Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Biology

השתלת פנים ב doi: 10.3791/50697 Published: March 26, 2014
* These authors contributed equally

Summary

טכניקה להשתלה "אקסטרים Anterior דומיין" רקמות פנים בין Xenopus laevis עובר כבר מפותחת. רקמה ניתן להעביר מהרקע ביטוי גנים אחת לאחרת, ומאפשרת הלימוד של דרישות מקומיות לפיתוח craniofacial ולאיתות אינטראקציות בין אזורי פנים.

Abstract

מומים מולדים Craniofacial להתרחש ב1 מתוך כל 700 לידה חיות, אבל אטיולוגיה ידועה לעתים רחוקות בגלל הבנה מוגבלת של פיתוח craniofacial. כדי לזהות היכן מסלולים ורקמות איתות לפעול בדפוסים של הפנים פיתוח, טכניקה 'השתלת הפנים' פותחה בעוברים של צפרדע Xenopus laevis. אזור של רקמות פנים משוערות ("אקסטרים Anterior דומיין" (EAD)) מוסר מעובר תורם בשלב tailbud, ולהשתיל לעובר מארח של אותו השלב, שממנו האזור שווה הערך הוסר. זה יכול לשמש כדי ליצור פנים chimeric בי הרקמה המארחת או תורם יש הפסד או רווח של תפקוד בגן, ו / או כוללת תווית שושלת. לאחר ריפוי, התוצאה של פיתוח היא בפיקוח, ומצביעה על תפקידים של מסלול האיתות תוך התורם או רקמות מארח שמסביב. Xenopus הוא מודל יקר ערך לפיתוח פנים, כמו אזור הפנים הוא גדול וקלותccessible להמיקרומניפולציה. ניתן assayed עוברים רבים, על פני פרק זמן קצר מאז פיתוח מתרחש במהירות. ממצאים בצפרדע רלוונטיים להתפתחות אנושית, שכן תהליכי craniofacial מופיעים נשמרים בין Xenopus ויונקים.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

כדי להבין את המנגנונים העומדים בבסיס ליקויי craniofacial לידת 1-2, רקמות חשובות ותרומות האיתות שלהם במהלך התפתחות craniofacial חייב להיות מזוהה. בצפרדע Xenopus laevis, חלק מהפנים, כוללים את הפה וצורת נחיריים מ" אקסטרים Anterior דומיין "(EAD), שבו האאקטודרם והאנדודרם ישירות לצד זה 3-4. EAD פועל גם כמרכז איתות להשפיע על רקמות הסובבות, כוללים הרכס העצבי גולגולתי, המהווה את הלסתות ואזורי פנים אחרים 5. כדי לזהות את הגנים שתורמים לתפקוד EAD, טכניקה 'השתלת הפנים' פותחה, שבו רקמה מושתלת מתורם לעובר מארח, לאחר הסרת אזור המארח המתאים. בעקבות ההשתלה, וכתוצאה מפיתוח פנים הוא העריך. לכן, ההשפעות של אובדן התפקוד (LOF) או רווח של פונקציה (GOF) לגן מסוים בEAD מנותחים באופן מקומי, שבו שאר שעותEAD והגוף מורכב מרקמות מסוג בר. השתלת הגומלין יכולה להתבצע, שבו רקמה מסוג בר שהושתלה עוברים עם LOF הגלובלי או GOF בגנים ספציפיים. השתלה כבר בשימוש תכוף בXenopus וחומוס לומד 6. לדוגמא, השתלת Xenopus התייחסה אינדוקציה homogenetic עצבית, עדשה ויכולת עצבית, והגירה רכס עצבית 7-10. השתלת chimeric שליו חומוס נתחה פיתוח של הצלחת הקדמית העצבית, רכס עצבי קדמי, רכס עצבי, ועצמות גולגולת 11-14. זוהי טכניקת ההשתלה הראשונה למחקר של התפתחות craniofacial Xenopus. טכניקה זו הוכיחה תפקיד רומן למעכבי Wnt Frzb1 וסהר בויסות היווצרות קרום במרתף בפה המשוער 5. Laevis Xenopus הוא מודל אידיאלי למחקר של התפתחות craniofacial כעוברים גדולים, לפתח כלפי חוץ,nd הפנים גלויים ונגיש, המאפשרים המיקרומניפולציה והדמיה של פיתוח. מופיעים מנגנוני פיתוח פנים נשמרו, מה שמעיד כי ממצאים שנעשו בצפרדע לספק תובנות לגבי ההתפתחות אנושית 4,15-16.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. ריאגנטים הכנה

  1. MBS 10x: הכן 1 ליטר של 10x השתנה מלוח של ארת' (MBS) פתרון 17. עיין בטבלת 1, ריאגנטים, חומרים, והוראות. השתמש במים מזוקקים לכל הפתרונות. מערבבים בכוס, תוך שימוש בבר ומערבב, עד לפירוק מלא. כל הפתרונות צריכים להיעשות בטמפרטורת חדר.
  2. MBS 1x: לדלל של פתרון 10x MBS 100 מיליליטר ב900 מיליליטר של מים מזוקקים כדי להפוך 1 ליטר של MBS 1x. הוספת 0.7 מיליליטר של M CaCl פתרון 2 1.
  3. 0.1x MBS: MBS 1x לדלל כדי להכין 1 ליטר של פתרון 0.5x MBS ו -2 ליטר של פתרון MBS 0.1x. ל1 ליטר של פתרון MBS 0.1x, להוסיף 1 מיליליטר של 10 מ"ג פתרון gentamycin / מיליליטר. MBS 0.1x הפתרון עם gentamycin ישמש לתרבות עובר לטווח ארוך.
  4. Ficoll / MBS: הוסף 15 גרם Ficoll 400-500 מיליליטר של תמיסת 0.5x MBS. מערבבים במרץ. להוסיף סרגל מערבבים ומערבבים עד Ficoll נמס לגמרי (כמה שעות).
  5. 70% אתנול: לדלל 100% אתנול 70% אתנול באמצעותמים מזוקקים.

