Wir danken Birgit Westernstroeer des Zentrums für Reproduktionsmedizin und Andrologie an der Universität Münster für die Lehre des Hodenmikroinjektion. Außerdem sind wir dankbar, Ursula und Petra Antkewitz Reckling für die technische Unterstützung. Wir danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Unterstützung dieser Arbeit (WE2458 / 10-1). &#160;

Alle Tierversuche durchgeführt wurden von der Ethikkommission (Landesamt für Landwirtschaft, Lebensmittelsicherheit und Fischerei, Mecklenburg-Vorpommern, Deutschland) genehmigt worden. 1. Plasmid-Präparation <ol><li> Zur Plasmidpräparation, verwenden Plasmid-Reinigungskits (siehe Materialien Tabelle) oder ähnliche Verfahren mit Endotoxin Entfernung Puffer, so dass Immunreaktionen des Tieres zu vermeiden. Folgen Sie den Anweisungen des Handbuchs. Beschäftigen ddH2O, um das Plasmid-Lösung zu verdünnen. </li><li> Trümmer zu beseitigen durch Spinnen der DNA-Lösung mit maximaler Geschwindigkeit (20.000 × g). Dann sammeln Sie den Überstand. </li><li> Bestimmen Plasmid-Konzentration mit einem Spektralphotometer (siehe Materialien). </li><li> Passen Plasmid-Konzentration mit ddH2O auf 1-3 pg (DNA) / ul. Hinweis: Niedrigere Konzentrationen werden Transfektionseffizienz zu reduzieren, während höhere Konzentrationen könnte ein zu viskos Injektionslösung führen. Neben derTransfektionseffizienz hängt von der Größe des Plasmids und muss individuell getestet werden. </li><li> Vor der Injektion wird eine Lösung Mischung mit etwa 40 ul Plasmid wurden mit 5 ul PBS (10x) und 5 ul Fast Green (0,5%). Fast Green ist zum Verfolgen der Einspritzvorgang benötigt wird. Vorzugsweise verwenden dünnwandigen PCR-Röhrchen oder Parafilm. Hinweis: Je nach der Größe der Hoden, der ein Volumen von 20-50 ul für jede Hoden benötigt. </li></ol> 2. Herstellung der Mikroinjektion Pipette <ol><li> Verwenden Borosilikatglas Kapillaren (siehe Materialien Tabelle) für die Herstellung der Mikroinjektion Pipetten. </li><li> Ziehen Glaskapillaren mit einer vertikalen Kapillare Abzieher (siehe Materialien Tabelle). </li><li> Brechen die Kapillare Spitze mit einer Pinzette von sanft Streifenbildung. Die Spitze ist gewöhnlich 50-80 um im Durchmesser und etwa 1 cm lang. Versuchen Sie Tipps, die zu lang, da diese nicht steif genug, um das Gewebe zu durchdringen sind, zu vermeiden. </li><li> Endlich sharpen die Spitze in einem 30 ° bis 45 ° unter Verwendung einer Mikropipette seinveler (siehe Materialien Tabelle). </li><li> Laden Sie die Mikroinjektion Pipette mit der Injektionslösung-Mischung (siehe Plasmid-Präparation). Tragen Sie die Lösung in die Rückseite der Glas Kapillare mit einer kleinen Spritze. Hinweis: Versuchen Sie, um Luftblasen zu vermeiden, während Laden, da diese sonst in den Samenkanälchen zusammen mit der Plasmid-Lösung eingespritzt werden und damit die Leitfähigkeit zu verringern sowie eventuell Gewebeschäden verursachen. </li></ol> 3. Anästhesie und Chirurgie <ol><li> Führen Sie den Vorgang unter aseptischen Bedingungen durch Verwendung von sterilem Material (dh Spritze, Nadel, chirurgische Instrumente, etc.). Dies wird eine Infektion des Tieres zu reduzieren und sorgen für eine gute Überlebensraten. </li><li> Verwenden Sie für die Elektroporation männlichen Mäusen im Alter von 6-8 Wochen. </li><li> Um postoperative analgetische Behandlung zu initialisieren, bieten die Maus mit Analgetika hinzugefügt Trinkwasser