Una tecnica molto promettente per generare tessuto costruisce senza utilizzo di matrice consiste di cellule di coltura in condizioni di microgravità simulata. Utilizzando un sistema rotativo cultura, abbiamo esaminato il follicolo ovarico crescita e la maturazione degli ovociti in termini di sopravvivenza del follicolo, morfologia, crescita e funzione degli ovociti sotto la condizione di microgravità simulata.
14 tessuto ovarico giorno-vecchio mouse e follicoli preantrali isolate da topi della stessa età sono state incubate in un sistema di coltura di microgravità simulata. Abbiamo quantitativamente valutata follicolo sopravvivenza, follicolo misurato e diametri degli ovociti ed esaminato l’ultrastruttura degli ovociti prodotta dal sistema. Abbiamo osservato la sopravvivenza in diminuzione del follicolo, downregulation di espressioni di proliferazione delle cellule antigene nucleare e fattore di differenziazione di crescita 9, come indicatori per lo sviluppo di cellule della granulosa e di ovociti, rispettivamente e ultrastrutturali degli ovociti anomalie nella circostanza di microgravità simulata. Apparato sperimentale di microgravità simulata deve essere ottimizzato per fornire un modello di indagine dei meccanismi coinvolti nello sviluppo in vitro degli ovociti/follicolo.
In vitro sviluppo del follicolo ovarico e la maturazione degli ovociti sono stati raggiunti utilizzando metodi tradizionali per la cultura 2-dimensionale, come sulla superficie delle piastre di Petri e tre dimensionale matrix (3D), ad esempio alginato e idrogel1 ,2,3. Un sistema di coltura 3D efficacemente mantenuto follicoli in una struttura del tessuto e tenuto i profili di espressione genica simile come in vivo4 follicoli e prodotto meiotically competenti ovociti5,6. Sistemi di coltura 3D possono essere stabilite anche in uno stato privo di matrice, ad esempio, sospensione goccia sospensione e rotolamento dei vasi. La nave di parete rotante (RWV) sviluppata dalla National Aeronautics and Space Administration (NASA) genera una microgravità simulata (s-µg) per le cellule coltivate all’interno la nave7. La microgravità simulata condizione fornisce un sistema di cultura unica per proliferazione e differenziazione cellulare a causa della mancanza di sedimentazione per convezione. È stato dimostrato che microgravità simulata promosso la formazione del vaso endoteliale di cellule endoteliali8,9, tessuto tiroideo assemblaggio da tiroide cellule10e chondrogenesis da adiposo-derivate cellule staminali mesenchimali in RWV dispositivi11. Tuttavia, altri studi hanno indicato che la microgravità simulata ha indotto gli apoptosi in cellule gastriche e simulato B linfoblasti12,13,14, suggerendo gli effetti della microgravità sulla lesione cellulare può essere il cellulare a seconda del tipo. Microgravità simulata potrebbe anche causare cambiamenti a livello ultrastrutturale, come riportato nell’organizzazione mandrino disturbato e indotto blebbing citoplasmico in ovociti15. Le condizioni di microgravità simulata ottimizzata e i meccanismi che inducono lesioni cellulari o ingegneria del tessuto sotto il sistema richiedono ulteriori indagini. Esperimenti in vitro di follicoli ovarici/ovociti utilizzando dispositivi RWV in crescita possono fornire informazioni preziose su espressioni geniche ovocita e ultrastrutture degli organelli ovocita. In questo studio, tessuto ovarico contenente follicoli preantrali e follicoli preantrali isolati è stato usato per studiare gli effetti della microgravità simulatasulla maturazione del follicolo sviluppo e ovocita.
In questo studio, tessuto ovarico contenente follicoli preantrali e follicoli preantrali isolati sono stati utilizzati per studiare gli effetti della microgravità simulata su sviluppo e ovocita maturazione del follicolo. Nel nostro studio, RWV, un dispositivo di microgravità simulata, rotazioni attorno ad un asse orizzontale all’interno di un incubatore a CO2 5%, fornendo una condizione di microgravità simulata con ossigenazione efficiente e molto bassa sollecitazione di taglio. Abbiamo analizzato le espressioni geniche di antigene nucleare delle cellule di proliferazione (PCNA) e fattore di differenziazione di crescita 9 (GDF-9) come indicatori per lo sviluppo di cellule della granulosa e di ovociti, rispettivamente. Abbiamo dimostrato che le espressioni di PCNA e GDF-9 sono stati soppressi nelle cellule della granulosa e ovociti, rispettivamente, quando coltivate nel dispositivo RWV, e vi abbiamo mostrato il ritiro dei microvilli ovocita da zona pellucida nei follicoli coltivati sotto il s-µ g condizione, che era simile a quella di GDF-9-carenti del mouse follicoli16.
I passaggi critici per la coltura di successo dei follicoli preantrali sono: 1) correttamente selezionando i follicoli preantrali secondo i criteri di selezione che sono stati descritti nel protocollo testo 2.1); 2) tutte le procedure in una condizione di scettica di preformatura e mantenere una cultura sterile; e 3) impostare correttamente il sistema di coltura RWV.
La salvaguardia della consistenza delle osservazioni sperimentali negli esperimenti replicati consiste nell’utilizzare materiali simili o identici. I criteri per la selezione dei follicoli preantrali del mouse ha rivelato che i follicoli hanno avuti 1) ovociti sani nella fase di ripartizione (GVBD) della vescicola germinale circondato da una sottile zona pellucida; 2) 2-3 strati di cellule della granulosa, racchiuse da una membrana basale; e 3) alcune cellule tecali attaccati alla membrana basale. Così, i follicoli selezionati ha avuto non solo tutti i tre comparti funzionali di un follicolo ovarico per sostenere la crescita di ovociti, ma anche una simile identificazione morfologica con un diametro di 90-100 µm.
