Caenorhabditis elegans (C. elegans) to potężny organizm modelowy do badania molekularnych podstaw funkcji, różnicowania i zachowania komórek. Chociaż jego genom, szlaki metaboliczne i biosyntezy są podobne do kręgowców, jego podatność genetyczna i molekularna jest znacznie większa2. Do jego zalet należą wielkość i prosta anatomia, szybki cykl życia (3 dni w temperaturze 25 °C), krótka długość życia (2 tygodnie) i duża liczba potomstwa (200 >). Ze względu na jego hermafrodytyczny charakter i krótki cykl życiowy, manipulacje molekularne i genetyczne są proste w przypadku C. elegans, w tym tworzenie zwierząt transgenicznych 3,4 i stosowanie technik knock-downu genów, takich jak interferencja RNA5. Ciało i skorupka jaja C. elegans są przezroczyste. Dlatego komórki można łatwo uwidocznić zarówno u osoby dorosłej, jak i w zarodku za pomocą standardowej mikroskopii. W ciągu ostatnich 40 lat społeczność C. elegans stworzyła nieocenione zasoby do badań nad C. elegans, w tym dużą kolekcję mutantów, nokautów i transgeników, szczegółowy opis anatomii i rozwoju 6,7, w tym pełną rekonstrukcję układu nerwowego 8 oraz całkowicie zsekwencjonowany genom, który jest dobrze opisany i dostępny dla całej społeczności (www.wormbase.com).
Pomimo licznych zalet, niektóre eksperymentalne podejścia były wyzwaniem dla C. elegans. Należą do nich te, które wymagają dostępu do błony komórkowej komórek i izolacji tkanek lub typów komórek. Rzeczywiście, tkanki C. elegans są zamknięte w szkielecie hydrostatycznym pod ciśnieniem, który nie jest łatwo trawiony przez obróbkę enzymatyczną lub detergenty. Pod koniec lat dziewięćdziesiątych Miriam Goodman i Janet Richmond opracowały pionierskie metody elektrofizjologicznych zapisów neuronów i komórek mięśniowych C. elegans in situ. Chociaż metody te dostarczyły nam ważnych informacji na temat funkcji neuronów i mięśni in vivo, są one trudne i mają niską przepustowość. Opracowano alternatywne metody badania funkcji komórek in vivo, w szczególności obrazowanie wapnia in vivo przy użyciu genetycznie kodowanych czujników wapnia, takich jak GCamP i cameleon 11-13. Metody te nie pozwalają jednak na stosowanie narzędzi farmakologicznych, ponieważ są one stosowane na nienaruszonych żywych zwierzętach.
Pierwsza próba hodowli komórek C. elegans in vitro na dużą skalę została podjęta przez Lairda Blooma podczas przygotowywania jego pracy doktorskiej 14. Niestety, trudności napotkane ze słabą przyczepnością komórek do podłoża, słabym różnicowaniem komórek i przeżywalnością uniemożliwiły ustanowienie tego wczesnego protokołu jako solidnej metody hodowli komórek. W 1995 roku Edgar i współpracownicy opublikowali procedurę badania podziału i morfogenezy komórek poprzez izolację i hodowlę pojedynczych zarodków C. elegans 15. Komórki embrionalne uzyskane przez trawienie skorupek jaj z kombinacją leczenia enzymatycznego i ręcznej dysocjacji kontynuowały proliferację, wytwarzając do ~500 komórek 15. Następnie Leung i współpracownicy wyhodowali niewielką liczbę blastomerów, aby zbadać morfogenezę jelit. Wykazali, że jeden z wyizolowanych in vitro E blastomerów wytwarza spolaryzowane komórki jelitowe, które tworzą strukturę analogiczną do światła jelita poprzez interakcję ze sobą poprzez wierzchołkowe połączenia adherensowe 16. Buechner i współpracownicy opisali również podobną metodę hodowli komórek embrionalnych C. elegans in vitro 17.
Na podstawie tej wczesnej pracy, Christensen i współpracownicy opracowali solidny protokół hodowli embrionalnych komórek C. elegans in vitro 1. Wykazali, że wyizolowane komórki C. elegans mogą różnicować się w różne typy komórek i zachowywać cechy, które posiadają in vivo, w tym ekspresję markerów specyficznych dla komórki. Kilka technik, które stanowią wyzwanie in vivo, można zastosować do izolowanych komórek embrionalnych C. elegans. Należą do nich techniki elektrofizjologiczne 1,18 19, obrazowanie i immunochemiczne 20,21, a także izolacja określonych typów komórek za pomocą sortowania komórek aktywowanych fluorescencyjnie (FACS) w celu budowy specyficznych dla komórki bibliotek cDNA 22,23. Techniki knockdownu genów, takie jak interferencja RNA (RNAi), mogą być stosowane na hodowanych komórkach C. elegans 1, a nowa metoda znakowania metabolicznego wykorzystująca cukier azydologiczny jako narzędzie do odkrywania glikoprotein została niedawno opracowana dla komórek C. elegans hodowanych in vitro 24.
Podsumowując, metoda hodowli komórkowej rozszerza wachlarz technik, które mogą być zastosowane do modelu C. elegans w celu rozszyfrowania funkcji genu w kontekście żywego organizmu. Opisujemy tutaj protokół hodowli komórek embrionalnych C. elegans in vitro, który jest w dużej mierze oparty na protokole opisanym po raz pierwszy przez Christiansena i współpracowników 1.