am Tag vor der Operation. Dieser EselUres einen Präventiv Analgesie bei sehr wahrscheinlich postoperativen hypodipsia (verminderte Wasseraufnahme). Hierzu aussetzen Trinkwasser beispielsweise einer pädiatrischen Ibuprofensuspension (20 mg / ml). Die heil Trinkwasser sollte auch am Tag eins und zwei der Erholung in identischer Konzentration zugeführt werden. Das bedeutet, eine tägliche Dosis von 7,5 mg / kg, gültig für 5 ml / d Trinkwasser und Körpergewicht von 25 g für 8 Wochen im Alter von C57BL / 6J. Diese schmerzstillende Therapie gewährleistet eine grundlegende Schmerzlinderung und eine beschleunigte Genesung zusammen mit hohen Tierschutz 26. </li><li> Zur Herstellung der Arbeitslösung Anästhesie am Tag der Operation, mischen Sie 10% Ketamin und Xylazin 2% in einem Verhältnis 1: 1 (siehe Materialien Tabelle). </li><li> , Um das Tier zu betäuben, gelten 0,25 ml / 100 mg Körpergewicht von Anästhesielösung subkutan (= 0,125 g Ketamin / kg; Xylazin = 0,025 g / kg). Verwenden Sie eine Injektionsstelle zwischen Becken und Gliedmaßen, um Organschäden und Verletzungen der Mäuse zu verhindern. Regel 10 min benötigt werdenbis die Maus tief anästhesiert. </li><li> Decken Sie die Augen mit der Maus Tierarzt Salbe zur Trockenheit während der Narkose zu verhindern. </li><li> Testen tiefe Narkose Festnahme, die von einem völligen Mangel an Reaktion bemerkbar macht. Zu diesem Zweck, nur eine Prise der Spitze des Tieres. </li><li> Um die Operation zu starten, zu entfernen Bauchhaar mit einem elektrischen Rasierer oder ähnliche und desinfizieren den Arbeitsbereich mit Sterilium oder ähnliches. </li><li> Machen Sie eine ventrale Inzision direkt über den Vorhautdrüsen in der Mitte der Bauchbereich. An dieser Stelle zunächst die Haut ziehen weg und führen einen kleinen Querschnitt der Haut von etwa 8-14 mm. Dann weiter auf der Bauchmuskelschicht. Anmerkung: Die Läsion sollte so klein wie möglich sein, um Schaden von dem Tier zu verringern. </li><li> Ziehen Sie die Bauchfettpolster sorgfältig, um die Hoden befestigt aussetzen und auf eine vorherige bereit wasserdichte Einweg-Papiertuch gleich neben der Einschnittstelle (Abbildung 2a). </li><li> Mit einem Fernglas zu find den Ausführungsgang als Einspritz Ziel. Der Ductus ableitenden als feine Gefäß Verbindung zwischen Hoden und Nebenhoden identifiziert. Es befindet sich neben dem prominenten Hodenarterie. Der Ductus verläuft fast unter einem Winkel von 45 ° zu der Arterie und in den Nebenhoden Caput sichtbar. Hinweis: Je nach der Maus die Alter, wird der Ductus meist im Fettgewebe begraben. </li><li> Verwenden feinen Pinzette, um den Ausführungsgang des Fettgewebes zu löschen. Danach legen Sie die Freigabe Ductus auf einer sterilen Papierstreifen, um die klare Sicht auf den Kanal erfolgt Umgebung beeinträchtigen gewährleisten. </li></ol> 4. Mikroinjektion und DNA-Anwendung <ol><li> Verbinden des Mikroinjektionspipette, die mit dem Plasmid-Lösung zu den Mikromanipulator / Injektor-Einheit geladen wird. </li><li> Legen Sie die Mikroinjektionsnadel parallel zum Ausführungsgang mit der Spitze in Richtung des Rete testis (2B). </li><li> Verwenden feinen Pinzette undStreifen der Kanal über die Mikroinjektion Pipette. Stellen Sie sicher, dass die Kapillare parallel zu der Leitung gehalten, und ziehen Sie es um. Hinweis: Dieses Verfahren ist bequemer als die Durchdringung des Behälters durch Bewegen der Nadel