Questo è il primo tentativo di coltivare il follicoli preantrali mouse alla maniera di 3D coltura sotto la microgravità simulata. Diversi sistemi di coltura sono stati sviluppati per follicoli preantrali del mouse. Gli ovociti ottenuti dal follicolo coltivato su una superficie piana delle capsule di Petri, la cosiddetta cultura 2D, potrebbero essere fecondati e prodotto prole dal vivo. Inoltre, culture 3D, quali culture dei follicoli in perline di alginato, mantengono una struttura di tessuto simile a quello che il corpo produce in alta percentuale di ovociti meiotically competente. Tuttavia, il processo di sviluppo dei follicoli ovarici/ovociti in un campo di gravità zero è sconosciuto. RWV, un dispositivo che sta attirando l’attenzione notevole nell’ingegnerizzazione del tessuto, in grado di generare un ambiente di microgravità simulata e fornire un ambiente ideale per lo studio degli effetti della microgravità simulata sulla crescita del follicolo ovarico/ovociti in vitro.
È importante impostare l’apparecchio RWV correttamente per la coltura delle cellule. Le bolle d’aria nel serbatoio deve essere rimosso. Il metodo per rimuovere le bolle d’aria, se generato nel vaso, è come segue: inserire due siringhe da 0,5 mL di olio in ciascuna delle porte due siringa. Aprire le valvole di controllo delle porte di siringa. Manovrare le bolle d’aria sotto la porta di siringa. Tirare le bolle nella siringa durante l’iniezione di circa lo stesso volume di media attraverso l’altra porta di siringa. Dopo aver rimosso tutte le bolle, chiudere le valvole, togliere le siringhe e sostituire i tappi porta siringa. È anche fondamentale per trovare la velocità di rotazione corretto, che impedisce alle cellule di sedimentazione tramite una rotazione costante. Ottimizzazione della velocità di rotazione è determinato dal peso specifico delle cellule, la densità del fluido e la viscosità.
I profili di espressione di PCNA e GDF-9, che erano simili a quelli di GDF-9-carenti del mouse follicoli16, ha rivelato che microgravità simulata ha avuto effetti nocivi sullo sviluppo delle cellule della granulosa e ovociti. La nave del dispositivo RWV filata intorno ad un asse orizzontale all’interno di un incubatore 5% CO2 , permettendo per permeazione di ossigeno e anidride carbonica attraverso una membrana nella parte posteriore, fornendo l’ossigenazione efficiente e molto bassa sollecitazione di taglio, che era improbabile che sia il causa di lesioni del follicolo/ovocita. Ottimizzazione della messa a punto sperimentale e ulteriori analisi sono necessari per studiare il meccanismo degli effetti negativi.
Ulteriori studi sono necessari per indagare la potenziale inerente allo sviluppo degli ovociti in vitro derivato dal sistema cultura RWV. Maturazione in vitro degli ovociti alla fase MII è attualmente in corso. La capacità di fecondazione degli ovociti Estratto esaminerà la validazione finale di questo sistema di cultura.
The authors have nothing to disclose.
Gli autori vorrei ringraziare Yilong Wang e Yanlin Zhao per la loro assistenza nel mantenere gli animali, Chan Zhang per la sua assistenza nella preparazione dei campioni istologici e Dr. Songtao He per leggere criticamente questo manoscritto. Questo lavoro è stato supportato dal Foundation di scienze naturali della provincia di Zhejiang (concessione numero: LY13C120002).
ICR mice | SLRC Laoratory | 14-day-old female mice | |
L-15 medium | Sigma | L1518 | With L-glutamine, liquid, sterile-filtered, suitable for cell culture |
fetal bovine serum | Gibco | 10100147 | Origin: Australia |
Penicillin V potassium | Sigma | 1504503 | United States Pharmacopeia (USP) Reference Standard (USP) |
Streptomycin sesquisulfate hydrate | Sigma | 46754 | Analytical standard |
Universal Click Pen Needles | Penfine | 12×1/2" 0.33×12 mm | |
Alginate | Sigma | W201502 | |
alpha-minimal essential medium | Sigma | M0894 | Alpha Modification, with L-glutamine, without ribonucleosides, deoxyribonucleosides and sodium bicarbonate, powder, suitable for cell culture |
Insulin-selenium-transferrin | Invitrogen | 51500056 | Liquid, sterile-filtered, BioReagent, suitable for cell culture |
GONAL-F | Merck Serono | Recombinant follitropin alfa for injection | |
Disposable high-aspect-ratio rotating vessel | Synthecon | 10 mL | |
Culture oil | Vitrolife | Sterile light paraffin oil | |
Alginate Lyase | Sigma | A1603 | powder, >10,000 units/g solid |
26 1/2-guage needle | Becton Dickinson | ||
35×10mm dish | Becton Dickinson | ||
Viability/Cytotoxicity assay Kit | Invitrogen | L3224 | |
Bouin’s solution | Sigma | HT10132 | |
Horseradish peroxidase (HRP)-conjugated goat anti-rabbit IgG (H+L) | Jackson Immuno-Research Laboratories | 111-035-003 | |
3,3N-Diaminobenzidine Tertrahydrochloride | Beyotime | P0203 | |
Aqueous mounting medium | Dako | C0563 | |
Rabbit anti-GDF-9 antibody | Beijing Biosynthesis Biotechnology | BS-175R | |
Rabbit anti-PCNA antibody | Proteintech | 24036-1-AP | |
Methylene blue | Sigma | M9140 | |
Transmission electron microscope | Hitachi | H-7500 |