Tutaj opisujemy metodę ogrzewania zeszklonych ludzkich blastocyst, hodowli ich przez okres implantacji in vitro, trawienia ich do pojedynczych komórek i zbierania wczesnych komórek trofoblastu do dalszych badań.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj opisujemy metodę ogrzewania zeszklonych ludzkich blastocyst, hodowli ich przez okres implantacji in vitro, trawienia ich do pojedynczych komórek i zbierania wczesnych komórek trofoblastu do dalszych badań.
Ludzka implantacja i pojawienie się wczesnego łożyska są historycznie trudne do zbadania i pozostają w dużej mierze nieznane, ponieważ ludzkie tkanki są niedostępne na tym etapie, kiedy ciąża jest klinicznie niewykrywalna. Modele zwierzęce są nieodpowiednie, ponieważ ludzkie łożysko ma swoje unikalne cechy w porównaniu z innymi ssakami eutheriańskimi. Na przykład ludzkie łożysko wnika głęboko w decidua, a niektóre komórki trofoblastu docierają co najmniej do wewnętrznej jednej trzeciej mięśniówki macicy, podczas gdy inne komórki przebudowują tętnice spiralne macicy. Nawet nasi najbliżsi ewolucyjni przodkowie, naczelne inne niż ludzie, wykazują różnice w morfologii łożyska i interakcjach trofoblastu z matczynymi tkankami dziesiętnymi1,2,3. Uzyskanie przedimplantacyjnych ludzkich embrionów in vitro nie było możliwe aż do lat 80-tych, kiedy kliniczne zapłodnienie in vitro (IVF) zaczęło być rutynową praktyką leczenia niepłodności4. Obecnie ludzkie blastocysty mogą być hodowane in vitro, aby umożliwić selekcję bardziej żywotnych zarodków do transferu, a także umożliwić bezpieczne badania genetyczne. Udoskonalenie technik hodowli zarodków, a także coraz powszechniejsze stosowanie zapłodnienia in vitro zaowocowało wieloma nadwyżkami blastocyst, które pozostają po zakończeniu cykli leczenia pacjenta. Za zgodą pacjenta, zgodą IRB i z pewnymi ograniczeniami, te blastocysty mogą być wykorzystywane do badań naukowych. Stały się one nieocenionym zasobem, który został wykorzystany do wyprowadzenia ludzkich embrionalnych komórek macierzystych5, zrozumienie przejścia wewnętrznej masy komórkowej do embrionalnych komórek macierzystych6,7, a ostatnio zostały z powodzeniem wyhodowane do dnia (D) 13 w celu przebudowy ludzkiej implantacji8,9. Wykorzystując niedawno opracowane metody omiki pojedynczych komórek, dostęp do tkanek ludzkich embrionów w stadium implantacji dał unikalne możliwości opisania mechanizmów molekularnych, które regulują ten wysoce dynamiczny proces różnicowania komórek, które wcześniej były niemożliwe do zbadania10,11,12,13.
Tutaj opisujemy metody użyte w naszej ostatniej publikacji charakteryzującej dynamikę różnicowania trofoblastów podczas implantacji u ludzi12. Protokół ten obejmuje ogrzewanie zeszklonych blastocyst, rozszerzoną hodowlę zarodków do D12 po IVF, trawienie enzymatyczne zarodka na pojedyncze komórki oraz pobieranie komórek do dalszych testów (Ryc. 1). Ten rozszerzony system hodowli wspiera rozwój ludzkiego zarodka w fazie okołoimplantacyjnej bez udziału matki i podsumowuje różnicowanie trofoblastów, które wydaje się zgodne z obserwacjami poczynionymi na podstawie próbek histologicznych wiele lat temu14,15,16,17. Podczas implantacji populacja trofoblastów składa się z co najmniej dwóch typów komórek: monojądrowego cytotrofoblastu progenitorowego (CTB) i terminalnie zróżnicowanego, wielojądrowego syncytiotrofoblastu (STB). Po trawieniu trypsyny CTB są małymi, okrągłymi komórkami, które są morfologicznie nie do odróżnienia od innych linii komórkowych (Rysunek 2A, lewy panel). Oddzielenie CTB od innych linii komórkowych, takich jak epiblast i pierwotna endoderma, można osiągnąć dzięki ich odrębnym profilom transkryptomicznym ujawnionym przez sekwencjonowanie RNA pojedynczej komórki. Komórki syncytiotrofoblastu można łatwo zidentyfikować jako struktury o nieregularnych kształtach, które są znacznie większe niż inne typy komórek i znajdują się głównie na obrzeżach zarodka (Ryc. 2A, środkowy panel; Rysunek 2B, lewy panel). Migrujące komórki trofoblastu (MTB) to kolejna podlinia trofoblastu znaleziona podczas rozszerzonej hodowli zarodka i może być rozpoznana jako pozornie oddalająca się od głównego ciała zarodka (Rysunek 2A, prawy panel, Figura 2B, prawy panel). Trofoblast wędrowny, mimo że wykazuje ekspresję wielu tych samych markerów, co trofoblast kosmkowy (EVT), nie powinien być określany jako EVT, ponieważ struktury kosmkowe w łożysku nie pojawiły się na tym bardzo wczesnym etapie rozwoju.