mit dem Mikromanipulator. </li><li> Richten Sie die Nadel vorsichtig in Richtung Hoden und stoppen so wie es das Rete testis dringt direkt unterhalb der Tunica albuginea (2C). Hinweis: Im Fall der Übervorteilung des Rete testis, wird die Plasmid-Lösung in den interstitiellen Raum austreten. Dies führt häufig zu einem Versagen der Transfektion der Hodenkanälchen. </li><li> Für die Injektion der Plasmid-Lösung nutzen die Mikroinjektor mit folgenden Einstellungen: pi: 100 hPa, ti: 0,2 sec, und pc: 0 hPa (2D). </li><li> Überwachen Sie die gesamte Einspritzvorgang durch die Beobachtung der Hoden Füllen Status mit Hilfe der grünen Farbe. Achten Sie darauf, dass die Hoden nur bis zu zwei Drittel ihres Volumens mit der pl gefülltasmid Lösung (Abbildung 2E). Hinweis: Wenn das Injektionsvolumen überschritten, wird der Hodengewebe geschädigt werden könnte. </li></ol> 5. Elektroporation von Hoden <ol><li> Um wirksam Elektroporation zu ermöglichen, genießen die Pinzette Elektroden in PBS (1x). Dies gewährleistet eine ausreichende Leitfähigkeit. </li><li> Reibungslos drücken Sie die Hoden zwischen den nassen Elektroden (2F). Messen den elektrischen Widerstand mit der Elektroporator. </li><li> Bewerben Strom an die Hoden. Führen acht Rechteckimpulse von 40 V an 4 verschiedenen Standorten Hoden mit einem konstanten Dauer von 50 ms Pulszeit und 950 ms Intervallzeit. </li></ol> 6. Wundverschluss und Post-Chirurgie <ol><li> Wenn Elektroporation beendet ist, legen Sie die Hoden wieder in die ursprüngliche Position. </li><li> Nähen Sie die innere Muskelschicht mit chirurgischem Naht (siehe Materialien). </li><li> Schließen Sie die Haut durch den Einsatz von Wundklammern (siehe Materialien Tabelle). Ziehen Sie die Haut bis with Pinzette. Achten Sie auf die Muskelschicht auszuschließen. Zeigen die Clips, die jeweils in einem Abstand von nicht mehr als 5 mm. Hinweis: Da chirurgisches Nahtmaterial kann mit der Maus verschluckt werden, sind Wundklammern zum Verschließen der Hautläsionen begünstigt. </li><li> Lassen Sie die Maus, um aus der Narkose auf sterilen Papierhandtücher in einem sterilen leeren Käfig Maus, die auf einem 37 ° C warmen Unterlage aus gehärtetem platziert erholen. Das Kissen sollte die Erwärmung der einen Hälfte des Käfigs Schaffung eines Wärmegradienten zu gewährleisten. Für das Tier macht es möglich, für die einzelnen, am bequemsten Bereich aufgrund der Temperatur Vielzahl in den Käfig suchen. Darüber hinaus umfassen die Maus mit einem Blatt sterilen Papiertuch so dass Stress kann weiter reduziert werden. Hinweis: Da der Körperoberfläche des Maus in Bezug ungewöhnlich hoch, um Körpermasse ist, wenn sie mit größeren Tieren verglichen wird, ist der für die erfolgreiche Wiederherstellung von Nagetieren besonderer Bedeutung die thermische Unterstützung. </li><li> Wenn das Tier betrieben voll erwacht ist, übertragen it für eine weitere Erholung auf eine komplett ausgestattete neue Maus Käfig. Legen Sie das Tier wieder zu seiner alten Käfig oder an eine Gruppe von Mäusen. Sicherzustellen, dass der Käfig so sauber und steril wie möglich zu Wundinfektionen zu verhindern. Überwachen den gesamten Recovery-Prozess. Um die Maus zurück in die Tierstation zu übertragen, warten Sie, bis es vollständig erholt und scheint normal zu verhalten. Hinweis: Weitere per- und post-operative Strategien werden von Pritchett-Corning KR et al 6 diskutiert. </li></ol>

