Ten artykuł przedstawia zaktualizowane podejście do klasycznego systemu chimery kury przepiórczej do badania formowania się narządów, poprzez połączenie nowatorskich procedur eksperymentalnych in vitro i in ovo.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten artykuł przedstawia zaktualizowane podejście do klasycznego systemu chimery kury przepiórczej do badania formowania się narządów, poprzez połączenie nowatorskich procedur eksperymentalnych in vitro i in ovo.
Ptasi embrion, jako model eksperymentalny, miał ogromne znaczenie dla przełomowych odkryć w biologii rozwojowej. Wśród kilku podejść, tworzenie chimer kur przepiórczych i wykorzystanie błony kosmówkowo-omoczniowej (CAM) do podtrzymywania rozwoju tkanek ektopowych sięga ubiegłego wieku. Obecnie połączenie tych klasycznych technik z najnowszymi metodologiami in vitro stwarza nowe perspektywy dalszego badania nad powstawaniem narządów.
Tutaj opisujemy dwuetapowe podejście do badania wczesnych i późnych etapów organogenezy. Krótko mówiąc, region embrionalny zawierający przypuszczalne terytorium narządu izoluje się z zarodków przepiórek i hoduje in vitro w systemie organotypowym (do 48 godzin). Wyhodowane tkanki są następnie szczepione na CAM zarodka kurczaka. Po 10 dniach rozwoju in ovo uzyskuje się w pełni uformowane narządy z przeszczepionych tkanek. Metoda ta pozwala również na modulację szlaków sygnałowych poprzez regularne podawanie środków farmakologicznych i manipulację genetyczną tkanek na wszystkich etapach rozwoju in vitro i in ovo. Dodatkowo, rozwijające się tkanki mogą być pobierane w dowolnym oknie czasowym w celu przeanalizowania ich profilu ekspresji genów (przy użyciu ilościowego PCR (qPCR), mikromacierzy itp.) i morfologii (ocenianej za pomocą konwencjonalnej histologii i immunochemii).
Opisana procedura eksperymentalna może być używana jako narzędzie do śledzenia procesu tworzenia się narządów poza zarodkiem ptaka, od wczesnych etapów organogenezy do w pełni ukształtowanych i funkcjonalnych organów.
Ptasie embriony były szeroko wykorzystywane w badaniach nad biologią rozwojową. Do głównych zalet ptasiego modelu należy możliwość otwarcia komórki jajowej, stosunkowo łatwy dostęp do zarodka oraz możliwość wykonania mikromanipulacji. Niektóre przykłady obejmują klasyczny system chimery przepiórki i kurczaka do badania losu komórki1, zastosowanie specyficznych czynników wzrostu do zarodka2 oraz wzrost ektopowych struktur komórkowych w klasie CAM1,3,4.
Aby uzyskać nowe informacje na temat różnych etapów tworzenia się narządów, niedawno opracowaliśmy metodę, która łączy techniki szczepienia z manipulacją in vitro tkanek embrionalnych5. Podejście dwuetapowe umożliwia rozróżnianie i badanie zarówno wczesnych, jak i późnych etapów organogenezy, które często są ograniczone ze względu na wysoce dynamiczne i złożone interakcje tkankowe2. Co więcej, brak odpowiednich markerów specyficznych dla tkanek często ogranicza stosowanie genetycznie modyfikowanych modeli zwierzęcych6. Ta nowatorska metoda podejścia dwuetapowego w dużej mierze przezwycięża takie ograniczenia.
Aby zbadać wczesne etapy tworzenia się organów, w pierwszym kroku izoluje się terytorium embrionalne przepiórki, na które składa się przyszły zaczątek narządu, i hoduje się je w systemie organotypowym in vitro przez 48 godzin. W tym okresie farmakologiczną modulację określonych szlaków sygnałowych można przeprowadzić, dodając leki do pożywki hodowlanej5,7. Dodatkowo, hodowane tkanki mogą być pobierane na dowolnym etapie wzrostu in vitro i badane pod kątem ekspresji genów (przy użyciu metod takich jak qPCR, mikromacierze itp.).
W drugim kroku, 48 tkanek hodowanych przez h jest następnie szczepionych na CAM zarodka kurczaka (c) w dniu embrionalnym (E) 8 (cE8) (Hamburger i Hamilton (HH)-etapy 33-35)8. CAM zachowuje się jak naczyniowy dostawca składników odżywczych i umożliwia wymianę gazową1,3,4 do przeszczepionych tkanek, umożliwiając jego rozwój in ovo przez dłuższy czas. Ten eksperymentalny etap jest szczególnie przydatny do badania późnych etapów organogenezy, ponieważ w pełni uformowane narządy można uzyskać po 10 dniach rozwoju in ovo 5,9,10,11. Analiza morfologiczna jest łatwo przeprowadzana przez konwencjonalną histologię w celu potwierdzenia, że prawidłowe tworzenie narządów i pochodzenie komórek dawcy można zidentyfikować za pomocą immunohistochemii przy użyciu przeciwciał specyficznych dla gatunku (tj. MAb Quail PeriNuclear (QCPN)). W okresie inkubacji CAM przeszczepy mogą być również hodowane w obecności środków farmakologicznych i pobierane na każdym etapie rozwoju w celu oceny postępu organogenezy.