2. הכנת כלים תפעוליים זכוכית

  1. הכנת מחט: צינור נימים טען לחולץ מחט.
    1. משוך את המחטים על פי ההגדרות שמוצגים בטבלה 2: הגדרות חולץ מחט. ההגדרות הן לחולץ micropipette סאטר Instrument ושות הדגם P-80/PC וצינור נימים, כפי שמתוארים בטבלה של חומרים כימיים וציוד ספציפיים. עם זאת, הגדרות אלה הן ספציפיות לחולץ מחט סאטר, ותצטרכנה להיות מותאמים למכונות אחרות. הגדרות ניתן לקבוע באמצעות בדיקת רמפה, כפי שצוינו על ידי היצרן של המכשיר.
    2. משוך 4-6 מחטים בהכנה להליך. המחטים צריכה להיות שבורות כך שהחלק מהקצה של הכוס גמיש, דמוי שיער יוסר במלואו, שהוא בדרך כלל 2-3 מ"מ ארוך. טיפ חייב להיות קשיח יחסית, אבל עדיין צר מספיק כדי לשמש ככלי חיתוך. ראה תמונה של מחט אידיאלית באיור 1 א. אחסן את המחטים בצלחת פטרי עם פס של חימר למטה במרכז. לחץ על הפיר של כל מחט לתוך החימר, כדי להחזיקו במקום וכדי לשמור על הקצה החד השביר הרחק מהתחתית ודפנות.
  2. לכלים נוספים, לקבל תלושי כיסוי זכוכית, זוג מלקחיים ארוכים סטנדרטיים דפוס, מבער בונזן, ו3-4 טפטפות פסטר זכוכית (גודל 5 ¾ ב).
  3. כלי פיפטה: כדי להפוך את כלי פיפטה, להדליק את המבער בונזן ומניח את קצה הזכוכית פיפטה פסטר לחלק הכחול של הלהבה בזמן סיבובו, כך שהקצה נמס והחור לחלוטין חותמות, ויצר סוף סגור, מעוגל . הקצה המעוגל, אטום מאוחר יותר המשמש לייצור שקעים בצלחת החימר שמחזיקה את העוברים במהלך המבצע. ראה איור 1 ב.
  4. גשרי זכוכית: כדי להפוך את גשרי זכוכית, להשתמש במלקחי דפוס סטנדרטיים ארוכה לנתק בזהירות 3 מ"מ על 3 מ"מ גושי זכוכית לכסות להחליק. בעוד מחזיק את פיסת להחליק לכסות עם tweezers, הנח את הזכוכית בלהבה עד שכל ארבעת הקצוות לרכך ועקומה כלפי מטה, ויוצר כיפת זכוכית זעירה. הקצוות צריכים כבר לא יהיו חדים. ראה איור 1 ג.
  5. אחסנו את הגשרים להחליק את מכסה זכוכית על ידי החדרתם, קצוות למטה, לתוך פלסטלינה, המצפה את החלק התחתון של צלחת פטרי. הכנס את הגשרים כך שהחלק העליון של הגשר נשאר מעל משטח החימר. אל תלחצו חזק מדי כך שהפסקות הגשר, ולא להטביע את הגשר במלואו לתוך החומר, כי זה יכול להיות קשה להסיר. לאחר עיקור עם להבה או 70% אתנול, ניתן לעשות שימוש חוזר מניסוי הגשרים להתנסות.

3. הכנות לקראת מבצע העובר

  1. בשורה צלחת קטנה 60 מ"מ פלסטיק פטרי עם פלסטלינה. בין שימושים, משטח הצלחת וחימר הוא שטף ביסודיות עם מים מזוקקים ולאחר מכן עם 70% אתנול.
    הערה: השתמש באדום, לבן או צהוב, פלסטלינה ואן Aken Plastalina, שניתן לקנות במקומיy או חנות אמנות. חימר שחור אינו מומלץ משום שהוא משחרר שאריות.
  2. מלא את הצלחת עם 3% פתרון Ficoll 0.5x MBS. ריכוז מלח גבוה יותר מונע ניתוק רקמות, וFicoll פוליסכריד עוזרת לעבות את הפתרון, המסייע במחזיק את פניו בעמדה.
  3. השתמש בכלי בערת פסטר פיפטה (ראה איור 1) כדי להפוך 2-3 שקעים רדודים, מ"מ בחימר, על העומק של גוף עובר שלב 20. הפוך 20-30 דיכאונות, 1-2 מ"מ זה מזה, בכל צד של הצלחת, ולכן יש בסך הכל 40-60 שקעים. תווית צד אחד LOF / GOF, והסוג בר הצד השני, על ידי גילוף ראשי תיבות לחימר עם מלקחיים.

