Kipembryo gebruiken als een krachtig hulpmiddel bij de beoordeling van ontwikkelingscarditoxiciteiten
Summary
Kippenembryo’s, als klassiek ontwikkelingsmodel, worden in ons lab gebruikt om ontwikkelingscarditoxiciteiten te beoordelen na blootstelling aan verschillende milieuverontreinigingen. Blootstellingsmethoden en vastgestelde morfologische/functionele beoordelingsmethoden worden in dit manuscript beschreven.
Abstract
Kippenembryo’s zijn een klassiek model in ontwikkelingsstudies. Tijdens de ontwikkeling van kippenembryo’s is het tijdvenster van hartontwikkeling goed gedefinieerd en is het relatief eenvoudig om nauwkeurige en tijdige blootstelling te bereiken via meerdere methoden. Bovendien is het proces van hartontwikkeling in kippenembryo’s vergelijkbaar met zoogdieren, wat ook resulteert in een hart met vier kamers, waardoor het een waardevol alternatief model is bij de beoordeling van cardiotoxiciteiten in de ontwikkeling. In ons lab wordt het kippenembryomodel routinematig gebruikt bij de beoordeling van ontwikkelingscarditoxiciteiten na blootstelling aan verschillende milieuverontreinigende stoffen, waaronder per- en polyfluoroalkylstoffen (PFAS), deeltjes (PM’s), dieseluitlaat (DE) en nanomaterialen. De belichtingstijd kan vrij worden geselecteerd op basis van de behoefte, vanaf het begin van de ontwikkeling (embryonale dag 0, ED0) tot de dag voorafgaand aan het uitkomen. De belangrijkste blootstellingsmethoden omvatten luchtcelinjectie, directe micro-inademing en luchtcelinhalatie (oorspronkelijk ontwikkeld in ons lab), en de momenteel beschikbare eindpunten omvatten hartfunctie (elektrocardiografie), morfologie (histologische beoordelingen) en moleculair biologische beoordelingen (immunohistochistry, qRT-PCR, western blotting, enz.). Natuurlijk heeft het kippenembryomodel zijn eigen beperkingen, zoals beperkte beschikbaarheid van antilichamen. Niettemin, met meer laboratoria die dit model beginnen te gebruiken, kan het worden gebruikt om aanzienlijke bijdragen te leveren aan de studie van ontwikkelingscarditoxiciteiten.
Introduction
Het kippenembryo is een klassiek ontwikkelingsmodel, dat al meer dan tweehonderd jaar wordt gebruikt1. Het kippenembryomodel heeft verschillende voordelen in vergelijking met traditionele modellen. Ten eerste was de normale ontwikkeling van het kippenembryo al meer dan 70 jaar geleden heel duidelijk geïllustreerd in de Hamburger-Hamilton ensceneringsgids2, waarin in totaal 46 stadia tijdens de ontwikkeling van kippenembryo’s werden gedefinieerd met nauwkeurige tijd- en morfologische kenmerken, waardoor detecties van abnormale ontwikkeling werden vergemakkelijkt. Bovendien heeft het kippenembryomodel andere kenmerken, zoals relatief goedkoop en redundant in hoeveelheid, relatief nauwkeurige blootstellingsdosiscontroles, een onafhankelijk, gesloten systeem in de schaal en eenvoudige manipulatie van het zich ontwikkelende embryo, die allemaal het potentieel ervan garanderen om te worden gebruikt als een krachtig toxicologisch beoordelingsmodel.
Bij cardiotoxiciteit heeft het kippenembryo een hart met vier kamers, vergelijkbaar met zoogdierharten, maar met dikkere wanden, waardoor gemakkelijkere morfologische beoordelingen mogelijk zijn. Bovendien maakt het kippenembryo blootstelling aan ontwikkelingsinhalatie mogelijk, wat niet mogelijk is in zoogdiermodellen: tijdens het latere stadium van ontwikkeling zal het kippenembryo overgaan van interne ademhaling naar externe ademhaling (zuurstof krijgen via de long); de laatste vereist dat het embryo het luchtcelmembraan met de snavel penetreert en lucht begint in te ademen3,waardoor de luchtcel een mini-inhalatiekamer wordt. Met behulp van dit fenomeen kunnen de toxicologische effecten van gasverontreinigingen op het hart (en andere organen) worden beoordeeld zonder dat speciale inhalatiekamerinstrumenten nodig zijn.
