Uma técnica altamente promissora para gerar tecido constrói sem usar matriz é a células de cultura em uma condição de microgravidade simulado. Usando um sistema rotativo de cultura, nós examinamos o crescimento do folículo ovariano e a maturação do oócito em termos de função oócito sob a condição de microgravidade simulado, morfologia, crescimento e sobrevivência do folículo.
14 tecido ovariano de rato do dia anterior e folículo pré-antral isolado de ratos da mesma idade foram incubado em um sistema de cultura de microgravidade simulado. Nós quantitativamente avaliada a sobrevivência do folículo, medido do folículo e oócito diâmetros e examinou a ultra-estrutura dos oócitos produzidos a partir do sistema. Observou-se folículo diminuição da sobrevivência, downregulation de expressões de proliferação celular antígeno nuclear e fator de diferenciação de crescimento 9, como indicadores para o desenvolvimento de células da granulosa e ovócitos, respectivamente e o oócito ultraestrutural anormalidades sob a condição de microgravidade simulado. A instalação experimental de microgravidade simulado precisa ser otimizado para fornecer um modelo para investigação dos mecanismos envolvidos no desenvolvimento do oócito/folículo em vitro .
Em vitro desenvolvimento do folículo ovariano e a maturação do oócito foram atingidos utilizando métodos tradicionais de cultura 2-dimensional, como na superfície de placas de Petri e três de matriz dimensional (3D), tais como alginato e hidrogel1 ,2,3. Um sistema de cultura 3D efetivamente mantida folículos em uma estrutura de tecido e manteve os perfis de expressão de gene semelhante como na vivo4 folículos e produzido ovócitos competente meiotically5,6. Sistemas de cultura 3D também podem ser estabelecidos em um estado livre de matriz, por exemplo, suspensão drop suspensão e rolamento de navios. O navio de parede rotativo (RWV) desenvolvido pela National Aeronautics and Space Administration (NASA) gera uma simulado microgravidade (s-µg) para as células cultivadas dentro o navio7. Este simulado microgravidade condição fornece um sistema de cultura única para a proliferação e diferenciação celular por causa da falta de sedimentação por convecção. Tem sido demonstrado que microgravidade simulada promovido formação de vasos endotelial das células endoteliais8,9, montagem de células de tireoide10e condrogênese do adiposo-derivado de tecido da tireoide células-tronco mesenquimais em RWV dispositivos11. No entanto, outros estudos têm mostrado que simulado microgravidade induzida apoptose em células gástricas e simulado de B linfoblastos12,13,14, sugerindo que os efeitos da microgravidade na lesão celular pode ser a célula tipo-dependente. Microgravidade simulada também pode causar alterações a nível ultraestrutural, conforme relatado na organização do eixo perturbado e induzida blebbing citoplasmática em oócitos15. As condições de microgravidade simulado otimizado e mecanismos que induzem lesões celulares ou engenharia de tecido sob o sistema necessitam de mais investigação. Experimentos in vitro de folículos ovarianos/oócitos usando dispositivos RWV a crescer podem fornecer informações valiosas sobre expressões de gene do oócito e ultrastructures de organelas do oócito. Neste estudo, tecido ovariano contendo folículos pré-antral e folículo pré-antral isolado foi usado para investigar os efeitos da microgravidade simuladona maturação do folículo de desenvolvimento e o oócito.
Neste estudo, tecido ovariano contendo folículos pré-antral e folículo pré-antral isolado foram usados para investigar os efeitos da microgravidade simulado na maturação de desenvolvimento e do oócito do folículo. Em nosso estudo, o RWV, um dispositivo de microgravidade simulado, gira em torno de um eixo horizontal dentro de um 5% CO2 incubadora, proporcionando uma condição de microgravidade simulado com oxigenação eficiente e muito baixa tensão de cisalhamento. Analisamos as expressões do gene do antígeno nuclear de proliferação celular (PCNA) e fator de diferenciação de crescimento 9 (GDF-9) como indicadores para o desenvolvimento de células da granulosa e ovócitos, respectivamente. Demonstrámos que expressões PCNA e GDF-9 foram suprimidos nas células da granulosa e ovócitos, respectivamente, quando cultivadas no dispositivo RWV, e nós mostramos a retirada de microvilli oócito da zona pelúcida nos folículos cultivados sob o s-µ g condição, que foi semelhante da GDF-9-deficiente do mouse folículos16.
