Dans cette méthode, les tissus cardiaques embryonnaires sont chirurgicalement microdissected, dissocié, fluorescent étiquetés et implanté dans les tissus embryonnaires de l’hôte. Ceci fournit une plate-forme pour l’étude de l’organisation du développement niveau individuel ou de tissus dans des conditions hémodynamiques ectopiques, et/ou altération paracrine/juxtacrine environnements.
Interpréter l’impact relatif de structuration autonome cellule contre extrinsèque microenvironmental influence sur la détermination de lignée cellulaire représente un défi général dans la recherche en biologie du développement. Dans le coeur embryonnaire, cela peut être particulièrement difficile puisque les différences régionales dans l’expression des régulateurs transcriptionnels, signaux de signalisation paracrine/juxtacrine, et force hémodynamique sont tous connus pour influencer la maturation cardiomyocyte. Une méthode simplifiée pour modifier microenvironnement de moléculaire et biomécaniques du cardiomyocyte un pays en développement, servirait donc une technique puissante pour examiner comment local conditions influence sort de la cellule et la fonction. Pour y remédier, nous avons optimisé une méthode physiquement transplantation cardiomyocytes juvéniles dans lieux ectopique dans le coeur ou les tissus embryonnaires environnants. Cela nous permet d’examiner comment micro-environnementales conditions influence cardiomyocyte sort transitions à résolution de cellule unique au sein de l’embryon intact. Nous décrivons ici un protocole dans lequel myocytes embryonnaires peut être isolés à partir d’une variété de sous-domaines cardiaques, dissociées, fluorescent étiquetés et ont été micro dans des embryons de hôte avec une grande précision. Cellules peuvent ensuite être analysées directement in situ en utilisant une variété de techniques d’imagerie et histologiques. Ce protocole est une puissante alternative à l’expérimentation greffage traditionnelle qui peut être extrêmement difficile dans un tissu mobile tels que le cœur. Le schéma général de cette méthode peut s’adapter à une variété de tissus de donneurs et environnements hôtes et sa facilité d’utilisation, faible coût, et vitesse rendent une application potentiellement utile pour une variété d’études sur le développement.
Recherche de développement cardiaque a profité énormément de l’avènement des systèmes de modèles transgéniques de lignée germinale qui ont identifié plusieurs des réseaux de régulation génique que modèle cellulaires différentes lignées et des domaines fonctionnels au cœur. Toutefois, déterminer comment ces réseaux de gènes interagissent avec et répond aux conditions micro-environnementales, y compris les signaux paracrines/juxtacrine et intrants biophysiques (stretch, souche, flux hémodynamique), peut être difficile. Par conséquent, il n’est pas toujours facile de déterminer si un phénotype cellulaire se pose comme une conséquence directe d’une perturbation génétique ou comme un résultat secondaire d’une adaptation aux modifications cardiaques biomécanique ou plus élevés ordre papier composition1,2 .
Greffage des expériences qui ont été classiquement utilisés aux concepts d’adresse de la spécification du destin, engagement, induction et compétence3,4, représenterait une approche idéale pour contourner certaines des difficultés inhérentes à définition de cellule autonome contre l’influence de l’environnement au coeur. Malheureusement, les contractions cardiaques compliquent des procédures types de greffage. Un mouvement rapide du tissu empêche souvent les cellules greffées d’adhérer au cœur et tissu grand perforations (normalement requis pour les greffes) conduisent souvent à une insuffisance cardiaque et de létalité embryonnaire5,6,7. Par conséquent, nous avons développé un basées sur la pression, système de micro-injection pour l’implantation de cellulaire de précision dans le cœur de poussin en voie de développement, contourner les obstacles techniques de greffe de tissus décrits précédemment8,9. En utilisant cette technique, individuels ou petits groupes de cellules cardiaques isolées à partir d’un embryon de donneur peuvent être micro dans diverses régions d’un cœur embryonnaire hôte, éliminant le besoin de préparation hôte étendu et les insultes de grands tissus qui se posent à l’aide techniques de greffage standards. Les aiguilles de microinjection utilisées pour ces études d’implantation ont un diamètre extérieur de ~ 30−40 µm, ce qui signifie que l’aiguille peut être placé directement dans le tissu cible (c’est-à-dire, pénètrent dans la paroi du myocarde embryonnaire) et cellules peuvent être circonscrits livrés avec un minimum de dommages aux tissus environnants. Le protocole peut être utilisé pour exécuter une variété d’isochore isotopique, transplantation et des manipulations hétérochronique, offrant une approche rapide, flexible et peu coûteux pour examiner directement classiques paradigmes embryologiques expérimentales dans les pays en développement cœur à quatre cavités.
