Waiting
Login processing...

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

Bioengineering

בודק את התפקידים של הכוחות הפיזיקליים במערכת מורפוגנזה עובריים מוקדם של הבחורה

Published: June 5, 2018 doi: 10.3791/57150
Automatic Translation
*1, *1, 2, 1, 1
1Thayer School of Engineering, Dartmouth College, 2Department of Bioengineering, University of Pennsylvania
* These authors contributed equally

Summary

כאן, אנו מציגים פרוטוקול היכרות עם ערכת ניסויים לשעבר-ovo חדשים וגישות מודלים פיזיים ללמוד את המכניקה של מורפוגנזה במהלך המוקדמות פיתול המוח העוברי צ'יק.

Abstract

התפתחות באופן מסורתי נלמדת מנקודת המבט של גנטיקה למערכות ביולוגיות, אך החשיבות הבסיסית של מכניקה ב מורפוגנזה מזוהה הופכת יותר ויותר. בפרט, הבחורה עובריים הלב והמוח התחתית, אשר עוברים שינויים מורפולוגיים דרסטי כפי שהם מפתחים, הן בקרב המועמדים הממשלה ללמוד את התפקיד של הכוחות הפיזיקליים במערכת מורפוגנזה. כיפוף הגחון מתקדמת, פיתול rightward של המוח צ'יק עובריים צינורי יקרה בשלב המוקדם של איברים ברמת משמאל המשווע התפתחות האפרוח. קרום vitelline (VM) מגבילה את הצד הגבי של העובר, היה מעורב במתן את. הכוח הדרוש לגרום פיתול של המוח המתפתח. כאן אנו מציגים שילוב של ניסויים לשעבר-ovo חדשים ובאופן פיזי מידול כדי לזהות את המכניקה של פיתול המוח. המבורגר-המילטון שלב 11, העוברים הם קצרו ותרבותית ex ovo (בתקשורת). ה-VM יוסר לאחר מכן באמצעות צינור קפילרי משך. על ידי השליטה הרמה של הנוזל ובאיומים העובר לממשק נוזל-אייר, מתח הפנים נוזלים של התקשורת יכול לשמש כדי להחליף את תפקיד מכני של VM. תיאום הניסויים בוצעו גם לשנות את המיקום של הלב למצוא תוצאות השינוי כיראליות של פיתול המוח. תוצאות של פרוטוקול זה להמחיש את תפקידי היסוד של המכניקה נהיגה מורפוגנזה.

Introduction

ביולוגיה התפתחותית מודרנית המחקר מתמקד בעיקר פיתוח ההבנה מנקודת המבט של גנטיקה מולקולרית1,2,3,4,5,6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13. ידוע כי התופעה הפיזית לשחק תפקיד מרכזי מורפוגנזה, או הדור של ביולוגית טופס14,15,16,17; עם זאת, מנגנונים מכניים ספציפי של פיתוח נשארים מחקר כלשהו. Flexure הגחוני פיתול rightward של הצינור המוח הפרימיטיבי לאחר המבורגר-המילטון שלב 11 (HH 11)18 הם שני תהליכים עיקריים שתורמים צורה עוברית לשנות19,20. בפרט, המנגנון הפיזי שבבסיס פיתוח הכיווניות של המוח העוברי נשאר שהיישום מובן.

