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Research Article
Bridget T. Jacques-Fricke1, Julaine Roffers-Agarwal2,3, Callie M. Gustafson2,3, Laura S. Gammill2,3
1Department of Biology and Neuroscience Program,Hamline University, 2Department of Genetics, Cell Biology and Development,University of Minnesota, 3Developmental Biology Center,University of Minnesota
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Este protocolo versátil descreve o isolamento das células de crista neural pré-cardíaca (NCCs) através da excisão de dobras neurais cranianas de embriões de filhotes. Após o revestimento e a incubação, as DCNT migratórias emergem das explicações da dobra neural, permitindo a avaliação da morfologia celular e da migração em um ambiente 2D simplificado.
Durante o desenvolvimento de vertebrados, as células da crista neural (NCCs) migram extensivamente e se diferenciam em vários tipos celulares que contribuem para estruturas como o esqueleto craniofacial e o sistema nervoso periférico. Embora seja fundamental compreender a migração do NCC no contexto de um embrião 3D, isolar células migratórias na cultura 2D facilita a visualização e a caracterização funcional, complementando estudos embrionários. O presente protocolo demonstra um método para isolar as dobras neurais cranianas de filhotes para gerar culturas primárias de NCC. NCCs migratórios emergem de explanações de dobra neural banhadas em um substrato revestido de fibronectina. Isso resulta em populações dispersas e aderentes da NCC que podem ser avaliadas por coloração e análises morfológicas quantitativas. Essa abordagem de cultura simplificada é altamente adaptável e pode ser combinada com outras técnicas. Por exemplo, a emigração ncc e comportamentos migratórios podem ser avaliados por imagens de lapso de tempo ou funcionalmente consultados por incluir inibidores ou manipulações experimentais da expressão genética (por exemplo, DNA, morfolino ou eletroporação CRISPR). Devido à sua versatilidade, este método fornece um poderoso sistema para investigar o desenvolvimento craniano do NCC.
As células da crista neural (NCCs) são uma população celular transitória em embriões vertebrados. Os NCCs são especificados nas bordas da placa neural e passam por uma transição epitelial-mesenquimal (EMT) para migrar do tubo neural dorsal1. Após o EMT, os NCCs se dispersam extensivamente por todo o embrião, finalmente diferenciando e contribuindo para várias estruturas, incluindo o esqueleto craniofacial, o trato de saída do coração e a maioria do sistema nervoso periférico2. Mudanças na polaridade celular, no citoesqueleto e nas propriedades de adesão subjacentes a essa mudança de uma pré-conferência para uma população celular migratória3. Estudar o NCC EMT e a migração fornece insights sobre mecanismos fundamentais da motilidade celular e informa os esforços para prevenir e tratar defeitos congênitos e metástase do câncer.
Embora a análise in vivo seja vital para a compreensão dos processos de desenvolvimento do NCC em um contexto embrionário, os métodos in vitro oferecem acessibilidade visual e física que facilitam caminhos experimentais adicionais. Em um ambiente 2D simplificado, pode-se avaliar morfologia NCC, estruturas citoesqueletal e distância migrada. Além disso, podem ser analisados os efeitos da perturbação genética ou solúvel dos fatores em comportamentos migratórios das NCCs motile. Além disso, podem ser coletadas, coletadas e utilizadas NCCs pré-escolares isolados ou migratórias para metodologias de alto rendimento para estudar a regulação do desenvolvimento de DCNT através de perfis proteômicos, transcriômicos e epigenômicos 7,11. Enquanto os métodos estão disponíveis para a preparação de NCCs cranianas de vários organismos modelo de desenvolvimento 12,13,14, este artigo demonstra a mecânica da abordagem para aqueles que primeiro aprendem a cultivar ncc cranial a partir de embriões de filhotes.
O protocolo atual descreve uma técnica versátil para o preparo de culturas de NCC cranianos filhotes (Figura 1). Como os NCCs migram prontamente de dobras neurais explantadas para um substrato cultural, os NCCs de pintinhos naturalmente se segregam do tecido embrionário, e as culturas primárias são facilmente geradas. À medida que as NCCs de cérebro médio migram em massa a partir das dobras neurais cranianas (em contraste com a delaminação prolongada, célula por célula no tronco15), essas culturas consistem principalmente de células de crista neural craniana migratória, com excisão inicial de dobra neural fornecendo um método de coleta para DCNT pré-proporcionatórias. Um método básico para dissecar e cultivo de dobras neurais cranianas de filhotes é detalhado, e sugestões para diferentes aplicações e variações sobre este método são oferecidas.

Figura 1: A visão geral esquemática do protocolo de cultura da dobra neural do filhote. (A,B) As dobras neurais cranianas (delineadas em azul) são extirpadas de um embrião de filhote com cinco somites (mostrados na visão dorsal em A). Bandas cinzentas, crescente cardíaco. (C) Quando banhadas em fibronectina, as células da crista neural migratória emergem das dobras neurais e se dispersam no substrato. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Qualquer variedade de raças gallus gallus pode ser usado, incluindo White Leghorn, Golden Sex Link, ou Rhode Island Red. Os ovos de galinha utilizados no presente estudo foram de várias raças e obtidos de múltiplas fontes, incluindo fazendas e incubatórios locais.