Eksperymentalnie, udało nam się zebrać małe CTB i duże STB, które są łatwo rozróżnialne po strawieniu zarodków na pojedyncze komórki w D8, D10 i D12 (Rysunek 2A,B). Trofoblasty wędrowne powstają w późniejszych stadiach rozszerzonej hodowli zarodków i mogą być zebrane w D12 przed enzymatycznym trawieniem całego zarodka (Rysunek 2A,B). Poprzez fenotypowe oddzielenie tych trzech podlinii trofoblastu przed analizą pojedynczych komórek, możemy zidentyfikować specyficzne markery transkryptomiczne i określić biologiczną rolę każdego typu komórki. Cytotrofoblast jest wysoce proliferacyjny i działa jako komórki progenitorowe w zaopatrywaniu zróżnicowanych linii STB i MTB10,11,12,13. Syncytiotrofoblast bierze udział w produkcji hormonów łożyskowych w celu utrzymania ciąży i może być również odpowiedzialny za zarodki zagrzebujące się w błonie śluzowej macicy10,11,12,13. Trofoblast wędrowny ma jeszcze silniejsze cechy inwazyjnego, migrującego fenotypu i prawdopodobnie jest odpowiedzialny za głębszą i bardziej rozległą kolonizację endometrium macicy10,11,12,13. Po zdefiniowaniu sygnatury transkryptomicznej każdego typu komórki, analizy grupowania ujawniły również dwa dodatkowe podzbiory komórek, które były morfologicznie nie do odróżnienia od CTB i miały transkryptomy o cechach odpowiednio STB i MTB12. Te komórki w stadium pośrednim są prawdopodobnie w procesie różnicowania się od CTB do podlinii MTB lub STB i zostałyby pominięte, gdyby zarodki były trawione na ślepo, a komórki były rozdzielane przez sam transkryptom.
Opisany tutaj protokół wykorzystuje dwuwymiarowy (2D) system hodowli i może nie być optymalny do wspierania trójwymiarowego (3D) rozwoju strukturalnego, jak sugeruje niedawna publikacja opisująca nowo opracowany system hodowli 3D13. Niemniej jednak w tym systemie 2D zróżnicowanie wczesnego trofoblastu wydaje się być zgodne z obserwacjami poczynionymi na podstawie próbek in vivo14,15,16,17. Protokół ten może być również łatwo zaadaptowany do użycia w niedawno opisanym systemie hodowli 3D13 przy minimalnych zmianach. Wszystkie kroki wykonuje się za pomocą ręcznej pipety do mikromanipulacji z dostępnymi w handlu jednorazowymi końcówkami lub pipety doustnej z drobno wyciągniętej szklanej pipety przymocowanej do gumowej rurki, filtra i ustnika.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie ludzkie embriony zostały oddane za zgodą do wykorzystania w badaniach. Protokoły dotyczące rozszerzonej hodowli ludzkich embrionów zostały zatwierdzone przez Zachodnią Instytucjonalną Komisję Rewizyjną (badanie nr 1179872) i są zgodne z międzynarodowymi wytycznymi. Jakiekolwiek wykorzystanie ludzkich embrionów musi zostać zweryfikowane przez odpowiednie organy etyczne i zarządzające związane z instytucją badawczą stosującą niniejszy protokół.
1. Przygotowanie
2. Ocieplanie zeszklonych embrionów ludzkich D5
UWAGA: Inni producenci mogą mieć nieco inne protokoły zgodnie z ich własną technologią witryfikacji. W stosownych przypadkach zapoznaj się z instrukcją obsługi producenta.
3. Odzyskiwanie ogrzanych zarodków
4. Usuwanie Zona
5. Rozszerzona hodowla blastocysty
6. Opcjonalna kolekcja zużytych nośników
7. Opcjonalna fiksacja dla immunofluorescencji
8. Trawienie jednokomórkowe za pomocą trypsyny
UWAGA: Świeże (nie stałe) zarodki są używane do trawienia pojedynczych komórek.