פיתול מתחלקים ב צ'יק העובר הוא בין האירועים morphogenetic המוקדם של אסימטריה (Lr) משמאל בפיתוח. כאשר התהליך של אסימטריה L-R הוא מוטרד, מומים מולדים כגון סיטוס אינברסוס, isomerismאו heterotaxia תתרחש21.
כאן אנו מציגים פרוטוקול המשלב לשעבר-ovo ניסויים22,23 עם מידול הפיזי כדי לאפיין כוחות מכני במהלך התפתחות המוח העוברי מוקדמת. מטרת השיטה המובאת היא לזהות את הכוחות מכני אחראי פיתול המוח ואת הגורמים המשפיעים על מידת פיתול במהלך התפתחות מוקדמת12. על סמך התצפית ניסיוני קרום vitelline (VM) מגבילה את הצד הגבי של העובר, שיערנו כי ה-VM מספק את. הכוח הדרוש לגרום פיתול של המוח המתפתח. לכן, בשיטה זו, אנו להסיר את החלק של ה-VM שמכסה את האזור במוח כדי לגלות את ההשפעות על פיתול המוח. יתר על כן, השיטה של החלת נוזלים מתח נעשה שימוש כדי לאשר את תפקיד מכני של VM ולספק הערכה של הכוח הדרוש עבור פיתול המוח, אשר לא נעשה בעבר. מדידת הכוחות במהלך מורפוגנזה עובריים הוא משימה מאתגרת. ראוי לציין, במחקר חלוצי, Campàs ועמיתים24 פיתח שיטה לכמת את הלחצים הסלולר באמצעות microdroplets מוזרק. עם זאת, שיטה זו הייתה מוגבלת למדידת כוחות ברמה התאית, ולכן לא ניתן ליישום כדי לחקור את הכוחות על רקמות או אורגניזם-ברמת. פרוטוקול הציג נייר זה פותחה כדי חלקית למלא את החלל הזה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. הכנת תרביות רקמה מדיה

  1. השתמש בקבוק חצי ליטר בינוני (DMEM ששינה הנשר של Dulbecco) עם גלוקוז 4.5 g/L, סודיום ביקרבונט-גלוטמין כבסיס לתקשורת תרבות.
  2. ב תא סטרילי למינארי, להוסיף 10 מ של אנטיביוטיקה חצי ליטר של DMEM.
  3. באמצעות פיפטה סטרילי, להעביר צינור חרוטי סטרילי 50 מ ל 50 מ של הפתרון אנטיביוטיקה DMEM.
  4. להוסיף 50 מ של נסיוב החתיכה הפתרון אנטיביוטיקה DMEM שנותרו בבקבוק 0.5 L בשכונה סטרילי.
  5. לאחסן הפתרון הסופי (המכונה מכאן והלאה צ'יק תרבות המדיה [CCM]) ב- 50 מ ל aliquots צינור חרוטי ב-20 ° C.

2. דגירה

  1. שימוש עדין מגבונים עם 70% אתנול לנקות מופרית ספציפי פתוגן-חופשית לגהורן לבן ביצי תרנגולת. לארגן ביצים כיוון האורך על מחזיקי.
  2. הפעל אינקובטור ביצים להגדיר יעד לטמפרטורה של 37.5 ° C ולשמור על הלחות ב 48-55%. הלחות נשלטת על-ידי הוספת כמות מספקת של מים החממה.
  3. דגירה הביצים HH11-13, כ 40-44 h.
  4. תן שהביצים להתקרר בטמפרטורת החדר במשך כ- 15-30 דקות לפני הריסוס/ניקוי עם 70% אתנול.

3. משוך נימים זכוכית

  1. הר של צינורות קפילר באורך ס מ זכוכית 10 עם הקוטר החיצוני של 1.0 מ מ, של הקוטר הפנימי של 0.5 מ מ- פולר micropipette.
  2. הגדר את החום ומשוך פרמטרים 750, 400, בהתאמה. לחץ על לחצן משיכה כדי לגרור את צינור קפילרי מחטים דק.

4. נייר סינון הספק שיטה

  1. חותכים עיגולים של 3 ס מ קוטר מסנן נייר.
  2. חותכים מלבן בערך 1 ס מ על ידי 2 ס מ מן המעגל באמצעות צעצועים. הקפד להסיר כל בולטות או פינות חדות.

