בשיטה זו, רקמות הלב עובריים הם בניתוח microdissected, חלופה מועדפת, הנקרא fluorescently, מושתל לתוך רקמות עובריים המארח. זה מספק פלטפורמה לומד הפרט או רקמות ברמה התפתחותית הארגון תחת תנאים והמודינמיקה חוץ רחמי, ו/או שינו סביבות paracrine/juxtacrine.
לפרש את ההשפעה היחסית של תא המתבנת אוטונומית לעומת חיצוני microenvironmental השפעה על שושלת היוחסין תא בנחישות מייצג אתגר כללי בחקר ביולוגיה התפתחותית. בלב עובריים, זה יכול להיות קשה במיוחד כמו הבדלים אזוריים הביטוי של גנים ברמת השעתוק וסתים, רמזים איתות paracrine/juxtacrine, ואת כוח והמודינמיקה ידועים כדי להשפיע על cardiomyocyte ההבשלה. שיטה פשוטה כדי לשנות microenvironment biomechanical המולקולריים של cardiomyocyte המתפתח, לכן, לשמש טכניקה חזקה כדי לבחון איך מקומי תנאים השפעה גורל ותפקוד. כדי לטפל בבעיה זו, אנו יש אופטימיזציה שיטה פיזית השתלת cardiomyocytes לנוער לתוך מקומות חוץ רחמי הלב או עובריים הרקמה שמסביב. זה מאפשר לנו לבחון איך microenvironmental תנאים השפעה cardiomyocyte הגורל מעברים ברזולוציה תא בודד בתוך העובר תקין. כאן, אנו מתארים את פרוטוקול שבו נייטרלים עובריים יכול להיות מבודדת ממגוון רחב של תחומי המשנה לב הפומבית, הנקרא fluorescently, microinjected לתוך המחשב המארח העוברים עם דיוק גבוהה. התאים ניתן לאחר מכן ישירות לנתח באתרו תוך שימוש במגוון טכניקות הדמיה היסטולוגית. פרוטוקול זה היא חלופה חזקה ניסויים הרכבה מסורתי זה יכול להיות קשה מדי בממחטת נע כגון הלב. התכנית הכללית של שיטה זו גם ניתן להתאים מגוון רחב של התורם רקמות וסביבות המארח, קלות השימוש, עלות נמוכה, ולעשות את מהירות זה יישום שעשוי להיות שימושי עבור מגוון רחב של מחקרים התפתחותיים.
מחקר התפתחותי הלב יש כמיותרים והצרפתית כניסתו של מערכות מודל הטרנסגניים germline אשר זיהו רבים רשתות בקרה רגולטריות הזה שושלות תאים שונים דוגמת ותחומים פונקציונלי בלב. עם זאת, זיהוי כמה רשתות גנים אלה אינטראקציה עם ולהגיב תנאים microenvironmental, כולל paracrine/juxtacrine אותות biophysical תשומות (מתח, מתח, זרם בגרימת), יכול להיות מאתגר. בתור שכזה, זה לא תמיד קל לקבוע אם הפנוטיפ הסלולר מתעוררת כתוצאה ישירה של ההפרעות גנטיות או כתוצאה משנית של התאקלמות לשינויים ביומכניקה הלב או גבוה יותר סדר רקמות קומפוזיציה1,2 .
הרכבה ניסויים, אשר בסגנון קלאסי לשמש כתובת מושגים של מפרט הגורל, ומחויבות, אינדוקציה, מיומנות3,4, מייצגים גישה אידיאלי כדי לעקוף כמה מן האתגרים הטמונה הגדרת תא אוטונומית לעומת השפעה סביבתית בלב. למרבה הצער, התכווצויות הלב להקשות גישות הרכבה סטנדרטי. תנועה מהירה של הרקמה לעתים קרובות מונע תאי המושתל של הקפדה על הלב ועל רקמות גדולות פנצ’רים (בדרך כלל נדרש עבור הרכבה) לעתים קרובות להוביל ספיקת לב ועובריים lethality5,6,7. לכן, פיתחנו מבוסס-לחץ, מערכת microinjection עבור דיוק השרשה הסלולר אל הלב האפרוח המתפתח, עקיפת הקשיים הטכניים של רקמות הרכבה שתוארה לעיל8,9. בעזרת טכניקה זו, בודדים או קבוצות של תאי לב מבודד של העובר התורם יכול להיות microinjected לתוך מגוון של אזורים של לב מארח עובריים ומבטלת את הצורך עבור המארח נרחב הכנה וההעלבות רקמות גדולות שעולות באמצעות טכניקות הרכבה סטנדרטי. המחטים microinjection המשמש עבור מחקרים אלה ההשתלה יש של הקוטר החיצוני של ~ 30−40 מיקרומטר, מה שאומר כי ניתן למקם את המחט ישירות ברקמות היעד (קרי, יכולים לחדור את החומה שריר הלב עובריים) תאים יכול להיות מועברת focally עם נזק מינימלי הרקמה שמסביב. הפרוטוקול יכול לשמש כדי לבצע מגוון איזוטרופי, הטרוטופיות, isochoric, heterochronic מניפולציות, מתן גישה מהירה, גמישות בעלות נמוכה לבחון ישירות קלאסית פרדיגמות embryological ניסיוני בפיתוח תאיים ארבע לב.