4. הכנת עובר Preoperation

  1. השג ותרבות Xenopus laevis עוברים תוך שימוש בשיטות סטנדרטיות 17. לתיאור מפורט של בעלי הצפרדע, אנא ראה סייב et al. 17
    1. ארבעים ושמונה שעות לפני obta הניסויבביצים מצפרדעי נקבה ולבצע הפריה חוץ גופית.
    2. הזרק 0.5-1 ננוגרם של הקרום הכתיר ה-GFP-mRNA, בתוספת כל mRNA רצוי או oligonucleotides אנטי תחושה-הותאם morpholino antisense ("morpholinos") בשלב תא אחד או ל 2 תאים בשלב 2 תא. שלב התא אחד נמשך כ 70-90 דקות. הזרק בהיקף כולל של 1-3 NL. במקומו של קידוד רנ"א לחלבון פלואורסצנטי (כגון GFP או RFP-RNA), אפשר להזריק morpholino FITC שכותרתו או dextran שכותרתו fluorescently. הקרינה היא חשובה לקביעה אם מושתל מרפא רקמות ונשאר בראש.
    3. ניתן להכין כתרים mRNA מפלסמיד לינארית באמצעות SP6 mMessage mMachine או ערכת T7. Morpholinos יכול להיות מתוכנן ולהזמין באמצעות LLC כלים ג'ין. כמות morpholino הנדרש לאפקט הרצוי צריכה להיקבע עבור כל גן 18.
    4. אחסן את העוברים הוחדרו ב15 מעלות צלזיוס למשך 48 שעות, עד שהם מגיעים שלב 19-20. (Fאו את כל שלבים שלאחר מכן, עובר שלב בהתאם לטבלה רגילה של Xenopus laevis ידי Nieuwkoop ופייבר 19.)
      הערה: ביום של הניתוח, שני עוברי הנמען והתורם חייבים להיות בתוך שלב אחד מכל אחד אחר להשתלות לעבוד בצורה אופטימלית. עם זאת, עובר מוזרק עם morpholinos ("morphants") לפעמים לפתח לאט יותר מסוג בר או לשלוט עוברי morphant, מה שהופך את צורך לתאם את ניסויים ולכן הן morphant ועוברי סוג בר נמצאים באותו השלב. Morphants ייתכן שיהיה הצורך לשמור על טמפרטורה גבוהה יותר עבור 12-24 שעות לפני ההליך. כדי להגדיל את הסיכוי שניתן למצוא עוברים בשלבי התאמה, יכול להישמר עובר בכמה טמפרטורות. עשרים וארבע שעות שקדמו לניסוי, יש לחלק את העוברים לכמה מנות, וmorphants המקום ב18-20 מעלות צלזיוס ועוברי סוג בר ב15-18 ° C.
  2. ביום של ניסוי השתלה, remove עובר מן חממת C ° the15 ולביים אותם על פי Nieuwkoop ופייבר 19. אם הם צעירים יותר מneurula המאוחר (שלב 19), להשאיר אותם בטמפרטורת חדר למשך 1-2 שעות, עד שהם מגיעים שלב 19.
  3. מסך עובר המוזרק תחת מיקרוסקופ פלואורסצנטי. בחר עוברים שמראים הקרינה אחידה, בהירה לצורך הניסוי.
  4. להסיר את העומס ומזהמים אפשריים בסמוך לאזור התפעולי. נגב את פני השטח ההפעלה, סטראו ואת כל כלים עם 70% אתנול.
  5. ברגע שהם עובר בשלב 19, להסיר את קרום vitelline באמצעות # 5/45 מלקחיים דומון תחת סטראו.
    1. להסיר את קרום vitelline של 20-30 של כל אחד מתורמים ועוברי מארח.
    2. לכמה ניסויי השתלת פנים הראשונים, צריך להתאמן עם כמה עוברים לכל מצב. השיטה היא מאתגרת ודורשת תרגול זהיר לפני שהוא יכול לשמש בקנה מידה גדולה יותר, במהירות ובהצלחה. אחד יכול לעבוד up לעושה 20 השתלות / ניסוי.
  6. הזז עוברי מארח לתוך צלחת ההפעלה באמצעות פלסטיק סיים טפטפת העברה עם הקצה מנותק כך שהפתיחה היא הרבה יותר רחבה מעובר (לפחות כמה מילימטרים). להיות זהיר כדי להימנע מלגעת בעוברים לבועות או המשטח של המים, כעוברים יתפוצצו במתח הפנים.
  7. השתמש # 5/45 מלקחיים כדי להכניס את העוברים לתוך שקעי החימר, עם האחורי של העובר בחימר. בעדינות לסגור את החימר מסביב לבסיסים של העובר באמצעות המלקחיים, והשאיר את הרבע העליון של העובר, הראש, בולט מהדיכאון.
  8. ברגע שכל עוברי המארח מובטחים בשקעים שלהם, לעבור לצד השני של הצלחת האחר ולהתחיל להכניס את עוברי תורם לשקעים שלהם. חזור על התהליך של הבטחת העוברים בבארות שלהם.

