في هذا الأسلوب، يتم الأنسجة الجنينية القلب جراحيا ميكروديسيكتيد، نات، والمسمى فلوريسسينتلي وزرعها في الأنسجة الجنينية المضيف. وهذا يوفر منبرا لدراسة منظمة إنمائية مستوى الفرد أو الأنسجة تحت الظروف الفسيولوجية حمل خارج الرحم، و/أو تغيير البيئات باراكريني/جوكستاكريني.
تفسير الأثر النسبي للخلية الزخرفة المتمتعة بالحكم الذاتي مقابل الخارجية تأثير ميكرونفيرونمينتال على تحديد النسب خلية يمثل تحديا عامة في بحوث علم الأحياء التنموي. في قلب الجنين، وهذا يمكن أن تكون صعبة للغاية كالاختلافات الإقليمية في التعبير عن النسخي المنظمين والعظة مما يشير إلى باراكريني/جوكستاكريني، والقوة الفسيولوجية كلها معروفة للتأثير على نضوج كارديوميوسيتي. أسلوب مبسط لتغيير المكروية الجزيئي والنشاط الحيوي في كارديوميوسيتي النامية، لذلك، بمثابة تقنية قوية لدراسة كيفية المحلية مصير الخلية تأثير الظروف والدالة. لمعالجة هذه المشكلة، نحن قد أسلوب الأمثل لزرع cardiomyocytes الأحداث فعلياً إلى مواقع خارج الرحم في القلب أو الأنسجة الجنينية المحيطة. وهذا يسمح لنا دراسة تأثير الظروف كيف ميكرونفيرونمينتال كارديوميوسيتي مصير التحولات في قرار وحيد الخلية داخل الجنين سليمة. هنا، يمكننا وصف بروتوكول الذي myocytes الجنينية يمكن معزولة عن مجموعة متنوعة من المجالات الفرعية القلب، فصل، المسمى فلوريسسينتلي، وميكروينجيكتيد إلى الأجنة المضيفة بدقة عالية. الخلايا يمكن ثم مباشرة تحليلها في الموقع باستخدام مجموعة متنوعة من تقنيات التصوير وغذائها. هذا البروتوكول هو بديلاً قويا لتجارب التطعيم التقليدية التي يمكن أن تكون صعبة باهظة في نسيج تتحرك مثل القلب. المخطط العام لهذا الأسلوب أيضا يمكن تكييفها وفقا لمجموعة متنوعة من الأنسجة المانحة والمضيفة البيئات، وسهولة الاستخدام، وانخفاض التكلفة، وسرعة تجعل من تطبيق يمكن أن تكون مفيدة لمجموعة متنوعة من الدراسات التنموية.
وقد استفاد البحوث الإنمائية القلب هائلا من ظهور نظم نموذجية وراثيا germline التي حددت العديد من الشبكات التنظيمية الجينات أن نمط خلية مختلفة الأنساب والمجالات الوظيفية في القلب. ومع ذلك، تحديد كيفية التفاعل مع هذه الشبكات الجينات وتستجيب لشروط ميكرونفيرونمينتال، بما في ذلك إشارات باراكريني/جوكستاكريني والمدخلات البيولوجية الفيزيائية (الامتداد، سلالة، تدفق الفسيولوجية)، يمكن أن يكون تحديا. على هذا النحو، ليست دائماً سهلة لتحديد ما إذا كان النمط الظاهري خلوية ينشأ كنتيجة مباشرة لاضطراب وراثية أو نتيجة ثانوية للتكيف التغيرات في الميكانيكا الحيوية القلب أو أعلى ترتيب الأنسجة تكوين1،2 .
