Улучшенная технология визуализации позволяет получать трехмерную визуализацию органов во время разработки. Здесь мы описываем целую систему культивирования органов, которая позволяет визуализировать развивающиеся ворсинки в кишечнике эмбриона мыши.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Улучшенная технология визуализации позволяет получать трехмерную визуализацию органов во время разработки. Здесь мы описываем целую систему культивирования органов, которая позволяет визуализировать развивающиеся ворсинки в кишечнике эмбриона мыши.
Большинство морфогенетические процессы в кишечнике плода были выведены из тонких срезов фиксированных тканей, обеспечивая снимки изменений более стадиях развития. Трехмерная информация из тонких серийных срезов может быть сложным для интерпретации в связи с трудностями восстановления серийных срезов прекрасно и поддержание правильной ориентации ткани над серийных срезов. Недавние открытия, сделанные Grosse др., 2011 подчеркивают важность трехмерной информации в понимании морфогенез развивающихся ворсинок кишечника 1. Трехмерная реконструкция однократно меченных клеток кишечника показали, что большинство из эпителиальных клеток кишечника связаться оба апикальных и базальных поверхностей. Кроме того, трехмерная реконструкция цитоскелета на апикальной поверхности эпителия показали, что просвет кишечника непрерывна и что вторичные люмен являются артефактом сectioning. Эти две точки, наряду с демонстрацией interkinetic атомной миграции в кишечном эпителии, определяется развивающийся кишечный эпителий как многорядный эпителий, а не расслаивается, как считалось ранее 1. Возможность наблюдать эпителия трехмерно был семенных к демонстрации этой точки и переосмысление эпителиальных морфогенез в плода кишечника. С развитием многофотонной технологии визуализации и трехмерного программного обеспечения реконструкции, способность визуализировать нетронутыми, разработки органы быстро улучшается. Двухфотонного возбуждения позволяет менее вредны проникновение вглубь тканей с высоким разрешением. Двухфотонное изображений и 3D реконструкция целых плода кишечника мыши в Уолтон и др., 2012 помог определить структуру ворсинок вырост 2. Здесь мы опишем всю систему органной культуре, которая позволяет экс естественных развитие ворсинок и расширений этой системы культуры, чтобы позволитькишечник, чтобы быть трехмерно отображаемого в процессе их развития.
Каждая ворсинка кишечника состоит из двух основных тканевых компартментов: эпителиального поверхностного слоя и мезенхимального ядра. Тонкая кишка мыши формируется на 10-й день эмбриональногопериода, когда лист энтодермы закрывается и герметизируется, образуя трубку эпителия, окруженную мезенхимальными клетками. Эта плоская трубка эпителия подвергается быстрой пролиферации, увеличиваясь как в длину, так и в обхвате, и претерпевает драматические перестройки, включающие динамические изменения формы клеток1. В то же время окружающая мезенхима также претерпевает множество процессов развития, включая формирование сосудистого сплетения, дифференцировку гладкой мускулатуры и рекрутирование энтеральных нейронов4. В проксимальном отделе тонкой кишки на 14,5-е сутки эмбриона начинают образовываться конденсации (кластеры) Hedgehog- и PDGF-чувствительных клеток рядом с эпителием2,5. Образование мезенхимальных кластеров продолжает распространяться по всей длине кишки, так что к эмбриональному дню они покрывают всю тонкую кишку. По мере формирования мезенхимальных кластеров эпителиальные клетки, расположенные ближе всего к кластерам, начинают выходить из клеточного цикла, в то время как другие эпителиальные клетки продолжают размножаться. Те клетки, которые находятся непосредственно над мезенхимальным кластером, которые вышли из клеточного цикла, начинают менять форму по мере того, как возникающие ворсинки сгибаются в просвет. Дальнейший рост ворсинок отчасти обусловлен продолжающейся пролиферацией эпителия между возникающими ворсинками. Мезенхимальные кластеры остаются плотно прикрепленными к эпителию растущих ворсинок и продолжают экспрессировать различные сигнальные молекулы. Волна появления ворсинок распространяется по всей длине тонкой кишки вслед за образованием мезенхимальных скоплений. По мере того, как кишечник продолжает расти и межворсинковая область расширяется между возникающими ворсинками, образуются новые мезенхимальные кластеры, прилегающие к эпителию между ворсинками, и за этим следуют дальнейшие раунды возникновения и роста ворсин6.
