Использование куриного эмбриона в качестве мощного инструмента в оценке кардиотоксицитов развития
Summary
Куриные эмбрионы, как классическая модель развития, используются в нашей лаборатории для оценки кардиотоксицности развития после воздействия различных загрязнителей окружающей среды. В данной рукописи описаны методы воздействия и установленные методы морфологической/функциональной оценки.
Abstract
Куриные эмбрионы являются классической моделью в исследованиях развития. Во время развития куриных эмбрионов временное окно развития сердца четко определено, и относительно легко достичь точного и своевременного воздействия с помощью нескольких методов. Кроме того, процесс развития сердца у куриных эмбрионов аналогичен млекопитающим, что также приводит к четырехкамерному сердцу, что делает его ценной альтернативной моделью в оценке кардиотоксицитов развития. В нашей лаборатории модель куриного эмбриона обычно используется для оценки кардиотоксичности развития после воздействия различных загрязнителей окружающей среды, включая пер- и полифторалкильные вещества (PFAS), твердые частицы (PMs), дизельные выхлопные газы (DE) и наноматериалы. Время воздействия может быть свободно выбрано в зависимости от необходимости, от начала развития (эмбриональный день 0, ЭД0) до дня, предшествуя вылуплению. Основные методы воздействия включают инъекцию воздушных клеток, прямую микроинъекцию и вдыхание воздушных клеток (первоначально разработанные в нашей лаборатории), а доступные в настоящее время конечные точки включают сердечную функцию (электрокардиография), морфологию (гистологические оценки) и молекулярно-биологические оценки (иммуногистохимия, qRT-ПЦР, вестерн-блоттинг и т. Д.). Конечно, модель куриного эмбриона имеет свои ограничения, такие как ограниченная доступность антител. Тем не менее, поскольку все больше лабораторий начинают использовать эту модель, она может быть использована для внесения значительного вклада в изучение кардиотоксицитов развития.
Introduction
Куриный эмбрион является классической моделью развития, которая используется уже более двухсот лет1. Модель куриного эмбриона имеет различные преимущества по сравнению с традиционными моделями. Прежде всего, еще более 70 лет назад нормальное развитие куриного эмбриона было очень четко проиллюстрировано в руководстве по постановке Гамбургера-Гамильтона2,в котором в общей сложности 46 стадий развития куриного эмбриона были определены с точным временем и морфологическими характеристиками, облегчающими обнаружение аномального развития. Кроме того, модель куриного эмбриона имеет и другие особенности, такие как относительно низкая стоимость и избыточность по количеству, относительно точный контроль дозы воздействия, независимая, закрытая система внутри оболочки и легкое манипулирование развивающимся эмбрионом, что гарантирует его потенциал для использования в качестве мощной токсикологической модели оценки.
При кардиотоксичности куриный эмбрион имеет четырехкамерное сердце, похожее на сердца млекопитающих, но с более толстыми стенками, что позволяет легче проводить морфологические оценки. Кроме того, куриный эмбрион допускает ингаляционное воздействие на развитие, что невозможно в моделях млекопитающих: на более поздней стадии развития куриный эмбрион перейдет от внутреннего дыхания к внешнему дыханию (получение кислорода через легкие); последний требует, чтобы эмбрион проник через воздушную клеточную мембрану клювом, и начал дышать воздухом3,делая воздушную клетку мини-ингаляционной камерой. Используя это явление, токсикологическое воздействие газовых загрязнителей на сердце (и другие органы) может быть оценено без необходимости использования специальных инструментов ингаляционной камеры.
В этой рукописи описано несколько методов оценки экспозиции/конечных точек, все из которых служат для того, чтобы сделать куриный эмбрион мощным инструментом в оценке кардиотоксичности развития после воздействия загрязнителей окружающей среды.
Protocol
Representative Results
Discussion
Куриный эмбрион был классической моделью в исследованиях развития в течение 200 лет1. Наши методы, представленные в этой рукописи, были использованы при оценке нескольких загрязнителей окружающей среды, включая перфтороктановую кислоту, твердые частицы и дизельные выхлопн…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (грант 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).