In dit manuscript worden verschillende blootstellings-/eindpuntbeoordelingsmethoden beschreven, die allemaal dienen om van het kippenembryo een krachtig hulpmiddel te maken bij de beoordeling van cardiotoxiciteit bij de ontwikkeling na blootstelling aan milieuverontreinigingen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Het kippenembryo is al 200 jaar een klassiek model in ontwikkelingsstudies1. Onze methoden die in dit manuscript worden gepresenteerd, zijn gebruikt bij de beoordeling van verschillende milieuverontreinigingen, waaronder perfluoroctaanzuur, fijnstof en dieseluitlaat met succes5,7,8,9,10,11,<…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China (Grant No. 91643203, 91543208, 81502835).
Materials
| 4% phosphate buffered formaldehydefixative | Biosharp, Hefei, China | REF: BL539A | |
| 75% ethanol | Guoyao,Shanghai,China | CAS:64-17-5 | |
| Biosignaling monitor BL-420E+ | Taimeng, Chengdu, China | BL-420E+ | |
| Candling lamp | Zhenwei, Dezhou, China | WZ-001 | |
| Disposable syringe | Zhiyu, Jiangsu, China | ||
| Egg incubator | Keyu,Dezhou, China | KFX | |
| Electrical balance | OHAUS, Shanghai, China | AR 224CN | |
| Electro-thermal incubator | Shenxian, Shanghai, China | DHP-9022 | |
| Ethanol absolute | Guoyao,Shanghai,China | CAS:64-17-5 | |
| Fertile chicken egg | Jianuo, Jining, China | ||
| Hematoxylin and Eosin Staining Kit | Beyotime, Bejing, China | C0105 | |
| Histology paraffin | Aladdin, Shanghai, China | P100928-500g | Melt point 52~54°C |
| Histology paraffin | Aladdin, Shanghai, China | P100936-500g | Melt point 62~64°C |
| IV catheter | KDL, Zhejiang, China | The catheters have to be soft, plastic ones. | |
| Lentivirus | Genechem, Shanghai, China | The lentivirus were individually designed/synthesized by Genechem. | |
| Masson's trichrome staining kit | Solarbio, Beijing, China | G1340 | |
| Metal probe | Jinuotai, Beijing, China | ||
| Microinjector (5 uL) | Anting,Shanghai, China | ||
| Microscope | CAIKON, Shanghai, China | XSP-500 | |
| Microtome | Leica, Germany | HistoCore BIOCUT | |
| Microtome blade | Leica,Germany | Leica 819 | |
| Pentobarbitual sodium | Yitai Technology Co. Ltd., Wuhan, China | CAS: 57-33-0 | |
| Pipetter(10ul) | Sartorius, Germany | ||
| Povidone iodide | Longyuquan, Taian, China | ||
| Scissor | Anqisheng,Suzhou, China | ||
| Sterile saline | Kelun,Chengdu, China | ||
| Sunflower oil | Mighty Jiage, Jiangsu, China | Any commerical sunflower oil for human consumption should work | |
| Tape | M&G, Shanghai, China | ||
| Tedlar PVF Bag (5L) | Delin, Dalian, China | ||
| Vortex mixer | SCILOGEX, Rocky Hill, CT, US | MX-F | |
| Xylene | Guoyao,Shanghai,China | CAS:1330-20-7 |
References
- Kain, K. H., et al. The chick embryo as an expanding experimental model for cancer and cardiovascular research. Developmental Dynamics. 243 (2), 216-228 (2014).
- Menna, T. M., Mortola, J. P. Effects of posture on the respiratory mechanics of the chick embryo. Journal of Experimental Zoology. 293 (5), 450-455 (2002).
- Hamburger, V., Hamilton, H. L. A series of normal stages in the development of the chick embryo. Journal of Morphology. 88 (1), 49-92 (1951).
- Yamamoto, F. Y., Neto, F. F., Freitas, P. F., Oliveira Ribeiro, C. A., Ortolani-Machado, C. F. Cadmium effects on early development of chick embryos. Environmental Toxicology and Pharmacology. 34 (2), 548-555 (2012).
- Lv, N., et al. The roles of bone morphogenetic protein 2 in perfluorooctanoic acid induced developmental cardiotoxicity and l-carnitine mediated protection. Toxicology and Applied Pharmacology. 352, 68-76 (2018).
