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Biology

在早期鸡胚跟踪形态组织变形

doi: 10.3791/3129 Published: October 17, 2011

Summary

本文介绍了表面的标签和

Abstract

胚胎上皮细胞进行复杂的变形(如弯曲,扭曲,折叠和拉伸),形成早期胚胎的原始器官。跟踪基准对这些细胞的表表面标记是一个估算,如生长,收缩和剪切形态数量以及建立的方法。然而,并非所有的表面标记技术容易适应传统的成像方式,具有不同的优势和局限性。在这里,我们描述了两种标记方法,并说明每种技术的效用。在第一种方法,荧光标记的数百个应用同时使用铁磁性颗粒的胚胎。然后,这些标签使用量的2 - D组织变形过程中的形态发生。在第二种方法中,聚苯乙烯微球用于非侵入性光学相干断层扫描(OCT)成像造影剂跟踪的3 - D的组织变形。这些技术已成功LY落实在我们的实验室studythe初头倍,心脏和大脑发育,物理机制,并应适应范围广的形态发生过程。

Protocol

1。一般实验准备

  1. 准备在层流罩组织培养基。
    1. 稀贝科改良Eagle培养基(DMEM)(1大号瓶4.5克/ L葡萄糖,碳酸氢钠,和L -谷氨酰胺)。加入10 mL青霉素/链霉素/新霉素抗生素。
    2. 取出用无菌移液管的DMEM 100毫升和100毫升鸡血清取代。
    3. 分装DMEM/10%的雏鸡血清/ 1%抗生素无菌的15 mL锥形瓶和冻结。
  2. 准备磷酸盐缓冲液(PBS)补充钙和镁。混合100毫升10X PBS中,去离子水900毫升,集中解决钙和镁(100毫克/毫升氯化钙2•2H 2 O,100mg/mL氯化镁2•6H 2 O)和1毫升。
  3. 在汉堡和汉密尔顿1(即23-25 ​​小时HH阶段5,或42定义所需的阶段,作为一个纵向方向孵育鸡蛋HH阶段11-12)-48小时。
  4. 取出胚胎的鸡蛋使用的滤纸载体法。
    1. A150毫米培养皿侧面裂纹鸡蛋的底部。从底部拉开壳和空入菜蛋的内容。
    2. 从蛋的钝钳取出较厚,粘性蛋白。
    3. 切的Whatman#2滤纸2-3厘米的圆圈。直径。在滤纸中使用单一打孔,打孔。蛋黄的方式,使胚胎可见通过在环中心孔的滤纸环广场之一。
    4. 切周围的外径与microscissors滤纸。从蛋黄用细镊子取出纸张。
    5. 胚胎在PBS轻轻冲洗,以清除附着卵黄颗粒。 (HH5胚胎可能需要长时间浸泡15-20分钟以清除残留的蛋黄)。从浴室取出滤纸组件放置在腹侧35毫米培养皿。将第二个过滤器上盖的第一个纸环,夹环之间的胚胎。周围放上滤纸三明治(≈1.5 - 2厘米直径)的外部金属环,以确保胚胎。
    6. 淹没在培养基中的胚胎。验证正确的形态与明场显微镜和萌芽阶段。
  5. 使用移液管拉拔尖端细的玻璃针(1.5毫米内径)(世界精密仪器,萨拉索塔佛罗里达州),准备随后组织解剖和标签。

2。 DII标签5 HH阶段的胚胎使用磁性铁粒子

  1. 添加少量的铁粉(铁减少,Mallinckrodt贝克公司,Phillipsburg,NJ)在室温饱和DII在几滴酒精,让干。 (这通常会导致颗粒蛋糕,一旦酒精蒸发。)使用一把拉住微量的一角,打破了成群的铁粒子,他们转移到离心管,冲洗数次,并盖上去离子水。
  2. 标签了... ...第5阶段的胚胎外胚层细胞,收获的胚胎背侧(即整个滤纸大会)在35毫米的文化与文化传媒的慷慨层覆盖的菜,并在解剖显微镜下的菜。使用玻璃针去除卵黄膜和揭露外胚层细胞。 (小心不是皮尔斯胚胎。)
  3. 绘制一个列标记的铁粒子进入巴斯德吸管(去离子水)。使用解剖显微镜,淹没枪头下方的液体表面以上的胚胎的位置。吸管慢慢地来回滚动之间的指尖,争相粒子的pipiette洒在整个胚胎。
  4. 一旦胚胎布满颗粒,小心地放置在37℃培养箱中,约10分钟。利用胚胎孵化器了D使用一个强有力的磁铁,以消除粒子。
  5. 使用连接的摄像头和适当的过滤器设置荧光显微镜获得的胚胎明场和荧光图像,在图2A,B所示
  6. 注意标签的密度。如果所需的高密度分布,使用额外的颗粒(如上所述)标签胚胎,并相应延长孵化时间。如果标签过于密集,添加少量的离心管中填充粒子与已标记和未标记的铁粒子混合管内容。重复标记过程与一个新的胚胎,并再次注意标签密度。

