Transplantatiestudies

Wetenschappers op het gebied van de ontwikkelingsbiologie gebruiken transplantatiestudies als een hulpmiddel om cellulaire interacties te onderzoeken die nodig zijn voor een goede organogenese. Bij deze procedure wordt embryonaal weefsel zorgvuldig uit een donor verwijderd en getransplanteerd naar een gastheer tijdens de vroege embryogenese. Gastheerembryo's worden vervolgens onderzocht om te bepalen hoe het getransplanteerde weefsel het ontwikkelingspatroon beïnvloedt.

Deze video geeft een overzicht van cellulaire interacties tijdens organogenese, een algemeen transplantatieprotocol en ten slotte enkele van de vele praktische toepassingen van deze nuttige techniek.

Voordat we ingaan op hoe transplantaties worden uitgevoerd, laten we kort enkele principes bespreken van het bestuderen van cellulaire interacties tijdens organogenese. Organen zijn complexe structuren die bestaan uit vele celtypen die samen moeten werken om een functioneel systeem te genereren.

Tijdens de ontwikkeling heeft elk celtype een rol als inducer of responder. De inducer is een weefsel dat een signaal produceert, het gedrag van een ander weefsel verandert en vaak zijn lot bepaalt, terwijl de responder een doelwitweefsel is dat een signaal van de inducer ontvangt. Dit hele proces staat bekend als weefselinductie. Genexpressiepatronen bepalen welke cellen responders zijn, omdat de juiste celoppervlakte-eiwitten aanwezig moeten zijn om signalen te ontvangen en te interpreteren.

Transplantatiestudies zijn een manier om weefselinductie te onderzoeken. Donorcellen kunnen op een andere locatie in de gastheer worden getransplanteerd om te zien hoe het veranderen van de signalen in de cellulaire omgeving hun lot verandert. Alternatief kunnen genetisch diverse weefsels tussen analoge locaties worden getransplanteerd om te beoordelen hoe genexpressie de ontwikkeling beïnvloedt.

Nu we wat meer weten over transplantaties, laten we enkele voorbereidingen zien die mogelijk nodig zijn om deze techniek uit te voeren.

Eerst bereidt u de gereedschappen voor die nodig zijn voor microscopische chirurgische technieken. Veelgebruikte gereedschappen omvatten wolfraamnaalden, die tot een scherp punt worden gevlamt, of fijne glazen naalden getrokken uit capillaire buisjes. Afhankelijk van het organisme waarmee u gaat werken, kan een stabilisatievorm nodig zijn. Dit helpt bij het stabiliseren van het organisme tijdens de transplantatieprocedure.

Er kunnen verschillende modelorganismen worden gebruikt in transplantatiestudies. Hier beschrijven we kort de procedure met behulp van een kwartelkik-systeem. De eerste stap is om het donorembryo uit het ei te verwijderen en het op een schaal te plaatsen voor dissectie. Vervolgens wordt onder een dissectiemicroscoop het weefsel van belang voorzichtig uit de donor verwijderd en in de juiste oplossing geplaatst en op ijs tot de gastheer klaar is om het transplantaat te ontvangen.

De gastheer wordt op dezelfde manier voorbereid als de donor. Verwijder voorzichtig het gastheerweefsel en creëer een transplantaatplaats die gelijk is aan de grootte van het donorweefsel. Donorweefsel wordt op zijn plaats gelegd en bevestigd aan de gastheertransplantaatplaats. Ten slotte wordt het embryo teruggeplaatst in omstandigheden die zijn natuurlijke omgeving nabootsen en toegelaten om te ontwikkelen tot de gewenste leeftijd. Weefselinductie kan vervolgens worden bestudeerd met behulp van verschillende histologische en microscopische technieken.

Nu we een algemene methode voor het uitvoeren van transplantaties hebben besproken, laten we enkele downstream toepassingen van deze techniek bekijken.

Transplantatiestudies kunnen worden gebruikt om genen te onderzoeken die betrokken zijn bij het leiden van een cel naar een bepaald weefsellot. In dit experiment werd een laag stamcellen, bekend als de dierlijke dop, die het gen van belang tot expressie brengt, getransplanteerd naar de flank van een Xenopus embryo. Na een incubatieperiode werd een oog-achtig structuur ontwikkeld op de transplantatieplaats, wat suggereert dat het gen van belang een stamcelpopulatie kan leiden naar een retinale celbestemming.

Transplantatiestudies kunnen ook worden gebruikt om te onderzoeken hoe een groep cellen het lot van gastheerweefsel kunnen veranderen door cel-cel interacties. In dit experiment verwijderen onderzoekers de embryonale structuur, de knoop van Hensen genoemd, ook bekend als de "primitieve knoop" of de "organisator", van het donorkikemebryo en transplanteren het naar een naïeve regio op een gastheerkikemebryo. Ze observeren dat de getransplanteerde knoop van Hensen een miniatuur notochord vormt, wat suggereert dat signalen van het donorweefsel het gastheerweefsel naar een neurologisch lot hebben geleid.

Door gebruik te maken van structurele verschillen tussen de kwartel en de eend, voeren onderzoekers transplantaties uit om soortspecifiek patroonvorming te beoordelen. Hier creëren onderzoekers een "quck" door een specifieke celpopulatie, de neurale crest genaamd, van een kwartel te nemen en in een eend te transplanteren. Vanwege de genetische verschillen kunnen onderzoekers de bijdrage van de neurale crest van de kwartel in het ontwikkelde organisme beoordelen.

Je hebt zojuist JoVE's video over transplantatiestudies bekeken. Deze video gaf een overzicht van cellulaire interacties tijdens organogenese, een korte introductie in het uitvoeren van transplantaties en enkele van de vele praktische toepassingen van deze techniek op het gebied van de ontwikkelingsbiologie. Zoals altijd, bedankt voor het kijken!