Ксенотрансплантаты являются полезными инструментами для исследования поведения клеток человека in vivo. Эти модели предоставили бесценную информацию для широкого круга научных тем, таких как биология стволовых клеток человека1, наблюдение за клеточными событиями вреальном времени 2 и исследование ангиогенеза и метастазирования опухолей3. Кроме того, были изучены некоторые аспекты биологии рака, в том числе онкогенез ксенотрансплантатов, специфичных для пациента 4,5. Каждая из этих моделей ксенотрансплантатов имеет свои преимущества и недостатки, и, таким образом, каждая из них лучше подходит для конкретных научных вопросов. Куриные эмбрионы являются популярной моделью биологии развития, поскольку они представляют собой доступную модель амниоты, которая поддается хирургическим манипуляциям. Гетерологичные трансплантаты позволили исследователям создать точные карты судьбы6 или изучить, является ли признак клеточной автономией или управляется окружающей средой 7,8. Аналогичное обоснование позволяет использовать куриный эмбрион в качестве модели ксенотрансплантата для изучения поведения клеток человека.
Эмбриональная среда активно управляет морфогенезом тканей с помощью сигналов миграции и дифференцировки, а также межклеточных взаимодействий. Таким образом, по сравнению с моделями взрослого ксенотрансплантата, эмбрион обеспечивает более информативную среду для анализа поведения трансплантированных клеток, например, имитируя сигналы, присутствующие в нишах взрослых стволовых клеток (например, BMPs, WNTs, NOTCH и SHH9). Кроме того, отсутствие адаптивной иммунной системы на ранних стадиях развития позволяет проводить ксенотрансплантаты без риска иммунного ответа или отторжения донорской ткани10. В предыдущих исследованиях изучались ксенотрансплантаты человеческих клеток в куриные эмбрионы с этой целью. Нейрогенный потенциал стволовых клеток человека был оценен после инъекции в нервную трубку или кровеносные сосуды11 в дополнение к интеграции эмбриональных стволовых клеток12 и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток13 в эмбрион. Клетки меланомы человека также были изучены с использованием эмбриональной среды цыпленка, что выявило связь между их опухолегенезом и поведением клеток нервного гребня14, а также перепрограммированием опухолевых клеток с помощью информации от эмбриона15. В данной статье описывается протокол, который особенно подходит для изучения поведения первичных и гетерогенных клеточных популяций человека.
В последние десятилетия стромальный компонент различных тканей изучался в качестве аутологичного источника клеток-предшественников/стволовых клеток, а также в силу его проангиогенных и иммунорегуляторных свойств, ранее известных как «мезенхимальные стволовые клетки»16,17,18. Первой из этих клеточных популяций, которую нужно было охарактеризовать, была популяция стромальных/стволовых клеток костного мозга (BMSC), обладающих остео-, жировым и, в меньшей степени, хондрогенным потенциалом in vivo19,20. Стромальные клетки, полученные из жировой ткани (ADSC), представляют собой гетерогенную популяцию, полученную путем ферментативного расщепления образцов липоаспирата или дермолипектомии с последующим выделением стромально-васкулярной фракции (SVF) и, наконец, расширением в культуре21. В культуре эти клетки фенотипически характеризуются маркерами, общими с другими мезенхимальными популяциями, такими как CD90, CD73, CD105 и CD44, уникальными маркерами, такими как CD36, и отсутствием гемопоэтических (CD45) или эндотелиальных (CD31) маркеров22. Кроме того, ADSC обладают остео-, адипо- и хондрогенным потенциалом in vitro, а количество стволовых/прогениторных клеток в этой популяции может быть определено с помощью анализа фибробластоидной колониеобразующей единицы (КОЕ-F)22. Сообщалось, что in vivo клетки с фенотипом ADSC существуют в стромальном23 и/или периваскулярном24 компартментах. Становится все более очевидным, что, несмотря на общие маркеры после культивирования in vitro, стромальный компартмент различных тканей отражает внутренние характеристики данного органа, и эти клеточные популяции имеют различные свойства в зависимости от их источника 17,25,26,27. Кроме того, поскольку эти клетки выделяют на основе их адгезии к чашке для клеточной культуры, они могут состоять из клеток из различных зародышевых слоев28. Таким образом, использование метода ксенотрансплантата для изучения потенциала дифференцировки и тропизма стромальных клеток непредвзятым образом может предоставить ценную информацию об этих клеточных популяциях, которая будет направлять разработку будущих клеточных терапий.
Описанный здесь протокол (Рисунок 1) представляет собой метод ксенотрансплантата, который использует преимущества низкой стоимости и простоты манипуляций с эмбрионами цыплят. Ранее он использовался для изучения поведения ADSC29 человека, фибробластов кожи29, стромальных клеток менструальной крови30 и клеток глиобластомы31. Этот метод будет включать в себя трансплантацию клеток в виде сфероидов32, которые могут быть получены из любой популяции адгезивных клеток (рисунок 2). Также будут описаны хирургические процедуры и подготовка специальных хирургических материалов – микроскальпелей и стеклянных капилляров (Рисунок 3). Человеческие клетки обнаруживаются в гистологических срезах путем гибридизации специфичных для человека зондов Alu (рис. 4), что устраняет необходимость в предварительной маркировке трансплантированных клеток. Репрезентативные результаты описывают поведение ADSC человека, привитого как в сомитной области на уровне зачатка крыла (рис. 5, рис. 6 и рис. 7), так и первой глоточной дуги (рис. 8), а также первичных сфероидов глиобластомы человека, привитых в прозенцефалоне (рис. 8). Будет описана миграция клеток, дифференцировка и взаимодействие с эмбриональными тканями цыплят, а также предложены анализы для дальнейшего изучения клеточного поведения с использованием совместного окрашивания или окрашивания смежных участков.