この記事では、頭蓋顔面の開発に神経堤および/または他の組織の種特異的な貢献をテストするために設計されたキメラ胚を生成する方法を説明します。
キメラ胚の生成は細胞の運命、組織の相互作用、および組織学的および脊椎動物の胚の形態的発展に種特異的な貢献を研究する広範かつ強力なアプローチである。特に、キメラ胚を使用することは頭蓋顔面複合体の種特異的な形態を向けるのを神経堤の重要性を確立しています。ここに記載される方法は大きく異なる顎顔面形態と、2鳥類、アヒルやウズラを利用しています。この方法は、大幅に頭蓋顔面複合体における種特異的なパターンの分子と細胞制御の調査を容易にします。ウズラやアヒルキメラ胚での実験は、すでに神経堤媒介組織相互作用および頭蓋顔面の骨格、筋肉、そして外皮における種特異的なパターンを制御する細胞自律的な行動を明らかにした。神経堤誘導体の偉大な多様性は、大きな可能性を示唆している脊椎動物の発生、病気、そして進化を理解するためのウズラ、アヒルキメラシステムの将来のアプリケーションに最適です。
顔の骨格は、神経堤と外胚葉と内胚葉上皮層1月11日に囲まれた中胚葉間葉で構成された複数の顔のプロセスの成長と融合から開発しています。各プロセス内の形態形成のイベントは、間葉と周囲の上皮12月16日の間に明確なシグナル伝達相互作用によって支配される。これらのシグナル伝達の相互作用および/ またはその下流のエフェクターへの変化は、疾患の表現型に寄与し、また、頭蓋顔面の骨格17、18の進化に関連する可能性がある。そのため、組織の相互作用のタイミングと性質を解明することは、顔の骨格の発達および進化生物学の我々の理解を高めるために大きな可能性を秘めている。
組織の相互作用を調査するキメラ胚の使用は発生生物学において長い歴史を持っています。このアプローチは、ハンス·シュペーマンと彼の研究室で開拓された誰が別の両生類の種の胚の間に組織を移植することによって、胚「主催者」を発見しました。シュペーマンは、手のスキル、特殊なツール、特にシュペーマンピペットの彼の開発によって補完されたマイクロ外科的技術のマスターだった。ヴィクトルハンバーガーはシュペーマンのノーベル賞につながったオリジナルの移植実験を行ったときである、1920年代フライブルクハンス·シュペーマンの実験室の大学院生だった。ハンバーガーは、1935年にセントルイスのワシントン大学に移動したとき、彼は実験発生学 19 の彼マニュアルシュペーマンのマイクロピペットを作製するプロセスを詳しく説明。ドリューNodenはマサチューセッツ州アマースト大学にして、コーネル大学に移動した後、Nodenが製造し、ウズラ、ニワトリキメラを含む彼の外科移植のためシュペーマンマイクロピペットを使用し続けた。1972年までワシントン大学ハンバーガーの研究室の大学院生だった。 大学院生、著者の一人(リッチシュナイダー)は1995年から1998年コーネル大学ドリューNodenで訓練しながらシュペーマンマイクロピペットを作るための、以下のプロトコルはハンバーガーやNodenによって書かれた記述に基づいて作られ、その後の修正を含む。シュナイダーによる。
頭蓋顔面の開発の研究のため、特に神経堤細胞の貢献を理解するためのウズラ-ニワトリキメラの使用は、ル·Douarin ら 20に見直し、1970年代初頭にNodenにより、ルDouarinによって開拓された。このアプローチは、広く多くの研究で、多数の他の研究者1、4、5、21-38に採用されている。ウズラやヒヨコの成長と形態の同等のレートは、細胞の運命と系統追跡の研究のために、その中の移植に最適です。しかし、ウズラとニワトリの間の類似性、形態学的変化は、indはドナー細胞によってuced解読することは困難である。対照的に、他の鳥類キメラのシステムは、39から50胚は解剖学的に明確な確認メカニズムを研究するための方法として、国内アヒルが含まれている。具体的には、ウズラ、アヒルキメラシステムは、ホスト、およびその逆に、ドナーの影響を見分けるための複数の利点を提供します。まず、ウズラやアヒル胚の遺伝子発現( 図1 AとB)の差動ドメインについてアッセイすることにより、パターン形成のドナーまたはホスト固有のメカニズムを探求するための直接的な方法を提供し、ボディサイズと形状で区別される。第二に、ウズラやアヒル胚はウズラが17日で孵化し、アヒルが28日で孵化して、成熟の大きく異なる速度を有する。移植された神経堤は、宿主環境内でその固有の成熟速度を維持し、従って、一時的な遺伝子発現の変化、組織の相互作用、組織形成および形態形成の同定が可能である51-57。最後に、抗核抗体ウズラ(PN¢Q)は、ドナーを可能にし、遍在ウズラ細胞において発現されるがアヒル細胞には存在しているタンパク質を認識することによって、互いに恒久的に区別する細胞の寄与をホストする。
