Ksenoprzeszczepy są użytecznymi narzędziami do badania zachowania ludzkich komórek in vivo. Modele te dostarczyły bezcennych informacji dla szerokiego zakresu tematów naukowych, takich jak biologia ludzkich komórek macierzystych1, obserwacja zdarzeń komórkowych w czasie rzeczywistym2 oraz badanie angiogenezy nowotworów i przerzutów3. Ponadto zbadano kilka aspektów biologii nowotworów, w tym nowotworzenie ksenoprzeszczepów specyficznych dla pacjenta4,5. Każdy z tych modeli ksenoprzeszczepów ma swoje zalety i wady, a zatem każdy z nich lepiej nadaje się do konkretnych pytań naukowych. Zarodki piskląt są popularnym modelem biologii rozwojowej, ponieważ są dostępnym modelem owodni, który jest podatny na manipulacje chirurgiczne. Przeszczepy heterologiczne pozwoliły badaczom na stworzenie precyzyjnych map losu6 lub zbadanie, czy cecha jest autonomiczna dla komórki, czy też jest poinstruowana przez środowisko7,8. Podobne uzasadnienie pozwala na wykorzystanie zarodka pisklęcia jako modelu ksenoprzeszczepu do badania zachowania komórek ludzkich.
Środowisko embrionalne aktywnie zarządza morfogenezą tkanek za pomocą sygnałów migracji i różnicowania, a także interakcji komórka-komórka. Tak więc, w porównaniu z dorosłymi modelami ksenoprzeszczepu, zarodek zapewnia bardziej pouczające środowisko do testowania zachowania przeszczepionych komórek, na przykład poprzez naśladowanie sygnałów obecnych w niszach dorosłych komórek macierzystych (np. BMP, WNT, NOTCH i SHH9). Ponadto, brak adaptacyjnego układu odpornościowego we wczesnym okresie rozwoju pozwala na wykonywanie ksenoprzeszczepów bez ryzyka odpowiedzi immunologicznej lub odrzucenia tkanki dawcy 10. W tym celu w poprzednich badaniach badano ksenoprzeszczepy komórek ludzkich do zarodków kurczaków. Potencjał neurogenny ludzkich komórek macierzystych został oceniony po wstrzyknięciu do cewy nerwowej lub naczyń krwionośnych11 oprócz integracji embrionalnych komórek macierzystych12 i indukowanych pluripotencjalnych komórek macierzystych13 do zarodka. Ludzkie komórki czerniaka zostały również przebadane przy użyciu środowiska embrionalnego pisklęcia, które ujawniło powiązania między ich nowotworzeniem a zachowaniem komórek grzebienia nerwowego14, a także przeprogramowaniem komórek nowotworowych za pomocą informacji z zarodka15. W artykule opisano protokół, który jest szczególnie przydatny do badania zachowania ludzkich pierwotnych i heterogenicznych populacji komórek.
W ostatnich dziesięcioleciach komponent zrębowy różnych tkanek był badany jako autologiczne źródło komórek progenitorowych/macierzystych oraz ze względu na jego właściwości proangiogenne i immunoregulacyjne, wcześniej znane jako "mezenchymalne komórki macierzyste"16,17,18. Pierwszą z tych populacji komórek, która została scharakteryzowana, była populacja komórek zrębowych/macierzystych szpiku kostnego (BMSC), które mają potencjał osteo-, adipo i, w mniejszym stopniu, chondrogenetyczny in vivo19,20. Komórki zrębu pochodzące z tkanki tłuszczowej (ADSC) to niejednorodna populacja uzyskana przez trawienie enzymatyczne próbek lipoaspiratu lub dermolipektomii, a następnie izolację frakcji zrębowo-naczyniowej (SVF) i wreszcie ekspansję w hodowli21. W hodowli komórki te charakteryzują się fenotypowo markerami wspólnymi z innymi populacjami mezenchymalnymi, takimi jak CD90, CD73, CD105 i CD44, unikalnymi markerami, takimi jak CD36, oraz brakiem markerów krwiotwórczych (CD45) lub śródbłonkowych (CD31)22. Dodatkowo, ADSC mają potencjał osteo-, adipo i chondrogenne in vitro, a liczbę komórek macierzystych/progenitorowych w tej populacji można określić za pomocą testu CFU-F, jednostki tworzącej kolonie fibroblastoidów22. In vivo stwierdzono, że komórki o fenotypie ADSC występują w przedziałach zrębu23 i/lub perivascular24. Staje się coraz bardziej oczywiste, że pomimo wspólnych markerów po hodowli in vitro, przedział zrębowy różnych tkanek odzwierciedla wewnętrzne cechy danego narządu, a te populacje komórek mają różne właściwości w zależności od ich źródła17,25,26,27. Ponadto, ponieważ komórki te są izolowane na podstawie ich przylegania do naczynia do hodowli komórkowej, mogą składać się z komórek z różnych listków zarodkowych28. W związku z tym zastosowanie metody ksenoprzeszczepu do badania potencjału różnicowania i tropizmu komórek zrębu w bezstronny sposób może dostarczyć cennych informacji o tych populacjach komórek, które pomogą w opracowaniu przyszłych terapii komórkowych.
Protokół opisany tutaj (Rysunek 1) to metoda ksenoprzeszczepu, która wykorzystuje niski koszt i łatwość manipulacji zarodkami piskląt. Wcześniej był używany do badania zachowania ludzkich ADSC29, fibroblastów skóry29, komórek zrębowych pochodzących z krwi menstruacyjnej30 i komórek glejaka31. Metoda ta obejmuje przeszczepianie komórek w postaci sferoidów32, które można przygotować z dowolnej populacji przylegających komórek (Rysunek 2). Opisane zostaną również zabiegi chirurgiczne i przygotowanie niestandardowych materiałów chirurgicznych - mikroskalpeli i szklanych naczyń włosowatych (Ryc. 3). Komórki ludzkie są wykrywane w skrawkach histologicznych poprzez hybrydyzację specyficznych dla człowieka sond Alu (Rysunek 4), eliminując w ten sposób potrzebę wcześniejszego znakowania przeszczepionych komórek. Reprezentatywne wyniki opisują zachowanie ludzkiego ADSC przeszczepionego zarówno w obszarze somitycznym na poziomie pąka skrzydła (Ryc. 5, Ryc. 6 i Ryc. 7) i pierwszym łuku gardłowym (Ryc. 8), jak i ludzkie sferoidy pierwotnego glejaka przeszczepionego w prosencefalonie (Ryc. 8). Opisana zostanie migracja, różnicowanie i interakcja komórek z tkankami embrionalnymi piskląt, a także sugerowane testy w celu dalszego zbadania zachowania komórek za pomocą współbarwienia lub barwienia sąsiednich odcinków.