5. ביצוע ניתוח השתלת פן

  1. חיתוך סכין: כסכין חיתוך להסרתשל רקמת EAD תורם, השתמש במחט שבורה כראוי זכוכית נימים (ראה שלב 2.3 ואיור 1).
    הערה: אפשר ישירות להחזיק את הנימים בין אצבעות (זה עובד גם לאנשים עם ידיים קטנות) או אחד יכול לרכב את המחט בבעל סיכת חרק. מחטי טונגסטן Electrosharpened 17 נטענות לתוך בעל סיכה יכולות לשמש במקום מחט צינור נימים. אנא ראה מחזיקי סיכה הציעו ומחטים טונגסטן בטבלה של חומרים כימיים וציוד ספציפיים.
  2. תחת סטראו, הכנס את המחט לתוך ראשו של העובר בצד השמאל של בלוטת המלט. המחט צריכה להיות מוכנסת לעומק, כך שהוא עובר מחוץ לעובר, בראשו, ולתוך המעי הקדמי. להשתיל כל EAD, קיצוצים צריכים להאריך מהחלק החיצוני של העובר למעי הקדמי. להשתלות האאקטודרם בלבד, הקיצוץ צריך להיות רדוד יותר ולהאריך רק דרך האאקטודרם.
    1. פליק המחט מהשמאל לצד ימין שלבראש, לכל הרוחב של בלוטת המלט. המצליף חשוב כמו התנועה נותנת חתך נקי. עיין באיור 2 א לסיכום של הטכניקה ואיור 2 ב להפגנה של הקיצוצים. בלוטת המלט והעיניים הן ציוני דרך חשובה לקיצוצים. סדר הקיצוצים אינו משפיע על התוצאה ויכול להשתנות בהתאם להעדפה של המשתמש או handedness.
  3. מניחים את המחט בתחילת הקיצוץ הקודם, בגבול השמאלי של בלוטת המלט, וקפיץ המחט כלפי מעלה עד שהוא מגיע לחלק התחתון של עין השמאל. הפעולה זו תיצור חתך אנכי מהגבול השמאלי של בלוטת המלט לחלק התחתון של עין השמאל.
  4. מניחים את המחט בגבול תקין של בלוטת המלט, וקפיץ המחט כלפי מעלה עד שהוא מגיע לחלק התחתון של עין ימין. הפעולה זו תיצור חתך אנכי מהגבול הימני של בלוטת המלט לחלק התחתון של עין ימין.
  5. כדי להסיר את הריקמה, Flic מלאk את המחט מהחלק התחתון של העין השמאלית לחלק התחתון של עין ימין, יצירת חתך אופקי שישחרר את הרקמות. חתכים יכולים להאריך מהחלק החיצוני של העובר למעי הקדמי, כוללים שני האאקטודרם והאנדודרם בexplant EAD. לחלופין, חתכים רדודים יכולים לשמש להאאקטודרם בלבד השתלות EAD. לאחר רקמת EAD מוסרת, לא אמור להיות חור מלבני מהחלק החיצוני של העובר לתוך המעי הקדמי, המשתרע מבלוטת המלט ממש מתחת לעיניים (מלמעלה למטה). החור צריך להאריך מהגבול הפנימי של עין השמאל לגבול הפנימי של העין הימנית (צד לצד). ראה איור 2Bb.
  6. דחף בעדינות את הרקמה נכרתה בקצה המחט, והרם אותו באמצעות המאגר לחלק מהמנה המכילה עוברי מארח. אל תחשוף את הרקמות לאוויר לפני השטח או שזה יהיה להיות פגום.
  7. בלו אותה רקמה מעובר המארח, כמו לתורם. מחק את explant EAD המארח או לשמור אותו לinsert אל הפנים התורמים, להשתלת גומלין.
  8. הכנס את explant התורם לתוך חור מארח וכתוצאה מכך באמצעות # 5/45 מלקחיים.
  9. ברגע שהרקמות התורמות ממוקמת כראוי ובאופן מלא מוכנס, זהירות במקום גשר זכוכית (ראה איור 1 ואיור 2Bc) על פניו של העובר כדי להחזיק את ההשתלה במקום. הקצוות של הגשר צריכים להכניס לתוך החימר, מחזיקים אותו במקום. הגשר צריך בעדינות יפעיל לחץ על הרקמה המושתלת, כך שההשתלה טמונה סומק עם הראש המארח, בלעדיו מבצבץ מתוך הראש או שכיבה עמוקה בתוך הראש. הראש יכול להיות שטוח במקצת על ידי להחליק את המכסה, אבל להיזהר שלא לגרום נזק לעובר עם יותר מדי לחץ. השתלות צריכה להתבצע תוך 5 דקות.
    הערה: חוקר מנוסה יכול לבצע כעשרים השתלות לכל ניסוי, על 2-3 שעות. במהלך תקופה זו את העוברים יהיו התקדמות מהשלב 20-22. השלמת השתלת הפניםים בשלב 21 או 22 אינו משפיע על תוצאות. השתלות בהמשך (בשלבי 22-26) יכולות להיעשות אך קשות יותר כמו אזור קו האמצע EAD ללא פסגה הוא הצטמצם כמהלכי רכס עצביים גולגולתי בפרצוף. עקביות לאורך השתלות היא קריטית.

