Dieser Artikel beschreibt eine Methode, um Chimären-Embryonen, die entworfen sind, um die Spezies-spezifische Beiträge der Neuralleiste und / oder anderen Geweben zu testen kraniofazialen Entwicklung zu generieren.
Die Erzeugung von Chimären-Embryonen ist eine weit verbreitete und leistungsfähige Ansatz zur Zellschicksale, Gewebe-Wechselwirkungen und Spezies-spezifische Beiträge zur histologischen und morphologischen Entwicklung von Wirbeltierembryonen zu studieren. Insbesondere ist die Verwendung von chimären Embryonen die Bedeutung Neuralleiste in die Leitung der artspezifischen Morphologie des kraniofazialen Komplex hergestellt. Das hier beschriebene Verfahren nutzt zwei Vogelarten, Enten und Wachteln, mit bemerkenswert unterschiedlichen Gesichtsschädelmorphologie. Dieses Verfahren erleichtert die Untersuchung von molekularen und zellulären Regulation der Spezies-spezifische Muster in der kraniofazialen Komplexes. Experimente in der Wachtel-und Enten chimären Embryonen bereits Neuralleiste-vermittelte Wechselwirkungen Gewebe und Zell-autonome Verhaltensweisen, die Spezies-spezifische Muster in der kraniofazialen Skelett, Muskulatur und Hautdecke regulieren enthüllt. Die große Vielfalt der Neuralleiste Derivate schlägt erhebliches Potenzialfür zukünftige Anwendungen der Wachtel-Ente chimären System zum Verständnis der Wirbeltierentwicklung, Krankheit und Evolution.
Der Gesichtsschädel entwickelt sich aus dem Wachstum und der Fusion von mehreren Gesichts Prozesse, die der Neuralleiste und mesodermalen Mesenchym von ektodermalen und endodermalen Epithelschichten 1-11 umgeben zusammengesetzt sind. Morphogenetischen Ereignisse innerhalb jedes Prozesses werden durch unterschiedliche Signal Wechselwirkungen zwischen dem Mesenchym und Umgebung Epithelien 12-16 geregelt. Änderungen dieser Signal Wechselwirkungen und / oder ihre Effektoren beitragen, Krankheitsphänotypen und kann auch relevant Entwicklung des kraniofazialen Skeletts 17, 18 sein. Daher Aufklärung der Zeitpunkt und die Art von Gewebe-Wechselwirkungen hat großes Potenzial, unser Verständnis von der Entwicklungs-und Evolutionsbiologie des Gesichtsschädels zu erhöhen.
Die Verwendung von chimären Embryonen, Gewebe-Wechselwirkungen hat eine lange Geschichte in der Entwicklungsbiologie. Dieser Ansatz wurde von Hans Spemann und sein Labor Pionierdie embryonalen "Organisatoren" entdeckt durch die Transplantation von Gewebe zwischen Embryonen verschiedener Amphibienarten. Spemann war ein Meister der mikrochirurgischen Techniken, dessen Hand-Fähigkeiten wurden durch seine Entwicklung von Spezialwerkzeugen, insbesondere des Spemann-Pipette ergänzt. Viktor Hamburger war ein Doktorand im Labor von Hans Spemann in Freiburg in den 1920er Jahren, die, wenn die ursprünglichen Transplantation Experimente, die zu Spemann Nobelpreis geführt wurden durchgeführt ist. Beim Hamburger zog nach Washington University in St. Louis im Jahr 1935 detailliert er den Prozess der Herstellung eines Mikropipette Spemann in seinem Handbuch für Experimentelle Embryologie 19. Drew Noden war ein Student der Hamburger Labor an der Washington University, bis 1972. Nachdem er an die University of Massachusetts, Amherst und dann an der Cornell University, Noden weiterhin die Herstellung und Verwendung von Spemann Mikropipetten für seine chirurgische Transplantationen mit Wachtel-Küken Chimären. &# 160;. Während ein Student, einer der Autoren (Rich Schneider) mit Drew Noden 1995-1998 Ausbildung an der Cornell Das folgende Protokoll für die Herstellung einer Mikropipette Spemann auf Beschreibungen von Hamburger und Noden geschrieben wurde, und schließt spätere Änderungen vorgenommen von Schneider.
Die Verwendung von Wachtel-Küken Chimären für die Untersuchung der kraniofazialen Entwicklung und vor allem für das Verständnis der Beiträge der Neuralleistenzellen wurde von Noden und Le Douarin in den frühen 1970er Jahren Pionierarbeit geleistet, in Le Douarin et al 20 prüft. Dieser Ansatz wurde im Großen und Ganzen in vielen Studien und von zahlreichen anderen Forschern 1, 4, 5, 21-38 angenommen. Die entsprechenden Wachstumsraten und Morphologie von der Wachtel und Küken machen Transplantationen innerhalb sie ideal für die Untersuchung von Zellschicksals und Abstammung Verfolgung. Wegen der Ähnlichkeiten zwischen Wachtel und Küken, ind jedoch morphologische Veränderungenvon Spenderzellen uced sind schwer zu entziffern. Im Gegensatz dazu haben andere Vogel chimären Systeme Hausente als eine Möglichkeit, Mechanismen, die Embryonen anatomisch unterschiedliche 39-50 zu studieren enthalten. Genauer gesagt, bietet die Wachtel-Ente chimären System mehrere Vorteile für gehobene Ansprüche, die Auswirkungen des Spenders auf dem Host, und umgekehrt. Erstens sind die Wachtel und Entenembryonen in unterschiedlichen Körpergröße und-form, die einen direkten Weg, um Donor-oder Host-spezifische Mechanismen der Musterbildung durch Testen auf Differenz Domänen der Genexpression (Fig. 1 A und B) zu erkunden bietet. Zweitens, Wachtel-und Entenembryonen haben deutlich unterschiedliche Raten der Reifung mit Wachtelbrut in 17 Tagen und Entenbrut in 28 Tagen. Transplantierte Neuralleiste behält seine innere Reifung Rate innerhalb der Host-Umgebung, und somit ist die Identifikation der zeitlichen Veränderungen in der Genexpression, Gewebe-Wechselwirkungen, Histogenese und Morphogenese möglich51-57. Schließlich erlaubt die anti-Wachtelkern Antikörper (Q ¢ PN) Donor und zellulären Wirts Beiträge dauerhaft unterschieden werden voneinander durch Erkennen eines Proteins, die ubiquitär in Wachtel-Zellen exprimiert wird, aber außerhalb des Entenzellen.
Die Neuralleiste ist eine vorübergehende embryonalen Zellpopulation, die ausgiebig wandert den ganzen Embryo und differenziert in verschiedene Zelltypen, einschließlich Chondrozyten und Osteoblasten, die auf der kraniofazialen Skeletts beitragen. Umpflanzen Neuralleiste in der Wachtel-Ente chimären System hat wesentlich zu unserem Verständnis der Gewebe-Wechselwirkungen und Signalwege, die Entwicklung des Schädel-Gesichtsskeletts regulieren beigetragen. , Angesichts der riesigen Potenzial der Neuralleiste zu erzeugen auch glatte Muskelzellen, Fettzellen, Melanozyten, Schwann-Zellen und Neuronen, die ein enormes Potenzial für zukünftige Anwendungen, insbesondere in Verbindung mit der schnellen Weiterentwicklung der Stammzellbiologie jedoch die Wachtel-Ente Chimärensystem und der regenerativen Medizin. Da Wachteln und Enten sind beide kommerziell gezüchtete Arten, ist ein Vorrat an relativ preiswert befruchteten Eier aus einer Vielzahl von landwirtschaftlichen Betrieben zur Verfügung. Daher sollte diese Technik zugänglich sein researcihr Betrieb in einem weiten Bereich von Budgets und Anlage Raum.
Obwohl diese Technik ist sehr leistungsfähig, gibt es weiterhin einige Einschränkungen. Wie andere chirurgische Techniken, die Qualität und die Lebensfähigkeit der Wachtel-Ente Chimären setzen auf die chirurgischen Fähigkeiten des Forschers, und deshalb wird es mehr inter-und intraindividuelle Unterschiede zwischen den Experimenten im Vergleich zu anderen Modellen, wie diejenigen, die Verwendung der Maus sein Genetik. Darüber hinaus gibt es auch Variationen in den Entwicklungsgeschwindigkeiten und Phasen der einzelnen Embryonen, die sich auf die Reproduzierbarkeit und den Erfolg jedes Transplantat trägt. Vogelembryonen sind auch sehr anfällig für Austrocknung und damit wichtige Schritte während der Operation gehören die Einhaltung der Lichtspiegel niedrig, die Zeit unter dem Mikroskop auf ein Minimum, die Eier mit Klebeband so viel wie möglich versiegelt und hoher Luftfeuchtigkeit in der postoperativen Inkubator Austrocknung zu vermeiden.
In Bezug auf die Lebensfähigkeit der Chimären, usually zwischen 50-75% überleben, obwohl diese Prozentsätze können je älter die Sammelphase zu verringern. In einem typischen 4-6 h Sitzung der Operation kann ein erfahrener Chirurg 10-15 Chimären zu erzeugen. Der Erfolg der Transplantation hängt auch stark von der Qualität der Werkzeuge. Gute Werkzeuge führen zu konsistenten, reproduzierbaren Ergebnissen. Mit einem Propangasbrenner Wolfram Nadeln machen können extrem scharfen Nadeln gemacht werden. Die Art der Fackel verwendet, macht einen großen Unterschied, weil es die Größe der Flamme kontrolliert. Elektrolyt Schärfen kann auch verwendet werden, aber dieser Ansatz noch nicht einmal nahe kommen Herstellung Nadeln scharf. Verwenden Wolframstäben statt gespult Draht, so daß die Nadeln gerade werden.
Die Spemann Mikropipette, während zeitaufwendig und schwierig zu machen, ist ein ideales Instrument für die Gewebetransfer. Die Pipette kann mit verschieden großen Öffnungen angepasst werden, und kann wiederholt verwendet werden. Ein kritischer Faktor für usinga Spemann Mikropipette ist, etwas Flüssigkeit in die Pipette, bevor Sie mit der Spitze an der Oberfläche des Embryos haben. Ein Teil des Fluids immer fließen, wenn der Kontakt mit dem Meniskus über dem Embryo gemacht. Durch Drücken auf die Membran ermöglicht Fluid-und Transplantatgewebe sehr genau ausgestoßen werden, während leicht lassen sich auf der Membran saugt sanft das Spendertransplantat Gewebe in die Pipette. Aufrechterhalten etwas positiver Druck auf die Membran hält das Spendertransplantat Gewebe an der Pipettenspitze während der Übertragung, und ein wenig zusätzlichen Druck auf die Membran erlaubt dem Spendertransplantat Gewebe gezielt in den Host abgegeben werden.
Zum Schutz der Spemann-Pipette während der Lagerung und Sterilisation, entfernen Sie die Lampe aus dem breiten Ende und sorgfältig legen Sie die konische Spitze in der Birne. Setzen Sie den Spemann-Pipette in einem Reagenzglas, decken Sie die Oberseite mit Aluminiumfolie und Autoklavieren vor der Operation. Nach mehreren Pipetten sind ready wieder für die Operation sterilisiert werden, kehren die Pipetten, erwärmen sie fast zum Kochen in der gleichen Lösung aus destilliertem Wasser und Glasreinigungsmittel, und dann wiederholt mit destilliertem Wasser spülen. Autoklav Pipetten in ihre einzelnen Rohre. Der Schlauch, der die Membran und Gummidichtung bildet sollte nach mehreren Sterilisationen ersetzt werden, oder wenn sie abgedunkelten und steif werden.
Viele der Komponenten dieses Protokoll beinhalten gefährlichen Geräten. Zum Beispiel das Verfahren zur Herstellung einer Mikropipette Spemann beinhaltet drei Arten von Flammen sowie Heizung, Ziehen, Blasen, Biegen, Schneiden und Polieren von Glas. Daher tragen richtige persönliche Schutzausrüstung (PSA), die die Sicherheit erhöht, wie Schutzbrille und Laborkittel ist kritisch. Darüber hinaus, da viele Menschen leiden, oder haben das Potenzial, sich zu entwickeln, Ei Allergien, immer Handschuhe beim Umgang mit Eiern. Mit diesen Vorsichtsmaßnahmen beachten, die Wachtel-Ente chimären System isa sichere, effiziente und relativ zugängliche Methode, die viele zukünftige Anwendungen hat.
The authors have nothing to disclose.
Diese Arbeit wurde durch ein National Institute of Dental und kraniofaziale Forschung (NIDCR) F32-Stipendium (DE021929), um JLF und NIDCR R01 Zuschuss DE016402 RAS finanziert
1x PBS | TEK | TEKZR114 | |
Hank’s BSS w/o Phenol Red | Invitrogen | 14025-092 | |
Neutral Red | Sigma Aldrich | N4638-5G | .22µm filter-sterilized |
18G Needles | BD | 305195 | |
5 ml syringe | BD | 309646 | |
No. 5 Dumont forceps | Fine Science Tools | 11252-20 | |
Straight Scissors | Fine Science Tools | 14028-10 | |
Curved Scissors | Fine Science Tools | 14029-10 | |
Spemann Pipet | Hand-made in lab | ||
Egg holder | Glass ashtray and modeling clay | ||
Alcohol burner | Fisher | 04-245-1 | |
Transparent tape | 3M Scotch | 600 | |
Glass Stirring Rod | Fisher | 11-380C | Tip is narrowed and rounded using a flame |
Tungston wire (.004 x 3 inches) | A-M Systems | 7190 | Tip is flame-sharpened in a propane torch |
Bunsun burner | Fisher Scientific | S49117 | |
Pasteur pipette | Fisherbrand | 22-183-632 | 9-inch (229 mm) |
rubber tubing | Fisher Scientific | 14-178C | amber, thin wall natural rubber; wall thickness: 0.0625 inches/1.6 mm; O.D.: 0.375 inches/9.5 mm; I.D.: 0.25 inches/6.4mm |
Propane fuel cylinder | BernzOmatic | UL2317 | TX-9 with torch style "A" with a screw-on brass "pencil flame" torch |
Diamond point pencil | Fisher Scientific | 22-268912 | |
Rubber bulbs | Fisherbrand | S32325 |