Neste método, tecidos embrionários cardíacos são cirurgicamente microdissected, dissociado, fluorescente etiquetado e implantou em tecidos embrionários de anfitrião. Isto fornece uma plataforma para estudar a organização do desenvolvimento nível individual ou tecido sob condições hemodinâmicas gravidez ectópica, e/ou alterados parácrina/justácrina ambientes.
Interpretar o impacto relativo de padronização autónoma de célula versus extrínseca microenvironmental influência na determinação de linhagem celular representa um desafio geral na pesquisa de biologia do desenvolvimento. No coração embrionário, isto pode ser particularmente difícil, como as diferenças regionais na expressão de reguladores transcricionais, pistas de sinalização justácrina/parácrina, e força de hemodinâmica são todos conhecidos para influenciar a maturação de casos. Um método simplificado para alterar o microambiente molecular e biomecânicas de um desenvolvimento casos serviria, portanto, como uma técnica poderosa para examinar como local condições influência célula destino e função. Para resolver isso, otimizamos a um método para transplantar fisicamente cardiomyocytes juvenil em localizações ectópicas no coração ou o tecido embrionário. Isso nos permite examinar como microenvironmental condições influência casos destino transições em resolução única célula dentro do embrião intacto. Aqui, descrevemos um protocolo em que miócitos embrionários podem ser isolados de uma variedade de subdomínios cardíacas, dissociados, fluorescente etiquetados e injetados em embriões de anfitrião com alta precisão. Células podem ser diretamente analisadas no local usando uma variedade de técnicas de imagem e histológicas. Este protocolo é uma poderosa alternativa para experimentos de enxertia tradicionais que pode ser proibitivamente difícil em um tecido em movimento, tais como o coração. Em linhas gerais este método também podem ser adaptada a uma variedade de tecidos de doadores e ambientes de host e sua facilidade de uso, baixo custo, e velocidade de torná-lo uma aplicação potencialmente útil para uma variedade de estudos do desenvolvimento.
Investigação do desenvolvimento cardíaca tem beneficiado enormemente o advento dos sistemas de transgénicos modelo germline que identificaram muitas das redes de regulação do gene que linhagens de células diferentes do padrão e domínios funcionais no coração. No entanto, identificando como estas redes gene interagirem e respondem às condições microenvironmental, incluindo sinais parácrina/justácrina e biofísicas entradas (estiramento, pressão, fluxo hemodinâmico), pode ser desafiador. Como tal, não é sempre fácil determinar se um fenótipo celular surge como uma consequência direta de uma perturbação genética ou como um resultado secundário de uma adaptação a alterações na biomecânica cardíaca ou maior ordem tecido composição1,2 .
Enxertia experimentos, classicamente utilizados conceitos de endereço de especificação de destino, o compromisso, indução e competência3,4, representaria uma abordagem ideal para contornar alguns dos desafios inerentes Definir célula autônoma contra a influência ambiental no coração. Infelizmente, as contrações do coração dificultam padrão abordagens de enxertia. Rápido movimento do tecido muitas vezes impede que as células transplantadas aderindo ao coração e tecido grande perfurações (normalmente exigidos para enxertia) frequentemente levar a insuficiência cardíaca e letalidade embrionárias5,6,7. Portanto, nós desenvolvemos um baseado em pressão, sistema de microinjeção para implantação celular de precisão ao coração da garota em desenvolvimento, contornando os obstáculos técnicos de enxerto de tecido descrito anteriormente8,9. Usando esta técnica, individuais ou pequenos grupos de células cardíacas isoladas de um embrião de doador podem ser injetados em uma variedade de regiões de um coração embrionário de anfitrião, eliminando a necessidade de acolhimento extensa preparação e os insultos de tecido grande que surgem usando técnicas de enxertia padrão. As agulhas de microinjeção utilizadas para estes estudos de implantação têm um diâmetro exterior de ~ 30−40 µm, o que significa que a agulha pode ser colocada diretamente no tecido-alvo (ou seja, podem penetrar a parede miocárdica embrionária) e células focally podem ser entregues com mínimo de danos para o tecido circundante. O protocolo pode ser usado para executar uma variedade de isotópica, heterotópica, adição e manipulações heterocrónico, proporcionando uma abordagem rápida, flexível e barato para examinar diretamente o clássicas experimentais paradigmas embriológicos no desenvolvimento coração de quatro cavidades.