3。光学相干断层扫描(OCT)成像聚苯乙烯微球标记HH11 - 12胚胎

  1. 准备在35毫米培养皿的黑10微米的微球直径(Polysciences公司,灵顿,PA)在PBS的解决方案。 (珠应足够大,产生华侨城的对比度成像,但足够小的如珠大小的单个细胞的顺序是。具体数值将取决于您的OCT系统的决议,并正在研究的组织)。一滴原液每毫升的PBS(2.6%固体乳胶)就足够了。拉成10CC使用22号针头的注射器这一解决方案。涡的解决方案为30秒,以确保珠均匀分布。
  2. 锥拉玻璃针使用的计算机硬盘驱动器2的提示。提示直径应足够大,珠可容纳通过开放,但在同一时间,尽可能小,以尽量减少注射过程中的组织伤人。
  3. 填写珠使用注射器的解决方案的斜角玻璃针。轻轻一抖,以确保该解决方案已达到提示的微量。
  4. 利用显微操作,胚胎放置在同一领域的玻璃针。珠应流淌出来的枪头。
    1. 如果没有BEADS退出的微管,有可能被堵塞。在这种情况下,重复步骤一个新的玻璃针3.2-3.4。
    2. 如果有太多的珠云您的视野,你的枪头可能太宽。一个新的吸管和一个新的胚胎的重复步骤3.2-3.4。
  5. 枪头插入大脑管的管腔。要确保没有捅破组织腹楼。你会看到一个组织的瞬态肿胀如珠和液体进入管腔。这表明一个成功的插管;现在,迅速取出玻璃针。
  6. 验证在使用明场显微镜的大脑管的内腔足够珠密度。让珠为20 - 30分钟解决节之前。 4。

4。数据采集

*下面的方法非常适合于以上所述的荧光标记技术。然而,随着微球标记技术,珠子可以打跑转移样品时孵化器和成像系统。在这种情况下,最好进行步骤4.2(运动/搅拌完全避免样品)。在这两种方法,胚胎,而淹没在液体培养基中培养。如果胚胎没有完全淹没(这是一些传统的组织培养技术的情况下),组织几何大大高得离谱的表面张力负载和应变分布改变,将无法准确地捕捉正常的3 - D形态发生的3,4。此外,淹没组织可以有效地防止了鲜明的对比观察OCT成像在液气界面模糊胚胎形态和标记坐标。

  1. 胚胎培养(一般)
    1. 您的第一张图像(明场,荧光,或华侨城)收购后,把700 35毫米培养皿(胚胎),在150毫米的培养皿中,并放置在一个小塑料袋整个装配。添加夫妇滴去离子水的加湿袋95%O 2 / 5%CO 2混合,并填写收入囊中。胚胎放入孵化器在37 ° C(队列Stabiletherm,阿什维尔,北卡罗来纳州),直到下一次成像时间点所需的时间。使用这种方法,可以进行实验在多个胚胎,在同一天。
  2. 时间推移文化(自动化)
    1. 含有1.2毫升的培养基放入一个三角洲T盘(外径35毫米,23毫米圆锥侧壁的中央孔径,0.17毫米厚的玻璃; Bioptechs,巴特勒,PA)标记的胚胎。
    2. 盖菜,保持了玻璃盖在37℃用一个Bioptechs三角洲T4的培养皿控制器(防止结露)。 Superfuse与95%O 2 / 5%CO 2混合气体从一个微型泵变流量装置(尔科技)提供的胚胎。之前到达胚胎,热和加湿温暖(<100 ° C)热板通过去离子水冒泡的气体。本实验的S示意图等,如图1所示。
    3. 成立了软件自动获取在用户指定的时间间隔图像。对于我们的荧光显微镜下,我们使用的OpenLAB软件(珀金埃尔默,马萨诸塞州沃尔瑟姆),并为我们的OCT系统,我们使用席卷源Thorlabs软件(牛顿,新泽西州),由于此方法是目前唯一能够处理一个时间推移实验一时间,它往往是最好的,让这些类型的文化运行过夜。通过安装一个自动翻译的成像系统的硬件和软件兼容的阶段,人们可以绕过这个限制。

5。代表性的成果:

标签自动​​跟踪(使用Volocity,珀金埃尔默)或手动(使用ImageJ手动跟踪插件,NIH)的每一个实验。在荧光标记技术,我们使用Matlab的常规gridfit适合通过标记坐标的二维表面,从而使形成表面株计算6,7。标准方程是使用这些值转换成相关的胚胎坐标系。另外,在OCT技术,表面生成的分割图像卷(通过标准软件,如Matlab或插入 8获得)和应变可以计算出样本 9的最大或最小曲率方向。

我们用我们的铁粒子技术标签和跟踪外胚层细胞在早期鸡胚在头褶皱形成的议案。如图2a所示,荧光标记的细胞,分布在整个胚胎。明场和荧光图像的胚胎被抓获,在不同的时间间隔期间前 OVO文化。跟踪标签的议案(图2B,C),然后用头褶皱形成的形态在不断变化的应变分布(图2D - F)的计算。

T“>同样,我们的聚苯乙烯微球技术被用于跟踪在早期雏鸡脑组织中后脑边界运动。正如图3屋宇署所示,珠议案追踪6小时和应变特征在纵向和组织变形圆周方向分别计算标记的坐标。注意,此方法能够处理明显的3 - D变形珠往往坚持各方脑的内腔(图3A)。

图1
图1设置时间推移组织培养的原理。

图2
图2。量化在使用荧光标签追踪早期的小鸡胚胎的2 - D组织变形。 (一)合并的明场/荧光图像的HH第5阶段的胚胎后去除铁粒子。 DII的标签分布在整个胚胎版外胚层细胞(红色)。 (B,C)标记细胞的运动跟踪使用ImageJ。标签位移计算胚胎坐标(X,Y,)。需要注意的是A和B是相同的图像。 (DF)的不断发展的过程中头部折叠形成纵向应变分布的等高线图。纵向拉格朗日株计算相对为hh(四)75分钟后的第5阶段(即A和B),(五)120分钟,和(F)165分钟的潜伏期。这些菌株的特征线元素原本面向沿Y轴的长度变化(在第5阶段的胚胎)。使用追踪标签的坐标计算形态株的进一步细节,可以发现在Filas等人(2007)6 Varner等人(2010) 7。请注意,C和F是相同的图像。比例尺= 500微米。

图3
量化的3 - D组织ð 图3。在早期鸡胚脑eformations。 (一)大脑管的聚苯乙烯微球,坚持背(黑色箭头)和腹侧(白色箭头)双方很容易从周围组织中的横向交叉华侨城重建section.Ventral意见明显显示中期后脑边界附近的微球的位置(三)(二)HH12和后6小时的潜伏期(男:脑H:后脑)。珠几组概述突出组织的整体变形。 (四)(五ZZ)纵向和环(五θθ)从这些变形计算拉格朗日株。积极的纵向和负中期后脑边界圆周株反映轴向延长本地区和文化过程中的圆周缩短。计算复杂曲面的形态发生过程中的形态株的详情,可发现 Filas等 ( 2008)9。比例尺= 200微米。

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Discussion

前OVO文化早期鸡胚两种组织标签技术。首先使用通过铁磁性颗粒的亲脂性荧光染料,同时标签数百个细胞。然而,这种方法是目前不兼容光学相干断层扫描,荧光染料一般使用10月10日从周围组织的对比度很小。因此,我们使用聚苯乙烯微球标记时间推移华侨城分析组织的一种替代技术。这种技术产生的3 - D数据集,但必须小心不逐出组织的珠子。在适当的实验环境中使用这些方法,应提供可靠的组织标签, 在早期胚胎和前OVO发展。两种方法都使用现成的,成本相对较低的材料(如:铁粉,聚苯乙烯微球),使组织变形的形态发生过程中的量化。 “在这两种情况下的组织标志可以很容易地和可重复应用胚胎组织,不需要专门的设备,使新人在现场访问这些实验。可视化和分析产生的数据(例如,通过计算形成应变地图)应有助于阐明形态发生的机制,在你的模型系统6,7,9,11,12

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Disclosures

没有利益冲突的声明。

Acknowledgments

这项工作是由国立卫生研究院拨款R01 GM075200和R01 HL083393(LAT)的支持。我们承认从NIH T90的DA022871和Mallinckrodt放射研究所曝气生物滤池的奖学金支持,并从美国心脏协会09PRE2060795授予VDV值。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
DMEM — high glucose Sigma-Aldrich D5796
Penicillin/Streptomycin/Neomycin Sigma-Aldrich P4083
Chicken Serum Invitrogen 16110-082
Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline Sigma-Aldrich D1408 10X
Whatman #2 Filter Paper Whatman, GE Healthcare 1002 090 90mm diameter
Glass Micropipettes World Precision Instruments, Inc. TW150-6 1.5mm inner diameter
DiI Invitrogen D-282
Iron Reduced Mallinckrodt Baker Inc. 5320
10 μm Diameter Microspheres (black) Polysciences, Inc. 24294
Delta T Dish (for time lapse culture) Bioptechs 04200415B 0.17mm thick, black
Delta T4 Culture Dish Controller Bioptechs 0420-4-03
Mini-Pump Variable Flow Device Fisher Scientific

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References

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Filas, B. A., Varner, V. D., Voronov, D. A., Taber, L. A. Tracking Morphogenetic Tissue Deformations in the Early Chick Embryo . J. Vis. Exp. (56), e3129, doi:10.3791/3129 (2011).More

Filas, B. A., Varner, V. D., Voronov, D. A., Taber, L. A. Tracking Morphogenetic Tissue Deformations in the Early Chick Embryo . J. Vis. Exp. (56), e3129, doi:10.3791/3129 (2011).

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