A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
هنا ، نحن وصف طريقة للاحترار البلاستوسيستات البشرية vitrified ، وزراعة لهم من خلال فترة زرع في المختبر ، وهضمها في خلايا واحدة وجمع الخلايا الأرومية في وقت مبكر لمزيد من التحقيق.
زرع الإنسان، والرضا والالتصاق على سطح الرحم epithelia والغزو اللاحق للبلاستيس في decidua الأم، هو حدث البيولوجية الحرجة ولكن ملغز التي كانت تاريخيا صعوبة في الدراسة بسبب القيود التقنية والأخلاقية. يتم البدء في عملية الزرع عن طريق تطوير التروبكتوميرم إلى الأرومية المبكرة والتمايز اللاحق إلى خطوط فرعية متمايزة. قد يؤدي التمايز التروبيبلاستي المبكر المُنحرف إلى فشل الزرع وأمراض المشيمة وتشوهات الجنين والإجهاض. وقد تم مؤخراً تطوير طرق تسمح للأجنة البشرية بالنمو حتى اليوم الثالث عشر بعد الإخصاب في المختبر في غياب أنسجة الأمومة، وهي فترة زمنية تشمل فترة الزرع في البشر. وقد أعطى هذا الباحثين الفرصة للتحقيق في زرع الإنسان واختصار ديناميات التمايز trophoblast خلال هذه الفترة الحرجة دون الخلط بين التأثيرات الأم وتجنب العقبات الكامنة في دراسة الأحداث المبكرة لتمايز الأجنة في الجسم الحي. لتوصيف مختلف الطانيف الفرعية trophoblast أثناء الزرع، اعتمدنا القائمة ثنائية الأبعاد (2D) أساليب الثقافة الموسعة ووضعنا إجراء لهضم وعزل الأنزيمية أنواع مختلفة من الخلايا trophoblast لمقايسات المصب. الأجنة المستزرعة في ظروف ثنائية الأبعاد لديها مورفولوجيا مسطّحة نسبيًا وقد تكون دون المستوى الأمثل في النمذجة في العمارات الجنينية ثلاثية الأبعاد (3D) في الجسم الحي. ومع ذلك، يبدو أن التمايز الأرومية أقل تأثرا كما يتضح من التغيرات المتوقعة في المورفولوجيا والتعبير الجيني على مدى الثقافة الممتدة. يمكن فصل مختلف التوروفوبلاست sublineageages، بما في ذلك cytotrophoblast، syncytiotrophoblast وتوروفوبلاست المهاجرة حسب الحجم، والموقع، والظهور الزمني، واستخدامها لمزيد من التوصيف أو التجريب. قد يكون فحص هذه الخلايا الأرومية المبكرة مفيدًا في فهم زرع الإنسان ، وعلاج أمراض المشيمة الشائعة ، وتخفيف حدوث فقدان الحمل.
من الصعب تاريخياً التحقيق في زرع الإنسان وظهور المشيمة المبكرة ولا يزالان مجهولين إلى حد كبير لأن الأنسجة البشرية لا يمكن الوصول إليها في هذه المرحلة التي لا يمكن فيها اكتشاف الحمل سريرياً. النماذج الحيوانية غير كافية، حيث أن المشيمة البشرية لها ميزاتها الفريدة مقارنة بالثدييات الأوروبية الأخرى. على سبيل المثال ، تغزو المشيمة البشرية بعمق في decidua مع بعض الخلايا الأرومية التي تصل على الأقل إلى الثلث الداخلي من ميوميتوميوم الرحم بينما تعيد الخلايا الأخرى تشكيل الشرايين الحلزونية الرحمية. حتى أسلافنا التطورية الأقرب، الرئيسيات غير البشرية، تظهر الاختلافات في مورفولوجيا المشيمة والتفاعلات الأرومية مع الأنسجة الوَرَقِية الأمومية1،2،3. الحصول على ما قبل زرع الأجنة البشرية في المختبر لم يكن ممكنا حتى في عام 1980 عندما بدأ الإخصاب البشري السريري في المختبر (IVF) كممارسة روتينية لعلاج العقم4. الآن، يمكن زراعة الكيسات البشرية في المختبر للسماح باختيار أجنة أكثر قابلية للحياة لنقلها، فضلا عن تمكين الاختبارات الجينية الآمنة. وقد أدى التحسن في تقنيات زراعة الأجنة، فضلا عن زيادة استخدام التلقيح الاصطناعي العديد من البلاستوسيستات الفائضة التي لا تزال بعد الانتهاء من دورات علاج المريض. مع موافقة المريض، موافقة IRB، ومع بعض القيود، يمكن استخدام هذه البلاستوسيست للدراسات البحثية. لقد أصبحت موردا لا يقدر بثمن التي كانت تستخدم لاشتقاق الخلايا الجذعية الجنينية البشرية5, فهم انتقال كتلة الخلايا الداخلية إلى الخلايا الجذعية الجنينية6,7, ومؤخرا, وقد تم استزراع بنجاح حتى يوم (D) 13 لإعادة تشكيل زرع الإنسان8,9. من خلال الاستفادة من النهج التي وضعت مؤخرا أوميكس خلية واحدة، والوصول إلى هذه الزرع في مرحلة أنسجة الأجنة البشرية قد عرضت فرصا فريدة لوصف الآليات الجزيئية التي تنظم هذه العملية تمايز الخلايا ديناميكية للغاية، والتي كان من المستحيل في السابق لاستكشاف10،11،12،13.