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Reprod. 74, 95-101 (2006).</li><li>Yamazaki, Y., Yagi, T., Ozaki, T., Imoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+gene+transfer+to+mouse+spermatogenic+cells+using+green+fluorescent+protein+as+a.">In vivo gene transfer to mouse spermatogenic cells using green fluorescent protein as a.</a> J. Exp. Zool. 286, 212-218 (2000).</li><li>Dhup, S., Majumdar, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transgenesis+via+permanent+integration+of+genes+in+repopulating+spermatogonial+cells+in+vivo.">Transgenesis via permanent integration of genes in repopulating spermatogonial cells in vivo.</a> Nat. 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Reprod. 69, 1303-1307 (2003).</li><li>Ike, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transient+expression+analysis+of+the+mouse+ornithine+decarboxylase+antizyme+haploid-specific+promoter+using+in+vivo+electroporation.">Transient expression analysis of the mouse ornithine decarboxylase antizyme haploid-specific promoter using in vivo electroporation.</a> FEBS Lett. 559, 159-164 (2004).</li><li>Gonzalez-Gonzalez, E., Lopez-Casas, P. P., Del, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gene+silencing+by+RNAi+in+mouse+Sertoli+cells.">Gene silencing by RNAi in mouse Sertoli cells.</a> Reprod. Biol. Endocrinol. 6, 29 (2008).</li><li>Tang, H., Kung, A., Goldberg, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+murine+lactate+dehydrogenase+C+(Ldhc)+gene+expression.">Regulation of murine lactate dehydrogenase C (Ldhc) gene expression.</a> Biol. Reprod. 78, 455-461 (2008).</li><li>Yomgogida, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mammalian+testis:+a+target+of+in+vivo+electroporation.">Mammalian testis: a target of in vivo electroporation.</a> Dev. Growth Differ. 50, 513-515 (2008).</li><li>Hayes, K. 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Marten Michaelis, Alexander Sobczak, und Joachim M. Weitzel beschäftigt am Institut für Reproduktionsbiologie, Leibniz-Institut für Nutztierbiologie (FBN), Dummerstorf, Deutschland, erklären, dass sie keine finanziellen Interessen konkurrieren.