6. התאוששות לאחר ניתוח השתלת הפנים

  1. ריפוי בדרך כלל לוקח 2-3 שעות. השאר את העוברים בטמפרטורת חדר ללא הפרעה בשקעי החימר שלהם עם גשרי הזכוכית מחזיקים את הרקמות התורמות במקום.
  2. לאחר ההשתלות הגלידו, להסיר בזהירות את גשרי הזכוכית, להסיר את החומר מסביב הבסיס את העוברים באמצעות מלקחיים, ולהשתמש בפלסטיק סיים טפטפת העברת ואקום בעדינות את העוברים מהשקעים שלהם.
  3. שים את העוברים לתוך צלחת פטרי שכותרתו כראוי, מלא למחצה בMBS 0.1x הנקי עם gentamycin.
  4. לגדל את העוברים ב15 ° C או 18 מעלות צלזיוס במשך כמה ימים עד שהם מגיעים להאכיל את שלב ראשן בשלב 40, Wיכולים להיות הבקיע פנוטיפים פנים תרנגולת.
    1. MBS 0.1x הפתרון עם gentamycin צריך להיות שונה מדי יום, וכל עוברים מתים יש להסיר ללא דיחוי על מנת למנוע זיהום ומוות של עוברים אחרים.
    2. הפה נפתח בשלב 40. בשלב 40-41, יש לבדוק כי הרקמה המושתלת נשארת נרפאה במקום על ידי הצפייה בקרינה שלה. השתלות מדי פעם ליפול החוצה, ולכן יש להבטיח שלכל העוברים הבקיעו את הרקמות התורמות במקום.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

רקמות המושתלות צריכים להיות מוכנסות במלואו לתוך ראש המארח לאחר ההשתלה כפי שמוצגות באיור 3 א, ויש לי גשר זכוכית להציב כראוי על פניו של העובר, כפי שמוצגים באיור 2Bc. הרקמות המושתלות התורמות חייבים להיות בגודל נכון לפתיחה המארחת, להשתלה כדי להצליח. רקמת EAD לא צריכה לבלוט מהראש, בכל דרך, כפי שניתן לראות ב3B דמויות ו3C. בנוסף, השתלת הפנים לא צריכה להיות מסובבת יחסית למיקומה בגוף התורם, כפי שמוצג באיור 3D. לאחר כמה שעות, הרקמות המושתלות ופנים שמסביב צריכים לרפא, ועל ידי ביום שלמחרת, העובר צריך להופיע כדוגמא המוצגת באיורים 4 א ו -4 א ". ניתן לראות, תחת הקרינה, שההשתלה נשארה במקום באיור 4. בשלב 41, הרקמה המושתלת השליטה תהיה contribute לפה, ויישאר ניאון ירוק, ניתן לראות באיור 4 ב '. רקמת EAD סוג בר הושתלו מארחים סוג בר צריכה להצמיח פרצופים רגילים, בהשוואה לעוברים מוטרדים מסוג בר. עם זאת, עם רקמות תורמות LOF או GOF, פרצופים צריכים לרפא ולהישאר בראש, אבל אלה עשויים או לא עשויים להצמיח מבני craniofacial נורמלים, כפי שמוצגים באיור 3 של דיקינסון וסייב 5.

מגיב מרכיבים הוראות
1 M CaCl 2 פתרון 111 גרם של CaCl 2 לליטר החיטוי ולאחסן ב1 מיליליטר aliquots ב -20 או 4 ° C.
10x השתנה הפתרון של ארת' מלוח (MBS) 880 mM NaCl, גרם 51.4 להתאים את עוצמת הקול עד 1 ליטר עם מים מזוקקים. להתאים את pH הסופי ל7.8 עם NaOH ולאחר מכן חיטוי.
10 מ"מ KCl, מ"ג 745.5
10 מ"מ MgSO 4, גרם 1.2
50 HEPES מ"מ (pH 7.8), גרם 11.9
25 מ"מ NaHCO 3, גרם 2.1
פתרון MBS 1x ריכוזים סופיים: הכן פתרון MBS 1x על ידי ערבוב של 10x פתרון מלחי MBS 100 מיליליטר עם 0.7 מיליליטר של 1M CaCl 2 פתרון. להתאים את עוצמת הקול עד 1 ליטר עם מים מזוקקים. לדלל את הפתרון הזה כדי להפוך את MBS 0.5x MBS ו 0.1x.
88 מ"מ NaCl
1 מ"מ KCl
0.7 מ"מ CaCl 2
1 מ"מ MgSO 4
5 HEPES מ"מ (pH 7.8)
2.5 מ"מ NaHCO 3

טבלת 1. חומרים כימיים, חומרים, והוראות.

חום משוך Vel. זמן
800 70 40 50

טבלה 2. מחט הגדרות פולר *.

* הגדרות חולץ המחט משתנות ממכונה למכונה ולכן כל מעבדה כנראה צריכה לייעל את הגדרות חולץ מחט שלהם.

איור 1
איור 1. כלים בשימוש.) הופעות מחט שלמה, רצופה ומחט שבורה לאחר הקצה גמיש הוסר. ב ') מתאר את שני כלים פיפטה עם הקצוות שלהם אטומים לחלוטין ומעוגלים. ג) מראה שלושה גשרי זכוכית מדגם. ברים סולם = 1,000 מ"מ.