هنا، نحن وصف الأساليب المستخدمة في نشرتنا الأخيرة التي تميز ديناميات التمايز trophoblast أثناء زرع الإنسان12. ويشمل هذا البروتوكول ارتفاع درجة حرارة الخلايا البلاستية vitrified، وتربية الجنين الموسعة تصل إلى D12 بعد التلقيح الاصطناعي، والهضم الأنزيمي للجنين في خلايا واحدة، وجمع الخلايا للمصب المقايسات(الشكل 1). هذا النظام ثقافة موسعة تدعم مرحلة ما قبل زرع تطور الجنين البشري دون مدخلات الأم وتلخص التمايز trophoblast التي تظهر متسقة مع الملاحظات التي أجريت من العينات النسيجية منذ سنوات عديدة14,15,16,17. أثناء الزرع، يتكون عدد الخلايا الدودة التورفوبلاستية من نوعين على الأقل من الخلايا: الخلايا ذات الأصل الأحادي النوى الشبيهة بالسيلوتروبوفبلاست (CTB) والـ متزامنة متعددة النوى (STB) متمايزة بشكل ميؤوس من شفائها. عند هضم التربسين ، فإن CTB هي خلايا صغيرة مستديرة لا يمكن تمييزها بشكل مورفولوجي عن أنساب الخلايا الأخرى (الشكل 2A، اللوحة اليسرى). فصل CTB من أنساب الخلايا الأخرى، مثل الغموض و endoderm البدائية، يمكن تحقيقه من خلال ملفاتهم الشخصية المستنسخة المتميزة التي كشفت عنها تسلسل الحمض النووي الريبي خلية واحدة. يمكن التعرف بسهولة على خلايا Syncytiotrophoblast على أنها هياكل غير منتظمة الشكل أكبر بكثير من أنواع الخلايا الأخرى وتقع بشكل رئيسي في محيط الجنين(الشكل 2A، اللوحة الوسطى ؛ الشكل 2B، لوحة اليسار). الخلايا التروبيبلاستية المهاجرة (MTB) هي آخر الترومبوست sublineage وجدت خلال نموت الجنين وتمدد ويمكن التعرف على أنها تتحرك على ما يبدو بعيدا عن الجسم الرئيسي للجنين(الشكل 2A، لوحة الحق ، الشكل 2B، لوحة الحق). الترود الأروميست المهاجر ، على الرغم من التعبير عن العديد من العلامات نفسها مثل trophoblast (EVT) ، لا ينبغي أن يشار إليه باسم EVT ، لأن الهياكل التافهة في المشيمة لم تظهر في هذه المرحلة المبكرة من التطور.