Die Forschung im Bereich der Reproduktionsbiologie, insbesondere im Bereich der männlichen Fruchtbarkeit und Spermatogenese zwangsläufig beruht auf Lebewesen. Um Hodenfunktion zu untersuchen, hat keine ausreichende Zellkultur / in vitro-System wurde reflektieren kann alle entscheidenden morphologischen Veränderungen von einer diploiden Spermatogonie zu einem haploiden Spermium reifen 1,2 etabliert. Somit ist die Erzeugung von gentechnisch veränderten Tieren oft eine notwendige un...

Säugetier Spermatogenese wird als eine anspruchsvolle Prozess der Selbst-Erneuerung Stammzellen nacheinander Mitose, Meiose und Differenzierung, um zu reifen Spermien haploid entwickeln. Diese morphologischen Veränderungen sind durch unterschiedliche Zelltypen orchestriert und trotz tiefen Versuche ist es immer noch unmöglich, diese Verfahren in Zellkultur 1,2 imitieren. Daher Forschung auf die Spermatogenese bisher beruht auf lebende Organismen in vivo-Modellen. Im allgemeinen werden die Genfunktion Untersuchungen üblicherweise auf transgene Tiere basiert. Jedoch erzeugendes und aufrechterhalt diese Art von Tiermodell ist zeitaufwendig, kostenintensiv und sehr aufwendig. Dies wird auf die erforderliche lange Züchtungsprozess zum Erzeugen und Aufrechterhalten des Transgens über die Generationen zurückzuführen. Zusätzlich ist die genetische Manipulation des gesamten Organismus oder die transgene Knockout-Ansatz anfällig für physiologische Beeinträchtigungen führen, wenn Targeting genen mit essentiellen Funktionen in mehreren Regionen, beispielsweise außerhalb der Hoden oder systemisch. Ferner werden einige transiente Transfektion Verfahren mit einigen entscheidenden Nachteilen verbunden. Beispielsweise typische Nachteile von virusvermittelten Gentransfer sind die möglichen Provokation der Immunreaktionen und weitere Sicherheitsbestimmungen, während Lipofektion 3 und 4 Mikropartikelbeschuss kann das Gewebe beschädigt werden und auf einen bestimmten Zelltiefe ausreichend Transfektionseffizienz beschränkt. Im Gegensatz dazu Elektroporation (EP) als eine weitere gemeinsame Weg von transienter Transfektion, scheint eine vielversprechende Technik zur Aktivierung in vivo Transfektion und konsequent in vivo Gen-Analyse darstellen. Im allgemeinen wird EP als dynamisches Phänomen, das auf der lokalen Membranspannung folglich vermittelte Poren in Nanosekunden abhängig bezeichnet. Diese Lücken können für Millisekunden gehalten werden, ausreichend to Zugriff gewähren, um DNA, RNA oder kleinen Molekülen 5. Wenn die angelegte Spannung zu hoch ist, wird das in der Regel vorübergehend Charakter des EP durch die Wärmeproduktion und die Induktion von zu umfassend Permeabilisierung mit der Folge einer irreversiblen Schädigung der Zelle 5 entgegengewirkt. Hier zeigen wir, dass die Elektroporation ist eine effektive und kostengünstige Transfektion System, das in der Lage ist für die genetische Transformation Hoden, um Hoden Gen Eigenschaften in vivo aufzuklären genutzt wird. Dieser Artikel behandelt Plasmid-Präparation, die Mikroinjektion über den Ausführungsgang und die anschließende Elektroporation von Maus Hoden. Dieses Verfahren kann das Mittel der Wahl, um schnelle, spezifische und effiziente Transfektion von Samenleiter der Maus-Hoden in vivo, um die Prozesse der Spermatogenese zu untersuchen erreichen.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="3">
	<tbody>
		<tr>
			<td>
			centrifuge
			</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>1-15 PK</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>spectrophotometer</td>
			<td>Nanodrop</td>
			<td>ND-1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>micropipette puller</td>
			<td>Narishige</td>
			<td>PC-10</td>
			<td>vertical capillary puller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>microinjection capillaries</td>
			<td>Clark</td>
			<td>GC100-10</td>
			<td>borosilicate standard wall</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>micropipette beveler</td>
			<td>Bachofer</td>
			<td>Typ 462</td>
			<td>rotating disk beveler</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>electroporator</td>
			<td>Nepagene</td>
			<td>CUY 21EDIT</td>
			<td>square wave electroporator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tweezer electrodes</td>
			<td>Nepagene</td>
			<td>CUY 650P5</td>
			<td>5 mm &#216; disk electrodes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>stereo microscope</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>Stemi 2000-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cold light source</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td>KL 1500LCD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>microinjection pump</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>Femtojet</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>micromanipulator</td>
			<td>homemade</td>
			<td></td>
			<td>XYZ cross table</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>surgical instruments</td>
			<td>FST</td>
			<td></td>
			<td>scissors, forceps, 
			needle holder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>fine forceps</td>
			<td>FST</td>
			<td>Dumont #5, #7</td>
			<td>efferent ducts preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Michel clip applying stapler</td>
			<td>FST</td>
			<td>Michel, 12029-12</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Michel suture clips</td>
			<td>FST</td>
			<td>Michel, 12040-01</td>
			<td>7.5 x 1.75 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>surgical suture</td>
			<td>Catgut 00</td>
			<td>Catgut 
			Markenkirchen</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>syringe, with 30G needle</td>
			<td>B. Braun</td>
			<td>Omnican 40</td>
			<td>to load micropipette and 
			for anesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>plasmid isolation kit</td>
			<td>Promega</td>
			<td>Cat. # A2495</td>
			<td>plasmid Midiprep</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>plasmid pEGFP-C1</td>
			<td>Clontech</td>
			<td>Cat. #6084-1</td>
			<td>CMV-promoter + EGFP</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>plasmid pDsRed2-N1</td>
			<td>Clontech</td>
			<td>Cat. #6084-1</td>
			<td>CMV-promoter + DsRed2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fast Green dye</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>F7258-25G</td>
			<td>for dilution in ddH2O</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10x PBS, pH 7.4</td>
			<td>Carl Roth</td>
			<td>3957.1</td>
			<td>NaCl [1.37 M]</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6781.1</td>
			<td>KCl [27 mM]</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>T106.2</td>
			<td>Na2HPO4+2H2O [100 mM]</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3904.1</td>
			<td>KH2PO4 [18 mM]</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10% Ketamin</td>
			<td>Serum Werk 
			Bernburg</td>
			<td>Urotamin</td>
			<td>mix in a rate 1:1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2% Xylazin</td>
			<td>Serum Werk 
			Bernburg</td>
			<td>Xylazin</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterilium</td>
			<td>Bode Chemie</td>
			<td>Sterillium</td>
			<td>disinfection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>vet ointment</td>
			<td>S&#38;K Pharma 
			GmbH</td>
			<td>Kerato Biciron 5% 
			Augensalbe</td>
			<td>or similar to prevent 
			dryness of eyes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>To-Pro-3 iodide</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>T3605</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in vivo microinjection and electroporation of mouse testis

