Aqui, descrevemos um método para aquecer blastocistos humanos vitrificados, culminando-os através do período de implantação in vitro, digerindo-os em células únicas e coletando células trophoblastas precoces para uma investigação mais aprofundada.
Artigo de método
Aqui, descrevemos um método para aquecer blastocistos humanos vitrificados, culminando-os através do período de implantação in vitro, digerindo-os em células únicas e coletando células trophoblastas precoces para uma investigação mais aprofundada.
A implantação humana, a apposição e a adesão à epitélia da superfície uterina e a subsequente invasão do blastocisto na decidua materna, é um evento biológico crítico, mas enigmático, historicamente difícil de estudar devido a limitações técnicas e éticas. A implantação é iniciada pelo desenvolvimento do trophectoderm ao trophoblasto e posterior diferenciação em sublineagens trophoblastos distintas. A diferenciação do trophoblasto precoce aberrante pode levar à falha de implantação, patologias placentárias, anormalidades fetais e aborto. Recentemente, foram desenvolvidos métodos para permitir que embriões humanos cresçam até o dia 13 pós-fertilização in vitro na ausência de tecidos maternos, período de tempo que abrange o período de implantação em humanos. Isso deu aos pesquisadores a oportunidade de investigar a implantação humana e recapitular a dinâmica da diferenciação do trophoblasto durante esse período crítico sem confundir influências maternas e evitar obstáculos inerentes ao estudo de eventos de diferenciação de embriões precoces in vivo. Para caracterizar diferentes sublinemas trophoblastos durante a implantação, adotamos métodos de cultura estendidos bidimensionais (2D) existentes e desenvolvemos um procedimento para digerir esnzimaticamente e isolar diferentes tipos de células trophoblastos para ensaios a jusante. Embriões cultivados em condições 2D têm uma morfologia relativamente achatada e podem ser subótimos na modelagem in vivo tridimensionais (3D) arquiteturas embrionárias. No entanto, a diferenciação do trophoblasto parece ser menos afetada, como demonstrado pela morfologia antecipada e mudanças na expressão genética ao longo da cultura estendida. Diferentes sublineagens trophoblastos, incluindo citotrofoblasto, sinintólogo e trophoblasto migratório podem ser separadas por tamanho, localização e emergência temporal, e usadas para caracterização ou experimentação. A investigação dessas células trophoblastos precoces pode ser fundamental na compreensão da implantação humana, no tratamento de patologias placentárias comuns e na mitigação da incidência de perda de gravidez.
A implantação humana e o surgimento da placenta precoce são historicamente difíceis de investigar e permanecem em grande parte desconhecidos porque os tecidos humanos são inacessíveis nesta fase em que a gravidez é clinicamente indetectável. Modelos animais são inadequados, pois a placenta humana tem suas próprias características únicas em comparação com outros mamíferos euterianos. Por exemplo, a placenta humana invade profundamente a decidua com algumas células trophoblastas atingindo pelo menos o terço interno do miométrio uterino, enquanto outras células remodelam as artérias espiral uterinas. Mesmo nossos ancestrais evolutivos mais próximos, os primatas não humanos, mostram diferenças na morfologia placentária e interações trophoblastos com os tecidos deciduais maternos1,,2,3. A obtenção de embriões humanos pré-implantação in vitro não era possível até a década de 1980, quando a fertilização in vitro humana clínica (FIV) começou como uma prática de rotina para o tratamento da infertilidade4. Agora, blastocistos humanos podem ser cultivados in vitro para permitir a seleção de embriões mais viáveis para transferência, bem como permitir testes genéticos seguros. A melhoria das técnicas de cultura de embriões, bem como o uso crescente de FIV, produziram muitos blastocistos excedentes que permanecem após a conclusão dos ciclos de tratamento do paciente. Com o consentimento do paciente, aprovação do IRB e com certas restrições, esses blastocistos podem ser utilizados para estudos de pesquisa. Tornaram-se um recurso inestimável que foi utilizado para a derivação de células-tronco embrionárias humanas5, entendendo a transição da massa celular interna para células-tronco embrionárias6,,7e, mais recentemente, foram cultivadas com sucesso até o dia (D) 13 para remodelar a implantação humana8,,9. Ao utilizar abordagens de omics unicelulares recém-desenvolvidas, o acesso a esses tecidos embriões humanos em estágio de implantação tem oferecido oportunidades únicas para descrever os mecanismos moleculares que regulam esse processo de diferenciação celular altamente dinâmico, que antes eram impossíveis de explorar10,,11,,12,13.