Dwuetapowe podejście, opisane tutaj szczegółowo, zostało już zastosowane w Figueiredo et al.5, aby zbadać rozwój ptasich przytarczyc/grasicy. W związku z tym poniżej zostaną przedstawione nieodłączne cechy terytoriów embrionalnych i etapów rozwoju zaangażowanych w organogenezę grasicy i przytarczyc.
Nabłonek grasicy i przytarczyc, choć funkcjonalnie odrębny, wywodzi się z endodermy woreczków gardłowych (PP)12. U ptaków nabłonek tych narządów wywodzi się z trzeciej i czwartej endodermy PP (3/4PP)12, podczas gdy u ssaków nabłonek grasicy wywodzi się od 3PP, a nabłonek przytarczyc wywodzi się odpowiednio od 3PP i 3/4PP u myszy i człowieka13,14.
Jednym z najwcześniejszych etapów powstawania tych organów jest pojawienie się odrębnych domen grasicy i przytarczyc we wspólnym zawiązku. U kurczaków domeny te można zidentyfikować poprzez hybrydyzację in situ, ze specyficznymi markerami molekularnymi, w E4.515. W miarę postępu rozwoju te podstawy narządów indywidualizują się i oddzielają od gardła, podczas gdy otacza je cienka torebka mezenchymalna, utworzona przez komórki wywodzące się z grzebienia nerwowego (w E5; GG-scena 27). Później nabłonek grasicy jest kolonizowany przez hematopoetyczne komórki progenitorowe (w E6,5; GG-etap 30)12.
Podobnie jak w klasycznych badaniach nad kurczakami przepiórczymi1,12, podejście dwuetapowe jest szczególnie przydatne do badania powstawania narządów krwiotwórczych/limfatycznych, a mianowicie grasicy5. Ponieważ eksplant przepiórki, wraz z zaczątkiem narządu, jest szczepiony w zarodku kurczaka przed kolonizacją hematopoetycznych komórek progenitorowych, tworzy się chimeryczna grasica z komórkami progenitorowymi krwi kurczaka infiltrującymi nabłonek grasicy przepiórki. Metoda ta jest zatem użytecznym narzędziem do badania udziału komórek krwiotwórczych w rozwoju ptasiego układu krwiotwórczego/limfatycznego.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie te eksperymenty są zgodne z zasadami etycznymi Centro Académico de Medicina de Lisboa.
1. Inkubacja zapłodnionych jaj przepiórczych i kurzych
2. Izolacja regionu embrionalnego przepiórki, zawierającego przypuszczalne terytorium zaczątków grasicy i przytarczyc
Uwaga: Wykonuj procedury manipulacji jajami w sterylnych warunkach, używając poziomego kaptura z przepływem laminarnym oraz sterylizowanych narzędzi i materiałów.
3. Test organotypowy in vitro: hodowla regionu embrionalnego zawierającego przypuszczalne terytorium zaczątków grasicy i przytarczyc
4. Przygotowanie CAM
5. Szczepienie hodowanych eksplantatów na CAM
6. Formacja narządów ektopowych w CAM po 10 dniach rozwoju in ovo
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisany powyżej protokół szczegółowo przedstawia metodę umożliwiającą badanie zarówno wczesnych, jak i późnych etapów organogenezy, które są często ograniczone przez złożone interakcje komórkowe i molekularne.