9. Wybór pojedynczej komórki i pobieranie próbek
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Zdrowe zarodki wykazywały ciągłą proliferację w trakcie przedłużonej hodowli (Rysunek 2B). Zarodki nieprawidłowe zaczęły kurczyć się od zewnętrznych krawędzi i ulegać dezintegracji (Rysunek 2C). Z naszego doświadczenia wynika, że około 75% zarodków przytwierdziło się do dna naczynia pokrytego fibronektyną po 48 h, a stopień przytwierdzenia wzrósł do około 90% do 72 h hodowli. Na sukces przytwierdzenia zarodków może w dużej mierze wpływać początkowa jakość blasto...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opracowanie protokołu hodowli ludzkich embrionów poprzez implantację pozwoliło naukowcom na zbadanie wcześniej niezbadanego okresu rozwoju 8,9. W tym przypadku używamy rozszerzonego systemu hodowli do hodowli ludzkich embrionów i badamy wczesne różnicowanie trofoblastów przed utworzeniem kosmkowego łożyska. Opisane tutaj metody pozwalają nam zebrać różne podlinie gruźlicy do wykorzystania w dalszej analizie pojedynczych komórek. Prace te dają społeczności naukowe...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Chcielibyśmy podziękować wielu pacjentkom z Colorado Center for Reproductive Medicine (CCRM), którzy łaskawie oddali swoje embriony do badań. Chcielibyśmy również podziękować Karen Maruniak i laboratorium klinicznemu w CCRM za pomoc w przetwarzaniu próbek hCG, a także Sue McCormick i jej klinicznemu zespołowi embriologii IVF w CCRM za pomoc w pobieraniu, przechowywaniu, śledzeniu i dawstwie zarodków. Finansowanie zostało zapewnione wewnętrznie przez CCRM.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Sterylna strzykawka NORM JECT Luer Lock | VWR | 53548-019 | Opakowanie 100 |
| inkubatorów CO2 z płaszczem wodnym 3130 lub 3110 Forma Series II | Thermo Fisher Scientific | 13-998-078 | |
| 35 mm Naczynie do hodowli tkankowych Corning Primaria | VWR | 62406-038 | Opakowanie 500 |
| probówek zatrzaskowych 5 ml | VWR | 60819-295 | Opakowanie 25 |
| 60 mm tkanek Corning Primaria naczynie hodowlane | VWR | 25382-687 | Etui na 200 |
| 6-dołkowych naczyń | Agtech Inc. | D18 | Opakowanie zawierające 1, 10 lub 50 |
| kwaśnych roztworów Tyrode'a | Millipore Sigma | T1788 | 100 ml |
| Biotix 1250 µ L końcówki do pipet | VWR | 76322-156 | Zestaw 960 |
| Blast, pożywka do hodowli blastocyst | Origio | 83060010 | 10 ml |
| roztworu do rozcieńczania | Kitazato | VT802 | 1 x 4 ml |
| Jednorazowe pipety Pasteura ze szkła borokrzemianowego | Thermo Fisher Scientific | 1367820D | 5,75 cala. (146 mm); 720/Cs |
| Dulbecco's Sulbecco's Phosphate Buffered Saline | Millipore Sigma | D8537 | |
| Olej parafinowy do hodowli zarodków OvOil | Vitrolife | 10029 | 100 ml |
| probówki Eppendorf PCR 0,2 ml | VWR | 47730-598 | Opakowanie 1 000 |
| probówek Eppendorf PCR 0,5 ml | VWR | 89130-980 | Opakowanie 500 |
| Fibronectin z ludzkiego osocza. Płynny roztwór .1% | Millipore Sigma | F0895 | 1 |
| mg Gilson 1 ml Pipeta | Thermo Fisher Scientific | F123602G | 1 Pipeta 200-1000 &mikro; L |
| Gilson 20 i mikro; L Pipeta | Thermo Fisher Scientific | F123602G | 1 Pipeta 2-20 & mikro; L |
| Gilson 200 & mikro; L Pipeta | Thermo Fisher Scientific | F123602G | 1 Pipeta 50-200 &mikro; L |
| G-MOPS Podłoża manipulacyjne | Vitrolife | 10129 | 125 ml |
| Podłoża manipulacyjne | Origio | 83100060 | 60 ml |
| Ibidi 8 dobrze komorowe szkiełko nakrywkowe | Ibidi | 80826 | 15 szkiełek w pudełku |
| IVC1/IVC2 | Systemy naprowadzania komórek | M11-25/ M12-25 | 5-5 ml podwielokrotności |
| K System T47 Płyta grzewcza | Cooper Surgical | 23054 | |
| MilliporeSigma Millex Sterylne filtry strzykawkowe z membraną Durapore PVFD | Fisher Scientific SLGVR33RS | Zestaw 50 | |
| ustników | Sklep IVF | MP-001-Y | 100 sztuk |
| Miska ze studnią środkową Oosafe | OOPW-CW05-1 | Etui 500 | |
| Quinn's Advantage SPS | Origio | ART-3010 | 12x 12 mL |
| Gumowa rurka lateksowa do ustników | Sklep IVF | IVFS-NRL-B-5 | 5 stóp |
| Mikroskop stereoskopowy | Nikon | SMZ1270 | |
| Końcówki do ściągania izolacji | Cooper Surgical | MXL3-275 | 20/pk 275 µ |
| m Roztwór do rozmrażania | Kitazato | VT802 | 2 x 4 ml |
| Mikropipeter do strippingu | Cooper Surgical | MXL3-STR | |
| TrypLE Express Enzyme (1X), bez czerwieni fenolowej | Thermo Fisher Scientific | 12604013 | 1 x 100 ml |
| Tween20 | Millipore Sigma | P1379-25ML | Butelka 25 ml |
| VWR 1-20 µ L Końcówki do pipet | VWR | 76322-134 | Zestaw 960 |
| VWR 1-200 µ L końcówki do pipet | VWR | 89174-526 | Opakowanie 960 roztworu |
| myjącego | Kitazato | VT802 | 1 x 4 ml |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.