5. העובר קציר והכנות

  1. לפצח את הביצים מלמטה, להפריד את הקליפה בעדינות, היטב להפקיד תוכן לתוך צלחת פטרי 150 מ"מ x 15 מ"מ. כדי להבטיח שהצד העובר קורה, לשמור את הביצים באותו הכיוון שהם היו מתפשט תוך פיצוח אותם.
  2. הסר את אלבומין דק בעזרת פיפטה חד פעמיות של פסטר.
  3. להפריד את אלבומין עבה החלמון באמצעות מלקחיים שהסתיימה בוטה. ודא כי אלבומין עבה הוסר על ידי גירוד בקלילות העליון של החלמון עם המלקחיים שהסתיימה בוטה.
  4. להשתמש מלקחיים שקצהו הקנס מרכז ולמקם טבעת נייר סינון על העובר, התאמת לציר הארוך של הטבעת עם הציר הארוך של העובר.
  5. חותכים את החלמון המקיפים את הטבעת נייר סינון עם מספריים.
  6. למשוך את הטבעת ואת העובר את החלמון אלכסוני לכיוון האתר שבו החלמון תחילה נחתך.
  7. יש לשטוף את העוברים בתוך שתי מנות 100-מ מ רציפים עם טמפרטורת החדר 1 x buffered פוספט תמיסת מלח (PBS).
  8. במקום הראשון טבעת נייר סינון לתוך צלחת פטרי 35 מ מ. אז במקום הצד הגבי העובר על גבי נייר הסינון כבר בצלחת פטרי 35 מ מ.
  9. במקום טבעת נירוסטה על גבי נייר סינון הכריך. ודא שלא יגרמו נזק העובר.
  10. להוסיף 3 מ"ל של CCM מוכן קודם לכן כל צלחת פטרי.
  11. להסיר את ה-VM של כל העובר על ידי בקלילות מרמה את המחט נימי משך לרוחב החלק העליון של העובר, פילינג VM משם, החל מהקצה הקדמי (מעל הקדמי), שימשיך מיתר הגב (איור 1 א').
  12. מקום 8 35 מ מ צלחות פטרי לתוך צלחת אחת של 150 מ מ זה היה רצוף מים רווי המשימה העדינה מגבונים (כדי לשמור על לחות).
  13. המקום הפטרי 150-מ מ לתוך שקית ניילון sealable ואז למלא את התיק עם תערובת גז המורכב 95% O2 ו- 5% CO2.
  14. לסגור את השקית ולמקם אותו חממה 37.5 ° C.
  15. דגירה העוברים עבור h 27 נוספים עד HH15-HH16 (איור 1B).

6. גרימת מתח פנים

  1. להסיר את העוברים מן החממה ולהשתמש מערכת אופטית קוהרנטית טומוגרפיה (אוקטובר) תמונה אותם. שימוש OCT כדי לקבוע את זווית הכיווניות הצינור העצבי (NT) (איור 2).
  2. להעביר את העוברים מיקרוסקופ אור והמחש בהגדלה X 10. להשתמש על פיפטה 200 microliter בהדרגה להסיר את 0.2 מ"ל של מדיה הפטרי.
  3. קח תמונות brightfield בכל פרק זמן לבחון את ההשפעות של ממשק מדיה-אייר על העובר.
  4. להסיר מדיה עד המתח על פני העובר גורם פיתול (איור 1C).
  5. תמונה העובר באמצעות מערכת OCT פעם נוספת כדי לקבוע זווית הפיתוליות הסופי להשוואה לשלוט עוברי.  הערה: התמונות ברייט-שדה נרכשו באמצעות מיקרוסקופ ויבתר. מערכת טומוגרפיה אופטית קוהרנטית עם מיקרוסקופ המצורפת שימש לרכוש אוספי תמונות חתך של העוברים בשידור חי. תמונות היו שהושגו בתחום 3 x 10 מ"מ x 3 מ"מ3 סריקה ולאחר מכן מעובד בתוכנת הדמיה. לבסוף, מודל פיזיקלי התמונות צולמו באמצעות מצלמה דיגיטלית רפלקס יחיד-עדשה.