איור 2
.. איור 2 סיכום של שיטת השתלת הפנים) השתלות כלליות תכנית:.. סכמטי של שיטת השתלת הפנים עוברים מוזרקים עם סוכן ניאון וmorpholino מולקולת אנטיסנס קצר בשלב התא 1. סוכן הניאון יכול להיות GFP-mRNA, morpholino מתויג-FITC, או dextran הניאון. ב. פה משוער מוסר בשלב 22 מעובר מארח סוג בר ועובר morphant תורם. הרקמות המושתלות יכולות גם להיות מוגדלות כדי לכלול את האף המשוער, הנמצא ישירות מעל אזור הפה. רקמת morphant התורם הושתלה למארח הסוג בר, ולאחר מכן הוא מאובטח במקום עם גשר זכוכית. קשת גריי: בקיעת בלוטה. ב ') שיקולים ניסויי.. סיכום של חתכים משמשים כדי להסיר את פניו מעובר תורם. לכריתה כירורגית של הפנים, לעשות חתכים 1 עד 4 לפי סדר. זהו הסדר המועדף של קיצוצים, אבל בסדר הגודל של חתכים יכול להשתנות. ב. התורם וכתוצאה מכך מוצג עם האאקטודרם והאנדודרם הוסר מהפנים, כך שפתיחה קיימת מהחלק החיצוני של העובר למעי קדמי. ג. התרשים מראה מיקום אידיאלי של גשר הזכוכית. אנשי קשר הזכוכית גם השתלת פנים ומארח, לחיצה על רקמות EAD לראש להתנגד לכוחות extrusive מהתכווצות פצע במהלך ריפוי. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3 איור 3. סכמטי של עוברי זמן קצר לאחר ההשתלה. צפיות פרונטאלית מוצגות. הרקמות המושתלות מתוארת בנקודות אדומות. ו'מתארים תוצאה אידיאלית בשלב 22. הרקמה מוכנסת באופן מלא ואת מיקומו בצורה נכונה בראש. B ו-B 'להראות השתלה שגויה, עם הרקמה הוכנסה באופן חלקי לראש. C ו C' מופע השתלה שגויה עם רוב הרקמות מוכנסות לתוך הראש, אבל אזור עודף בולט מאתר הריפוי. רקמה זו תהיה necrose, ומעכבות את ריפוי של האזורים הסמוכים, הוכנסו כראוי. D והמופע 'D השתלה לא תקינה, שבו הפנים כבר הסתובב במארח, יחסית למיקומה בתורם. לאנושא ירפא לראש, אבל הפנים לא להתפתח באופן נורמלי. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4
איור 4. עוברים ישנים יותר עם ​​תוצאות אידיאליים. צפיות פרונטאלית מוצגות. CG: בלוטת מלט; מו:.. פה) מציג עובר יום אחד לאחר ההשתלה, מראה השתלה נרפאה כראוי בשלב 32 ') הופעות אותו העובר הזה עם כיסוי ניאון, המאשר כי הרקמה המושתלת נשארת במקום לינה. ) מציג את אותו העובר בשלב 42 שהיה לי morpholino שליטה, ה-GFP + השתלה כמה ימים לפני. הפנים התפתחו כראוי. ב ')מציג את אותו עובר עם כיסוי ניאון, המאשר כי הרקמה המושתלת נשארת בראשו ותרמה בדרך כלל למבני פנים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

צעדים ומגבלות קריטיים: הליך השתלת הפנים EAD הוא זמן ועבודה אינטנסיבי. זה דורש תרגול, ידיים יציבים, ומיומנות מושלמת. פרוטוקול השתלת פנים מסתמך על יכולתו של החוקר כדי להסיר ביעילות וברקמות להשתלה. אם אחד לוקח יותר מדי זמן להכניס את ההשתלה בפרצופו של המארח, את פני המארח יתחילו להתכווץ ולרפא. מלקחיים ניתן להשתמש בם כדי להרחיב את אזור הפנים בעדינות. עם זאת, אם התכווצות פצע משמעותי התרחשה, ההשתלה לא תרפא גם כן וייתכן שיהיה הצורך בגודל מופחת להשתלב חור הפנים של המארח. הגודל של ההשתלה וצורה חייב בערך להתאים את הגודל וצורה של חלל הפנים של הנמען, כדי לאפשר החדרה מוצלחת.

השתלות הפנים הן מוצלחות ביותר כאשר היא מבוצעת בין שלבי 19-22, עם עוברים שהם מתאימים בשלב. השתלות מבוגרות בפנים, בין שלבי 22-26, הן אפשריות, אך מאתגר יותרד עלול לשבש הגירת רכס עצבית אל צידי הפנים מאז אזור קו האמצע ללא פסגה הופך להיות צר יותר באופן משמעותי מהשלב 22-26.

שני הנמען והתורם חייב להיות בשלבים דומים להשתלה לעבוד בצורה אופטימלית. באופן אידיאלי, הם צריכים להיות באותו השלב, ומינימאליים צריכים להיות בטווח של כמה שעות זה מזה. עוברים מוזרק עם oligonucleotides morpholino antisense-RNA ("morphants") לפעמים לפתח לאט יותר מסוג בר או לשלוט עוברי morphant, הדורש שmorphants להיות מבוגר בטמפרטורה גבוהה יותר כדי להתאים שלבים 'עוברי הסוג בר.