Dieses Video und Artikel Beitrag gibt eine umfassende Beschreibung der Mikroinjektion und Elektroporation von Maus Hoden in vivo. Diese besondere Technik für die Transfektion Hodenzellen der Maus ermöglicht die Untersuchung von einzigartigen Prozesse in der Spermatogenese. Das folgende Protokoll konzentriert sich auf die Transfektion von Zellen mit der Maus Hoden Plasmid-Konstrukte. Insbesondere verwendeten wir die Reportervektor pEGFP-C1, das verstärkt grün fluoreszierendes Protein (eGFP) und die pDsRed2-N1-Vektor exprimiert, rot fluoreszierendes Protein (DsRed2) exprimieren. Beide Reportergene codiert wurden unter der Kontrolle des humanen Cytomegalovirus Immediate-early-Promotor (CMV). Für die Durchführung Gentransfer in Mäusehoden werden die Reporter-Plasmid-Konstrukte in Hoden von lebenden Mäusen injiziert. Zu diesem Zweck ist der Hoden eines betäubten Tieres ausgesetzt und die Seite der Mikroinjektion hergestellt wird. Unsere bevorzugten Ort derInjektion ist der Ausführungsgang, mit dem letztlich verbunden Rete testis als anatomische Transportweg der Spermien zwischen Hoden und Nebenhoden. Auf diese Weise wird die Befüllung der Samenleiter nach der Mikroinjektion sehr gut verwaltet und gesteuert durch die Verwendung von gefärbten DNA-Lösungen. Nach der Feststellung einer ausreichenden Füllung des Hodens von seinen gefärbten Tubulus Struktur wird das Organ elektroporiert. Dies ermöglicht die Übertragung der DNA-Lösung in den Hodenzellen. Nach 3-tägiger Inkubation wird die Hoden entfernt und unter dem Mikroskop für die grüne oder rote Fluoreszenz untersucht, veranschaulicht die Transfektion Erfolg. Generell kann dieses Protokoll für die Bereitstellung von DNA-oder RNA-Konstrukte eingesetzt werden in lebenden Maus Hoden, um (über) ausdrückliche oder knock down Gene, die Erleichterung in vivo Analyse der Genfunktion. Darüber hinaus eignet sich für das Studium Reporterkonstrukte oder vermeintlichen Gen Regula ist esTory-Elemente. So sind die Hauptvorteile der Elektroporation Technik sind schnelle Performance in Kombination mit geringem Aufwand als auch die moderate technische Ausrüstung und Fähigkeiten im Vergleich zu alternativen Techniken.

