Xenotransplantaten zijn nuttige hulpmiddelen om het gedrag van menselijke cellen in vivo te onderzoeken. Deze modellen hebben onschatbare informatie opgeleverd voor een breed scala aan wetenschappelijke onderwerpen, zoals de biologie van menselijke stamcellen1, de observatie van cellulaire gebeurtenissen in realtime2 en het onderzoek naar tumorale angiogenese en metastase3. Daarnaast zijn verschillende aspecten van de kankerbiologie, waaronder de tumorigenese van patiëntspecifieke xenotransplantaten, bestudeerd 4,5. Elk van deze xenotransplantaatmodellen heeft zijn voor- en nadelen en daarom is elk model beter geschikt voor specifieke wetenschappelijke vragen. Kuikenembryo's zijn een populair ontwikkelingsbiologisch model omdat ze een toegankelijk amniote model zijn dat vatbaar is voor chirurgische manipulatie. Heterologe transplantaten hebben onderzoekers in staat gesteld om nauwkeurige lotkaarten te maken6 of te onderzoeken of een eigenschap celautonoom is of wordt geïnstrueerd door de omgeving 7,8. Een vergelijkbare grondgedachte maakt het mogelijk om het kuikenembryo te gebruiken als een xenotransplantaatmodel om het gedrag van menselijke cellen te bestuderen.
De embryonale omgeving orkestreert actief weefselmorfogenese met migratie- en differentiatiesignalen, evenals cel-celinteracties. In vergelijking met volwassen xenotransplantaatmodellen biedt het embryo dus een meer leerzame omgeving om het gedrag van getransplanteerde cellen te testen, bijvoorbeeld door signalen na te bootsen die aanwezig zijn in volwassen stamcelniches (bijv. BMP's, WNT's, NOTCH en SHH9). Bovendien maakt de afwezigheid van een adaptief immuunsysteem tijdens de vroege ontwikkeling het mogelijk om xenotransplantaten uit te voeren zonder het risico van een immuunrespons of afstoting van het donorweefsel10. Eerdere studies hebben voor dit doel xenotransplantaten van menselijke cellen in kippenembryo's onderzocht. Het neurogene potentieel van menselijke stamcellen is getest na injectie in de neurale buis of bloedvaten11 naast de integratie van embryonale stamcellen12 en geïnduceerde pluripotente stamcellen13 in het embryo. Menselijke melanoomcellen zijn ook bestudeerd met behulp van de embryonale omgeving van het kuiken, die verbanden onthulde tussen hun tumorigenese en het gedrag van neurale lijstcellen14, evenals de herprogrammering van de tumorcellen met de informatie van het embryo15. Dit artikel beschrijft een protocol dat vooral geschikt is voor het bestuderen van het gedrag van menselijke primaire en heterogene celpopulaties.
In de afgelopen decennia is de stromale component van diverse weefsels bestudeerd als een autologe bron van voorloper-/stamcellen en vanwege zijn proangiogene en immunoregulerende eigenschappen, voorheen bekend als "mesenchymale stamcellen"16,17,18. De eerste van deze celpopulaties die werd gekarakteriseerd, was de stromale/stamcelpopulatie van het beenmerg (BMSC's), die in vivo een osteo-, adipo- en, in mindere mate, chondrogenisch potentieel hebben 19,20. Van vet afgeleide stromale cellen (ADSC's) zijn een heterogene populatie die wordt verkregen door enzymatische vertering van de lipoaspiratie- of dermolipectomiemonsters, gevolgd door isolatie van de stromale-vasculaire fractie (SVF) en ten slotte uitbreiding in cultuur21. In cultuur worden deze cellen fenotypisch gekenmerkt door markers die worden gedeeld met andere mesenchymale populaties, zoals CD90, CD73, CD105 en CD44, unieke markers zoals CD36 en de afwezigheid van hematopoëtische (CD45) of endotheliale (CD31) markers22. Bovendien hebben ADSC's in vitro een osteo-, adipo- en chondrogenisch potentieel, en het aantal stam-/voorlopercellen in deze populatie kan worden bepaald door de fibroblastoïde kolonievormende eenheid (CFU-F)-assay22. In vivo is gemeld dat cellen met het ADSC-fenotype bestaan in stromale23 en/of perivasculaire24 compartimenten. Het wordt steeds duidelijker dat, ondanks het delen van markers na in vitro cultuur, het stromale compartiment van verschillende weefsels de intrinsieke kenmerken van een bepaald orgaan weerspiegelt, en deze celpopulaties hebben verschillende eigenschappen, afhankelijk van hun bron 17,25,26,27. Bovendien, aangezien deze cellen worden geïsoleerd op basis van hun hechting aan een celkweekschaaltje, kunnen ze zijn samengesteld uit cellen uit verschillende kiemlagen28. Het gebruik van een xenotransplantaatmethode om het differentiatiepotentieel en het tropisme van stromale cellen op een onbevooroordeelde manier te bestuderen, kan dus waardevolle informatie over deze celpopulaties opleveren om de ontwikkeling van toekomstige celtherapieën te sturen.
Het hier beschreven protocol (Figuur 1) is een xenotransplantaatmethode die gebruik maakt van de lage kosten en het gemak van manipulatie van kuikenembryo's. Het is eerder gebruikt om het gedrag van menselijke ADSC29, huidfibroblasten29, van menstruatiebloed afgeleide stromale cellen30 en glioblastoomcellen31 te bestuderen. Deze methode omvat de transplantatie van cellen als sferoïden32, die kunnen worden bereid uit elke populatie van aanhangende cellen (Figuur 2). Chirurgische ingrepen en de voorbereiding van op maat gemaakte chirurgische materialen - de microscalpels en glazen haarvaten - zullen ook worden beschreven (Figuur 3). Menselijke cellen worden gedetecteerd in histologische secties door humane specifieke Alu-sondes te hybridiseren (Figuur 4), waardoor het niet meer nodig is om de getransplanteerde cellen vooraf te labelen. De representatieve resultaten beschrijven het gedrag van humaan ADSC dat zowel in het somitische gebied op het niveau van de vleugelknop is geënt (Figuur 5, Figuur 6 en Figuur 7) als in de eerste farynxboog (Figuur 8), evenals menselijke primaire glioblastoom sferoïden geënt in het prosencephalon (Figuur 8). Celmigratie, differentiatie en interactie met embryonale weefsels van kuikens zullen worden beschreven, evenals voorgestelde assays om het celgedrag verder te onderzoeken met behulp van co-kleuring of kleuring van aangrenzende secties.