1. Preparação de soluções e materiais
2. Incubação de embriões
3. Preparação de pratos culturais
4. Isolamento de embriões de filhotes
5. Dissecando dobras neurais
6. Emplacando dobras neurais
7. Fixação e coloração de DCNT migratórios cultivados para análise morfológica
8. Avaliação morfológica de DCNT migratórias cultivadas
Uma visão geral do presente protocolo é mostrada na Figura 1. Os ovos incubados foram abertos, e a gema, com o embrião na superfície, foi isolada por suavemente derramar na palma de uma mão enluvada (Figura 2A,B). Depois de limpar a albumina (Figura 2C), as molduras de papel do filtro foram aplicadas na membrana da gema ao redor do embrião para facilitar o corte e o levantamento do embrião da gema, que começa a derramar quando as membranas da gema são cortadas (Figura 2D,E).

Figura 2: Isolamento de quatro a sete embriões de filhotes de somite. Os ovos fertilizados foram incubados por 35 h. Um ovo foi aberto com fórceps contundentes (A), e a gema foi derramada em uma mão enluvada (B). O excesso de albumina foi removido (C) para que um suporte de papel filtro (D, inset) aderisse à gema. O embrião foi cortado da gema (D), retirado (E) e colocado no P/S (F) de Ringer. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Após enxaguar o embrião e mover-se para limpar o P/S de Ringer, as dobras neurais eram visíveis nos embriões isolados (Figura 3A). Estas dobras contêm células de crista neural craniana pré-diagratórias. Uma vez extirpadas de um embrião (Figura 3B,C) e coletadas (Figura 3D), dobras neurais isoladas podem ser banhadas para criar culturas migratórias de NCC.

Figura 3: Dissecção de dobras neurais dorsais de filhotes. Trabalhando no P/S de Ringer, as tesouras de mola foram usadas para extirperar dobras neurais. (A) Visão dorsal do embrião, anterior ao topo da figura. As dobras neurais parecem mais opacas do que o tecido circundante. As dobras neurais do cérebro médio estão posteriores aos lóbulos ópticos (rosa) e anteriores ao crescente cardíaco (amarelo). (B) Visão dorsal do embrião após a retirada das dobras neurais, mostrando limites de excisão. (C) Visão lateral do embrião com dobras neurais removidas. A técnica de dissecção remove o tubo neural dorsal, evitando estruturas de tubos ventral e não neurais. (D) Dobras neurais isoladas na barra de escala P/S. ringer = 300 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Quando as dobras neurais foram banhadas em FN, os NCCs começaram a emergir de explantas de dobra neural aderentes dentro de 3-4 h de incubação (Figura 4A), e a migração foi concluída após aproximadamente 20 h (Figura 4B). A coloração HNK-1, que rotula NCCs migratórios20, foi aparente na maioria das células da cultura (Figura 4D). Um resultado negativo ocorreu quando as dobras neurais não aderiram ao deslizamento de cobertura, ou nenhum NCC emigrou da explanta (dados não mostrados). As NCCs foram analisadas por meio da fixação das culturas, coloração para atonascesso filamentosa e realização de diversas medições no ImageJ para avaliar a morfologia e migração do NCC (Figura 5). A área média das 69 células analisadas foi de 802,11 ± 69,65 μm2, com intervalo de 60,27-2664,53 μm2, distribuídos como mostrado no gráfico de barras e enredo de violino (Figura 5C). Circularidade (fórmula: circularidade = 4π (área/perímetro²)), medida que reflete a saliência de uma célula, variou de 0,101-0,875, com média de 0,38 ± 0,15. Valores mais baixos indicam uma forma alongada, enquanto um valor de 1 indica um círculo perfeito. Como evidente na trama do violino, a maioria das células exibe uma forma alongada (Figura 5D). Outra medida de forma celular é a proporção (AR), que é o eixo principal da célula dividida pelo eixo menor. Um valor AR de 1 indica uma forma simétrica23. As DCNT migratórias nesse campo apresentaram ar médio de 2,13 ± 0,11, com valores variando de 1,14 a 5,59 (Figura 5E). Utilizando essas medidas quantitativas da morfologia do NCC, comparações rigorosas podem ser feitas entre condições experimentais e diferentes estudos publicados.