בפרוטוקול המפורטות להלן, מתייגים התורם תאים תא permeant הפלורסנט, מה שמאפשר עבור ההצלחה של ניסוי microinjection כדי להיות במעקב בזמן אמת ואת המיקום של תאים engrafted כדי להיות מתועד ללא כל הצורך נוספים מכתים. עם זאת, יש לציין כי גישה זו היא המתאימה ביותר עבור ניסויים לטווח קצר (כ- 48 שעות) כמו הפלורסנט עלול ללכת לאיבוד דרך חלוקת התא. גישות אלטרנטיביות יכול לשמש לניסויים לטווח ארוך יותר.
בזמן שאנו מציגים טכניקה זו בהקשר של התפתחות הלב, השתמשנו בו אפקט נהדר עבור ניסויים השרשה התא לתוך והמזודרם, הראש, הגפיים, ו somites. ככזה הגישה הבסיסית המתוארת להלן הוא צייתן מאוד והוא יכול לשמש במגוון של מערכות איברים.
היכולת להגדיר איך microenvironmental תנאים ההשפעה תא לב גורל מפרט, שושלת היוחסין מייצב הוא היסוד ליצירת הבנה compressive של מולדת מחלת לב גם כדי לפתח פרוטוקולים יעיל עבור נכונה ההבשלה של תאי גזע או תאים סומטיים reprograming מבוססי cardiomyocytes. הפרוטוקול המתוארים לעיל נותן חוקרים היכולת ישירות assay תא לב פיתוח תחת ששונו תנאי ויוו, המאפשרות התא תהליכי התבגרות אוטונומית מהדת רמזים paracrine/juxtacrine ו/או בגרימת. בשילוב עם הדמיה ברזולוציה גבוהה, ניתוח גנטי של מבחני פיזיולוגיים, טכניקה זו יכול לשמש כהשלמה עוצמה קיימים מודלים מהונדס.
טופס נקודה טכנית לעמוד, פרוטוקול המובאת כאן מסתמך על בידוד יעיל, תיוג, ועל ההשתלה מדויק של תאי הלב התורם לרקמות עובריים המארח. השימוש של מערכת microinjection מאוד מסייע המיקוד של תאי התורם ומאפשר להשתלה מוצלחת ללא צורך יצירת אתר גדול engraftment ברקמות הפונדקאי. מיומנות תפעולית מסוימת נדרש לבצע טכניקה זו אולם, הכדאיות מופחת יכול לגרום אם המחט הזרקה לא ממוקם היטב ברקמות היעד (גורם קרע של הלב, או להערכת המקומי). ומחשבה תינתן גם בידוד, צעדים תיוג. על העיכול של התורם רקמות יכול להוביל יעילות ההשתלה המסכן, ארעי תיוג טכניקות יכול להגביל את חלון הזמן שבו תאי התורם ניתן לעקוב (כמו חלוקת התא יכול לדלל את התווית).
טכניקה זו היא מאוד לשינוי, ניתן להתאים למגוון רחב של מטרות. לדוגמה, התורם תאים מתוך מגוון גדול של רקמות ו בשלבים יכול להיות מבודד (למרות אופטימיזציה של עיכול אנזימטי נדרשת) והוא יכול באופן דומה להיות מוזרק במגוון רחב של רקמות המארח ברחבי בשלבים שונים של פיתוח. באופן דומה, ניתן לשנות את הגישה תיוג כדי לעקוב אחר תאים על פני חלונות טמפורלית שונים, לרבות השימוש של מוליכים למחצה אורגניים פלורסנט nanocrystals עבור תיוג יותר ארעית ההשתלה של תאים שליו או תאים מ גרין חלבון פלואורסצנטי הטרנסגניים (GFP) התורם עוברי11 עבור תיוג permeant.
בעוד אנחנו כעת להשתמש בטכניקה זו ללימודי השרשה העופות, אנו חשים כי זה יכול לשמש למגוון גדול של מחקרים chimeric בעתיד. לדוגמה, תאי לב גנטית שונה של אורגניזמים הטרנסגניים יכול להיות מבודדת, microinjected ללב העופות באמצעות פרוטוקול דומה מאוד. יתר על כן, תאים הבדיל לתוך cardiomyocytes מ נובעת תאים או באמצעות תאים סומטיים reprograming גישות יכול להיות microinjected לתוך הלב העוברי כדי להעריך את השתלבותם רקמות ו/או התבגרות תחת ויוו ביו-מכני תנאים.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו נתמכה על ידי גרנט R00HL122360 מן המכון הלאומי לבריאות, הלאומי ללב, ריאות, ודם המכון (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 |