В этом методе эмбриональных тканей сердца являются хирургическим microdissected, отделить, дневно помечены и имплантируется в принимающей эмбриональных тканей. Это обеспечивает платформу для изучения отдельных тканей уровня развития Организации или внематочная гемодинамических условий, и/или изменены паракринными/juxtacrine сред.
Интерпретация относительное влияние автономной патронирования клетки против внешняя microenvironmental влияние на определение линии клеток представляет собой общий вызов в биологии развития исследований. В самом зачаточном состоянии это может быть особенно трудно, как региональные различия в выражении транскрипционный анализ регуляторов, паракринными/juxtacrine сигнализации сигналы, и гемодинамических силы известны влиять cardiomyocyte созревания. Таким образом, упрощенный метод, чтобы изменить развивающихся cardiomyocyte молекулярной и биомеханических микроокружения послужит мощным инструментом для изучения местных условий влияние клеток судьба и функции. Для решения этой проблемы, мы оптимизировали способ физически трансплантировать несовершеннолетних кардиомиоцитов в внематочная места в сердце или окружающих эмбриональных тканей. Это позволяет нам рассматривать как microenvironmental влияние условий cardiomyocyte судьба переходы в одну ячейку резолюции в рамках нетронутыми эмбриона. Здесь мы описываем протокол, в котором эмбриональных миоцитах может быть изолирован от целого ряда сердечных суб-доменов, отделить, дневно помечены и microinjected в принимающей эмбрионов с высокой точностью. Клетки могут затем быть непосредственно проанализированы на месте, с использованием различных методов обработки изображений и гистологические. Этот протокол является мощной альтернативой традиционным прививочных экспериментов, которые могут быть чрезмерно сложной в движущейся ткани, такие как сердце. В общих чертах этот метод также может быть адаптирована к различных средах размещения и тканей донора и его простота использования, низкая стоимость, и скорость делают его потенциально полезное приложение для целого ряда исследований в области развития.
Сердца развития исследований чрезвычайно выиграли от появления микрофлорой трансгенные модели систем, которые определили многие из генных сетей регулирования, что шаблон различных клеточных линий и функциональные домены в самом сердце. Однако определение как эти генных сетей взаимодействовать с и реагировать на microenvironmental условиях, включая паракринными/juxtacrine сигналов и биофизических входы (стрейч, штамм, гемодинамики потока), может быть сложным. Таким образом это не всегда легко определить ли клеточном фенотипу возникает как прямое следствие генетического возмущений или побочным результатом адаптации к изменениям в сердечной биомеханики или выше порядок ткани состав1,2 .
Прививка экспериментов, которые классически были использованы для адрес понятия судьбы спецификации, приверженности, индукция и компетенции3,4, будет представлять идеальный подход для обхода некоторых из проблем, присущих определение в самом сердце клетки автономной против влияния окружающей среды. К сожалению сердечных сокращений затрудняют стандартные прививочных подходы. Быстрое движение ткани часто предотвращает привитые клетки от присоединения к сердцу и большие ткани проколов (обычно требуется для прививки) часто приводят к сердечной недостаточности и эмбриональных летальность5,6,7. Таким образом мы разработали на основе давления, микроинъекции системы для точности сотовой имплантации в развивающихся куриных сердце, обойти технические препятствия трансплантации тканей описанные ранее8,9. Используя эту технику, отдельных лиц или небольших групп сердечной клетки изолированы от эмбриона донора может быть microinjected в различных регионах хост эмбриональных сердца, устраняя необходимость подготовки обширные хост и большой ткани оскорбления, которые возникают с использованием стандартные методы прививочных. Микроинъекции иглы, используемые для этих исследований имплантации имеют наружный диаметр ~ 30−40 мкм, что означает, что иглы могут быть размещены непосредственно в ткани-мишени (то есть, могут проникать эмбриональных миокарда стены) и клетки могут поставляться централизовано с минимальное повреждение окружающих тканей. Протокол может использоваться для выполнения различных изотопов, heterotopic, Изохорный и heterochronic манипуляций, обеспечивая быстрое, гибкое и лоу кост подход непосредственно изучить классических экспериментальных эмбрионального парадигмы в развивающихся 4-сердце.