Die Versuchsanordnung für die Durchführung der Mikroinjektion und Elektroporation von Maus-Hoden in vivo, wie es verwendet wird, gemäß dem Protokoll ist in 1 dargestellt. Obwohl es möglich ist, industriell hergestellten Mikro erwerben, bevorzugt man, indem (1A unseren eigenen Pipetten erzeugen ) und Anfasen (Abbildung 1B) Glaskapillaren montiert, so dass sie unsere Bedürfnisse. Die Ausrüstung für die Mikroinjektion und Elektroporation in 1C</str...

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In Vivo Microinjection and Electroporation of Mouse Testis

Dieser Artikel beschreibt die Mikroinjektion und Elektroporation von Maus Hoden in vivo als Transfektionstechnik für Hodenzellen der Maus, um einzigartige Prozesse der Spermatogenese zu untersuchen. Das vorgestellte Protokoll beinhaltet Schritte Glaskapillare Vorbereitung, die Mikroinjektion über den Ausführungsgang und Transfektion durch Elektroporation.

In-vivo-Mikroinjektion und Elektroporation von Maus-Hoden

This video and article contribution gives a comprehensive description of microinjection and electroporation of mouse testis in vivo. This particular ...

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Research

JoVE Journal

Biology

In Vivo Microinjection and Electroporation of Mouse Testis

27.7K Aufrufe.  Leibniz Institute for Farm Animal Biology (FBN).  Dieser Artikel beschreibt die Mikroinjektion und Elektroporation von Maus Hoden in vivo als Transfektionstechnik für Hodenzellen der Maus, um einzigartige Prozesse der Spermatogenese zu untersuchen. Das vorgestellte Protokoll beinhaltet Schritte Glaskapillare Vorbereitung, die Mikroinjektion über den Ausführungsgang und Transfektion durch Elektroporation. 

Serie: In Vivo Microinjection and Electroporation of Mouse Testis

In Utero Intraventricular Injection and Electroporation of E15 Mouse Embryos

In-utero in-vivo injection and electroporation of the embryonic mouse neocortex provides a powerful tool for the manipulation of individual progenitors lining the walls of the lateral ventricle. This technique is now widely used to study the processes involved in corticogenesis by over-expressing or knocking down genes and observing the effects on cellular proliferation, migration, and differentiation. In comparison to traditional knockout strategies, in-utero electroporation provides a rapid means to manipulate a population of cells during a specific temporal window. In this video protocol we outline the experimental methodology for preparing mice for surgery, exposing the uterine horns through laporatomy, injecting DNA into the lateral ventricles of the developing embryo, electroporating DNA into the progenitors lining the lateral wall, and caring for animals post-surgery. Our laboratory uses this protocol for surgeries on E13-E16 mice, however, it is most commonly performed at E15, as shown in this video. 

In Utero intraventrikuläre Injektion und Elektroporation von E15 muriner Embryonen

In-utero in-vivo injection and electroporation of the embryonic mouse neocortex provides a powerful tool for the manipulation of individual progenitors ...

