$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Ponad dziesięć lat temu, ludzkie embrionalne komórki macierzyste (HuESC) pochodziły z ludzkich blastocyst1. Od tego czasu komórki te stały się przedmiotem ważnej dziedziny badań, która odpowiada na nierozwiązane pytania w biologii rozwoju człowieka. Co więcej, badania HuESC dają nadzieję medycynie regeneracyjnej. W ostatnich latach ludzkie indukowane pluripotencjalne komórki macierzyste (iPSC) zostały wygenerowane z komórek somatycznych specyficznych dla pacjenta, dostarczając modeli chorób genetycznych2. Opisano wiele protokołów in vitro różnicowania embrionalnych lub indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych w kierunku różnych linii komórkowych, w tym linii serca3. Zróżnicowane komórki są często fenotypowane poprzez analizę ekspresji RNA i białek, barwienie immunologiczne i/lub testy funkcjonalne in vitro. Jednak pluripotencjalne pochodne komórek macierzystych muszą zostać umieszczone w odpowiednim środowisku embrionalnym, aby sprawdzić, czy w pełni przejmują los komórkowy swojego embrionalnego odpowiednika i czy podsumowują prawdziwą funkcję in vivo w odpowiedzi na sygnały regionalne. Chociaż inżynieria tkankowa jest obiecująca, nie dostarcza jeszcze wszystkich znanych i nieznanych wskazówek dotyczących prawidłowego rozwoju tkanki embrionalnej in vivo 4,5.
Znakowanie komórek za pomocą barwników lub wektorów retrowirusowych w embrionach, w tym embrionach myszy, przyniosło ważne informacje na temat embrionalnego pochodzenia linii komórkowych podczas rozwoju serca6. Na przykład wstrzyknięcie barwnika do przestrzeni osierdzia zarodków myszy ex vivo, a następnie hodowla in vitro izolowanych serc, zastosowano do znakowania komórek nasierdzia i ich potomków7. Jednak znakowanie barwnikami i komórkami retrowirusowymi stosuje się głównie do wczesnych zarodków myszy z wciąż słabo rozwiniętymi narządami lub zarodków kurzych, które są łatwiej dostępne8. Wyjątkiem jest mózg, który jest łatwiejszy do namierzenia w zarodkach9,10. Takie podejście nie zostało jeszcze zastosowane do bijącego embrionalnego serca myszy.
Aby uzupełnić bezpośrednie znakowanie barwnikami lub wirusem i przeprowadzić śledzenie linii u bardziej zaawansowanych zarodków myszy i dorosłych myszy, podejście do znakowania komórek zostało połączone z analizą myszy transgenicznych przy użyciu technologii Cre/Lox. Podejście Cre/Lox11 ma jednak pewne ograniczenia ze względu na czasoprzestrzenną specyficzność genomowych regionów regulatorowych wykorzystywanych do kierowania ekspresją rekombinazy oraz skuteczność rekombinacji Cre/Lox12. Co więcej, podejście to nie rozwiązuje w pełni konkretnych kwestii związanych z nabywaniem losu komórkowego przez migrację komórek, ponieważ może ono oznaczać prekursor dopiero po aktywacji regionu regulatorowego używanego do napędzania ekspresji Cre. Nie może ona również mieć zastosowania do embrionów ludzkich z oczywistych względów etycznych.
Biorąc pod uwagę te ograniczenia, zaprojektowaliśmy serię nowych protokołów do wstrzykiwania różnych środków znakujących komórki, takich jak barwniki fluorescencyjne, wirusy, modulatory ekspresji genów, takie jak shRNA i wektory znakowania komórek oparte na DNA, lub komórki w zarodku myszy na E9.5 i późniejszych etapach rozwoju w docelowych regionach serca.
Zastrzyki DNA/komórek wykorzystują stereomikroskop i proste urządzenie do mikroiniekcji w połączeniu z hodowlą zarodków ex vivo do 48 godzin, lub izolowaną hodowlą eksplantatów serca lub embrionu przez 48-72 godziny. Informujemy również o protokole mikroiniekcji za pośrednictwem ultradźwięków w embrionalnych sercach myszy w macicy. Technika ta umożliwia monitorowanie rozwoju zarodków13 i pozwala na długoterminową obserwację wstrzykniętych i/lub znakowanych komórek.
Stwierdziliśmy, że te podejścia zachowują funkcję narządu i zapewniają bardziej reprezentatywne środowisko niż badania potencjału komórek macierzystych in vitro. Daje również możliwość śledzenia migracji znakowanych i/lub wstrzykiwanych komórek w celu monitorowania ich losu. Ostatecznie powinno to pozwolić na lepsze zrozumienie regionalnych wzorców tkanek i kluczowych procesów biologicznych.