Ulepszona technologia obrazowania pozwala na trójwymiarowe obrazowanie organów podczas rozwoju. W tym miejscu opisujemy cały system hodowli narządów, który umożliwia obrazowanie na żywo rozwijających się kosmków w jelicie płodu myszy.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ulepszona technologia obrazowania pozwala na trójwymiarowe obrazowanie organów podczas rozwoju. W tym miejscu opisujemy cały system hodowli narządów, który umożliwia obrazowanie na żywo rozwijających się kosmków w jelicie płodu myszy.
Większość procesów morfogenetycznych w jelicie płodu została wywnioskowana z cienkich odcinków stałych tkanek, dostarczając migawki zmian na kolejnych etapach rozwoju. Trójwymiarowe informacje z cienkich odcinków seryjnych mogą być trudne do zinterpretowania ze względu na trudności w doskonałej rekonstrukcji odcinków seryjnych i utrzymaniu prawidłowej orientacji tkanki nad odcinkami seryjnymi. Ostatnie odkrycia Grosse i wsp., 2011 podkreślają znaczenie informacji trójwymiarowej w zrozumieniu morfogenezy rozwijających się kosmków jelita1. Trójwymiarowa rekonstrukcja pojedynczo znakowanych komórek jelitowych wykazała, że większość komórek nabłonka jelitowego styka się zarówno z powierzchnią wierzchołkową, jak i podstawną. Ponadto trójwymiarowa rekonstrukcja cytoszkieletu aktynowego na wierzchołkowej powierzchni nabłonka wykazała, że światło jelita jest ciągłe, a światła wtórne są artefaktem cięcia. Te dwa punkty, wraz z demonstracją interkinetycznej migracji jądrowej w nabłonku jelitowym, zdefiniowały rozwijający się nabłonek jelitowy jako nabłonek pseudostratyfikowany, a nie rozwarstwiony, jak wcześniejsądzono1. Zdolność do trójwymiarowej obserwacji nabłonka była kluczowa dla wykazania tego punktu i ponownego zdefiniowania morfogenezy nabłonka w jelicie płodu. Wraz z ewolucją technologii obrazowania wielofotonowego i oprogramowania do rekonstrukcji trójwymiarowej, zdolność do wizualizacji nienaruszonych, rozwijających się narządów szybko się poprawia. Wzbudzenie dwufotonowe pozwala na mniej szkodliwą penetrację w głąb tkanek z wysoką rozdzielczością. Obrazowanie dwufotonowe i rekonstrukcja 3D całych jelit myszy płodu w Walton et al., 2012 pomogły określić wzorzec wyrastania kosmków2. Tutaj opisujemy cały system hodowli narządów, który umożliwia rozwój kosmków ex vivo i rozszerzenia tego systemu hodowli, aby umożliwić trójwymiarowe obrazowanie jelit podczas ich rozwoju.
Każdy biopsek jelitowy składa się z dwóch głównych przedziałów tkankowych: warstwy powierzchniowej nabłonka i rdzenia mezenchymalnego. Jelito cienkie myszy powstaje w 10 dniu embrionalnym, kiedy arkusz endodermy zamyka się i uszczelnia, tworząc rurkę nabłonka otoczoną komórkami mezenchymalnymi3. Ta płaska rurka nabłonka ulega szybkiej proliferacji, rośnie zarówno pod względem długości, jak i obwodu, i ulega dramatycznym przegrupowaniom obejmującym dynamiczne zmiany kształtu komórki1. W tym samym czasie otaczająca mezenchyma również przechodzi wiele procesów rozwojowych, w tym tworzenie się splotu naczyniowego, różnicowanie mięśni gładkich i rekrutację neuronów jelitowych4. W bliższym jelicie cienkim w 14,5 dniu embrionalnym zaczynają tworzyć się kondensacje (skupiska) komórek reagujących na Hedgehog i PDGF w sąsiedztwie nabłonka2,5. Tworzenie się skupisk mezenchymalnych nadal rozprzestrzenia się na całej długości jelita, tak że pokrywają całe jelito cienkie do 16,5 2 dnia embrionalnego. W miarę tworzenia się klastrów mezenchymalnych komórki nabłonkowe znajdujące się najbliżej klastrów zaczynają wycofywać się z cyklu komórkowego, podczas gdy inne komórki nabłonkowe nadal się namnażają. Te komórki bezpośrednio nad skupiskiem mezenchymalnym, które wycofały się z cyklu komórkowego, zaczynają zmieniać kształt, gdy pojawiające się kosmki wyginają się w świetle. Dalszy wzrost kosmków jest częściowo napędzany przez ciągłą proliferację nabłonka między pojawiającymi się kosmkami. Skupiska mezenchymalne pozostają ściśle przylegające do nabłonka rosnących kosmków i nadal wyrażają różnorodne cząsteczki sygnałowe. Fala wyłaniania się kosmków rozchodzi się wzdłuż długości jelita cienkiego po utworzeniu skupisk mezenchymalnych. W miarę jak jelito nadal rośnie, a obszar międzykosmkowy rozciąga się między pojawiającymi się kosmkami, w sąsiedztwie nabłonka międzykosmkowego tworzą się nowe skupiska mezenchymalne i następują kolejne rundy pojawiania się i wzrostu kosmków6.
