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Developmental Biology

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Overview

Molti biologi dello sviluppo sono interessati ai segnali molecolari e alle interazioni cellulari che inducono un gruppo di cellule a svilupparsi in un particolare tessuto. Per indagare su questo, gli scienziati possono utilizzare una tecnica classica nota come trapianto, che prevede che il tessuto di un embrione donatore venga asportato e innestato in un embrione ospite. Osservando come i tessuti trapiantati si sviluppano negli ambienti ospiti, gli scienziati hanno iniziato a sezionare i percorsi molecolari alla base dello sviluppo.

In questo video, esaminiamo prima il ruolo delle interazioni cellulari nello sviluppo e passiamo a un protocollo di trapianto di base. Infine, vengono discussi alcuni studi specifici sullo sviluppo che utilizzano questa tecnica, che esaminano l'effetto del trapianto di tessuto sul destino del tessuto donatore e ospite.

Procedure

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Gli scienziati nel campo della biologia dello sviluppo usano gli studi sui trapianti come strumento per studiare le interazioni cellulari necessarie per una corretta organogenesi. In questa procedura, il tessuto embrionale viene accuratamente sezionato da un donatore e trapiantato in un ospite durante l'embriogenesi precoce. Gli embrioni ospiti vengono quindi esaminati per determinare come il tessuto trapiantato influenza il modello di sviluppo.

Questo video fornirà una panoramica delle interazioni cellulari durante l'organogenesi, un protocollo generale di trapianto e, infine, alcune delle molte applicazioni pratiche di questa utile tecnica.

Prima di approfondire come eseguire i trapianti, discutiamo brevemente alcuni principi dello studio delle interazioni cellulari durante l'organogenesi. Gli organi sono strutture complesse composte da molti tipi di cellule che devono lavorare insieme per generare un sistema funzionante.

Durante lo sviluppo, ogni tipo di cellula ha un ruolo come induttore o risponditore. L'induttore è un tessuto che produce un segnale, altera il comportamento di un altro tessuto e spesso ne determina il destino, mentre il soccorritore è un tessuto bersaglio che riceve un segnale dall'induttore. L'intero processo è noto come induzione tissutale. I modelli di espressione genica determineranno quali cellule sono responder, poiché le proteine di superficie cellulare appropriate devono essere presenti per ricevere e interpretare i segnali.

Gli studi sui trapianti sono un modo per indagare l'induzione tissutale. Le cellule donatrici possono essere trapiantate nell'ospite in una posizione diversa per vedere come l'alterazione dei segnali presenti nell'ambiente cellulare cambia il loro destino. In alternativa, tessuti geneticamente diversi possono essere trapiantati tra sedi analoghe per valutare in che modo l'espressione genica influisce sullo sviluppo.

Ora che sappiamo un po 'di più sui trapianti, vediamo alcuni preparativi che potrebbero essere necessari per eseguire questa tecnica.

In primo luogo, preparare gli strumenti necessari per le tecniche chirurgiche microscopiche. Gli strumenti comunemente usati includono aghi di tungsteno, che sono lucidati a fiamma fino a un punto acuto, o aghi di vetro sottili estratti da tubi capillari. Inoltre, a seconda dell'organismo con cui lavorerai, potrebbe essere necessario uno stampo di stabilizzazione. Questo aiuta a stabilizzare l'organismo in posizione durante la procedura di trapianto.

Un certo numero di organismi modello può essere utilizzato negli studi sui trapianti. Qui, descriveremo brevemente la procedura utilizzando un sistema di quaglie-pulcino. Il primo passo è rimuovere l'embrione donatore dall'uovo e posizionarlo su un piatto per la dissezione. Successivamente, sotto un microscopio di dissezione, il tessuto di interesse viene accuratamente asportato dal donatore e posto in una soluzione appropriata e sul ghiaccio fino a quando l'ospite è pronto per ricevere il trapianto.

L'ospite è preparato nello stesso modo del donatore. Asportare con cura il tessuto ospite, creando un sito di innesto equivalente alle dimensioni del tessuto donatore. Il tessuto del donatore viene posto in posizione e fissato al sito dell'innesto ospite. Infine, l'embrione viene ricondotta in condizioni che imitano il suo ambiente naturale e lasciato svilupparsi fino al rispetto dell'età desiderata. L'induzione tissutale può quindi essere studiata utilizzando varie tecniche istologiche e microscopiche.

Ora che abbiamo esaminato un metodo generale di esecuzione dei trapianti, esaminiamo alcune applicazioni a valle di questa tecnica.

Gli studi sui trapianti possono essere utilizzati per indagare sui geni coinvolti nel guidare una cellula verso un particolare destino tissutale. In questo esperimento, uno strato di cellule staminali, noto come cappuccio animale, che esprime il gene di interesse è stato trapiantato sul fianco di un embrione di Xenopus. Dopo un periodo di incubazione, una struttura simile a un occhio è stata vista svilupparsi nel sito di trapianto, suggerendo che il gene di interesse può dirigere una popolazione di cellule staminali verso un destino di cellule retiniche.

Gli studi sui trapianti possono anche essere utilizzati per esaminare come un gruppo di cellule può cambiare il destino del tessuto ospite attraverso le interazioni cellula-cellula. In questo esperimento, i ricercatori asportare la struttura embrionale chiamata nodo di Hensen, noto anche come "nodo primitivo" o "organizzatore", dall'embrione di pulcino donatore, e trapiantarlo in una regione naïve su un embrione di pulcino ospite. Osservano che il nodo di Hensen trapiantato forma una notocorda in miniatura, suggerendo che i segnali provenienti dal tessuto donatore guidano il tessuto ospite verso un destino neurale.

Sfruttando le differenze strutturali tra la quaglia e l'anatra, i ricercatori eseguono trapianti per valutare i modelli specifici della specie. Qui, i ricercatori creano un "quck" prendendo una specifica popolazione cellulare nota come cresta neurale da una quaglia e trapiantandola in un'anatra. A causa delle differenze genetiche, i ricercatori possono valutare il contributo della cresta neurale della quaglia nell'organismo sviluppato.

Hai appena visto il video di JoVE sugli studi sui trapianti. Questo video ha fornito una panoramica delle interazioni cellulari durante l'organogenesi, una breve introduzione all'esecuzione dei trapianti e alcune delle molte applicazioni pratiche di questa tecnica nel campo della biologia dello sviluppo. Come sempre, grazie per aver guardato!

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