Синхронное развитие эпителия и мезенхимы необходимо для морфогенеза ворсинок. Сигнальные молекулы секретируются из одного слоя в другой, где рецепторы получают и преобразуют сигнальное сообщение, чтобы координировать развитие между эпителием и мезенхимой. Мезенхимальные кластеры действуют как сигнальные центры и экспрессируют различные морфогены развития7-10. Нарушение формирования кластера или структуры приводит к потере появления ворсинок и рисунка. Ингибирование передачи сигналов PDGF приводит к уменьшению количества кластеров и меньшего количества ворсинок, а те ворсинки, которые образуются, деформируются вслед за аномальными кластерами11. Потеря сигнализации Hedgehog приводит к полной потере формирования кластеров и невозможности появления ворсин2,12. В совокупности эти данные демонстрируют, что кластеры координируют развитие эпителия ворсинок с его мезенхимальным ядром.
Используя всю эту систему культивирования органов, мы можем изменить передачу сигналов, участвующих в перекрестных помехах эпителиально-мезенхимального кластера, чтобы определить роль этих сигналов в морфогенезе ворсинок. Двухфотонное конфокальное оптическое сечение и реконструкция позволяют визуализировать формирование кластеров и возникновение ворсинок в трех измерениях и лучше понять пространственные отношения между мезенхимальными кластерами и их вышележащим эпителием. Расширяя систему культивирования до четырех измерений, мы можем захватывать z-стеки развивающихся кластеров и ворсинок с течением времени и наблюдать за этими взаимодействиями. В конечном счете, возможность следить за развитием ворсинок таким образом и наблюдать за изменениями, происходящими с измененной сигнализацией, произведет революцию в понимании эпителиальных мезенхимальных взаимодействий в морфогенезе ворсинок.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
ПРИМЕЧАНИЕ: Все мыши были обработаны гуманно, используя протоколы, утвержденные Мичиганского университета Медицинской школы Unit лабораторных животных медицины и в соответствии с руководящими принципами Комитета университета по использованию и уходу за животными.
1 целая система Органная культура
2 Визуализация основных кишок
3 Живая съемка Whole кишок
Кишечник собирают из fetuseс после E12.5, с подключенный сальник остаются нетронутыми, успешно развиваться ворсинки в культуре с использованием вышеуказанного систему. Таким образом, этот экс виво система допускает захват живых Z-секции изображений развивающихся кишечника, которые могут быть восстановлены для трехмерного зрения морфогенеза с течением времени.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Культура целых эксплантатах плода кишечника позволяет анализов расположения, распределения и продолжительности сигнальных молекул, которые координируют кишечного развитие, так как эта система позволяет манипулировать сигнализации с фармакологических реагентов или рекомбинантных белков. Система Transwell культуры (Фигура 1А, воспроизводятся с Walton и соавт., 2012) 2 обеспечивает интерфейс воздуха и жидкости, что позволяет разместить лекарственно или белок пропитанные шарики агарозы н...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Динамичный характер и сложные ткани взаимодействия развивающегося кишечника требуется 3D визуализацию, чтобы иметь полную оценку этих морфогенетических событий. С развивается технология визуализации, способность изучать ворсинок морфогенез подробно разрабатывает / улучшение и с ним, понимание пространственной общения и взаимодействия во время органогенеза значительно усиливается.
Альтернативные методы культивирования целые кишечник также были протестированы, но система Transwell остается наи...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У авторов нет никаких финансовых противоречий.