O protocolo descrito abaixo, nós rotulamos doador de células com uma célula permeant corante fluorescente, que permite o sucesso de um experimento de microinjeção de ser monitorado em tempo real e a localização das células engrafted ser documentados sem necessidade de qualquer adicional a coloração. No entanto, deve notar-se que esta abordagem é mais adequada para experimentos de curto prazo (cerca de 48 h) como o corante fluorescente pode ser perdido através de divisão celular. Abordagens alternativas podem ser usadas para experiências de prazo mais longos.
Enquanto estamos apresentando esta técnica no contexto do desenvolvimento cardíaco, usamos isso com grande efeito para experiências de implantação de célula para a mesoderme, cabeça, membros e somitas. Como tal, a abordagem básica descrita abaixo é altamente tratável e pode ser usada em uma variedade de sistemas de órgãos.
A capacidade de definir como microenvironmental condições impacto cardíaco célula destino especificação e linhagem estabilização é fundamental para criar um entendimento à compressão de cardiopatia congênita, bem como para desenvolver protocolos eficientes para adequado maturação de células-tronco ou células somáticas cardiomyocytes reprograming-baseado. O protocolo descrito acima dá os investigadores a capacidade de ensaio diretamente o desenvolvimento da célula cardíaca sob alterado condições in vivo, permitindo processos de maturação autônoma celular ser separado de pistas parácrina/justácrina e/ou hemodinâmicas. Quando combinado com imagens de alta resolução, análise genética e fisiológicos ensaios, esta técnica pode servir como um complemento poderoso para modelos transgénicos existentes.
Formar um ponto de vista técnico, o protocolo aqui apresentado se baseia em isolamento eficiente, rotulagem e implantação precisa das células do coração doador em tecidos embrionários de anfitrião. O uso de um sistema de microinjeção grandemente ajuda a atingir as células do doador e permite a implantação bem sucedida sem a necessidade de criação de um site grande enxertia no tecido do hospedeiro. Alguma habilidade operacional é necessário para realizar esta técnica, no entanto, como viabilidade reduzida pode resultar se a agulha de injeção não é cuidadosamente colocada no tecido-alvo (causando a ruptura do coração ou da vasculatura local). Cuidados e pensamento também deve ser dado ao isolamento e rotulação passos. Sobre a digestão do dador tecido pode levar a eficiência de implantação pobre e transiente rotulagem técnicas pode limitar a janela de tempo durante o qual as células do doador podem ser rastreadas (como divisão celular pode diluir o rótulo).
Esta técnica é altamente modificável e pode ser adaptada para uma variedade de propósitos. Por exemplo, doador de células de uma grande variedade de tecidos e estágios podem ser isolados (embora otimização da digestão enzimática é necessária) e pode similarmente ser injetado em uma variedade de tecidos do hospedeiro através de diferentes estágios de desenvolvimento. Da mesma forma, a abordagem de rotulagem pode ser modificada para rastrear as células através de janelas temporais diferentes, incluindo o uso de nanocristais semicondutores inorgânicos fluorescente para a rotulagem mais transitória e implantação de células de codorna ou de verde proteína fluorescente transgênico (GFP +) doador embriões11 para a rotulagem de permeant.
Enquanto atualmente usamos essa técnica para estudos de implantação aviária, achamos que poderia ser usado para uma grande variedade de estudos quiméricoes no futuro. Por exemplo, células cardíacas geneticamente alteradas de organismos transgénicos podem ser isoladas e injetadas no coração aviária usando um protocolo muito semelhante. Além disso, células diferenciadas em cardiomyocytes de caules de células ou através de células somáticas reprograming abordagens podem ser injetadas no coração embrionário para avaliar a sua integração no tecido e/ou maturação sob vivo em biomecânica condições.
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi apoiado por grant R00HL122360 do National Institutes of Health, nacional do coração, pulmão e sangue 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 |