Het chorioallantoic membrane (CAM) van het aviaire embryo is een zeer nuttig en toepasbaar hulpmiddel voor verschillende onderzoeksgebieden. Een speciaal ex ovo model van Japanse kwartel CAM is geschikt voor fotodynamisch behandelonderzoek.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Het chorioallantoic membrane (CAM) van het aviaire embryo is een zeer nuttig en toepasbaar hulpmiddel voor verschillende onderzoeksgebieden. Een speciaal ex ovo model van Japanse kwartel CAM is geschikt voor fotodynamisch behandelonderzoek.
Het chorioallantoïsche membraan (CAM) van een vogelembryo is een dun, extra-embryonaal membraan dat functioneert als een primair ademhalingsorgaan. De eigenschappen maken het een uitstekend in vivo experimenteel model om angiogenese, tumorgroei, medicijnafgiftesystemen of fotodynamische diagnose (PDD) en fotodynamische therapie (PDT) te bestuderen. Tegelijkertijd gaat dit model in op de eis van vervanging van proefdieren door een geschikt alternatief. Ex ovo gekweekt embryo maakt eenvoudige toepassing van stoffen, toegang, monitoring en documentatie mogelijk. De meest gebruikte is chick CAM; dit artikel beschrijft echter de voordelen van de Japanse kwartel CAM als een low-cost en high-throughput model. Een ander voordeel is de kortere embryonale ontwikkeling, die een hogere experimentele omzet mogelijk maakt. De geschiktheid van kwartel CAM voor PDD en PDT van kanker en microbiële infecties wordt hier onderzocht. Als voorbeeld wordt het gebruik van de photosensitizer hypericine in combinatie met lipoproteïnen of nanodeeltjes als toedieningssysteem beschreven. De schadescore van beelden in wit licht en veranderingen in fluorescentie-intensiteit van het CAM-weefsel onder violet licht (405 nm) werd bepaald, samen met analyse van histologische secties. De kwartel CAM toonde duidelijk het effect van PDT op de vasculatuur en het weefsel. Bovendien konden veranderingen zoals capillaire bloeding, trombose, lysis van kleine bloedvaten en bloedingen van grotere bloedvaten worden waargenomen. Japanse kwartel CAM is een veelbelovend in vivo model voor fotodynamische diagnose en therapieonderzoek, met toepassingen in studies van tumorangiogenese, evenals antivasculaire en antimicrobiële therapie.
Het kip chorioallantoic membrane (CAM) model is bekend en wordt veel gebruikt in verschillende onderzoeksgebieden. Het is een rijkelijk gevasculariseerd extra-embryonaal orgaan dat zorgt voor gasuitwisseling en mineraaltransport1. Door de transparantie en toegankelijkheid van dit membraan kunnen individuele bloedvaten en hun structurele veranderingen in realtime worden waargenomen2. Ondanks de voordelen heeft kuiken CAM ook enkele beperkingen (bijv. Grotere fokfaciliteiten, eierproductie en voerconsumptie) die kunnen worden vermeden door andere vogelsoorten te gebruiken. In dit protocol wordt een alternatief ex ovo CAM-model beschreven met Japans kwartel (Coturnix japonica) embryo. Vanwege zijn kleine formaat maakt het het gebruik van een veel groter aantal experimentele individuen mogelijk dan kip CAM. Bovendien is de kortere 16-daagse embryonale ontwikkeling van kwartembryo's een ander voordeel. De eerste grotere vaten op kwartel CAM verschijnen op embryonale dag (ED) 7. Dit kan direct worden vergeleken met de ontwikkeling van kuikenembryo's (stadia 4-35); de latere ontwikkelingsstadia zijn echter niet meer vergelijkbaar en vergen minder tijd voor het kwartembryo3. Van belang is het regelmatig voorkomen van microvasculaire vertakkingen vergelijkbaar met die van kip CAMs 4,5,6. Snelle seksuele rijping, hoge eiproductie en goedkope fokkerij zijn andere voorbeelden die het gebruik van dit experimentele model7 bevorderen.