7. פיזית מידול של כוחות מתח/VM

  1. לפתח הגיאומטריה 3D פשוטה הדומה העובר בין 17-HH14 בתוכנה מסחרית דוגמנות (איור 3 א).
  2. עיצוב כייר שלילי של הגיאומטריה 3D תירחסמ 3D גרפיקה תוכנה.
  3. שימוש במדפסת תלת-ממד נטען עם מ מ 1.75 בוטאדיאן טבעי styrene פילמנט תלת-ממד הדפס מעוצב העובש, בתבנית stereolithographic (.stl).
  4. להטיל את התבנית, לערבב את הרכיבים גומי סיליקון של אלסטומר A ו- B בחלקים שווים, יוצקים את התערובת לתבנית באופן מיידי; הגדר את עובש הליהוק לרפא בטמפרטורת החדר במשך 12 שעות (איור 3B).
  5. סמן את מודל פיזיקלי של העובר לאורך NT בצד הגבי להמחיש פיתול.
  6. השתמש coverslip כדי לשכפל את כוח להחיל על דגם התלת-ממד פיזי אשר מחקה את זה של VM או מתח (דמות תלת-ממד).
  7. הכנס של סדרת נוקשה חוטים באורך שווה לצד של המודל הפיזי. לאחר coverslip מפעילה כוח חיצוני על המודל המוח, החוטים להיות מוטה בזווית תלוי במיקום. לקבוע את זווית הסיבוב על ידי arctan של אורך המוקרנת על אורך כל חוט (איור 3E) המקורי.

8. שינוי הכיוון של הלולאה הלב

  1. בצע את השלבים ב 3.1 ו- 3.2 לקבל צינור קפילרי משך.
  2. בצע את השלבים ב- 5.1 דרך 5.10 להכין את העובר.
  3. השתמש זוג מלקחיים כדי להפוך נייר הסינון כך העובר הופכת הגחוני /-צד-up.
  4. השתמש את צינור קפילרי משך לחתוך חתך ממברנה splanchnopleure (SPL).
  5. השתמש את צינור קפילרי להפעיל כוח מכני כדי לדחוף את הלב מן הצד הימני בצד שמאל.
  6. בצע את השלבים ב- 5.12 דרך 5.15 כדי לבחון את השינוי שחל פיתול.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

במחקר זה, ה-VM של העובר-HH11 הוסר מהקצה הקדמי כדי flexure בית החזה. העוברים היו עם תמונה באמצעות מערכת OCT. בשלב זה, פיתול המוח צינור לא התחיל (איור 1 א'). לאחר להיות מודגרות עד HH15-16, העוברים עם שלהם VM הוסר הציג פיתול המוח מופחתת שפופרת, כ-35 מעלות (איור 1B) לעומת שליטה עוברי, אשר מוצג פיתול של בסביבות 90 מעלות. כאשר רמת התקשורת הונמך לזירוז מתח בצד הגבי של העוברים עם המכונה הוירטואלית שלהם הוסר, המוח המעוות ברמות דומות לאלה בשליטה עוברי (איור 1C). איור 2 מציג תמונת OCT נציג של העובר HH 13 עם אוריינטציה בית החזה זווית, זווית הנטייה הגולגולת מסומן (איור 2 א). הזוויות נמדדים ממצב אנכי של חתך הרוחב של NT (איור 2B, ג). תוצאות של ניסויים שלנו הציע כי מוח נורמלי צינור פיתול הוא מונע על ידי טעינה חיצוני בצד הגבי של העובר כי המטען הזה חיוני המסופקת על ידי ה VM20,25. יתר על כן, בעוד העובר נורמלית המוח הופך rightward כמו הלולאה הלב הולך לצד ימין ואילו בהעובר בלב לולאה דחף בצד שמאל בשלב מוקדם (דהיינו, לפני HH שלב 12), המוח גם פונה שמאלה בעקבות עוד 20 h של דגירה (איור 3 ג ב הפניה למעורר [12]), רומז כי המיקום של הלב, גרמו האסימטריה בפיתול המוח.

הנתונים שנאספו בניסויים אפשרה לנו לשחזר גאומטריה פשוטה של העובר אפרוח ללא ה-VM מ 17-HH14 (איור 3 א). במודל זה חישובית, המוח ואת הלב שיכורה נכון היו המודל כפי מוטות מעוקל. בלוק המייצג את הקרום splanchnopleure (SPL) היה קשר עם המטה הלב. על ידי עיצוב תבנית שלילי ממודל חישובית זו, 3D דפוס זה עובש, השלכת את התבנית עם elastomer סיליקון, אנחנו המציא מודל פיזי של גאומטריה חישובית פשוטה (איור 3B-D). Coverslip צונחים בצד הגבי של המודל הפיזי לשכפל את עומס מכני שמספק את VM או מתח מן הניסויים שלנו (דמות תלת-ממד). מודל תערוכות דומות הגיאומטריה והמוח פיתול עם העובר בפועל, בתרבית לשעבר-ovo כדי HH14-17 (איור 3E).

Figure 1
איור 1: מורפולוגיה של העובר עם VM הוסר ואפקטים של כוחות חיצוניים על פיתול המוח rightward צינור. (א) העובר Harvested עם VM מוסר על HH11. (B) העובר אותו מתפשט עבור 27 h פוסט VM להסרת מראה מופחתת פיתול. (ג) העובר אותו עברה פיתול המוח, על היישום של מתח פנים של נוזלים. (ד) העובר שליטה עם מוח נורמלי פיתול בשלב דומה. גודל ברים, (A-C) 1 מ מ, (ד) 1 מ מ. תמונות נלכדו בהגדלה X 10. חיבור מקורי הפניה למעורר [12] עם הרשאה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2: OCT תמונה של העובר HH13. (א) הדמות יש זוית אוריינטציה בית החזה המסומנים ב (א) הזווית התמצאות הגולגולת שלו נמדד ב- (ב). (B), (ג) חתך רוחב של NT עמדות (א) ו- (ב). זוויות נמדדים ממצב אנכי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3: מודל פיזי של העובר הוכחת פיתול המוח. (א) גאומטריה פשוטה של העובר אפרוח ללא VM-HH14-17 (B) סיליקון elastomer מודל פיזיקלי של העובר חומוס. (ג) הגבי מבט דגם עם הלב בצד ימין. (ד) תצוגה הגבי של המודל תחת כוח חיצוני שהוחלו על-ידי coverslip, מתחיל להראות פיתול המוח rightward. (ה) העובר צ'יק תרבותי לשעבר-ovo מתחיל לעוות rightwards ב HH14 להשוואה. גודל ברים, (B-D) 1 ס מ, (E) 1 מ מ. Adapted מן הפניה למעורר [12] עם הרשאה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

בעוד פיסיקליות לשחק תפקיד אינטגרלי מורפוגנזה26,27,28,29,30, למנגנונים מכאניים הספציפיים, יחד עם קואורדינציה של מכונות, המנגנונים המולקולריים, להישאר נחקרו במידה רבה. זה ידוע כי flexure הגחוני של פיתול rightward של המוח הפרימיטיבי הם שני תהליכים המרכזית שתורמים תחילת מורפוגנזה עובריים18,31,32,33, 34, אך אין מחקרים קודמים התייחס מקורם מכאני של פיתול המוח, אחד של האירוע המוקדם איברים ברמת משמאל אסימטריה.

השלבים המפתח של הפרוטוקול כוללות הסרת ה-VM לזהות את הכוח המניע מכני עבור פיתול המוח ואת היישום של נוזלים מתח נוסף לאשר את הממצאים. פתרון הבעיות של טכניקה זו התרחש כדי לזהות את השלב הראשוני שבו ה-VM להסירה כדי לגרום שינויים משמעותיים פיתול.

הכוח כלפי מטה פסיבי של VM הוצגה להיות גבול מכני בסיסי עבור הצינור המוח העוברי גדל והולך. כאשר ה-VM של העובר הוסר, המוח כבר לא מתפתל במידה נורמלית, אך עשוי להיות טוויסט של רמת שליטה באמצעות יישום עוקבות של מתח על ידי הורדת רמת נוזלים. מתח הפנים הידוע של מים בטמפרטורת הסביבה mN ± 0.1 72.01/m, ואת האורך קשר הוא מסדר מילימטרים, ואז ניתן לחשב את הכוח. ובכך אנו מעריכים ש-VM שהופעל כוח של 10 mN ב העובר HH 14-1712.

באמצעות פרוטוקול זה, הצלחנו לקבוע כי VM ממלא תפקיד מפתח מכני פיתול המוח העוברי. התוצאות המתקבלות באמצעות פרוטוקול חדש זה מרמז כי ה-VM הוא מבנה קריטי עבור ההתקדמות של תסביב מוח נורמלי במהלך מורפוגנזה עובריים, כאשר היא מספקת אילוצים גיאומטריים של עומס מכני הדרושות מסובבת של המוח35. התוצאות הראו, כי המיקום של הלב קובע את כיוון פיתול המוח. L-R אסימטריה של העובר במהלך הפיתוח מוביל צורה כרך הימני של הלב, אשר בתורו כוננים מסובבת rightward של המוח36,37,38,39. ראוי להזכיר כי לשיטת מכני ועקרו מבתיהם עמדה של הלב שונה מן השיטה הכימית שפותחה על ידי חוקרים אחרים13 , עדיף כבר את התפקיד של מכניקה ב מורפוגנזה. בסך הכל, התוצאות שלנו ממחישים את התפקיד היסוד של המכניקה נהיגה מורפוגנזה הפיתוליות המוח של העובר צ'יק.

בעתיד, ניתן להחיל את הפרוטוקול כדי לזהות גורמים גנטיים איך מכני יחד פיתול עובריים רגיל ולחשוף כמה גורמים שונים אלה לעבוד ביחד כדי להבטיח מורפוגנזה המתאים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים מצהירים שאין ניגודי אינטרסים.

Acknowledgments

Z.C. מאשר התמיכה של קרן הפעלה דארטמאות והחברה ברנקו וייס - לאחווה המדע, מנוהל על ידי ETH ציריך. המחברים תודה ד"ר לארי א טאבר, Benjamen א Filas, גואו Qiaohang, ו Yunfei שי לדיונים מועיל, כמו גם הבודקים אנונימי להערות. חומר זה מתבסס על עבודה נתמכת על-ידי הלאומית למדע קרן בוגר מחקר לאחווה תחת גרנט מס DGE-1313911. כל דעה, ממצאים, מסקנות או המלצות לידי ביטוי בחומר זה הם אלה של המחברים (s), אינן משקפות בהכרח את הנופים של הקרן הלאומית למדע.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Fertilized Specific pathogen-free White Leghorn chicken eggs Charles River
Optical Coherent Tomography Microscope Thorlabs GAN220C1
Silicone elastomer Smooth-On, Inc. EcoFlex 00-50
Dissecting microscope Leica MZ8
Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium (DMEM) Lonza 12-604F
Antibiotics Sigma P4083
Chick serum Sigma C5405
Micropipette puller Sutter Instrument Model P-30
Filter paper Whatman 5202-110
Phosphate buffered saline (PBS) Corning 21-040-CV
Comsol MultiPhysics Comsol
3D computer graphics software Rhino 5
Microscope attached with OCT Nikon  FN1
Digital single-lens reflex camera EOS  Rebel T3i

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Taber, L. A. Biomechanics of Growth, Remodeling, and Morphogenesis. Appl. Mech. Rev. 48, 487-545 (1995).
  2. Wyczalkowski, M. A., Chen, Z., Filas, B. A., Varner, V. D., Taber, L. A. Computational models for mechanics of morphogenesis. Birth Defects Research Part C - Embryo Today: Reviews. 96, 132-152 (2012).
  3. Savin, T., et al. On the growth and form of the gut. Nature. 476, 57-62 (2011).
  4. Gjorevski, N., Nelson, C. M. The mechanics of development: Models and methods for tissue morphogenesis. Birth Defects Research Part C - Embryo Today: Reviews. 90, 193-202 (2010).
  5. Shyer, A. E., et al. Villification: how the gut gets its villi. Science. 342, 212-218 (2013).
  6. Ambrosi, D., et al. Perspectives on biological growth and remodeling. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 59, 863-883 (2011).
  7. Chen, Z., Majidi, C., Srolovitz, D. J., Haataja, M. Tunable helical ribbons. Appl. Phys. Lett. 98, (2011).
  8. Gerbode, S. J., Puzey, J. R., McCormick, A. G., Mahadevan, L. How the cucumber tendril coils and overwinds. Science. 337, 1087-1091 (2012).
  9. Armon, S., Efrati, E., Kupferman, R., Sharon, E. Geometry and mechanics in the opening of chiral seed pods. Science. 333, 1726-1730 (2011).
  10. Filas, B. A., et al. A potential role for differential contractility in early brain development and evolution. Biomech. Model. Mechanobiol. 11, 1251-1262 (2012).
  11. Xu, G., et al. Axons pull on the brain, but tension does not drive cortical folding. J. Biomech. Eng. 132, 71013 (2010).
  12. Chen, Z., Guo, Q., Dai, E., Forsch, N., Taber, L. A. How the embryonic chick brain twists. J. R. Soc. Interface. 13, (2016).
  13. Manca, A., et al. Nerve growth factor regulates axial rotation during early stages of chick embryo development. Proc Natl Acad Sci U S A. 109, 2009-2014 (2012).
  14. Shi, Y., Yao, J., Xu, G., Taber, L. a Bending of the looping heart: differential growth revisited. J. Biomech. Eng. 136, 1-15 (2014).
  15. Shi, Y., et al. Bending and twisting the embryonic heart: A computational model for c-looping based on realistic geometry. Front. Physiol. 5, (2014).
  16. Taber, L. A. Morphomechanics: Transforming tubes into organs. Current Opinion in Genetics and Development. 27, 7-13 (2014).
  17. Hosseini, H. S., Beebe, D. C., Taber, L. A. Mechanical effects of the surface ectoderm on optic vesicle morphogenesis in the chick embryo. J. Biomech. 47, 3837-3846 (2014).
  18. Hamburger, V., Hamilton, H. L. A series of normal stages in the development of the chick embryo. Dev. Dyn. 88, 49-92 (1951).
  19. Shi, Y., Varner, V. D., Taber, L. a Why is cytoskeletal contraction required for cardiac fusion before but not after looping begins? Phys. Biol. 12, 16012 (2015).
  20. Garcia, K. E., Okamoto, R. J., Bayly, P. V., Taber, L. A. Contraction and stress-dependent growth shape the forebrain of the early chicken embryo. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 65, 383-397 (2017).
  21. Faisst, A. M., Alvarez-Bolado, G., Treichel, D., Gruss, P. Rotatin is a novel gene required for axial rotation and left-right specification in mouse embryos. Mech. Dev. 113, 15-28 (2002).
  22. Yalcin, H. C., Shekhar, A., Rane, A. a, Butcher, J. T. An ex-ovo chicken embryo culture system suitable for imaging and microsurgery applications. J. Vis. Exp. (44), (2010).
  23. Chapman, S. C., Collignon, J., Schoenwolf, G. C., Lumsden, A. Improved method for chick whole-embryo culture using a filter paper carrier. Dev. Dyn. 220, 284-289 (2001).
  24. Campàs, O., et al. Quantifying cell-generated mechanical forces within living embryonic tissues. Nat. Methods. 11, 183-189 (2014).
  25. Schierenberg, E., Junkersdorf, B. The role of eggshell and underlying vitelline membrane for normal pattern formation in the early C. elegans embryo. Roux's Arch. Dev. Biol. 202, 10-16 (1992).
  26. Chuai, M., Weijer, C. J. The Mechanisms Underlying Primitive Streak Formation in the Chick Embryo. Current Topics in Developmental Biology. 81, 135-156 (2008).
  27. Voronov, D. A., Alford, P. W., Xu, G., Taber, L. A. The role of mechanical forces in dextral rotation during cardiac looping in the chick embryo. Dev. Biol. 272, 339-350 (2004).
  28. Raya, A., Izpisua Belmonte, J. C. Unveiling the establishment of left-right asymmetry in the chick embryo. Mechanisms of Development. 121, 1043-1054 (2004).
  29. Voronov, D. A., Taber, L. A. Cardiac looping in experimental conditions: Effects of extraembryonic forces. Dev. Dyn. 224, 413-421 (2002).
  30. Chen, Z., Huang, G., Trase, I., Han, X., Mei, Y. Mechanical Self-Assembly of a Strain-Engineered Flexible Layer: Wrinkling, Rolling, and Twisting. Phys. Rev. Appl. 5, (2016).
  31. Manner, J., Seidl, W., Steding, G. Formation of the cervical flexure: an experimental study on chick embryos. Acta Anat. (Basel). 152, 1-10 (1995).
  32. Ware, M., Schubert, F. R. Development of the early axon scaffold in the rostral brain of the chick embryo. J. Anat. 219, 203-216 (2011).
  33. Ramasubramanian, A., et al. On the role of intrinsic and extrinsic forces in early cardiac S-looping. Dev. Dyn. 242, 801-816 (2013).
  34. Hoyle, C., Brown, N. a, Wolpert, L. Development of left/right handedness in the chick heart. Development. 115, 1071-1078 (1992).
  35. Nerurkar, N. L., Ramasubramanian, A., Taber, L. A. Morphogenetic adaptation of the looping embryonic heart to altered mechanical loads. Dev. Dyn. 235, 1822-1829 (2006).
  36. Levin, M. Left-right asymmetry and the chick embryo. Semin. Cell Dev. Biol. 9, 67-76 (1998).
  37. Roebroek, A. J., et al. Failure of ventral closure and axial rotation in embryos lacking the proprotein convertase Furin. Development. 125, 4863-4876 (1998).
  38. Peebles, D. M., et al. Magnetic resonance proton spectroscopy and diffusion weighted imaging of chick embryo brain in ovo. Dev. Brain Res. 141, 101-107 (2003).
  39. Zhu, L., et al. Cerberus regulates left-right asymmetry of the embryonic head and heart. Curr. Biol. 9, 931-938 (1999).

Tags

בביו-הנדסה גיליון 136 ביומכניקה מורפוגנזה עובריים אסימטריה משמאל לימין פיתול סיבוב צירית פיתוח העובר צ'יק
בודק את התפקידים של הכוחות הפיזיקליים במערכת מורפוגנזה עובריים מוקדם של הבחורה
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Li, Y., Grover, H., Dai, E., Yang,… More

Li, Y., Grover, H., Dai, E., Yang, K., Chen, Z. Probing the Roles of Physical Forces in Early Chick Embryonic Morphogenesis. J. Vis. Exp. (136), e57150, doi:10.3791/57150 (2018).

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