В протоколе, изложенные ниже, мы обозначаем доноров клеток с ячейки permeant Флюоресцентная краска, которая позволяет в режиме реального времени наблюдать за успех эксперимента микроинъекции и расположение прижившимися клетки, чтобы быть документально без необходимости для любого дополнительного пятнать. Следует, однако, отметить, что такой подход лучше всего подходит для краткосрочных экспериментов (около 48 ч) как Флюоресцентная краска может быть потеряны через деление клеток. Альтернативные подходы могут использоваться для долгосрочной перспективе экспериментов.
Хотя мы представляем эту технику в контексте развития сердца, мы использовали его для большой эффект для клеток экспериментов имплантации в мезодермы, головы, конечностей и сегменты. Таким образом основной подход, описанный ниже весьма шансов справиться с возникающими и может использоваться в различных органов и систем.
Возможность определения как microenvironmental условий воздействия сердечной клетки судьба спецификации и линии стабилизации имеет основополагающее значение для создания компрессионных понимание врожденный порок сердца, а также относительно разработки эффективных протоколов для правильного созревание стволовых клеток или соматической клетки перепрограммирования основе кардиомиоцитов. Протокол изложенные выше дает следователей, возможность непосредственно анализа развития сердечных клеток под изменены в естественных условиях условий, позволяя для процессов автономной созревания клеток должны быть отделены от паракринными/juxtacrine и/или гемодинамики подсказки. В сочетании с высоким разрешением изображения, генетический анализ и физиологических анализов, этот метод может служить мощным дополнением к существующим transgenic моделей.
Форма технического стоять точка, протокола, представленные здесь зависит от эффективной изоляции, маркировки и точные имплантации в принимающей эмбриональных тканей донора клеток сердца. Использование системы микроинъекции значительно СПИДа в ориентации клеток донора и позволяет для успешной имплантации без необходимости создания сайта большой приживления в ткани узла. Некоторые оперативных навыков, необходимых для выполнения этот метод, однако, как снижение жизнеспособности может привести, если тщательно инъекционной иглы не помещается в ткани-мишени (вызывая разрыв сердца или местных сосудистую). Для изоляции и маркировки шаги следует также уход и мысли. Над перевариванию доноры ткани может привести к плохой имплантации эффективности, и переходные маркировки методы можно ограничить время окно, над которым доноров клеток могут быть отслежены (как деление клеток можно разбавить этикетке).
Этот метод является весьма изменяемым и может быть адаптирована для различных целей. Например доноров клетки от широкий спектр тканей и этапов может быть изолирован (хотя требуется оптимизация ферментативного пищеварения) и аналогичным образом быть введены в различных тканях хост на различных этапах развития. Аналогично обозначая подход может быть изменен отслеживать клетки на различных временных окон, включая использование флуоресцентных неорганических полупроводниковых нанокристаллов больше временной маркировки и имплантации перепелиные клетки или клетки от Грин флуоресцентный белок трансгенных (GFP +) донорских эмбрионов11 для permeant нанесения этикеток.
Хотя в настоящее время мы используем этот метод для исследования птичьего имплантации, мы считаем, что он может использоваться для большого круга химерных исследований в будущем. Например генетически измененных сердечной клетки от трансгенных организмов могут изолированные и microinjected в птичий сердце с помощью весьма аналогичный протокол. Кроме того клетки делятся на кардиомиоцитов из стебли клетки или через соматические клетки перепрограммирования подходы могут microinjected в эмбриональных сердце, чтобы оценить их интеграции в ткани и/или созревания под в-vivo биомеханических условий.
The authors have nothing to disclose.
Эта работа была поддержана Грант R00HL122360 от национальных институтов здравоохранения, национальной сердца, легких и крови института (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 |