Een aviair CAM-model wordt vaak gebruikt in fotodynamische therapie (PDT) studies8. PDT wordt gebruikt voor de behandeling van verschillende vormen van kanker (kleine gelokaliseerde tumoren) en andere niet-oncologische ziekten. Het principe is in de afgifte van een fluorescerend medicijn, een fotosensitizer (PS), aan het beschadigde weefsel en de activering ervan met licht van de juiste golflengte. Een prospectieve PS die in onderzoek wordt gebruikt, is hypericine, oorspronkelijk geïsoleerd uit de medicinale plant Sint-janskruid (Hypericum perforatum)9. De sterke fotosensibiliserende effecten van deze verbinding zijn gebaseerd op de fotochemische en fotofysische eigenschappen. Deze worden gekenmerkt door meerdere fluorescentie-excitatiepieken in het bereik van 400-600 nm, die de emissie van fluorescentie bij ongeveer 600 nm induceren. De absorptiemaxima van hypericine binnen de spectrale band liggen in het bereik van 540-590 nm en de fluorescentiemaxima liggen in het 590-640 nm-bereik9. Om deze fotosensibiliserende effecten te bereiken, wordt hypericine geëxciteerd door laserlicht op een golflengte van 405 nm na lokale toediening10. In aanwezigheid van licht kan hypericine virucide, antiproliferatieve en cytotoxische effecten vertonen11, terwijl er geen systemische toxiciteit is en het snel uit het organisme wordt vrijgegeven. Hypericine is een lipofiele stof die in water onoplosbare, niet-fluorescerende aggregaten vormt, daarom worden verschillende soorten nanodragers, zoals polymere nanodeeltjes12,13 of lipoproteïnen met hoge en lage dichtheid (HDL, LDL)14,15, gebruikt om de afgifte en penetratie ervan in de cellen te helpen. Omdat CAM van nature een immunodeficiënt systeem is, kunnen tumorcellen direct op het membraanoppervlak worden geïmplanteerd. Het model is ook zeer geschikt voor het registreren van de omvang van PDT-geïnduceerde vasculaire schade volgens een gedefinieerde score16,17. Licht met een lagere intensiteit in vergelijking met PDT kan worden gebruikt voor fotodynamische diagnose (PDD). Het monitoren van het weefsel onder violet excitatie LED-licht leidt ook tot fotoactivering van fotosensitizers 18,19,20 die resulteert in een emissie van fluorescerend licht, maar het levert niet genoeg energie om een PDT-reactie te starten en de cellen te beschadigen. Het maakt het een goed hulpmiddel voor tumorvisualisatie en -diagnose of het monitoren van de farmacokinetiek van gebruikte PS'en14,15.
Dit artikel beschrijft de bereiding van de kwartel ex ovo CAM-test met overlevingspercentages van meer dan 80%. Deze ex ovo-cultuur werd met succes toegepast in een groot aantal experimenten.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het onderzoek is uitgevoerd in overeenstemming met institutionele richtlijnen. Alle apparatuur en reagentia moeten worden geautoclaveerd of gesteriliseerd met 70% ethanol of UV-licht.
1. Ei-incubatie
2. Ex ovo cultuur voorbereiding
OPMERKING: Na de eerste incubatie zijn de eieren geschikt voor het starten van de ex ovo-teelt .

Figuur 1: Ex ovo kweekvoorbereiding. A) Japanse kwarteleitjes zoals deze worden opgeslagen en bebroed. B) Ontsmetting van het eioppervlak met ethanol. (C) Eierschaal wordt met een schaar gesneden. (D) De inhoud van het ei wordt in de put geleegd. (E) Goed voorbereid 3-dagen oud embryo, met ontwikkelende CAM vasculatuur. F) Kweekplaten die in een broedmachine zijn opgeslagen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: 6-well kweekplaat met embryo's en siliconenringen bovenop. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
3. Inenting van tumorcellen
OPMERKING: Alle procedures vereisen het gebruik van een steriele laminaire flowkast.