تطعيم التجارب، التي استخدمت تقليديا لمعالجة المفاهيم لتحديد مصير، الالتزام والاستقراء، واختصاص3،4، تمثل نهج مثالي للتحايل على بعض التحديات الكامنة في تحديد خلية مستقلة مقابل التأثير البيئي في القلب. ولسوء الحظ، تقلصات القلب تجعل من الصعب النهج تطعيم القياسية. التحرك السريع للأنسجة كثيرا ما يمنع الخلايا المطعمة من التمسك بالقلب والأنسجة كبير مدبب (مطلوب عادة لتطعيم) كثيرا ما يؤدي إلى فشل القلب والفتك الجنينية5،،من67. ولذلك، قمنا بتطوير القائم على الضغط، وصف نظام microinjection لغرس الخلوية الدقة إلى قلب الفرخ النامي، التحايل على العقبات التقنية لتطعيم الأنسجة سابقا8،9. باستخدام هذا الأسلوب، يمكن ميكروينجيكتيد المجموعات الفردية أو الصغيرة من خلايا القلب معزولة عن جنينا الجهات مانحة في مجموعة متنوعة من المناطق المضيفة الجنينية قلب القضاء على الحاجة إلى إعداد المضيف واسعة النطاق والشتائم الأنسجة الكبيرة التي تنشأ باستخدام تقنيات التطعيم القياسية. قد تستخدم هذه الدراسات غرس الإبر microinjection قطر خارجي ل ~ مكم 30−40، مما يعني أنه يمكن وضع الإبرة في النسيج المستهدف مباشرة (أي، يمكن اختراق الجدار الجنينية احتشاء عضلة القلب) ويمكن تسليمها خلايا فوكالي مع الحد الأدنى من الضرر للأنسجة المحيطة. يمكن استخدام البروتوكول تنفيذ مجموعة متنوعة من النظائر المشعة، هيتيروتوبيك، إيسوتشوريك، والتلاعب هيتيروتشرونيك، توفير نهج سريعة ومرنة، والتكلفة المنخفضة لمباشرة دراسة نماذج الجنينية التجريبية التقليدية في البلدان النامية القلب أربع غرف.
في البروتوكول المبينة أدناه، يمكننا تسمية الجهات المانحة الخلايا مع صبغة فلورسنت بيرمينت خلية، التي تسمح بنجاح تجربة microinjection من أجل رصد في الوقت الحقيقي، وموقع انجرافتيد الخلايا تكون موثقة دون الحاجة إلى أي إضافية تلوين. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن هذا النهج الأنسب لإجراء التجارب على المدى القصير (حوالي 48 ساعة) صبغة الفلورسنت يمكن أن تضيع من خلال انقسام الخلية. يمكن استخدام نهج بديلة لإجراء التجارب على الأجل الأطول.
بينما نحن تقديم هذه التقنية في سياق التنمية القلب، استخدمنا أنه تأثير كبير لتجارب زرع خلية إلى mesoderm، والرأس، وأطرافه، وسميتس. هذا النهج الأساسي المبين أدناه هو درجة عالية من المرونة ويمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من نظم الجهاز.
القدرة على تحديد كيف ميكرونفيرونمينتال الظروف أثر خلية القلب مصير مواصفات ونسب تحقيق الاستقرار أمر أساسي لخلق فهم ضاغطة لأمراض القلب الخلقية، وكذلك فيما يتعلق بوضع بروتوكولات فعالة للسليم نضوج الخلايا الجذعية أو الخلايا الجسدية كارديوميوسيتيس على أساس ريبروجرامينج. البروتوكول المشار إليها أعلاه يعطي المحققين القدرة على مباشرة الاعتداء تطوير خلايا القلب تحت غيرت المجراة في الظروف، السماح لعمليات النضج الذاتي خلية فصله عن العظة باراكريني/جوكستاكريني و/أو الفسيولوجية. عندما جنبا إلى جنب مع تصوير عالية الدقة والتحليل الوراثي وفحوصات الفيزيولوجية، يمكن أن تكون هذه التقنية تكملة قوية للنماذج القائمة المعدلة وراثيا.
تشكل نقطة الوقوف تقنية، يعتمد البروتوكول المعروضة هنا على كفاءة العزلة ووضع العلامات، وغرس دقيقة لخلايا القلب المانحين في الأنسجة الجنينية المضيف. استخدام نظام microinjection الإيدز في استهداف الخلايا المانحة إلى حد كبير ويسمح بزرع ناجحة دون الحاجة إلى إنشاء موقع انجرافتمينت كبيرة في النسيج المضيف. بعض المهارات التشغيلية المطلوبة لتنفيذ هذا الأسلوب ومع ذلك، كما يمكن أن يؤدي انخفاض الجدوى إذا لم يتم وضع إبرة حقن بعناية في الأنسجة المستهدفة (تسبب تمزق القلب أو المفرج المحلية). كما ينبغي العناية والفكر إلى العزلة وخطوات وضع العلامات. خلال الهضم من الجهة المانحة الأنسجة يمكن أن يؤدي إلى غرس ضعف الكفاءة، وعابرة وسم تقنيات يمكن أن تحد من الإطار الزمني الذي يمكن تعقب الخلايا المانحة (كما يمكن أن يضعف انقسام الخلية التسمية).