Мы с благодарностью выражаем признательность доктору Деборе Л. Гумуцио в качестве нашего консультанта и за ее неоценимую поддержку в определении культуры и методов визуализации. Мы также благодарим доктора Джима Броди, доктора Хонг-Сян Лу, доктора Шарлотту Мистретту и доктора Энн Гроссе за их вклад в развитие системы культивирования органов всего кишечника. Полезные дискуссии по визуализации дали отличные советы от доктора Чипа Монтроуза, Майкла Червински и Саши Мешинчи. Вся визуализация была выполнена в лаборатории микроскопии и анализа изображений Мичиганского университета. Финансовая поддержка была предоставлена NIH R01 DK065850.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Тонко рассекающие щипцы | Инструменты для изобразительной науки | 11254-20 | 2 пары |
| 70% этанола | |||
| 1x стерильный фосфатно-солевой буфер Дульбекко (DPBS) | Gibco | 14040-133 | 500 мл |
| 6-луночные планшеты | Costar | 3516 | |
| 24-луночные планшеты | Costar | 3524 | |
| Чашки Петри 60 x 15 мм | Falcon | ||
| Пластины Transwell, вставки 24 мм, поликарбонатные мембраны 8,0 мм | Corning Costar | 3428 | 6 вкладышей на пластине |
| BGJb media | Invitrogen | 12591-038 | 500 мл |
| PenStrep (10 000 ЕД/мл Пенициллин; 10 000 мг/мл стрептомицина) | Gibco | 15140 | |
| Аскорбиновая кислота | сигма | A0278 | сделать бульон 5 мг/мл, процедить, аликвотировать и хранить при -20 °°; C |
| Ротовая пипетка (аспираторная трубка Drummond 1-15 дюймов в сборе) | Fisher | 21-180-10 | Снимите аспиратор в сборе и замените его на 1,000 & микро; l наконечник пипетки, который действует как адаптер для подключения 6-дюймовой стеклянной пипетки Пастера. |
| 6-дюймовые стеклянные пастеровские пипетки | |||
| для капиллярных трубок | World Precision Instruments | TW100F-4 | тянуть к иглам |
| 4% Параформальдегид | производится в 1 x PBS, pH до 7,3 | ||
| Культуральные планшеты | Falcon | ||
| Мелкоячеистый экран из нержавеющей стали | купить в хозяйственном магазине | ||
| Поликарбонатные мембраны | Thomas scientific | 4663H25 | в качестве альтернативы, отрезать мембраны Corning Costar 3428 от трансвелловых опор |
| Мгновенный клей | купить в хозяйственном магазине | на основе геля предпочтительно | |
| 35 x 10 мм пластины | Falcon | ||
| 7% агароза | Sigma | А9414 | приготовьте в/в в 1х DPBS, нагревая растворить на водяной бане |
| мельчайшие булавки | Fine Science Tools | 26002-20 | |
| Фенол красный свободный фильтрующий материал (DMEM) | Gibco | 21063-029 | |
| Ксилазин (100 мг/мл) | AnaSed | 139-236 | |
| Matrigel | BD | 356231 | матрикс базальной мембраны, фактор роста снижен, фенол красный не содержит |
| 3-4% агарозы | Sigma | A9414 | готовить ж/в в 1x DPBS, нагревать до растворения на водяной бане |
| Визуализация неподвижного кишечника | |||
| Наименование материала/оборудования | Компания | Номер в каталоге | Комментарии/Описание |
| вазелин | покупка в аптеке | используется для изготовления VALAP: равные части вазелина, ланолина, парафина | |
| ланолина | Sigma | L7387 | используемый для изготовления VALAP: равные части вазелина, ланолина, парафина |
| Surgipath | 39601006 | используемые для изготовления VALAP: равные части вазелина, ланолина, парафина | |
| 70% глицерина в 1 x PBS | |||
| Focus clear и Mount Clear | CelExplorer Labs Co. | F101-KIT | |
| Пластилин для лепки | купить в магазине | ||
| двойная палочка ватный | |||
| аппликатор | |||
| пластиковые формы, 10мм х 10мм х 5 мм) | Салфетка Tek | 4565 | |
| слайды | |||
| покровные салфетки лабораторная | |||
| салфетка | Кимберли Кларк | 34155 | безворсовая деликатная работа салфетка |
| Тейлер постановочная таблица | http://www.emouseatlas.org/emap/ema/theiler_stages/ downloads/theiler2.pdf | ||
| Leica SP5X конфокальный микроскоп | Leica | использовалась для проведения визуализации в реальном времени | |
| Стенд Leica DMI 6000 | Leica | использовалась для проведения визуализации в реальном времени | |
| Водная монтажная среда (Prolong Gold) | Молекулярные зонды | P36930 | |
| Наименование материала/оборудования | Номер компании | в каталоге | Комментарии/Описание |
| 24-луночная пластина | Costar | 3524 | |
| Тритон Х-100 | Сигма | T-8787 | используется для изготовления раствора для пермеабилизации: 0,5% Triton X-100 в 1 x PBS |
| сыворотка для козьей сыворотки | , используемой для приготовления блокирующего раствора: 4% сыворотка для коз, 0,1% Tween20 в 1 x PBS | ||
| Tween20 | Сигма | П9416 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.