Aqui, descrevemos os métodos utilizados em nossa recente publicação caracterizando a dinâmica da diferenciação do trophoblasto durante a implantação humana12. Este protocolo inclui o aquecimento de blastocistos vitrificados, cultura de embriões estendida até D12 pós FIV, digestão enzimática do embrião em células únicas e coleta de células para ensaios a jusante(Figura 1). Este sistema de cultura estendida apoia o desenvolvimento de embriões humanos em estágio de peri-implantação sem insumo materno e recapitula a diferenciação do trophoblasto que parece consistente com as observações feitas a partir de espécimes histológicos há muitos anos14,,15,,16,17. Durante a implantação, a população de trophoblasto é composta por pelo menos dois tipos de células: o citotrofoblasto progenitor mononucleado (CTB) e o sintiotrofost (STB) internucleado, diferenciado terminalmente diferenciado. Após a digestão da trippsina, o CTB são células pequenas e redondas que são morfologicamente indistinguíveis de outras linhagens celulares(Figura 2A, painel esquerdo). A separação do CTB de outras linhagens celulares, como epiblasto e endoderme primitivo, pode ser alcançada por seus distintos perfis transcriômicos revelados pelo sequenciamento de RNA de célula única. As células sincitotrofoblastos podem ser facilmente identificadas como estruturas de forma irregular que são significativamente maiores que os outros tipos de células e localizadas principalmente na periferia do embrião (Figura 2A, painel médio; Figura 2B, painel esquerdo). As células de trophoblasto migratório (MTB) são outra sublineagem trophoblasto encontrada durante a cultura estendida do embrião e podem ser reconhecidas como aparentemente se afastando do corpo principal do embrião (Figura 2A, painel direito, Figura 2B, painel direito). O trophoblasto migratório, embora expresse muitos dos mesmos marcadores do trophoblasto extra villous (EVT), não deve ser referido como EVT, uma vez que as estruturas villous na placenta não surgiram neste estágio inicial de desenvolvimento.
Experimentalmente, conseguimos coletar pequenos CTB e STB grandes que são facilmente distinguíveis depois que embriões são digeridos em células únicas em D8, D10 e D12 (Figura 2A,B). Os trophoblastos migratórios surgem nos estágios posteriores da cultura de embriões estendidos e podem ser coletados em D12 antes da digestão enzimática de todo o embrião (Figura 2A,B). Ao separar fenotipicamente essas três sublineagens trophoblastos antes da análise de células únicas, podemos identificar marcadores transcriômicos específicos e definir o papel biológico de cada tipo de célula. O citotrofoblasto é altamente proliferativo e atua como células progenitoras no fornecimento das linhagens diferenciadas STB e MTB10,,11,,12,,13. O sinintismotrofã está envolvido na produção de hormônios placentários para manter a gravidez e também pode ser responsável pelos embriões que penetram no endométrio10,,11,12,13. O trophoblasto migratório tem características ainda mais fortes de um fenótipo migratório invasivo e migratório e são provavelmente responsáveis pela colonização mais profunda e extensa do endométrio uterino10,,11,,12,13. Após a definição da assinatura transcriômica de cada tipo de célula, as análises de agrupamento também revelaram dois subconjuntos adicionais de células que eram morfologicamente indistinguíveis da CTB e tinham transcriptomes com características de STB e MTB,respectivamente 12. Essas células de estágio intermediário provavelmente estão no processo de diferenciação do CTB para as sublineagens MTB ou STB e teriam sido negligenciadas se os embriões fossem digeridos cegamente e as células fossem separadas apenas por transcriptome.