Figura 4: Os CCN migratórios emergem de dobras neurais cultivadas. Imagens de Brightfield de dobras neurais banhadas após 3 h de incubação (A) e 20 h de incubação (B). Barra de escala = 200 μm. (C,D) A dobra neural é em grande parte dispersa após 20 h de incubação, mas residualmente presente no lado direito dessas imagens. Barra de escala = 500 μm. Os NCCs migratórios são visíveis com a coloração DAPI (C) e HNK-1 (D). A imunostaining HNK-1 confirma que as células cultivadas são NCCs migratórias. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 5: Avaliação morfológica de DCNT migratórias cultivadas. (A) A coloração de falo de fisomante actina em NCCs migrou de uma dobra neural após 20 h na cultura. Barra de escala = 50 μm. (B) Imagem limiar com células aparecendo preto e o fundo branco. Contornos amarelos cercam objetos contados como células, e as células são numeradas. (C-E) Opções de grafação para exibir dados de avaliação morfológica. Gráficos de barras e tramas de violino foram criados a partir de medições das 69 células mostradas no painel B para retratar a área (μm2, C), circularidade (D) e proporção (E) das células medidas. Os gráficos de barras mostram valores médios com barras de erro representando o erro padrão da média à esquerda de cada painel. As tramas de violino foram criadas com app.rawgraphs.io. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Os autores não têm conflitos de interesse.
Este protocolo versátil descreve o isolamento das células de crista neural pré-cardíaca (NCCs) através da excisão de dobras neurais cranianas de embriões de filhotes. Após o revestimento e a incubação, as DCNT migratórias emergem das explicações da dobra neural, permitindo a avaliação da morfologia celular e da migração em um ambiente 2D simplificado.
Agradecemos a Corinne A. Fairchild e Katie L. Vermillion, que participaram do desenvolvimento da nossa versão do protocolo de cultura de dobra neural craniana.
| AxioObserver equipado com um cabeçote de varredura confocal LSM710 controlado pelo software ZEN 3.0 SR | Zeiss | Usado alpha Plan-Apochromat 100x/1.46 Óleo DIC M27 objetiva | |
| CaCl2 | Sigma-Aldrich | C3306 | |
| Pratos de câmara (fundo de vidro, simples ou dividido) | MatTek; Cell Vis | P35G-1.5-14-C (MatTek) X000NOJQGX (Cellvis) X000NOK1OJ (Cellvis) | Câmara única 35 mm ou 4 câmaras 35 mm |
| Vidro de cobertura | Carolina Biological Supply Company | 633029, 633031, 633033, 633035, 633037 | círculos, 0.13– 0,17 mm de espessura, disponível em 12-25 mm de diâmetro |
| DMEM/F12 | ThermoFisher Scientific | 11320033 | Alternativa para incubadora de ovos de mídia L15 |
| Sportsman | 1502 | ||
| FBS | Life Technologies | 10437-028 | |
| Fibronectina | Fisher Scientific | CB-40008A | |
| Papel de filtro | Grau Whatman | 3MM cromatografia | |
| Fórceps (rombo) | Fisher Scientific; Thomas Científico | 08-890 (Fisher); 1141W97 (Thomas) | |
| Fórceps (fino) | Ferramentas de Belas Ciências | :11252-20 | Dumont #5 |
| Imagem J | https://fiji.sc/ | Software gratuito de análise de imagem | |
| KCl | Sigma-Aldrich | P3911 | |
| KH2PO4 | Sigma-Aldrich | P0662 | |
| L15 mídia | Invitrogen | 11415064 | |
| L-glutamina | Invitrogen | 25030 | |
| Mídia de montagem (Vectashield ou ProLong Gold) | Vector Laboratories; Thermofisher Scientific | H-1700 (Vectashield); P36930 (ProLong Gold) | |
| Na2HPO4 | Sigma-Aldrich | S9638 | |
| NaCl | Sigma-Aldrich | S9888 | |
| Paraformaldeído | Sigma-Aldrich | P6148 | |
| Penicilina/estreptomicina | Life Technologies | 15140-148 | 10.000 unidades/mL de penicilina; 10.000 mg/mL de estreptomicina |
| Placas de Petri | VWR (ou similar) | 60 mm, 100 mm | |
| Faloidina | Sigma-Aldrich | P1951 | vários fluróforos disponíveis |
| Suporte de pino | Ferramentas de Ciência Fina | 26016-12 | Para agulha de tungstênio (alternativa para tesoura de mola) |
| Tesoura (dissecação) | Ferramentas de Ciência Fina | 14061-10 | |
| Tesoura de Mola | Ferramentas de Ciência | Fina15000-08 | Borda de corte de 2,5 mm (alternativa para agulha de tungstênio) |
| Sylgard | Krayden | Sylgard 184 | |
| Sigma-Aldrich | SLGVM33RS | Unidade de Filtro de Seringa Millex-GV, 0,22 µ m, PVDF, 33 mm, esterilizado por gama | |
| Placas de cultura de tecidos | Sarstedt | 83-3900 Placas de | cultura de 35 mm para culturas de dobras neurais a granel |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | X100 | |
| Fio de tungstênio | Variedade de fontes | 0,01" de diâmetro para agulha de tungstênio (alternativa para tesouras de mola) |