Dans le protocole décrit ci-dessous, nous étiquetons donneur de cellules avec un colorant fluorescent perméants cellulaire qui permet de surveiller en temps réel pour le succès d’une expérience de microinjection et la localisation des cellules implantées à figurer sans la nécessité d’une plus la coloration. Toutefois, il convient de noter que cette approche est idéale pour des expériences de courte durée (environ 48 h) car le colorant fluorescent peut être perdu par division cellulaire. Approches alternatives peuvent être utilisés pour des expériences de durée plus longues.
Alors que nous vous présentons cette technique dans le contexte du développement cardiaque, nous avons utilisé il à bon escient pour des expériences d’implantation de cellules dans le mésoderme, tête, membres et une poule. Ainsi, l’approche de base décrite ci-dessous est très souple et peut être utilisé dans une variété de systèmes d’organes.
La possibilité de définir comment micro-environnementales conditions impact cellule cardiaque sort spécification et lignée de stabilisation est fondamentale à la création d’une compression compréhension des maladies cardiaques congénitales ainsi quant à l’élaboration de protocoles efficaces pour la bonne maturation des cellules souches ou cellules somatiques des cardiomyocytes reprogrammation-basé. Le protocole décrit ci-dessus donne chercheurs la possibilité d’analyser directement les développement des cellules cardiaques sous altéré les conditions in vivo, ce qui permet pour les processus de maturation autonome cellule d’être séparé de signaux paracrines/juxtacrine et/ou hémodynamiques. Lorsqu’il est combiné avec l’imagerie haute résolution, analyse génétique et les essais physiologiques, cette technique peut servir de complément puissant de modèles transgéniques existantes.
Former un point de vue technique, le protocole présenté ici s’appuie sur une isolation efficace, étiquetage et implantation précise des cellules cardiaques donneur dans les tissus embryonnaires de l’hôte. L’utilisation d’un système de micro-injection grandement contribue à cibler les cellules du donneur et permet une implantation réussie sans la nécessité de créer un site de grande prise de greffe dans les tissus de l’hôte. Certaines compétences opérationnelles sont requis pour effectuer cette technique toutefois, comme la viabilité réduite peut se produire si l’aiguille d’injection n’est pas soigneusement placé dans le tissu cible (ce qui provoque la rupture du cœur ou du système vasculaire locale). Soins et la pensée conviendrait aussi à l’isolement et l’étiquetage des étapes. Au cours de la digestion du donneur tissu peut conduire à l’efficacité médiocre de l’implantation, et transitoire des techniques de marquage peut limiter la durée de validité sur laquelle les cellules donneuses peuvent être suivis (comme la division cellulaire peut diluer l’étiquette).
Cette technique est très modifiable et adaptable pour une variété d’usages. Par exemple, donneur de cellules dans une large gamme de tissus et de stades peuvent être isolés (bien que l’optimisation de la digestion enzymatique est requise) et peut de même être injecté dans une variété de tissus de l’hôte à travers différents stades de développement. De même, la démarche d’étiquetage peut être modifiée pour assurer le suivi des cellules à travers des fenêtres temporelles différentes, y compris l’utilisation de nanocristaux fluorescents semi-conducteurs inorganiques pour l’étiquetage plus transitoire et l’implantation de cellules de caille ou cellules du vert (protéine fluorescente transgéniques GFP +) donneur embryons11 pour l’étiquetage perméants.
Alors qu’actuellement, nous utilisons cette technique pour les études d’implantation aviaire, nous pensons qu’il pourrait être utilisé pour une vaste gamme d’études chimériques dans l’avenir. Par exemple, les cellules cardiaques génétiquement modifiés provenant d’organismes transgéniques pourraient être isolées et micro au cœur aviaire à l’aide d’un protocole très similaire. En outre, les cellules différenciées dans les cardiomyocytes de provient de cellules ou par l’intermédiaire de cellules somatiques, reprogrammation des approches pourraient être micro au cœur embryonnaire pour évaluer leur intégration dans le tissu et/ou la maturation sous in vivo biomécanique conditions.
The authors have nothing to disclose.
Ce travail a été soutenu par grant R00HL122360 de la National Institutes of Health, National Heart, Lung, and Blood Institute (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 |