هذا الأسلوب هو الغاية قابلة للتعديل ويمكن تكييفها لأغراض متنوعة. على سبيل المثال، أن الجهات المانحة الخلايا من مجموعة كبيرة من الأنسجة ومراحل يمكن أن تكون معزولة (على الرغم من الاستفادة المثلى الهضم الأنزيمي مطلوب) ويمكن كذلك حقن مجموعة متنوعة من الأنسجة المضيف عبر مراحل مختلفة من التنمية. وبالمثل، يمكن تعديل نهج وضع العلامات لتعقب الخلايا عبر windows الزمنية المختلفة، بما في ذلك استخدام نانوكريستالس نيون أشباه الموصلات غير العضوية لوسم تعد عابرة وغرس السمان الخلايا أو الخلايا من الأخضر بروتين فلوري المحورة وراثيا (بروتينات فلورية خضراء +) المانحة الأجنة11 لوسم بيرمينت.
بينما نحن حاليا استخدام هذه التقنية للدراسات غرس إنفلونزا الطيور، ونرى أنه يمكن استخدامه لمجموعة كبيرة من الدراسات تشيميريك في المستقبل. على سبيل المثال، يمكن عزل خلايا القلب المعدلة وراثيا من الكائنات المحورة وراثيا وميكروينجيكتيد إلى قلب إنفلونزا الطيور باستخدام بروتوكول مماثل جداً. وعلاوة على ذلك، ينبع الخلايا خلايا متباينة في cardiomyocytes من أو عبر الخلية الجسمية ريبروجرامينج النهج يمكن أن يكون ميكروينجيكتيد إلى قلب الجنينية لتقييم اندماجها في النسيج و/أو النضج تحت المجراة في النشاط الحيوي شروط.
The authors have nothing to disclose.
وأيد هذا العمل منحة R00HL122360 من معاهد الصحة الوطنية، والوطنية القلب والرئة، والدم معهد (NHLBI).
1 mL Insulin Syringe | BD | 329654 | |
1.7 mL Microtubes, Clear | Genesee Scientific | 24-282 | |
10 ml Syringe | BD | 305482 | |
1000ul Reach Barrier Tip Racked, Sterile | Genesee Scientific | 24-430 | |
15 mL Centriguge Tubes, Racked | Genesee Scientific | 28-101 | |
1588 Genesis Hova-Bator Incubator | GQF | 813927021221 | |
18G x 1 1/2 Needle | BD | 305196 | |
200ul Barrier Tip Low Binding, Racked, Sterile | Genesee Scientific | 24-412 | |
32G x 1/2" Needle | TSK Steriject Air-Tite | TSK3213 | |
Alchohol Wipes 70% | Thermo Fisher Scientific | 19015744 | |
Angled Forceps | Fine Scientific Tools | 11260-20 | |
Backloading Tips | Eppendorf | 930001007 | |
Black India Ink | KOH-I-NOOR | 3084-F | |
CellTracker Green CMF | Thermo Fisher Scientific | C7025 | 1 mM in DMSO |
CellTracker Red CMTPX | Thermo Fisher Scientific | C34552 | 1 mM in DMSO |
Centrifuge | Eppendorf | 5424R | |
Commercial Grade Packing Tape | Staples | 2619001 | |
Curved Tenotomy Scissors | Fine Scientific Tools | 14067-11 | |
DMEM/F12 | Thermo Fisher Scientific | 11330-032 | |
DMSO, anhydrous | Thermo Fisher Scientific | D12345 | |
DPBS (10X), no calcium, no magnesium | Thermo Fisher Scientific | 14025092 | |
Femtojet 4i | Eppendorf | 5252000021 | |
Fetal Bovine Serum | Thermo Fisher Scientific | 10437-028 | |
Hatching Eggs | Pilgrim's Hatchery | — | |
HBSS, calcium, magnesium, no phenol red | Thermo Fisher Scientific | 14025-092 | |
Injectman 4 | Eppendorf | 5192000027D | |
Micromanipulator | Leica Microsystems | — | |
Parafilm | SIGMA | P6543-1EA | |
Paraformaldehyde 32% in aqueous solution, EM Grade | VWR | 100496-496 | |
Penicillin/Streptomycin | Thermo Fisher Scientific | 15140-022 | |
Petri Dish | Genesee Scientific | 32-107 | |
Pipette Grinder | Narishige | EG-44 | |
Pipette Puller | HEKA | PIP 6 | |
Scotch Transparent Tape | Staples | 487909 | |
Sigmacote | SIGMA | SL2-25ML | |
Stereo Microscope | Leica | — | |
ThermoMixer C | Eppendorf | 5382000023 | |
Thin Wall Glass Capillaries | World Precision Instruments | TW100F-4 | |
Transfer Pipette | Thermo Fisher Scientific | 273 | |
Trypsin-EDTA (0.05%), phenol red | Thermo Fisher Scientific | 25300-054 |