Ten artykuł przedstawia metodę izolowania czystych tkanek embrionalnych z zarodków przepiórek i kurczaków, które mogą być łączone w celu utworzenia chimerycznych organów ex vivo.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten artykuł przedstawia metodę izolowania czystych tkanek embrionalnych z zarodków przepiórek i kurczaków, które mogą być łączone w celu utworzenia chimerycznych organów ex vivo.
Zdolność do izolowania tkanek embrionalnych była niezbędnym krokiem do stworzenia systemu chimery przepiórczo-kurniczej, co z kolei dostarczyło niekwestionowanego wkładu w odkrycie kluczowych procesów w biologii rozwojowej.
Tutaj opisano zoptymalizowaną metodę izolowania tkanek embrionalnych od przepiórek i kurcząt za pomocą mikrochirurgii i trawienia enzymatycznego, zachowując przy tym jej właściwości biologiczne. Po wyizolowaniu tkanki obu gatunków są łączone w teście organotypowym in vitro przez 48 godzin. Tkanki przepiórki i kurczaka można rozróżnić na podstawie odrębnych cech jądrowych i markerów molekularnych, co pozwala na badanie wzajemnych oddziaływań komórkowych między heterospecyficznymi asocjacjami tkanek. Podejście to jest zatem użytecznym narzędziem do badania złożonych interakcji tkankowych w procesach rozwojowych z wysoce dynamicznymi modyfikacjami przestrzennymi, takimi jak te zachodzące podczas morfogenezy gardła i tworzenia narządów pochodzących z endodermy jelita przedniego. To eksperymentalne podejście zostało po raz pierwszy opracowane w celu zbadania interakcji nabłonkowo-mezenchymalnych we wczesnych stadiach tworzenia grasicy. W tym przypadku prospektywne zaczątki grasicy pochodzące z endodermy i mezenchyma pochodząca z mezodermy zostały wyizolowane odpowiednio z zarodków przepiórki i kurczaka.
Zdolność powiązanych tkanek do generowania organów może być dalej testowana poprzez przeszczepienie ich na błonę kosmówkowo-omocznikową (CAM) zarodka kurzego. CAM dostarcza składniki odżywcze i umożliwia wymianę gazową do eksplantowanych tkanek. Po 10 dniach rozwoju in ovo organy chimeryczne mogą być analizowane w zebranych eksplantatach za pomocą konwencjonalnych metod morfologicznych. Procedura ta pozwala również na badanie wkładu specyficznego dla tkanek podczas tworzenia narządu, od jego początkowego rozwoju (rozwój in vitro) do końcowych etapów organogenezy (rozwój in ovo).
Na koniec, ulepszona metoda izolacji zapewnia również trójwymiarowo (3D) zachowane tkanki embrionalne, które mogą być również wykorzystane do wysokorozdzielczej analizy topograficznej wzorców ekspresji genów specyficznych dla tkanki.
Na początku lat siedemdziesiątych Le Douarin opracował elegancki system chimery przepiórczo-kurczętej, otwierając nowe drogi do zrozumienia roli migracji komórek i interakcji komórkowych podczas rozwoju1,2. Model został opracowany w oparciu o założenie, że wymiana komórek między tymi dwoma gatunkami nie zakłóci znacząco embriogenezy, co później zostało potwierdzone, gdy wykorzystano go do badania licznych procesów rozwojowych, w tym powstawania układu nerwowego i krwiotwórczego1. Biorąc za przykład ten ostatni, cykliczne fale hematopoetycznych przodków kolonizujących zaczątki nabłonka grasicy zostały po raz pierwszy zaobserwowane przy użyciu systemu chimery przepiórczo-kurzej3. W tym celu prospektywne terytorium grasicy, endodermy trzeciego i czwartego worka gardłowego (3/4PP), zostało mechanicznie i enzymatycznie wyizolowane z zarodków przepiórek (q) w stadium od 15 do 30 somitów [dzień embrionalny (E) 1,5-E2,5]. Te etapy odpowiadają kurczakowi, Hamburgerowi i Hamilton4 (HH) - etapy 12-17. Procedury izolacji rozpoczęły się od użycia trypsyny w celu enzymatycznego oddzielenia endodermy od przyłączonej mezenchymy. Wyizolowaną endodermę wszczepiono w obszar somatopleury zarodka kurczaka gospodarza (c) w E3-E3.5 (HH-stopnie 20-21). Ta heterologiczna mezenchyma została uznana za "permisywną" dla rozwoju nabłonka grasicy, przyczyniając się również do tworzenia narządów3. Następnie, kolejne fale komórek progenitorowych przenoszonych przez krew gospodarza kurczaka infiltrowały nabłonkowy odpowiednik grasicy dawcy przepiórki, przyczyniając się do powstania grasicy w zarodku gospodarza3.
Niedawno udowodniono, że zmodyfikowana wersja tego podejścia jest również ważna dla badania interakcji nabłonkowo-mezenchymalnych we wczesnych stadiach powstawania grasicy5. W związku z tym tkanki biorące udział w tworzeniu ektopowej grasicy w zarodkach chimerycznych3 zostały wyizolowane, zarówno od zarodków dawcy, jak i gospodarza, i powiązane ex vivo. Ulepszony protokół zastosowano do wyizolowania endodermy przepiórki 3/4PP (E2.5-E3) i mezodermy somatopleury kurczaka (E2.5-E3). Krótko mówiąc, tkanki embrionalne wyizolowano za pomocą mikrochirurgii i poddano trawieniu pankreatyną in vitro. Zoptymalizowano również warunki trawienia enzymatycznego, temperaturę i czas inkubacji w zależności od typu tkanki i etapu rozwojowego (tab. 1).
Następnie, wyizolowane tkanki zostały powiązane w organotypowym systemie in vitro przez 48 godzin, jak wcześniej informowano5,6. Asocjacja tkanek in vitro naśladuje lokalne interakcje komórkowe w zarodku, pokonując pewne ograniczenia manipulacji in vivo. System ten jest szczególnie przydatny do badania interakcji komórkowych w złożonych zdarzeniach morfogennych, takich jak rozwój aparatu gardłowego.
Udział każdej tkanki w histogenezie grasicy, jak również zdolność heterospecyficznego związku do generowania grasicy, można dalej badać za pomocą metodologii CAM, wcześniej szczegółowo opisanej5,7,8. Krótko mówiąc, wyhodowane tkanki przeszczepiono do CAM zarodków cE8 i pozostawiono do rozwoju in ovo przez 10 dni. Następnie tworzenie się grasicy oceniono za pomocą analizy morfologicznej w zebranych eksplantatach. Podobnie jak w klasycznych badaniach nad kurczakami przepiórczymi i kurczakami3, nabłonek grasicy przepiórki został skolonizowany przez hematopoetyczne komórki progenitorowe (HPC) pochodzące z zarodka kurczaka, które, jak później wykazano, przyczyniają się do rozwoju narządów9,10. HPC migrowały z zarodka do ektopowej chimerycznej grasicy przez wysoce unaczynioną CAM5,7,8. Nabłonek grasicy pochodzący z przepiórki można zidentyfikować za pomocą immunohistochemii przy użyciu przeciwciał specyficznych dla gatunku (tj. QCPN-MAb Quail PeriNuclear), pokonując potrzebę markerów molekularnych specyficznych dla tkanki.
Ta eksperymentalna metoda, jako dwuetapowe podejście opisane w poprzedniej publikacji8, pozwala na modulację szlaków sygnałowych poprzez regularne podawanie środków farmakologicznych podczas rozwoju in vitro i in ovo. Eksplantaty można również zbierać w dowolnym momencie trwania eksperymentu8.
Na koniec, opisany tutaj protokół izolacji pozwala na zachowanie naturalnych właściwości i architektury 3D tkanek embrionalnych, szczególnie przydatny do szczegółowego opisywania in situ wzorców ekspresji genów na terytoriach embrionalnych, które w inny sposób byłyby niedostępne konwencjonalnymi metodami. Ponadto metody analizy transkryptomu, w tym sekwencjonowanie RNA lub mikromacierze, mogą być również stosowane w izolowanych tkankach bez konieczności stosowania markerów genetycznych, zapewniając jednocześnie specyficzną dla tkanki wysokoprzepustową analizę "omiczną".
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 przepiórek i jaj kurzych
2. Izolacja endodermy przepiórczej zawierającej prospektywną domenę zaczątka grasicy
UWAGA: Używaj poziomego kaptura z przepływem laminarnym oraz wysterylizowanych narzędzi i materiałów do procedur manipulacji jajami w sterylnych warunkach.
3. Izolacja mezodermy somatopleura kurczaka
UWAGA: Wykonuj procedury manipulacji jajami w sterylnych warunkach, używając poziomego kaptura z przepływem laminarnym oraz wysterylizowanych narzędzi i materiałów.
4. Test organotypowy in vitro: heterospecyficzny związek endodermy 3/4PP przepiórki i mezodermy somatopleura kurczaka
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół szczegółowo opisuje metodę izolacji tkanek embrionalnych ptaków, które mają zostać wykorzystane w kilku podejściach technicznych z zakresu biologii komórkowej i rozwojowej. Metoda ta była wcześniej stosowana do badania oddziaływań nabłonkowo-mezenchymalnych podczas wczesnych etapów formowania się grasicy5. W niniejszym opracowaniu, przy zastosowaniu podobnych podejść, zaprezentowano nowe wyniki na Rysunku 1 oraz
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisana tutaj procedura izolacji tkanek embrionalnych została ulepszona w stosunku do poprzednich technik w celu wytworzenia chimerycznych zarodków kury przepiórczejw różnych kontekstach biologicznych 3,5,6.
Podejście to jest odpowiednie do izolowania czystych tkanek embrionalnych bez konieczności manipulacji genetycznej lub stosowania markerów specyficznych dla tkanki, które często są nieokreślone, c...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Autorzy są wdzięczni Isabel Alcobia za krytyczną lekturę rękopisu, Mário Henriquesowi za narrację wideo oraz Vitorowi Proa z Działu Histologii 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 zapłodnionych jaj przepiórczych. 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 pyrexowe 100 x 20 mm | Grupa Duran 21 | 755 48 | |
| Siatka metalowa | Goodfellows | o drobnych oczkach siatka ze stali nierdzewnej | |
| Filtr membranowy | Milipore | DTTP01300 | 0,6 mm Izoporowy filtr membranowy |
| szalka Petriego, 35 x 10 mm | Sigma-Aldrich | P5112 | |
| Miski z pyresuku 60 x 30 mm (małe rozmiary) | z supermarketu | ||
| Miski pyrexowe 100 x 50 mm (duży rozmiar) | z supermarketu | ||
| Pipety transferowe | Samco Scientific, Thermo Fisher Scientific | 2041S | Pipeta plastikowa 2 ml |
| Szklana pipeta Pasteura | Normax | 5426015 | |
| Przezroczysta taśma | z supermarketu | ||
| Cytokeratyna (pan; kwaśna i zasadowa, cytokeratyny typu I i II), klon Lu-5 | BMA Biomedicals | T-1302 | |
| Płodowa surowica bydlęca | Invitrogen, Thermo Fisher Scientific | Standart FBS | |
| Pancreatin | Sigma-Aldrich | P-3292 | Przygotować roztwór o stężeniu 25 mg/ml zgodnie z instrukcjami producenta; odwirować i przefiltrować przed podaniem i przechowywać w temperaturze -20°C. Podwielokrotności można przechowywać w stanie zamrożonym przez kilka lat. |
| 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 | 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 |
| Dumont #5 Kleszcze | Fine Science Tools | 11251-30 | Cienkie kleszcze |
| Bardzo cienkie nożyczki Bonn, zakrzywione | Fine Science Tools | 14085-08 | Nożyczki zakrzywione |
| Szpilki do owadów | Fine Science Tools | 26001-30 | 0,3 mm Szpilka ze stali nierdzewnej |
| Mikroszpatułka | Fine Science Tools | 10087-12 | Łyżka do przeszczepu |
| Minutien Pins | Fine Science Tools | 26002-20 | 0,2 mm Mikroskalpel ze stali nierdzewnej |
| Szpilki Minutien Fine | Science Tools | 26002-10 | 0,1 mm Mikroskalpel ze stali nierdzewnej |
| Moria Niklowany uchwyt na szpilki | Fine Science Tools | 26016-12 | Niklowany uchwyt na szpilki |
| Moria Perforowana łyżka | Fine Science Tools | 10370-17 | Skimmer |
| Wecker Eye Scissor | Fine Science Tools | 15010-11 | |
| Aparat | fotograficzny Leica Microsystems | Mikroskop MC170 HD | |
| Leica Microsystems | DM2500 | ||
| NanoZoomer S360 Cyfrowy Skaner slajdów | Hamamatsu Photonics | C13220-01 | |
| Stereoskop | Leica Microsystems | Leica M80 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.