Zsynchronizowany rozwój nabłonka i mezenchymy jest niezbędny dla morfogenezy kosmków. Cząsteczki sygnałowe są wydzielane z jednej warstwy do drugiej, gdzie receptory odbierają i przekazują wiadomość sygnałową w celu skoordynowania rozwoju między nabłonkiem a mezenchymą. Klastry mezenchymalne działają jako centra sygnalizacyjne i wyrażają różnorodne morfogeny rozwojowe7-10. Zakłócenie tworzenia się klastrów lub wzorca powoduje utratę wyłaniania się kosmków i wzorca. Hamowanie sygnalizacji PDGF skutkuje mniejszą liczbą skupisk i mniejszą liczbą kosmków, a te kosmki, które się tworzą, są zniekształcone po nieprawidłowych klastrach11. Utrata sygnalizacji Hedgehog powoduje całkowitą utratę tworzenia klastrów i niepowodzenie wyłaniania się kosmków2,12. Łącznie dane te pokazują, że klastry koordynują rozwój nabłonka kosmków z jego mezenchymalnym rdzeniem.
Korzystając z całego systemu hodowli narządów, jesteśmy w stanie zmienić sygnalizację zaangażowaną w przesłuch klastrów nabłonkowo-mezenchymalnych, aby określić rolę tych sygnałów w morfogenezie kosmków. Dwufotonowe konfokalne przekroje optyczne i rekonstrukcja dają możliwość wizualizacji powstawania gromad i wyłaniania się kosmków w trzech wymiarach oraz lepszego zrozumienia relacji przestrzennych między gromadami mezenchymalnymi a leżącym nad nimi nabłonkiem. Rozszerzając system hodowli na cztery wymiary, możemy uchwycić stosy z rozwijających się klastrów i kosmków w czasie i obserwować te interakcje. Ostatecznie możliwość śledzenia rozwoju kosmków w ten sposób i obserwowania zmian zachodzących przy zmienionej sygnalizacji zrewolucjonizuje zrozumienie nabłonkowych interakcji mezenchymalnych w morfogenezie kosmków.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Wszystkie myszy były traktowane humanitarnie, korzystając z protokołów zatwierdzonych przez Jednostkę Szkoły Medycznej Uniwersytetu Michigan dla Laboratoryjnej Medycyny Zwierząt i zgodnie z wytycznymi Uniwersyteckiego Komitetu ds. Użytkowania i Opieki nad Zwierzętami.
1. Cały system hodowli narządów
2. Obrazowanie jelit nieruchomych
3. Obrazowanie na żywo całych jelit
Jelita pobrane od płodów po E12.5, z nienaruszoną połączoną siecią komórkową, pomyślnie rozwijają kosmki w hodowli przy użyciu powyższego systemu. W związku z tym ten system ex vivo pozwala na uchwycenie obrazów na żywo przekroju z rozwijających się jelit, które można zrekonstruować w celu uzyskania trójwymiarowego obrazu morfogenezy w czasie.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Hodowla całych eksplantów jelit płodowych pozwala na analizę lokalizacji, rozkładu i czasu trwania działania cząsteczek sygnałowych koordynujących rozwój jelit, ponieważ system ten umożliwia manipulowanie sygnalizacją za pomocą odczynników farmakologicznych lub białek rekombinowanych. System hodowli transwell (Rycina 1A, powielona z Walton et al., 2012)2 zapewnia interfejs powietrze-ciecz, co umożliwia umieszczenie na tkance kulek agarozowych nasączonych lekiem lub białkiem, a tym sam...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dynamiczna natura i złożone interakcje tkankowe rozwijającego się jelita wymagają wizualizacji 3D, aby w pełni docenić te zdarzenia morfogenetyczne. Wraz z rozwijającą się technologią obrazowania rozwija się/poprawia zdolność do szczegółowego badania morfogenezy kosmków, a wraz z nią znacznie zwiększa się zrozumienie komunikacji przestrzennej i interakcji podczas organogenezy.
Przetestowano również alternatywne metody hodowli całych jelit, ale system transwell pozostaje najbardziej niezawodny ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów finansowych.
Z wdzięcznością dziękujemy dr Deborah L. Gumucio jako naszemu doradcy i za jej nieocenione wsparcie w definiowaniu metod hodowli i obrazowania. Dziękujemy również dr Jimowi Brodie, dr Hong-Xiang Lu, dr Charlotte Mistretta i dr Ann Grosse za ich wkład w rozwój całego systemu hodowli narządów jelita. Pomocne dyskusje na temat obrazowania dostarczyły doskonałych rad od dr Chipa Montrose'a, Michaela Czerwinskiego i Sashy Meshinchi. Wszystkie obrazowania zostały wykonane w Laboratorium Mikroskopii i Analizy Obrazu na Uniwersytecie Michigan. Wsparcia finansowego udzielił NIH R01 DK065850.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Cienkie kleszcze preparacyjne | Narzędzia naukowe | 11254-20 | 2 pary |
| 70% etanolu | |||
| 1x sterylna sól fizjologiczna buforowana fosforanem Dulbecco (DPBS) | Gibco | 14040-133 | 500 ml |
| Płytki 6-dołkowe | Costar | 3516 | |
| Płytki 24-dołkowe Costar | 3524 | ||
| Szalki Petriego 60 x 15 mm | Sokół | ||
| Płyty Transwell, wkładki 24 mm, membrany poliwęglanowe 8,0 mm | Corning Costar | 3428 | 6 wkładek na płytkę |
| BGJb media | Invitrogen | 12591-038 | 500 ml |
| PenStrep (10 000 j./ml penicyliny; 10 000 mg/ml streptomycyny) | Gibco | 15140 | |
| Kwas askorbinowy | Sigma | A0278 | przygotować 5 mg/ml bulionu, przefiltrować, podwielokrotność i przechowywać w temperaturze -20 &; C |
| Pipeta ustna (zespół rurki aspiratora Drummond 1-15 cali) | Fisher | 21-180-10 | Wyjmij zespół aspiratora i zastąp go 1,000 &mikro; l końcówka pipety, która działa jak adapter do podłączenia 6-calowej szklanej pipety Pasteura. |
| 6-calowe szklane pipety | |||
| Rurki kapilarne | World Precision Instruments | TW100F-4 | pull to needles |
| 4% Paraformaldehyd | wykonany w 1 x PBS, pH do 7,3 | ||
| Płytki hodowlane | Sokół | ||
| Zakup ekranu ze stali nierdzewnej o drobnych oczkach | w sklepie | ||
| Membrany poliwęglanowe | Thomas scientific | 4663H25 | alternatywnie, odetnij membrany Corning Costar 3428 z podpór transwell |
| Natychmiastowy zakup kleju | w sklepie z narzędziami | najlepiej | |
| żelu 35 x 10 mm Falcon | |||
| 7% agarozy | Sigma | A9414 | przygotować w/v w 1x DPBS, podgrzewanie do rozpuszczenia w kąpieli wodnej |
| minutien pins | Fine Science Tools | 26002-20 | |
| Pożywka bez czerwieni fenolowej (DMEM) | Gibco | 21063-029 | |
| Ksylazyna (100 mg/ml) | AnaSed | 139-236 | |
| Matrigel | BD | 356231 | matryca błony podstawnej, obniżony czynnik wzrostu, wolny od czerwieni fenolowej |
| 3-4% agarozy | Sigma | A9414 | przygotować w/v w 1x DPBS, podgrzewanie do rozpuszczenia w kąpieli wodnej |
| Obrazowanie jelit | |||
| Nazwa materiału/sprzętu | Firma | Numer katalogowy | Uwagi/Opis |
| wazelina | zakupiona w aptece | używana do produkcji VALAP: równe części wazeliny, lanoliny, parafiny | |
| lanoliny | Sigma | L7387 | używany do produkcji VALAP: równe części wazeliny, lanoliny, parafiny parafinowej |
| Surgipath | 39601006 | używany do produkcji VALAP: równe części wazeliny, lanoliny, parafiny | |
| 70% glicerolu w 1 x PBS | |||
| Focus clear i Mount Clear | CelExplorer Labs Co. | F101-KIT | |
| Zakup plasteliny | artykułami plastycznymi | ||
| podwójna taśma | |||
| aplikator waciki plastikowe | |||
| formy, 10 mm x 10 mm x 5 mm) | Tissue Tek | 4565 | |
| szkiełka | |||
| nakrywkowe | |||
| chusteczki laboratoryjne | Kimberly Clark | 34155 | niestrzępiąca się delikatna chusteczka zadaniowa |
| Wykres inscenizacji Theiler | http://www.emouseatlas.org/emap/ema/theiler_stages/ pliki do pobrania/theiler2.pdf | ||
| Mikroskop konfokalny Leica SP5X | Leica | Służy do wykonywania zdjęć na żywo | |
| Stojak Leica DMI 6000 | Leica | Służy do wykonywania zdjęć na żywo | |
| Wodne podłoże montażowe (Prolong Gold) | Sondy molekularne | P36930 | |
| Nazwa firmy: materiał/sprzęt | Numer katalogowy | Komentarze/Opis | |
| Płytka 24-dołkowa | Costar | 3524 | |
| Triton X-100 | Sigma | T-8787 | używany do wytwarzania roztworu przepuszczalności: 0,5% Triton X-100 w 1 x |
| PBS Kozia surowica | używana do wytwarzania roztworu blokującego: 4% surowicy koziej, 0,1% Tween20 w 1x PBS | ||
| Tween20 | Sigma | Zobacz materiał P9416 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.