$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Ślimak ssaków jest wysoce uporządkowanym, złożonym organem. U myszy, pomiędzy wyłonieniem się prymitywnego ucha wewnętrznego z pęcherzyka usznego w dniu E11 a zakończeniem programu rozwojowego we wczesnych stadiach posturodzeniowych, zachodzi wiele fal sygnalizacji komórkowej i skoordynowanych zmian w ekspresji genów. Od podstawy do wierzchołka przewodu ślimakowego biegnie nabłonek czuciowy wykrywający dźwięk, czyli narząd Cortiego. Rozwój narządu Cortiego jest doskonale kontrolowany w taki sposób, że pod koniec rozwoju będzie on składał się z pojedynczego rzędu wewnętrznych komórek rzęsatych, trzech rzędów zewnętrznych komórek rzęsatych przeplatanych pięcioma rzędami komórek podporowych (dwa rzędy komórek filarowych, trzy rzędy komórek Deitera)1. Odchylenie od tej precyzyjnej kolejności powoduje utratę słuchu, co podkreśla znaczenie badania genezy i wzorca nabłonka czuciowego2.
Hodowla in vitro ślimaka embrionalnego myszy jest niezbędnym narzędziem w badaniu mechanizmów rozwoju narządu Cortiego. Technika ta została opracowana w 1974 roku i w ciągu ostatnich 40 lat była wykorzystywana do wyjaśnienia wielu mechanizmów, za pomocą których określa się nabłonek czuciowy i ustanawia się narząd Cortiego3. Ślimak jest złożonym narządem o dynamicznych procesach rozwojowych; Manipulacja może trwać nawet siedem dni, aby zamanifestować1. Na przykład, po dodaniu inhibitorów GSK 3β do hodowli eksplantatów ślimaka w temperaturze E13, optymalny okres inkubacji w celu zaobserwowania silnego działania związku wynosi sześć dni4.
Obrazowanie na żywo rozwijającego się ślimaka pozwala na badanie zmian w morfologii organu Cortiego, zmian w ekspresji genów, śledzenia migrujących, proliferujących lub umierających komórek, a także pozwala na obserwację w czasie rzeczywistym wyników działania środków farmaceutycznych i zakłócania szlaków sygnałowych. Do tej pory obrazowanie ślimaka na żywo było wykonywane głównie przy użyciu mikroskopii konfokalnej do obrazowania małych obszarów narządu Cortiego w krótkich okresach czasu5-8, ale technika ta ma ograniczenia ze względu na żywotność eksplantatu. W obrazowaniu wpływu długoterminowych manipulacji na powolne procesy rozwojowe kluczowe znaczenie ma środowisko obrazowania. Zazwyczaj konfokalny system obrazowania na żywo wykorzystuje nawilżone plastikowe pudełko, które umieszcza się na mikroskopie. Ciepło i wilgoć mogą uciekać przez szczeliny w komorze inkubacyjnej, gdzie stykają się ze stołem mikroskopu, przez okna dostępu, przez otwory na zawiasach oraz przez szczeliny wokół różnych części mikroskopu, takich jak obiektyw lub źródło światła. Nie jest to optymalne dla utrzymania zdrowych eksplantatów przez więcej niż dwa lub trzy dni.
Definiujemy 'mikroskop inkubatorowy' jako odwrócony mikroskop zamknięty wewnątrz standardowego inkubatoraCO2, a nie inkubator zbudowany wokół mikroskopu. Mikroskop w inkubatorze wydłuża czas trwania eksperymentu w taki sposób, że zamiast obrazowania przez dwa lub trzy dni, próbki mogą być obrazowane przez okres do dwóch tygodni. Mikroskop w inkubatorze zapewnia doskonałe środowisko do wzrostu i różnicowania komórek, przy minimalnych zakłóceniach hodowli eksplantatów i standardowych kontrolowanych warunkach. W badaniach, które odbywają się przez wiele dni, często stosuje się codzienne pobieranie próbek obrazowych, wyjmując je z inkubatora i przenosząc do odwróconego mikroskopu fluorescencyjnego. Chociaż takie podejście może być skuteczne, wyjęcie szalek z inkubatora powoduje stres we wrażliwej rozwijającej się tkance. Zmiany kwasowości podłoża hodowlanego i wahania temperatury spowodowane wyjęciem z inkubatora mogą skutkować nieoptymalnym rozwojem i niezdrowym stanem tkanek. Obrazowanie tego samego obszaru w tej samej płaszczyźnie ogniskowej i w tej samej orientacji w każdym punkcie czasowym jest niezwykle trudne. Dzięki zastosowaniu zautomatyzowanego systemu w inkubatorze możliwe jest utrzymanie zdrowych tkanek, zbieranie obrazów w większej liczbie punktów czasowych i zapewnienie, że ten sam obszar zostanie uchwycony w każdej klatce. W ostatnich latach opracowano kilka zintegrowanych inkubatorów tkanek pod mikroskopem, które okazały się przydatne nie tylko w praktyce klinicznej9, ale także w badaniach nad komórkami macierzystymi i nowotworami10,11.
Tutaj prezentujemy protokół długoterminowego obrazowania na żywo embrionalnych eksplantatów ślimakowych myszy. Używamy zautomatyzowanego systemu mikroskopowego wewnątrz standardowego inkubatoraCO2, który ma możliwość rejestrowania obrazów wielu próbek w określonych punktach czasowych. System składa się z odwróconego mikroskopu umieszczonego wewnątrz inkubatora. Próbki są umieszczane na obrotowym podium, które umożliwia obrazowanie wielu próbek w każdym punkcie czasowym. Oświetlenie, przechwytywanie obrazu i obracanie podestu są kontrolowane przez zautomatyzowany system obsługiwany przez oprogramowanie Metamorph. Ustawiając procedurę obrazowania za pomocą oprogramowania operacyjnego, możemy ustawić eksperyment tak, aby trwał do dwóch tygodni przy minimalnej interwencji człowieka. W tym przykładzie używamy zarówno jasnego pola, jak i fluorescencji, aby pokazać wielkoskalowy wzrost i rearanżację ślimaka, a konkretnie regionu prosensorycznego. W tym eksperymencie ślimaki zostaną wypreparowane od myszy reporterowych Sox2EGFP w dniu embrionalnym E13. Zostaną założone kultury in vitro, a następnie zobrazowane w ciągu pięciu dni.