تجريبيا، كنا قادرين على جمع CTB صغيرة وكبيرة STB التي يمكن تمييزها بسهولة بعد يتم هضم الأجنة في خلايا واحدة في D8، D10، وD12(الشكل 2A، B). تنشأ التروبيبلاستات المهاجرة في المراحل اللاحقة من زراعة الجنين الممتدة ويمكن جمعها عند D12 قبل الهضم الأنزيمي للجنين بأكمله(الشكل 2A, B). عن طريق فصل ظاهري هذه الثلاثة الفواصل الفرعية trophoblast قبل تحليل خلية واحدة، يمكننا تحديد علامات النسخ محددة وتحديد الدور البيولوجي لكل نوع خلية. Cytotrophoblast هي الانتشارية للغاية وتعمل كخلايا السلف في توريد STB وMTB ينساب متباينة10,11,12,13. Syncytiotrophoblast تشارك في انتاج هرمونات المشيمة للحفاظ على الحمل ، ويمكن أيضا أن تكون مسؤولة عن الأجنة التجشؤ في بطانة الرحم10،11،12،13. التربوبلاست المهاجرة لديها ميزات أقوى من النمط الظاهري الغازية، و المهاجرة ومن المرجح أن تكون مسؤولة عن أعمق وأكثر اتساعا استعمار بطانة الرحم10,11,12,13. بعد تعريف التوقيع النسخي لكل نوع خلية، كشفت تحليلات التجميع أيضاً عن مجموعتين فرعيتين إضافيتين من الخلايا التي لا يمكن تمييزها بشكل مورفولوجي عن CTB وكان لها نسخ مع ميزات STB وMTB، على التوالي12. ومن المرجح أن تكون هذه الخلايا المتوسطة في مرحلة التمييز من CTB إلى المستويات الفرعية MTB أو STB، وكان سيتم تجاهلها إذا تم هضم الأجنة بشكل أعمى وفصل الخلايا عن طريق النسخ وحدها.
يستخدم البروتوكول الموصوف هنا نظام ثقافة ثنائي الأبعاد (2D) وقد لا يكون الأمثل لدعم التنمية الهيكلية ثلاثية الأبعاد ( 3D ) ، كما اقترح منشور حديث يصف نظام ثقافة ثلاثية الأبعاد تم تطويره حديثًا13. ومع ذلك، في هذا النظام 2D التمايز من trophoblast في وقت مبكر يبدو أن تتفق مع الملاحظات التي أجريت من العينات في vivo14،15،16،17. ويمكن أيضا أن يكون هذا البروتوكول بسهولة تكييفها للاستخدام في نظام الثقافة 3D وصفها مؤخرا13 مع الحد الأدنى من التغييرات. يتم تنفيذ جميع الخطوات مع ماصة micromanipulation المحمولة مع نصائح المتاح تجاريا المتاح أو ماصة الفم من ماصة الزجاج سحبت ناعما تعلق على أنابيب المطاط، وتصفية، وبوق.
وقد تم التبرع بجميع الأجنة البشرية بموافقة لاستخدامها في البحوث. وقد وافق المجلس الغربي لمراجعة المؤسسات (دراسة رقم 1179872) على بروتوكولات لثقافة الأجنة البشرية الموسعة، وتتبع المبادئ التوجيهية الدولية. يجب مراجعة أي استخدام للأجنة البشرية من قبل الأخلاقيات المناسبة ومجالس الإدارة المرتبطة بالمؤسسة البحثية التي تستخدم هذا البروتوكول.
1- الإعداد
2. ارتفاع درجة حرارة الأجنة البشرية D5
ملاحظة: قد يكون لدى الشركات المصنعة الأخرى بروتوكولات مختلفة قليلاً وفقاً لتكنولوجيا التزجيج الخاصة بها. راجع إرشادات الشركة المصنعة للاستخدام عند الانطباق.
3- استعادة الأجنة الدافئة
4. Zona إزالة
5. Blastocyst ثقافة موسعة
6. مجموعة اختيارية من وسائل الإعلام المستهلكة
7. تثبيت اختياري للflufluorescence
8. هضم الخلية واحدة مع تريبسين
ملاحظة: الأجنة الطازجة (غير الثابتة) تستخدم في عملية هضم الخلايا المفردة.
9. اختيار خلية واحدة وجمع عينة
أظهرت الأجنة السليمة استمرار انتشارها على مدى انتشارها(الشكل 2B). بدأت الأجنة غير الطبيعية في التراجع عن حوافها الخارجية وتتفكك (الشكل 2C). من تجربتنا، تم إرفاق ما يقرب من 75٪ من الأجنة إلى الجزء السفلي من طبق ليفي المغلفة في 48 ساعة، وزاد المرفق إلى ما يقرب من 90?...
وقد سمح تطوير بروتوكول لزراعة الأجنة البشرية من خلال زرع العلماء لاستكشاف وقت مجهول سابقا في التنمية8,9. هنا، نستخدم نظام ثقافة ممتد لثقافة الأجنة البشرية وندرس التمايز الأرومية المبكر قبل تشكيل المشيمة الزهية. تسمح لنا الطرق الموصوفة هنا بجمع خطوط فرعية م?...
ليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.
نود أن نعترف بالعديد من المرضى في مركز كولورادو للطب التناسلي (CCRM) الذين تبرعوا بكرم أجنةهم للأبحاث. نود أيضا أن نشكر كارين Maruniak والمختبر السريري في CCRM لمساعدتهم في معالجة عينات hCG، وكذلك سو ماكورميك وفريقها السريري IVF علم الأجنة في CCRM لمساعدتهم في جمع الأجنة، وتخزين، وتتبع، وتبرع. وقد قدم التمويل داخلياً من جانب اللجنة المعنية باتفاقية مكافحة التصحر.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
NORM JECT Luer Lock sterile syringe | VWR | 53548-019 | Pack of 100 |
3130 or 3110 Forma Series II water-jacketed CO2 incubator | Thermo Fisher Scientific | 13-998-078 | |
35 mm Corning Primaria tissue culture dish | VWR | 62406-038 | Case of 500 |
5 mL snap cap tube | VWR | 60819-295 | Pack of 25 |
60 mm Corning Primaria tissue culture dish | VWR | 25382-687 | Case of 200 |
6-well dish | Agtech Inc. | D18 | Pack of 1, 10, or 50 |
Acidic Tyrode's solution | Millipore Sigma | T1788 | 100 mL |
Biotix 1250 µL pipette tips | VWR | 76322-156 | Pack of 960 |
Blast, blastocyst culture media | Origio | 83060010 | 10 mL |
Dilution Solution | Kitazato | VT802 | 1 x 4 mL |
Disposable Borosilicate Glass Pasteur Pipets | Thermo Fisher Scientific | 1367820D | 5.75 in. (146mm); 720/Cs |
Dulbecco's Phosphate Buffered Saline | Millipore Sigma | D8537 | |
Embryo culture paraffin oil OvOil | Vitrolife | 10029 | 100 mL |
Eppendorf PCR tubes 0.2 mL | VWR | 47730-598 | Pack of 1,000 |
Eppendorf PCR tubes 0.5 mL | VWR | 89130-980 | Case of 500 |
Fibronectin from human plasma. Liquid .1% solution | Millipore Sigma | F0895 | 1 mg |
Gilson 1 mL Pipetteman | Thermo Fisher Scientific | F123602G | 1 Pipetteman 200-1000 µL |
Gilson 20 µL Pipetteman | Thermo Fisher Scientific | F123602G | 1 Pipetteman 2-20 µL |
Gilson 200 µL Pipetteman | Thermo Fisher Scientific | F123602G | 1 Pipetteman 50-200 µL |
G-MOPS handling media | Vitrolife | 10129 | 125 mL |
Handling media | Origio | 83100060 | 60 mL |
Ibidi 8 well chambered coverslip | Ibidi | 80826 | 15 slides per box |
IVC1/IVC2 | Cell Guidance Systems | M11-25/ M12-25 | 5-5mL aliquots |
K System T47 Warming Plate | Cooper Surgical | 23054 | |
MilliporeSigma Millex Sterile Syringe Filters with Durapore PVFD Membrane | Fisher Scientific | SLGVR33RS | Pack of 50 |
Mouth pieces | IVF Store | MP-001-Y | 100 pieces |
Oosafe center well dish | Oosafe | OOPW-CW05-1 | Case of 500 |
Quinn's Advantage SPS | Origio | ART-3010 | 12x 12 mL |
Rubber latex tubing for mouth pieces | IVF Store | IVFS-NRL-B-5 | 5 ft. |
Stereomicroscope | Nikon | SMZ1270 | |
Stripper tips | Cooper Surgical | MXL3-275 | 20/pk 275 µm |
Thawing Solution | Kitazato | VT802 | 2 x 4 mL |
The Stripper Micropipetter | Cooper Surgical | MXL3-STR | |
TrypLE Express Enzyme (1X), no phenol red | Thermo Fisher Scientific | 12604013 | 1 x 100 mL |
Tween20 | Millipore Sigma | P1379-25ML | 25 mL bottle |
VWR 1-20 µL pipette tips | VWR | 76322-134 | Pack of 960 |
VWR 1-200 µL pipette tips | VWR | 89174-526 | Pack of 960 |
Washing Solution | Kitazato | VT802 | 1 x 4 mL |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved