養を行うこともできます。このどちらの手法も殻に穴を開けるウィンドウ法を用いることに比べ明白な利点を持ち合わせています。
発生後期の胚は、膜に血管が張り巡らされているためウィンドウ法を用いることが困難になります。そのためこの時期には、ex ovo培養法が好まれます。
また、そのままイメージング台にセットできるため、ex ovo培養は高分解能イメージングに適しています。さらに、殻を取り除いた胚は、顕微鏡手術やマイクロインジェクション法のような多くの実験操作にも有用です。
通常ニワトリ胚は殻に保護され、殻から必須ミネラルを受け取りながら成長するため、殻の外での培養は特別なケアが求められます。例えば、無菌かつ湿度のある環境での培養やアルブミン又は培養液による栄養補給が必須となります。培養が長期に及ぶ場合にはカルシウム源として砕いた卵の殻も必要です。また、正常な胚発生には、胚を支えるための膜の張力がとても重要となるため、正常な膜形態を維持して培養することがex ovo培養成功の鍵となります。
基本を学んだところで、実際に培養方法を見ていきましょう。全卵黄培養を行うには、目的の発生ステージ直前まで37.5℃でインキュベートすることから始めます。
その間に培養設備を整えておきましょう。通常ペトリ皿、秤量皿、ハンモックを使用し卵の内容物を保持します。最初にUVライト又はエタノールで全ての道具を滅菌しておきます。そして、培養中の湿度を維持するために滅菌水を満たした容器を準備します。
卵の準備が整ったら、数分間卵を水平に置き、胚が上側に来るようにします。その後、卵の底部分にヒビを入れ、内容物を容器に移します。そして最後に湿度を保つために容器にカバーをしてからインキュベーターに戻し、目的の発生段階に達したら実験を開始します。
次のex ovo培養法は、外植体培養です。殻から胚を取り出した後、さらに数ステップが加わります。
この方法では、発生胚がくっついた卵黄膜を卵黄から優しく剥がす操作が必要になります。そしてその膜をマウントし、膜の張力を維持します。そのためには、ガラスリング上にピント張らせるか、単にフィルターペーパーにくっつけても大丈夫です。
マウント後は培養液を加え、それらを容器にセットし、容器を水で満たします。外植した胚はインキュベーターに戻し、さらに24時間まで培養可能です。
ここまでex ovo培養の原理を学んできました。ここからはアプリケーション例を見ていきます。
発生の進んだ胚の遺伝子発現を変化させたいときに ex ovo培養が活躍します。その方法のひとつが、電流を利用して遺伝子を導入するエレクトロポレーション法です。ex ovo培養された胚はイメージングに大変適しているため、胚全体を蛍光イメージングすることで遺伝物質の取り込みを効率的に実施できます。
細胞ダイナミクスのリアルタイムイメージング解析にもex ovo培養が利用されます。ヒトがん細胞はニワトリ胚の漿尿膜又はCAMの血管に定着し腫瘍を形成します。
腫瘍が形成された後に蛍光粒子を直接血流に注入し、リアルタイムでの追跡が可能です。腫瘍組織内に蓄積した蛍光粒子が血管形成又は血管新生の指標となります。
外植テクニックを用いることで全胚培養を行えますが、実験によっては培養前に胚組織を切り出した方が良い例があります。例えば、発生中の神経組織の場合、切り取ってカバーガラス上で成長させることができます。その後神経堤と呼ばれる特殊な細胞集団が組織から離れて移動していく様子が観察できます。実験用薬剤を処置後にタイムラプスイメージングを行い細胞移動の制御因子を特定できます。
ここまで、ex ovo培養についてご覧いただきました。このビデオでは、ex ovo培養法の原理、全卵黄培養と 外植体培養の基本メソッド、そして今日の研究への応用例を紹介しました。ご覧いただきありがとうございました。
ヒヨコは、その発生のほとんどが母親の外で行われるため、発生経路の研究のための用途の広いモデル生物です。それにもかかわらず、卵殻は、ある種の実験のために胚へのアクセスを妨げます。幸いなことに、ひよこは殻の外で孵化することができます。一般的に入手可能ないくつかのラボ用品を使用します。このビデオでは、ex ovo培養の原理、2つの異なる培養方法の段階的な手順、および発生研究におけるこの技術の応用について学びます。
ヒヨコをex ovoで育てる方法について話す前に、テクニックのいくつかの原則を見ていきましょう。卵の中で、ひよこは卵黄を囲むビテリン膜と密接に関連して発達します。残りの容量にはアルブミン、または卵白が充填されており、これは胚を保護し、タンパク質の供給源として機能します。
殻の外側での培養は、単純な容器内のすべての卵内容物を使用して、全卵黄培養を介して行うことができます。あるいは、胚組織を切除し、ex ovo外植片培養で増殖させることができる。これらの手法はどちらも、窓付き卵の使用に比べて明確な利点があります。
まず、後期のニワトリ胚のウィンドウ化は、ひよこを囲む膜内に発達する多くの重要な血管が存在するため、複雑になります。これにより、ex ovo法は、後の段階でひよこを扱うのに適しています。
第二に、イメージングリグ内に収まるため、ex ovo培養セットアップは高解像度イメージングにより適しています。
さらに、殻から胚を採取すると、マイクロサージェリーやマイクロインジェクションなどの実験的操作のために、より多くの組織が露出します。
ひよこは保護と必須ミネラルのために卵殻に依存しているため、この構造なしで胚が生存するには特別な注意が必要です。たとえば、ハウジングは無菌で湿度の高い環境を維持するように設計する必要があり、栄養素はアルブミンまたは培地の形で提供する必要があります。長期培養のためには、カルシウム源として破砕殻も必要となります。さらに、胚を支える膜の張力は正常な発生にとって重要であるため、ex ovo培養の成功は、正常な膜形態を維持するハウジングにさらに依存します。
基本がわかったところで、いよいよチキンアウトの番です。全卵黄ex ovo培養用の卵を準備するには、まず37.5で卵をインキュベートしますか?Cは目的のステージの直前まで。
待っている間に、ハウジングを準備してください。ペトリ皿、計量ボート、ハンモックは、卵の内容物を保持するために一般的に使用されます。まず、UV光またはエタノールで処理することにより、すべてのコンポーネントを滅菌します。
さらに、インキュベーション中の湿度を維持するために、滅菌水で満たされた外側のチャンバーを準備します。
卵子の準備ができたら、胚が上に上がるように数分間水平位置に置きます。次に、殻の底を割って、卵の内容物を慎重にハウジングに移します。最後に、湿度を維持するためにハウジング容器を覆い、下流の処理のために希望の年齢に達するまでセットアップをインキュベーターに入れます。
代替のex ovo戦略であるexplant cultureは、胚を殻から取り除いた後、いくつかの追加ステップを必要とします。
この技術では、ビテリン膜を卵黄から穏やかに分離し、発生中の胚を運びます。
次に、張力を維持するためにメンブレンは取り付けられますが、これはガラスリングの周りに組織をしっかりと引っ張るか、フィルターペーパーに接着するだけで行うことができます。
マウント後、組織を覆うように培地を添加し、胚を加湿チャンバーに入れます。
摘出された胚は、最大24時間のさらなる発生のためにインキュベーターに戻すことができるようになった。
ex ovo文化の原理と方法を学んだ後、私たちはいくつかの家禽の遊びの準備ができています。
ex OVO培養は、古い胚の遺伝子発現を変更する必要がある場合に特に有用です。これに対する1つのアプローチがエレクトロポレーションであり、電流を使用して細胞膜を透過化し、遺伝物質を送達します。ex ovo培養胚はイメージングにも非常にアクセスしやすいため、全胚の蛍光イメージングを通じて遺伝物質の取り込みを簡単に検証できます。
ex ovo培養を用いて細胞動態のリアルタイムイメージングも可能です。ヒトのがん細胞は、ニワトリ絨毛尿膜(CAM)の血管を吸収することで腫瘍を形成することができます。腫瘍形成後、蛍光粒子を直接血流に注入し、リアルタイムで追跡することができます。腫瘍組織中の粒子の蓄積は、血管新生、または新しい血管の形成の指標として使用できます。
全胚は外植片技術を使用して培養できますが、一部の実験では、培養前に胚組織を解剖する必要があります。例えば、発達中の神経組織を切除し、ガラスカバーのスリップ上で成長させることができます。インキュベーション期間の後、神経堤として知られる特定の細胞集団が組織から離れて移動するのを観察できます。その後、実験薬による処理とタイムラプスイメージングを使用して、細胞移動を制御する因子を試験することができます。
JoVEのchick ex ovo文化のガイドを見ました。このビデオでは、ex ovo培養の原理、全卵黄および外植片法の基本、およびこれらの技術が今日の研究室で使用されている方法の一部について説明しました。ご覧いただきありがとうございます!
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