תורם הפנים הרקמות לא צריכים לסובב בגוף המארח ביחס למיקום המקורי שלה בעובר התורם, אחרת הפנים לא להתפתח באופן נורמלי. בלוטת המלט לא צריכה להיות כלולה בהשתלת הפנים להליך לעבוד; הפנים מתפתחים בדרך כלל בלעדיו. עם זאת, בלוטת המלט נכללת לעתים קרובות בtהוא עקר את רקמות פנים משום שהוא משמש כסמן מובהק כדי לציין ולמקם את החלק התחתון של ההשתלה. סמן זה יעזור למנוע בטעות מסתובבת הרקמות במהלך ההעברה של רקמת הפנים לנמען. אם ההשתלה הוכנסה באופן שגוי לנוכח המארח, הרקמות התורמות ניתן להסיר וזנוח. אפשר לנסות להכניס את ההשתלה חדשה לאותו מארח, אם הפתיחה לא החלה להתכווץ. עם זאת, אם פתיחת המארח הצטמצמה באופן ניכר, ואז להשליך את המארח ולהתחיל מחדש.

זה חיוני כדי למקם את גשר הזכוכית ישירות על הפנים המושתלים, כך שההשתלה שנערכה בראשו של המארח במהלך ריפוי. אם ההשתלה אינה מוחזקת במקום, ההשתלה ניתן נמתחת מפניו של המארח. השתלות שאינם מוכנסים במלואו לתוך הפנים או שקופצים החוצה בזמן ההחלמה תעבורנה נמק. גם בהשתלות מושלמת, כמויות קטנות של מות רקמה עלולות להתרחש סביב o הקצוותf ההשתלה. בדרך כלל זה אינו גורם לתופעות לוואי ופנים נורמליות לחלוטין עדיין יכולות להיווצר. בבקרה מוצלחת שלא נצפו שום מום לאחר ארבעה שבועות של פיתוח המצביעים על כך הסחוסים נוצרו בדרך כלל והדחייה של הרקמות היא נדירה.

לבסוף, אם morpholino perturbs חלבון דרוש לריפוי פצע רגיל, טכניקה זו עשויה שלא לפעול, כמו הרקמה LOF המושתלת לא יכולה להיות משולבת בתוך הראש המארח.

שינויים אפשריים וירי צרות: שינויים ניתן לבצע את ההליך. בעזרת תרגול, החוקר יכול ללמוד להשתיל אזורים קטנים יותר, למשל, מחצית מEAD. חתכים רדודים לאפשר השתלות ectodermal, עוזב את האנדודרם העמוקה יותר באין מפריע. אזורים אחרים של רקמה עוברית יכולים להיות מושתלים, תוך שימוש בגישות דומות.

אם הרקמה המושתלת מתה לאחר כניסה, יש כמה pגורמי ossible. רקמה מושתלת שלא הוכנסה לגמרי לתוך המארח או החזיקו כראוי במקום עם גשר זכוכית, תמותי ולעכב ריפוי תקין. הקפד להכניס באופן מלא את הרקמה המושתלת ולאבטח אותו במקום עם גשר זכוכית. אם ההשתלה נגזרת מתורם הזריק morpholino או RNA, ולאחר מכן הרקמה עלולה למות בשל רעילות מסוכנים שהוחדרו. בדומה לכך, אם את עוברי המארח הם morphants או הזרקת RNA ולעתים קרובות למות, ולאחר מכן את כמות morpholino או RNA צריך להיות מופחתת. כדי לפתור בעיות אלה, לכיל את כמות RNA או morpholino המוזרקים ולקבוע סכום בטוח להשתלות הפנים מוצלחות. לבסוף, הגדלת ריכוז המלח של פתרון MBS מעל 0.1x יכול גם לסייע לריפוי.

משמעות: טכניקת השתלת הפנים המתוארות מאפשרת ניתוח של הדרישות המקומיות ופעילות של מוצרי גנים במהלך התפתחות craniofacial. גישה זו יכולה להבהיר signaling בין noncrest הפיתוח, רכס עצבי, ומבנים סמוכים. זה מאפשר לבחון LOF או GOF (באמצעות כל אסטרטגיה) בכל הרקמות נגזרות EAD, דבר שאינו אפשרי עם כל מבנה אמרגן מונע על אחד. למרות שיש היסטוריה של השתלת רקמות רבות בביולוגיה התפתחותית הזה הוא היישום הראשון של השתלה ללימוד פיתוח craniofacial בצפרדעים וחיונית למחקרים מכניסטית 7. לכן הטכניקה יכולה לעזור לפענח את המנגנונים המורכבים שליטה דפוסים והיווצרות של הפנים החוליות ולהבהיר גורמים לליקויים התפתחותיים craniofacial.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