O protocolo descrito aqui utiliza um sistema de cultura bidimensional (2D) e pode não ser ideal para suportar o desenvolvimento estrutural tridimensional (3D), como sugerido por uma publicação recente descrevendo um recém-desenvolvido sistema de cultura 3D13. No entanto, neste sistema 2D a diferenciação do trophoblast precoce parece ser consistente com observações feitas a partir de espécimes in vivo14,,15,,16,17. Este protocolo também pode ser facilmente adaptado para o uso no recém-descrito sistema de cultura 3D13 com mudanças mínimas. Todas as etapas são realizadas com uma pipeta de micromanipulação portátil com pontas descartáveis comercialmente disponíveis ou uma pipeta bucal de uma pipeta de vidro finamente puxada presa a tubos de borracha, um filtro e um porta-voz.
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Todos os embriões humanos foram doados com consentimento para uso em pesquisa. Os protocolos para a cultura estendida do embrião humano foram aprovados pelo Conselho de Revisão Institucional ocidental (estudo nº 1179872) e seguem diretrizes internacionais. Qualquer uso de embriões humanos deve ser revisto pelos órgãos de ética e governo adequados associados à instituição de pesquisa por meio deste protocolo.
1. Preparação
2. Aquecimento vitrificado D5 embriões humanos
NOTA: Outros fabricantes podem ter protocolos ligeiramente diferentes de acordo com sua própria tecnologia de vitrificação. Consulte as instruções do fabricante para uso quando aplicável.
3. Recuperação de embriões aquecidos
4. Remoção da zona
5. Cultura estendida do blastocisto
6. Coleta opcional de mídia gasta
7. Fixação opcional para imunofluorescência
8. Digestão celular única com Trippsin
NOTA: Embriões frescos (não fixos) são usados para digestão celular única.
9. Seleção de células únicas e coleta de amostras
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Embriões saudáveis apresentaram proliferação contínua ao longo da cultura estendida(Figura 2B). Embriões anormais começaram a se retrair de suas bordas externas e se desintegrarem(Figura 2C). Pela nossa experiência, aproximadamente 75% dos embriões foram anexados ao fundo do prato revestido de fibronectina a 48 h e o acessório aumentou para aproximadamente 90% em 72 h na cultura. O sucesso do apego ao embrião pode ser em grande parte impactado pela qualidade ini...
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O desenvolvimento do protocolo para cultivar embriões humanos através da implantação permitiu aos cientistas explorar um tempo anteriormente inexplorado no desenvolvimento8,,9. Aqui, usamos um sistema de cultura estendido para cultivar embriões humanos e estudar a diferenciação do trophoblasto precoce antes da formação de placenta villous. Os métodos aqui descritos permitem coletar diferentes sublineagens de TB para uso na análise de células únicas a jusante. Est...
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Os autores não têm nada a revelar.