- Kmecick, M., Vieira da Costa, M. C., Oliveria Ribeiro, C. A., Ortolani-Machado, C. F. Morphological evidence of neurotoxic effects in chicken embryos after exposure to perfluorooctanoic acid (PFOA) and inorganic cadmium. Toxicology. 4227, 152286 (2019).
- Jiang, Q., Lust, R. M., Strynar, M. J., Dagnino, S., DeWitt, J. C. Perflurooctanoic acid induces developmental cardiotoxicity in chicken embryos and hatchlings. Toxicology. 293 (1-3), 97-106 (2012).
- Jiang, Q., et al. In ovo very early-in-life exposure to diesel exhaust induced cardiopulmonary toxicity in a hatchling chick model. Environmental Pollution. 264, 114718 (2020).
- Jiang, Q., Lust, R. M., DeWitt, J. C. Perfluorooctanoic acid induced-developmental cardiotoxicity: are peroxisome proliferator activated receptor alpha (PPARalpha) and bone morphorgenic protein 2 (BMP2) pathways involved. Journal of Toxicology and Environmental Health, Part A. 76 (11), 635-650 (2013).
- Jiang, Q., et al. Changes in the levels of l-carnitine, acetyl-l-carnitine and propionyl-l-carnitine are involved in perfluorooctanoic acid induced developmental cardiotoxicity in chicken embryo. Environmental Toxicology and Pharmacology. 48, 116-124 (2016).
- Zhao, M., et al. The role of PPAR alpha in perfluorooctanoic acid induced developmental cardiotoxicity and l-carnitine mediated protection-Results of in ovo gene silencing. Environmental Toxicology and Pharmacology. 56, 136-144 (2017).
- Jiang, Q., et al. Particulate Matter 2.5 Induced Developmental Cardiotoxicity in Chicken Embryo and Hatchling. Front Pharmacol. 11, 841 (2020).
- Molina, E. D., et al. Effects of air cell injection of perfluorooctane sulfonate before incubation on development of the white leghorn chicken (Gallus domesticus) embryo. Environmental Toxicology and Chemistry. 25 (1), 227-232 (2006).
- Crump, D., Chiu, S., Williams, K. L. Bis-(3-allyl-4-hydroxyphenyl) sulfone decreases embryonic viability and alters hepatic mRNA expression at two distinct developmental stages in chicken embryos exposed via egg injection. Environmental Toxicology and Chemistry. 37 (2), 530-537 (2018).
- Franci, C. D., et al. Potency of polycyclic aromatic hydrocarbons in chicken and Japanese quail embryos. Environmental Toxicology and Chemistry. 37 (6), 1556-1564 (2018).
- Rand, M. D., et al. Developmental exposure to methylmercury and resultant muscle mercury accumulation and adult motor deficits in mice. Neurotoxicology. 81, 1-10 (2020).
- Tanaka, T., Suzuki, T., Inomata, A., Moriyasu, T. Combined effects of maternal exposure to fungicides on behavioral development in F1 -generation mice: 2. Fixed-dose study of thiabendazole. Birth Defects Research. , (2020).
- Kofman, O., Lan, A., Raykin, E., Zega, K., Brodski, C. Developmental and social deficits and enhanced sensitivity to prenatal chlorpyrifos in PON1-/- mouse pups and adults. PLoS One. 15 (9), 0239738 (2020).
- Kischel, A., Audouard, C., Fawal, M. A., Davy, A. Ephrin-B2 paces neuronal production in the developing neocortex. BMC Developmental Biology. 20 (1), 12 (2020).
- Okolo, F., Zhang, G., Rhodes, J., Gittes, G. K., Potoka, D. A. Intra-Amniotic Sildenafil Treatment Promotes Lung Growth and Attenuates Vascular Remodeling in an Experimental Model of Congenital Diaphragmatic Hernia. Fetal Diagnosis and Therapy. , 1-13 (2020).
- Vyslouzil, J., et al. Subchronic continuous inhalation exposure to zinc oxide nanoparticles induces pulmonary cell response in mice. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 61, 126511 (2020).
- Wahle, T., et al. Evaluation of neurological effects of cerium dioxide nanoparticles doped with different amounts of zirconium following inhalation exposure in mouse models of Alzheimer’s and vascular disease. Neurochemistry International. 138, 104755 (2020).
- Tanabe, K. Three-Dimensional Echocardiography- Role in Clinical Practice and Future Directions. Circ J. 84 (7), 1047-1054 (2020).