Os passos críticos para cultivo bem-sucedido do folículo pré-antral são: 1) corretamente, selecionando o folículo pré-antral de acordo com os critérios de seleção que foram descritos no protocolo texto 2.1); 2) todos os procedimentos em uma condição de cético para plástico e manter uma cultura estéril; e 3) configurar corretamente o sistema de cultura RWV.
A salvaguarda da coerência de observações experimentais nas experiências de replicar é usar materiais similares ou idênticos. Os critérios para a seleção do folículo pré-antral rato revelaram que os folículos tem 1) saudáveis oócitos na fase de esgotamento (GVBD) vesícula germinal, rodeado por uma zona pelúcida fina; 2) 2-3 camadas de células da granulosa, delimitadas por uma membrana basal; e 3) algumas células thecal anexado à membrana basal. Assim, os folículos selecionados tinham não só todos os três compartimentos funcionais de um folículo ovariano para apoiar o crescimento do ovócito, mas também de uma identificação morfológica semelhante com um diâmetro de 90-100 µm.
Esta é a primeira tentativa de crescer folículo pré-antral de rato da forma de cultivo sob microgravidade a simulado em 3D. Diversos sistemas de cultura foram desenvolvidos para o folículo pré-antral rato. Oócitos obtidos a partir do folículo cultivado sobre uma superfície plana de placas de Petri, a so-called cultura 2D, podem ser fecundados e produziram a prole ao vivo. Além disso, culturas 3D, tais como culturas de folículos em esferas de alginato, mantenham uma estrutura de tecido semelhante ao que o corpo produz em alta porcentagem de oócitos meiotically competente. No entanto, o processo de desenvolvimento de folículos ovarianos/oócitos em um campo de gravidade zero é desconhecido. RWV, um dispositivo que está atraindo atenção substancial em engenharia de tecidos, pode gerar um ambiente de microgravidade simulado e proporcionar um ambiente ideal para investigar os efeitos da microgravidade simulado sobre o crescimento do folículo ovariano/oócitos em vitro.
É importante configurar o aparelho RWV corretamente para cultura de células. As bolhas de ar no recipiente devem ser removidas. O método para remover as bolhas de ar, se gerado no vaso, é o seguinte: Coloque duas seringas com 0,5 mL de óleo em cada uma das portas duas seringas. Abra as válvulas para controlar as portas a seringa. Manobra de bolhas de ar por baixo da porta seringa. Puxe as bolhas na seringa injetando aproximadamente o mesmo volume de mídia através da outra porta seringa. Após todas as bolhas são removidas, fechar as válvulas, retire as seringas e substitua as tampas de porta seringa. Também é fundamental para descobrir a velocidade de rotação correta, o que impede que as células fixando-se através de uma rotação constante. Otimização da velocidade de rotação é determinada pelo peso específico de células, a densidade do fluido e a viscosidade.
Os perfis de expressão do PCNA e GDF-9, que eram similares do GDF-9-deficiente do mouse folículos16, revelaram a microgravidade simulada teve efeitos negativos para o desenvolvimento de células da granulosa e oócitos. O navio do dispositivo RWV girou em torno de um eixo horizontal dentro de uma incubadora 5% CO2 , permitindo a penetração de oxigênio e dióxido de carbono através de uma membrana nas costas, proporcionando oxigenação eficiente e muito baixa tensão de cisalhamento, o que era pouco provável que seja o causa da lesão do folículo/oócito. Otimização da configuração experimental e análises mais adicionais são necessários para investigar o mecanismo dos efeitos prejudiciais.
Mais estudos são necessários para investigar o potencial do desenvolvimento de oócitos em vitro derivado do sistema de cultura RWV. Maturação in vitro de oócitos para estágio MII está atualmente sendo realizada. A validação final deste sistema de cultura será examinada pela capacidade de fertilização dos oócitos recuperados.
The authors have nothing to disclose.
Os autores gostaria de agradecer Yilong Wang e o Yanlin Zhao por sua assistência na manutenção dos animais, o Chan Zhang pela sua assistência na preparação das amostras histológicas e o Dr. Songtao He para ler criticamente este manuscrito. Este trabalho foi apoiado pela Fundação da ciência Natural da província de Zhejiang (número de concessão: 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 |