Gostaríamos de reconhecer os muitos pacientes do Centro de Medicina Reprodutiva do Colorado (CCRM) que graciosamente doaram seus embriões para pesquisa. Também gostaríamos de agradecer a Karen Maruniak e ao laboratório clínico da CCRM por sua ajuda no processamento de amostras de hCG, bem como Sue McCormick e sua equipe clínica de embriologia de FIV na CCRM por sua ajuda na coleta, armazenamento, rastreamento e doação de embriões. O financiamento foi fornecido internamente pela CCRM.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Seringa estéril NORM JECT Luer Lock | VWR | 53548-019 | Pacote de 100 |
| incubadoras de CO2 com camisa de água 3130 ou 3110 Forma Série II | Thermo Fisher Scientific | 13-998-078 | |
| Placa de cultura de tecidos Corning Primaria de 35 mm | VWR | 62406-038 | Caixa de 500 Tubo de |
| tampa de pressão de 5 mL | VWR | 60819-295 | Pacote de 25 |
| tecidos Corning Primaria de 60 mm prato de cultura | VWR | 25382-687 | Caixa de 200 |
| pratos de 6 poços | Agtech Inc. | D18 | Pacote de 1, 10, ou 50 |
| Solução Ácida de Tyrode | Millipore Sigma | T1788 | 100 mL |
| Biotix 1250 µ L ponteiras de pipeta | VWR | 76322-156 | Pacote de 960 |
| Blast, meios de cultura de blastocisto | Origio | 83060010 | de 10 mL |
| Kitazato | VT802 | 1 x 4 mL | |
| Pipetas Pasteur de Vidro Borossilicato Descartáveis | Thermo Fisher Scientific | 1367820D | 5.75 in. (146 mm); 720/Cs |
| Dulbecco's Phosphate Buffered Saline | Millipore Sigma | D8537 | |
| Óleo de parafina para cultura de embriões OvOil | Vitrolife | 10029 | de 100 |
| mL 0,2 mL | VWR | 47730-598 | Pacote de 1.000 |
| tubos de PCR Eppendorf 0,5 mL | VWR | 89130-980 | Caixa de 500 |
| Fibronectina de plasma humano. Solução líquida de .1% | Millipore Sigma | F0895 | 1 mg |
| Gilson 1 mL Pipeman | Thermo Fisher Scientific | F123602G | 1 Pipetteman 200-1000 µ L |
| Gilson 20 µ L Pipetteman | Thermo Fisher Scientific | F123602G | 1 Pipetteman 2-20 µ L |
| Gilson 200 µ L Pipetteman | Thermo Fisher Scientific | F123602G | 1 Pipetteman 50-200 µ L |
| Meios de manuseio G-MOPS | Vitrolife | 10129 | 125 mL |
| Meios de manuseio | Origio | 83100060 | 60 mL |
| Ibidi 8 lamínulas bem compartimentadas | Ibidi | 80826 | 15 lâminas por caixa |
| IVC1/IVC2 | Sistemas de Orientação de Células | M11-25/ M12-25 | 5-5mL alíquotas |
| K System T47 Placa de Aquecimento | Cooper Surgical | 23054 | |
| Filtros de Seringa Estéreis MilliporeSigma Millex com Membrana Durapore PVFD | Fisher Scientific | SLGVR33RS | Pacote de 50 |
| peças de boca | Loja de fertilização in vitro | MP-001-Y | 100 peças |
| Prato de centro de poço | Oosafe | OOPW-CW05-1 | Caixa de 500 |
| Quinn's Advantage SPS | Origio | ART-3010 | 12x 12 mL |
| Tubo de borracha de látex para bocais | Loja de fertilização in vitro | IVFS-NRL-B-5 | 5 pés. |
| Stereomicroscope | Nikon | SMZ1270 | |
| Pontas de Stripper | Cooper Surgical | MXL3-275 | 20/pk 275 µ m |
| Solução de Descongelamento | Kitazato | VT802 | 2 x 4 mL |
| The Stripper Micropipetter | Cooper Surgical | MXL3-STR | |
| TrypLE Express Enzyme (1X), sem vermelho de fenol | Thermo Fisher Scientific | 12604013 | 1 x 100 mL |
| Tween20 | Millipore Sigma | P1379-25ML | 25 mL frasco |
| VWR 1-20 µ Ponteiras de pipeta L | VWR | 76322-134 | Pacote de 960 |
| VWR 1-200 µ Ponteiras de pipeta L | VWR | 89174-526 | Pacote de 960 |
| Solução de lavagem | Kitazato | VT802 | 1 x 4 mL |
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