神経堤は、胚全体で広範囲に移動し、頭蓋顔面の骨格に貢献軟骨細胞および骨芽細胞を含む多様な細胞型、に分化する過渡胚細胞集団である。ウズラ、アヒルキメラ系における神経堤を移植すると、頭蓋顔面骨格の発達を制御する組織相互作用およびシグナル伝達経路の理解に大きく貢献しています。しかしながら、平滑筋細胞、脂肪細胞、メラニン細胞、シュワン細胞、および神経細胞を生成するための神経堤の大きな可能性を考えると、ウズラ、アヒルキメラ系は、特に、幹細胞生物学の急速な発展に関連して、将来の用途のための多大な可能性を有する再生医療。ウズラやアヒルが両方の商業的に飼育種であるため、比較的安価な受精卵の準備供給は農場の様々な利用可能です。このように、この技術はresearcにアクセス可能でなければなりません彼女は、予算や設備スペースの広い範囲で動作する。
この技術は非常に強力ですが、いくつかの制限が残っている。その他の外科技術と同様に、ウズラ、アヒルキメラの質と生存率は、研究者の外科的なスキルに依存しているため、このようなマウスを利用したものなど、他のモデルと比較して実験間のより多くの間および個人内変動があるだろう遺伝学。また、各移植の再現性と成功に貢献し、開発し、個々の胚の段階の速度のばらつきもあります。鳥類の胚はまた、脱水症状に大変影響を受けやすいと手術中、したがって重要なステップは最小限に、顕微鏡下で、低い時間を光のレベルを維持含まれ、可能な限りテープで密封卵、術後のインキュベーター内で高湿度に乾燥を避ける。
キメラの生存能力の点で、uはこれらの割合は、古いコレクションのステージを減少させることができますがsually百分の50から75までの間、存続する。手術の典型的な4-6時間のセッションでは、経験豊富な外科医は、10月15日キメラを生成することができます。移植の成功はまた、ツールの品質に大きく依存する。良いツールは、より一貫性のある、再現性のある結果をもたらす。タングステン針を作るためにプロパントーチを使用すると、非常に鋭い針が行われることを可能にする。それは炎の大きさを制御しますので、使用のトーチのタイプは大きな違いになります。電解鮮鋭化を使用することもできるが、この方法も、シャープな針の製造に接近しない。針がまっすぐに作ることができるように、代わりにスプールされたワイヤーのタングステン棒を使用してください。
シュペーマンマイクロピペット、時間がかかり、製造が困難で、組織の転送のための理想的な手段である間。ピペットは、異なる寸法の開口を使用してカスタマイズすることができ、繰り返し使用することができる。資料を使のための重要な要因GAシュペーマンのマイクロピペットは、胚の表面に先端に触れる前に、ピペットでいくつかの流体を持つことである。連絡先が胚の上、メニスカスで行われたとき、流体の中には、常に流出する。少しゆっくりと、振動板上にさせるがピペットにドナー移植組織を吸うのに対し、ダイヤフラム上に押すと、流体および移植組織が非常に正確に吐出することができるようになります。ダイヤフラムに正の圧力のビットを維持することは、転送中にピペットの先端にドナー移植組織を維持し、ダイアフラムにはほとんど追加の圧力は、ドナー移植片組織が意図的にホストに配置することを可能にする。
ストレージおよび滅菌中シュペーマンピペットの保護のため、ワイド端から電球を外し、慎重に球に先細りの先端を挿入します。アルミホイルで上部をカバーし、手術前にオートクレーブ、ガラス試験管にシュペーマンピペットを置きます。複数のピペットが再された後その後ADY手術のために再度滅菌する、ピペットを反転、蒸留水やガラス製品、洗剤の同じ溶液中でほぼ沸騰にそれらを加熱し、蒸留水で繰り返し洗浄してください。彼らの個々のチューブ内のオートクレーブピペット。彼らは暗く堅いなったときに、振動板とゴム球を形成しているゴム管は、いくつかの不妊手術後に交換またはする必要があります。
このプロトコルのコンポーネントの多くは、危険な装置を含む。たとえば、シュペーマンマイクロピペットを作るための手順は、3炎の種類だけでなく、暖房、引っ張って、切断、ガラスの研磨、曲げ、発泡を伴う。したがって、このようなゴーグルと白衣などの安全性を高める適切な個人用保護具(PPE)を着用してすることは非常に重要です。さらに、多くの人が卵を取り扱う際は、必ず手袋を使用し、苦しんで、または、卵アレルギーを開発する可能性を持っているので。これらの注意事項を念頭に置いて、ウズラ、アヒルキメラシステムISA、多くの将来のアプリケーションを持って、安全で効率的、かつ比較的アクセス可能なメソッド。
The authors have nothing to disclose.
この作品は、RASに歯科研究所とJLFの頭蓋顔面研究所(NIDCR)F32の助成金(DE021929)とNIDCR R01グラントDE016402によって賄われていた
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 |