この方法では胚の心臓組織は外科的 microdissected、解離、蛍光標識、そして宿主胚性組織に注入です。これは個人または組織レベル発達組織下異所性血行力学的条件、および/またはパラクリン/juxtacrine 環境の変化を研究するためのプラットフォームを提供します。
発生生物学研究では一般的な挑戦を表す細胞系列決定影響の外因性アイソレータケージ対セル自律形成の相対的な影響の解釈。萌芽期の心これパラクリン/juxtacrine シグナリング キュー、転写制御因子の発現の地域差として特に難しいことし、血行力学的力のすべての心筋細胞の成熟に影響を与える知られています。発展途上の心筋細胞の分子および生体力学的微小環境を変更する簡易メソッドは、したがって、ローカル条件の影響細胞運命と機能を検討する強力な手法として機能します。これに対処するため、我々 は物理的に心臓や胚の周囲の組織に異所性の場所に若年性心筋細胞を移植する方法を最適化してきました。そのまま胚内の単一セルの解像度でどのようにアイソレータケージ条件影響心筋細胞運命遷移を調べることができます。ここでは、胚細胞様々 な心臓のサブドメインから分離された、解離、蛍光に分類でき高精度な宿主胚に microinjected プロトコルについて述べる。細胞を直接分析できますさまざまなイメージングおよび組織学的手法を使ってその場で。このプロトコルは、心など移動組織で極めて困難にすることができます従来の移植実験に強力な代替手段です。このメソッドの一般的なアウトラインは、ドナー組織およびホスト環境の多様性とその低コスト、使いやすさに合わせることができるもと速度は、発達的研究のさまざまな潜在的に有用なアプリケーション。
心の発達研究はそのパターンの異なる細胞系譜と心の機能ドメインを識別遺伝子調節ネットワークの多くが生殖トランスジェニック モデル システムの登場から非常に恩恵を受けています。ただし、識別するこれらの遺伝子ネットワークと対話内微小環境条件への対応どのようにパラクリン/juxtacrine 信号と生物物理入力 (ストレッチ、歪み、血行の流れ) を含むことです。それは常に心臓バイオメカニクスのより高い順序組織組成1,2 に変更する、細胞表現型発生遺伝的摂動の直接の結果として、または適応の二次の結果としてかどうかを調べるは簡単でないなど、.
接木実験は、古典的な運命仕様の概念をアドレスに使用されている、コミットメント、誘導と能力3,4を表すいくつかの固有の課題を回避するために理想的なアプローチ中心部に細胞自律的に環境影響とを定義します。残念ながら、心臓の収縮にすると標準的な移植方法は難しくなります。組織の急速な動きはしばしば中心部に付着するから移植細胞を防止し、大規模な組織は、(通常は接木に必要な) 刺し傷頻繁心不全および胚性致死5,6,7に 。したがって、圧力ベースを開発した、組織移植の技術的なハードルを回避成長のひよこの中心に精度細胞移植へのマイクロインジェクション システムは前述8,9。この手法を使用すると、ドナー胚心筋細胞の個々 か小さいグループは広範なホストの準備とを使用して発生する大規模な組織の侮辱のための必要性を排除するホスト胚中心の地域の多様性に microinjected することができます。術の基本手技。これらの注入用マイクロインジェクション針の外径を持ちます ~ 標的組織に直接針を配置できることを意味する 30−40 μ m (すなわち、胚心筋壁を貫通することができます)、細胞が塊状で配信できます周囲の組織に与えるダメージを最小限。プロトコルを使用して様々 な同位体、異所性、isochoric、開発途上で古典的な実験発生学的パラダイムを直接調べる迅速、柔軟かつ低コストのアプローチを提供する heterochronic 操作を実行できます。4 chambered 中心。
下記プロトコルを我々 はラベル ドナー、マイクロインジェクション実験の成功のためリアルタイムで監視することができます携帯側の透過物蛍光色素と細胞といずれかを必要とせず記載する明らかな移植細胞の場所追加染色。ただし、このアプローチが短期的実験 (約 48 時間) に最適蛍光色素は細胞分裂によって失われることができます。代替アプローチは、長い用語実験に使用できます。
心臓開発のコンテキストでは、この手法を紹介して中を使いましたそれ大きな効果を細胞移植実験の中胚葉、頭や手足、体節に。よう下記の基本的なアプローチが非常に扱いやすいと様々 な臓器システムで使用できます。
どのようにアイソレータケージ条件影響心筋細胞運命仕様と系統安定化を定義する機能です基本を適切なのため効率的なプロトコルの開発と同様に先天性の心疾患の理解は圧縮を作成します。幹細胞や体細胞の reprograming ベースの心筋細胞の成熟。プロトコルは上記を与える直接の下で心筋細胞の開発を試金する能力変更セル自律成熟プロセス パラクリン/juxtacrine および/または血行力学的手がかりから分離することを可能にする生体内での条件の調査官。高分解能イメージング、遺伝学的解析および生理学的アッセイと組み合わせると、この手法は既存トランスジェニック モデルに強力な補完として使用できます。
技術的な観点は、ここで提示されたプロトコルは効率的な分離、ラベル付け、およびホスト萌芽期ティッシュへのドナー心臓の細胞の正確な注入に依存しています。マイクロインジェクション システムの使用は大きくエイズのドナー細胞のターゲット、ホスト組織で大規模な生着サイトを作成することがなくインプラントの成功できます。ただし、この手法を実行するいくつかの運用スキルが必要 (心臓やローカル血管の破裂を引き起こす) 標的臓器で注射針は慎重に配置されていない場合、削減可能性が発生します。ケアと思ったは、分離とラベリング手順を与えられる必要があります。ドナーの消化に組織貧しい注入効率をもたらし、一時的なラベリング技術を (細胞分裂は、ラベルを薄めることができる) をドナー細胞は追跡できる時間帯を制限できます。
この技術は、高度変更、さまざまな目的に適応することができます。たとえば、ドナー細胞組織とステージの広い範囲から分離できます (ただし、酵素の消化力の最適化が必要です) でき、同様には、開発のさまざまな段階で宿主組織の様々 なに注入されます。同様に、ラベルをつける方法はもはや一時的な分類のため蛍光灯の無機半導体ナノ結晶の使用とウズラ細胞またはグリーンからのセルの注入を含む別の時間ウィンドウにわたって細胞を追跡する変更できます。蛍光タンパク質遺伝子 (GFP) ドナー胚11側の透過物の分類のため。
我々 は現在鳥注入研究このテクニックを使用していることに使えるかもしれないキメラ研究の広い範囲のため、将来的に我々 は感じる。たとえば、遺伝子組み換え生物から遺伝子組み換えの心筋細胞を分離、非常に類似したプロトコルを使用して鳥の心に microinjected でした。心筋細胞に分化した細胞の細胞を生じるか、または細胞のアプローチを reprograming 経由では、胚の心臓組織や生体力学的体内で成熟への統合を評価するために microinjected 可能性がありますさらに、条件。
The authors have nothing to disclose.
この作品は、国立衛生研究所、国立心臓、肺および血の協会 (NHLBI) から R00HL122360 の助成金によって支えられました。
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 |