Os papéis de forças físicas no início Chick embrionárias morfogênese de sondagem
Summary
Aqui, apresentamos um protocolo introduzindo um conjunto de novas experiências de ex-ovo e abordagens de modelagem física para estudar a mecânica da morfogênese durante a torção de cérebro embrionário precoce garota.
Abstract
Desenvolvimento embrionário é tradicionalmente estudado do ponto de vista da genética biomolecular, mas a importância fundamental da mecânica na morfogênese está se tornando cada vez mais reconhecida. Em particular, o tubo de coração e cérebro de garota embrionárias, que passam por drásticas mudanças morfológicas como elas se desenvolvem, estão entre os principais candidatos para estudar o papel das forças físicas na morfogênese. Progressiva de flexão ventral e torção para a direita do cérebro tubular embrionário garota acontecem no estágio mais adiantado de assimetria de esquerda-direita-nível de órgão no desenvolvimento embrionário de garota. A membrana vitelínico (VM) restringe o lado dorsal do embrião e tem sido implicada em fornecer a força necessária para induzir a torsão do cérebro em desenvolvimento. Aqui apresentamos uma combinação de novas experiências de ex-ovo e física de modelagem para identificar a mecânica da torsão do cérebro. Fase de Hamburger-Hamilton 11, os embriões são colhidos e culta ex ovo (nos meios de comunicação). O VM é subsequentemente removido usando um tubo capilar puxado. Controlando o nível do fluido e submetendo o embrião para uma interface líquido-ar, a tensão de superfície líquida dos meios de comunicação pode ser usada para substituir o papel mecânico da VM. Também realizaram-se experimentos de microcirurgia para alterar a posição do coração para encontrar a mudança resultante na quiralidade de torção do cérebro. Os resultados do presente protocolo ilustram as funções fundamentais da mecânica na condução morfogênese.
Introduction
Biologia do desenvolvimento moderno investigação centra-se em grande parte sobre o desenvolvimento da compreensão do ponto de vista da genética molecular,1,2,3,4,5,6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13. é conhecido que fenômenos físicos desempenham um papel central na morfogênese, ou a geração de biológicas forma14,15,16,17; no entanto, os mecanismos mecânicos específicos de desenvolvimento permanecem em grande parte espontâneo. Flexão ventral e torção para a direita do tubo cérebro primitivo após Hamburger-Hamilton palco 11 (11 HH)18 são os dois principais processos que contribuem para a forma embrionária de mudança19,20. Em particular, o mecanismo físico subjacente ao desenvolvimento torcional no cérebro embrionário permanece insuficientemente compreendido.
A torsão embrionária no embrião do pintinho está entre os primeiros eventos morfogenéticas de assimetria de esquerda-direita (L-R) em desenvolvimento. Quando o processo de assimetria L-R é perturbado, defeitos de nascimento como situs inversus, isomerismoou heterotaxia ocorrerá21.
Aqui nós apresentamos um protocolo que combina ex-ovo experimentos22,23 com modelagem física para caracterizar as forças mecânicas durante o início do desenvolvimento embrionário do cérebro. O objetivo do método apresentado é identificar as responsável pelo cérebro torção e os fatores que afetam o grau de torção durante o início do desenvolvimento12de forças mecânicas. Baseado na observação experimental de que a membrana vitelínico (VM) restringe o lado dorsal do embrião, formulamos a hipótese que a VM fornece a força necessária para induzir a torsão do cérebro em desenvolvimento. Portanto, neste método, retiramos a parte da VM que cobre a área do cérebro para descobrir os efeitos na torção do cérebro. Além disso, o método de aplicar a tensão de superfície líquido foi usado para confirmar o papel mecânico da VM e fornecer uma estimativa da força necessária para a torção do cérebro, que não tinha sido feita anteriormente. As forças de medição durante a morfogénese embrionária é uma tarefa desafiadora. Notavelmente, em um estudo pioneiro, Campàs e colegas de trabalho24 desenvolveu um novo método para quantificar as tensões celulares usando microdroplets injetado. No entanto, esse método foi limitado a medir forças a nível celular, portanto, não aplicável para sondar as forças ao nível de tecido ou organismo. O protocolo apresentado neste trabalho foi desenvolvido para preencher parcialmente essa lacuna.
Protocol
Representative Results
Discussion
Enquanto fenômenos físicos desempenham um papel integral na morfogênese26,,27,28,29,30, os mecanismos específicos de mecânicos, juntamente com a coordenação de mecânica e mecanismos moleculares, continuam em grande parte inexplorados. É conhecido que a flexão ventral e torção para a direita do cérebro primitivo são dois processos centrais que con…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Z.C. reconhece o apoio do fundo de inicialização de Dartmouth e o Branco Weiss – sociedade para bolsa de estudos de ciência, administrada pela ETH Zurique. Os autores agradecer Qiaohang Guo, DRS Larry A. Taber, Benjamen A. Filas e Yunfei Shi para debates úteis, bem como os revisores anônimos para comentários. Este material é baseado em trabalho suportado pela nacional Science Foundation pós-graduação bolsa de pesquisa sob Grant no. DGE-1313911. Qualquer opinião, conclusões e conclusões ou recomendações expressadas neste material são as dos autores (s) e não refletem necessariamente as opiniões da National Science Foundation.
Materials
| 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 |
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