יש המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

אנו מודים לראדק Sindelka על עזרתו, וקאש Bresilla לסיוע עם בעלי צפרדע והכנת עובר. עבודה זו מומנה על ידי NIH באמצעות R01DE021109 המענק לHLS לורה Jacox מומן על ידי הרשל סמית בוגר המלגה באוניברסיטת הרווארד ומענק מלגה בודדת F30 F30DE022989-01 דרך NIDCR.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Pasteur pipette VWR 14672-400 Lime Glass 
Size 5 3/4 in Cotton Plugged
Graduated Transfer Pipette VWR 16001-180 Disposable 
#5/45 forceps Fine Science Tools by Dupont medical 11251-35 Angled 45°
Standard Pattern Forceps Fine Science Tools 11000-20 Straight; serrated tip; stainless steel
Capillary Tubing (for needles) FHC 30-30-1 Borosil 1.0 mm OD x 0.5 mm ID/Fiber
Cover slip  VWR 48393 252 24 x 60 mm micro cover glass;
Ficoll 400 Sigma-Aldrich F9378
Needle Puller  Sutter Instrument Co Needle Puller: discontinued Filament: FB300B The most similar, currently available  needle puller is the P-97. For filaments, use Sutter 3.00 mm square box filaments, 3.0 mm wide.
Model P-80 Flaming / Brown micropipette puller
Stereomicroscope Zeiss
Stereomicroscope Lighting by Fostec Fostec Use a light box with 2 fiberoptic arms.  
Nickel Plated Pin Holder Fine Science Tools 26018-17 Jaw Opening Diameter: 0-1 mm
Moria Nickel Plated Pin Holder Fine Science Tools 26016-12 Jaw opening Diameter: 0-1 mm
Tungsten Needles Fine Science Tools 10130-05 0.125 mm Rod diameter
Van Aken Plastalina Blick #33268-2981
Modeling Clay- white, red, or yellow
mMessage mMashine SP6 or T7 Kit Ambion AM1340

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Gorlin, R. J., Cohen, M., Levin, L. Syndromes of the head and neck. Oxford University Press. UK. (1990).
  2. Trainor, P. Craniofacial birth defects: The role of neural crest cells in the etiology and pathogenesis of Treacher Collins syndrome and the potential for prevention. Am. J. Med. Gen. A. 152, 2984-2994 (2010).
  3. Dickinson, A. J., Sive, H. L. Development of the primary mouth in Xenopus laevis. Dev. Bio. 295, 700-713 (2006).
  4. Dickinson, A. J., Sive, H. L. Positioning the extreme anterior in Xenopus: cement gland, primary mouth and anterior pituitary. Sem. Cell Dev. Bio. 18, 525-533 (2007).
  5. Dickinson, A. J., Sive, H. L. The Wnt antagonists Frzb-1 and Crescent locally regulate basement membrane dissolution in the developing primary mouth. Dev. 136, 1071-1081 (2009).
  6. Gilbert, S. F. Developmental Biology. Sinauer Associates, Inc. Sunderland, MA. (2010).
  7. Borchers, A., Epperlein, H. H., Wedlich, D. An assay system to study migratory behavior of cranial neural crest cells in Xenopus. Dev. Genes Evol. 210, 217-222 (2000).
  8. Grunz, H. Homoiogenetic neural inducing activity of the presumptive neural plate of Xenopus laevis. Dev. Growth Differ. 32, 583-589 (1990).
  9. Servetnick, M., Grainger, R. M. Changes in neural and lens competence in Xenopus ectoderm: evidence for an autonomous developmental timer. Dev. Bio. 112, 177-188 (1991).
  10. Servetnick, M., Grainger, R. M. Homeogenetic neural induction in Xenopus. Dev. Bio. 147, 73-82 (1991).
  11. Couly, G., Coltey, P., Le Douarin, N. The triple origin of skull in higher vertebrates: a study in quail-chick chimeras. Dev. 117, 409-429 (1993).
  12. Couly, G. F., Le Douarin, N. M. Mapping of the early neural primordium in quail-chick chimeras : I. Developmental relationships between placodes, facial ectoderm. 110, 422-439 (1985).
  13. Couly, G. F., Le Douarin, N. M. Mapping of the early neural primordium in quail-chick chimeras II. The prosencephalic neural plate and neural folds: Implications for the genesis of cephalic human congenital abnormalities. Dev. Bio. 120, 198-214 (1987).
  14. Lievre, A. L., Le Douarin, N. The early development of cranial sensory ganglia and the potentialities of their component cells studied in quail-chick chimeras. Dev. Bio. 94, 291-310 (1982).
  15. Kennedy, A., Dickinson, A. Median facial clefts in Xenopus laevis: roles of retinoic acid signaling and homeobox genes. Dev. Bio. 365, 229-240 (2012).
  16. Trainor, P., Tam, P. Cranial paraxial mesoderm and neural crest of the mouse embryo- codistribution in the craniofacial mesenchyme but distinct segregation in the branchial arches. Dev. 121, 2569-2582 (1995).
  17. Sive, H. L., Grainger, R. M., Harland, R. M. Early Development of Xenopus laevis. Cold Spring Harbor Laboratory Press. Cold Spring Harbor, NY. (2000).
  18. Tandon, P., Showell, C., Christine, K., Conlon, F. Morpholino injection in Xenopus. Methods Mol. Biol. 843, 29-46 (2012).
  19. Nieuwkoop, P. D., Faber, J. Normal Table of Xenopus laevis (Daudin). Garland Publishing. New York. (1994).
השתלת פנים ב<em&gt; Laevis Xenopus</em&gt; עוברים
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Jacox, L. A., Dickinson, A. J., Sive, H. Facial Transplants in Xenopus laevis Embryos. J. Vis. Exp. (85), e50697, doi:10.3791/50697 (2014).More

Jacox, L. A., Dickinson, A. J., Sive, H. Facial Transplants in Xenopus laevis Embryos. J. Vis. Exp. (85), e50697, doi:10.3791/50697 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter