$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Badania nad rozwojem serca ogromnie skorzystały z pojawienia się transgenicznych systemów modelowych linii zarodkowej, które zidentyfikowały wiele sieci regulacyjnych genów, które kształtują różne linie komórkowe i domeny funkcjonalne w sercu. Jednak określenie, w jaki sposób te sieci genów oddziałują i reagują na warunki mikrośrodowiskowe, w tym sygnały parakrynne/jukstakrynowe i dane biofizyczne (rozciąganie, odkształcenie, przepływ hemodynamiczny), może być trudne. W związku z tym nie zawsze łatwo jest określić, czy fenotyp komórkowy powstaje jako bezpośrednia konsekwencja zaburzeń genetycznych, czy jako wtórny wynik adaptacji do zmian w biomechanice serca lub składzie tkanek wyższego rzędu1,2.
Eksperymenty z szczepieniem, które klasycznie były używane do rozwiązywania problemów związanych z określeniem losu, zaangażowaniem, indukcją i kompetencjami3,4, stanowiłyby idealne podejście do obejścia niektórych wyzwań związanych z definiowaniem autonomicznego wpływu komórki na środowisko w sercu. Niestety, skurcze serca utrudniają standardowe metody przeszczepu. Szybki ruch tkanki często uniemożliwia przeszczepionym komórkom przyleganie do serca, a duże nakłucia tkanek (zwykle wymagane do przeszczepu) często prowadzą do niewydolności serca i śmiertelności zarodka5,6,7. W związku z tym opracowaliśmy ciśnieniowy system mikroiniekcji do precyzyjnej implantacji komórkowej do rozwijającego się serca pisklęcia, omijając opisane wcześniej przeszkody techniczne związane z przeszczepem tkanek8,9. Korzystając z tej techniki, pojedyncze lub małe grupy komórek serca wyizolowanych z zarodka dawcy mogą być mikrowstrzykiwane do różnych regionów serca embrionalnego gospodarza, eliminując potrzebę intensywnego przygotowania gospodarza i duże uszkodzenia tkanki, które powstają przy użyciu standardowych technik przeszczepu. Igły do mikroiniekcji używane do tych badań implantacyjnych mają średnicę zewnętrzną ~30−40 μm, co oznacza, że igła może być umieszczona bezpośrednio w tkance docelowej (tj. Może przenikać przez ścianę zarodkową mięśnia sercowego), a komórki mogą być dostarczane ogniskowo przy minimalnym uszkodzeniu otaczającej tkanki. Protokół może być stosowany do wykonywania różnych manipulacji izotopowych, heterotopowych, izochorycznych i heterochronicznych, zapewniając szybkie, elastyczne i tanie podejście do bezpośredniego badania klasycznych eksperymentalnych paradygmatów embriologicznych w rozwijającym się czterokomorowym sercu.
W protokole opisanym poniżej, oznaczamy komórki dawcy barwnikiem fluorescencyjnym przenikanym przez komórkę, co pozwala na monitorowanie sukcesu eksperymentu z mikroiniekcją w czasie rzeczywistym i dokumentowanie lokalizacji przeszczepionych komórek bez potrzeby dodatkowego barwienia. Należy jednak zauważyć, że takie podejście najlepiej nadaje się do eksperymentów krótkoterminowych (około 48 godzin), ponieważ barwnik fluorescencyjny może zostać utracony w wyniku podziału komórek. W przypadku eksperymentów długoterminowych można zastosować alternatywne podejścia.
Chociaż prezentujemy tę technikę w kontekście rozwoju serca, użyliśmy jej z doskonałym skutkiem do eksperymentów z implantacją komórek do mezodermy, głowy, kończyn i somitów. W związku z tym podstawowe podejście opisane poniżej jest wysoce wykonalne i może być stosowane w różnych układach narządów.