Figuur 3: Inenting van CAM met tumoren. (A) Aspiratie van sferoïden met een pipet en (B) implantatie op het CAM-oppervlak. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
4. Toepassing van photosensitizer
5. PDD en PDT

Figuur 4: Behandeling van CAM met laserlicht. Deze foto is genomen ter illustratie. Voor PDD of PDT moet de kamer donker zijn. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
6. CAM voorbereiden voor verdere evaluatie

Figuur 5: CAM-weefsel voor fractalanalyse. Na PDT wordt CAM bevestigd, op een dia gemonteerd en gedroogd voor fractalanalyse. De foto is genomen in wit licht met behulp van een transilluminator. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De lokalisatie van de tumor op het CAM-oppervlak is moeilijk bij wit licht. Photosensitizer (hier hypericine) die bij PDD wordt gebruikt, wordt naar verwachting selectief door de tumor opgenomen en helpt de tumor te visualiseren. De toevoeging van hypericine en het gebruik van fluorescerend licht (bijv. 405 nm) toonden de positie van de tumor (plaveiselcelcarcinoom TE1) zeer goed aan (figuur 6A). Histologische analyse toonde vitale tumorcellen die gezonde weefsels binnendringen. Concentrisch...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Voor succesvolle ex ovo teelt is het belangrijk om het bovenstaande protocol te volgen. Bovendien, als de eieren niet voorzichtig genoeg worden geopend of als er onvoldoende vochtigheid is tijdens de teelt, kleeft de dooierzak aan de schaal en scheurt vaak. De start van een ex ovo-teelt op het moment van ongeveer 60 uur ei-incubatie zorgt voor de hoge overlevingskans van de embryo's, omdat ze al groot genoeg zijn om de behandeling te overleven. In de latere ontwikkelingsstadia wordt de CAM dunner en hec...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben geen belangenconflicten.
Het werk werd ondersteund door VEGA 2/0042/21 en APVV 20-0129. De bijdrage van V. Huntošová is het resultaat van de projectimplementatie: Open wetenschappelijke gemeenschap voor modern interdisciplinair onderzoek in de geneeskunde (Acroniem: OPENMED), ITMS2014+: 313011V455 ondersteund door het Operational Program Integrated Infrastructure, gefinancierd door het EFRO.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 6-Well Cell Culture Plate | Sarstedt | 83.392 | Transparant polystyreen, sterieel |
| CO2 Incubator ESCO CCL-0508 | ESCO, Singapore | CCL-050B-8 | CO2 cell culture incubator |
| cryocut Leica CM 1800 | Reichert-Jung, USA | ||
| digital camera Canon EOS 6D II | Canon, Japan | ||
| diode laser 405 nm | Ocean Optics, USA | ||
| DMSO | Sigma-Aldrich | 67-68-5 | dimethyl sulfoxide |
| eosin | Sigma-Aldrich | 15086-94-9 | |
| ethanol | Sigma-Aldrich | 64-17-5 | |
| fine brush size 2 | Faber-Castell | 281802 | penseel voor CAM scheiding en manipulatie |
| glutaraldehyde | Sigma-Aldrich | 111-30-8 | |
| hematoxyline | Sigma-Aldrich | 517-28-2 | |
| hypericine | Sigma-Aldrich | 84082-80-4 | |
| incubator Bios Midi | Bios Sedl any, Tsjechië | Forced draught incubator voor initiële incubatie | |
| incubator Memmert IF160 | Memmert, Duitsland | Forced air circulation incubator voor CAM incubatie | |
| Kaiser slimlite plano, LED lichtbox | Kaiser, Duitsland | 2453 | Transilluminatietoestel |
| LED licht 405 nm | op maat gemaakte circulaire LED licht | ||
| macro lens Canon MP- E 65 mm f/2.8 | Canon, Japan | ||
| microscoop Kapa 2000 | Kvant, Slowakije | optisch microscoop | |
| microtome Auxilab 508 | Auxilab, Spanje | manuele rotatie microtoom | |
| paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | 30525-89-4 | |
| Paraplast Plus | Sigma-Aldrich | P3683 | parafine medium voor weefsel inbedding |
| PBS | Sigma-Aldrich | P4417 | Fosfaat zoutoplossing buffer |
| schaar Castroviejo | Orimed | OR66-108 | micro schaar voor CAM scheiding |
| software ImageJ 1.53 | public domain | afbeeldingsverwerkings- en analyseprogramma | |
| stockoplossing HDL | Sigma-Aldrich | 437641-10MG | high density lipoproteins |
| stockoplossing LDL | Sigma-Aldrich | 437644-10MG | low density lipoproteins |
| Tissue-Tek O.C.T. Compound | Sakura Finetek | 4583 | Optimal Cutting Temperature Compound 118 mL squeeze flesjes |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.