Metoda ta została wcześniej zastosowana przez Figueiredo et al.5 w celu wyjaśnienia roli sygnalizacji Notch i Hh w rozwoju wspólnego prymordium przytarczyc i grasicy u ptaków.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Kluczowym aspektem dla powodzenia tej metody jest jakość zarówno jaj kurzych, jak i przepiórczych. Biorąc pod uwagę długie okresy inkubacji, szczególnie podczas testu in ovo , dobra jakość jaj kurzych poprawia wskaźniki żywotności (do 90%) pod koniec procedury. Aby to osiągnąć, przetestuj jaja od różnych dostawców. Wysiaduj niemanipulowane jaja przez długi czas (do 16-17 dni) i sprawdzaj ich rozwój. Aby można było uznać partię za partię dobrej jakości, ponad 80% zarodków powinno wykazywać prawidłowy rozwój. Ważn...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Autorzy są wdzięczni António Cidadão, Isabel Alcobia i Leonor Parreira za krytyczną lekturę rękopisu, Padmie Akkapeddi za narrację wideo oraz Vitorowi Proa z Histology Service of the Instituto de Histologia e Biologia do Desenvolvimento, Faculdade de Medicina de Lisboa, Universidade de Lisboa, za wsparcie techniczne. Jesteśmy szczególnie wdzięczni Paulo Caeiro i Hugo Silvie z Unidade de audiovisuais (Jednostka Audiowizualna), Faculdade de Medicina de Lisboa, Universidade de Lisboa za ich wyjątkowe zaangażowanie w produkcję tego filmu. Dziękujemy firmie Leica Microsystems za udostępnienie stereoskopu wyposażonego w system wideo oraz firmie Interaves - Sociedade Agro-Pecuária, S.A. za pomoc w zakresie jaj zapłodnionych przepiórkami. Prace te były wspierane przez Faculdade de Medicina de Lisboa, Universidade de Lisboa (FMUL).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Jaja zapłodnione przez kury (Gallus gallus) | Pintobar, Portugalia | Ferma drobiu | |
| Jaja zapłodnione przepiórcze (Coturnix coturnix) | Interaves, Portugalia | Ferma ptaków | |
| Probówki wirówkowe 15 ml PP | Corning | 430052 | |
| Probówki wirówkowe PP 50 ml | Corning | 430290 | |
| Naczynia pyrexowe 60 x 20 mm | Grupa Duran 21 | 755 41 | |
| Naczynia pyrex 100 x 20 mm | Duran 21 | 755 48 | |
| Wkładka membranowa z poliwęglanu | Transwell Corning | 3412 | 24 mm z wkładką z membrany poliwęglanowej o porach 0,4 mm |
| Filtr membranowy | Millipore | DTTP01300 | 0,6 mm Filtr membranowy Isopore |
| 6-dołkowe płytki hodowlane | Nunc, Thermo Fisher Scientific | 140675 | |
| szalka Petriego, 35 x 10 mm | Sigma-Aldrich | P5112 | |
| Miski z Pyrexu z supermarketu | |||
| Pipety transferowe | Samco Scientific, Thermo Fisher Scientific | 2041S | Pipeta plastikowa 2 ml |
| Szklana pipeta Pasteura | normax | 5426015 | |
| Whatman Jakościowa bibuła filtracyjna | Sigma-Aldrich | WHA1001090 | Bibuła filtracyjna |
| Przezroczysta taśma | z supermarketu | ||
| Cytokeratyna (pan; kwaśna i zasadowa, cytokeratyny typu I i II), klon Lu-5 | BMA Biomedicals | T-1302 | |
| Hydrat cyklopaminy | Sigma-Aldrich | C4116 | Farmakologiczny inhibitor sygnalizacji Hh |
| Surowica bydlęca | płodu Invitrogen, Thermo Fisher Scientific | Standart FBS | |
| Paraformaldehyd | Sigma-Aldrich | P6148 | |
| Penicylina-Streptomycyna | Invitrogen, Thermo Fisher Scientific | 15140-122 | |
| Sól fizjologiczna buforowana fosforanami (PBS) | GIBCO, Thermo Fisher Scientific | 10010023 | |
| przeciwciał QCPN | Hybridoma Bank | QCPN | |
| RPMI 1640 Medium, Suplement GlutaMAX | GIBCO, Thermo Fisher Scientific | 61870010 | |
| Bluesil RTV141A/B Elastomer silikonowy 1,1 kg Zestaw | ELKEM/Silmid | RH141001KG | Do przygotowania tylnej podstawy pod szalkę |
| Petriego Stemolecule LY411575 | Stemgent | 04-0054 | Farmakologiczny inhibitor sygnalizacyjnego |
| TRIzol | Odczynnik Invitrogen, Thermo Fisher Scientific | 15596026 | Odczynnik do całkowitej izolacji RNA |
| Dumont #5 Kleszcze | Narzędzia do nauki | 11251-30 | Cienkie kleszcze |
| Bardzo cienkie nożyczki Bonn, zakrzywione | Fine Science Tools | 14085-08 | Nożyczki zakrzywione |
| Szpilki do owadów | Fine Science Tools | 26001-30 | |
| Mikroszpatułka | Fine Science Tools | 10087-12 | Łyżka do przeszczepu |
| Minutien Pins | Fine Science Tools | 26002-20 | Mikroskalpel |
| Moria Niklowany uchwyt na szpilki | Fine Science Tools | 26016-12 | Uchwyt |
| Moria Perforowana łyżka | Fine Science Tools | 10370-17 | Skimmer |
| Wecker Nożyczki do oczu | Fine Science Tools | 15010-11 | |
| Aparat | fotograficzny Leica Microsystems | MC170 HD | |
| Stereoskop Leica Microsystems | Mikroskop Leica M80 | ||
| Leica Microsystems | Zobacz materiał DM2500 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.