Forschung

Biologie

Single Cell Electroporation in vivo within the Intact Developing Brain

Single-cell electroporation (SCE) is a specialized technique allowing the delivery of DNA or other macromolecules into individual cells within intact tissue, including in vivo preparations. The distinct advantage of this technique is that experimental manipulations may be performed on individual cells while leaving the surrounding tissue unaltered, thereby distinguishing cell-autonomous effects from those resulting from global treatments. When combined with advanced in vivo imaging techniques, SCE of fluorescent markers permits direct visualization of cellular morphology, cell growth, and intracellular events over timescales ranging from seconds to days. While this technique is used in a variety of in vivo and ex vivo preparations, we have optimized this technique for use in Xenopus laevis tadpoles. In this video article, we detail the procedure for SCE of a fluorescent dye or plasmid DNA into neurons within the intact brain of the albino Xenopus tadpole. We also discuss methods to optimize yield, and show examples of live two-photon fluorescence imaging of neurons fluorescently labeled by SCE.

Single-cell electroporation (SCE) is a specialized technique allowing delivery of DNA or other macromolecules into individual cells within intact tissue, including in vivo preparations. Here we detail the procedure for SCE of a fluorescent dye or plasmid DNA into neurons within the intact brain of the Xenopus laevis tadpole.

Single Cell Elektroporation in vivo innerhalb der intakten sich entwickelnde Gehirn

Single-cell electroporation (SCE) is a specialized technique allowing the delivery of DNA or other macromolecules into individual cells within intact ...

In utero and ex vivo Electroporation for Gene Expression in Mouse Retinal Ganglion Cells

The retina and its sole output neuron, the retinal ganglion cell (RGC), comprise an excellent model in which to examine biological questions such as cell differentiation, axon guidance, retinotopic organization and synapse formation[1]. One drawback is the inability to efficiently and reliably manipulate gene expression in RGCs in vivo, especially in the otherwise accessible murine visual pathways. Transgenic mice can be used to manipulate gene expression, but this approach is often expensive, time consuming, and can produce unwanted side effects. In chick, in ovo electroporation is used to manipulate gene expression in RGCs for examining retina and RGC development. Although similar electroporation techniques have been developed in neonatal mouse pups[2], adult rats[3], and embryonic murine retinae in vitro[4], none of these strategies allow full characterization of RGC development and axon projections in vivo. To this end, we have developed two applications of electroporation, one in utero and the other ex vivo, to specifically target embryonic murine RGCs[5, 6]. 
With in utero retinal electroporation, we can misexpress or downregulate specific genes in RGCs and follow their axon projections through the visual pathways in vivo, allowing examination of guidance decisions at intermediate targets, such as the optic chiasm, or at target regions, such as the lateral geniculate nucleus. Perturbing gene expression in a subset of RGCs in an otherwise wild-type background facilitates an understanding of gene function throughout the retinal pathway. Additionally, we have developed a companion technique for analyzing RGC axon growth in vitro. We electroporate embryonic heads ex vivo, collect and incubate the whole retina, then prepare explants from these retinae several days later. Retinal explants can be used in a variety of in vitro assays in order to examine the response of electroporated RGC axons to guidance cues or other factors. In sum, this set of techniques enhances our ability to misexpress or downregulate genes in RGCs and should greatly aid studies examining RGC development and axon projections.

In utero and ex vivo Electroporation for Gene Expression in Mouse Retinal Ganglion Cells

Here we present two techniques for manipulating gene expression in murine retinal ganglion cells (RGCs) by in utero and ex vivo electroporation. These techniques enable one to examine how alterations in gene expression affect RGC development, axon guidance, and functional properties.

In utero und ex vivo Elektroporation für die Genexpression in Maus retinalen Ganglienzellen

The retina and its sole output neuron, the retinal ganglion cell (RGC), comprise an excellent model in which to examine biological questions such as cell ...

DNA Transfection of Mammalian Skeletal Muscles using In Vivo Electroporation

A growing interest in cell biology is to express transgenically modified forms of essential proteins (e.g. fluorescently tagged constructs and/or mutant variants) in order to investigate their endogenous distribution and functional relevance. An interesting approach that has been implemented to fulfill this objective in fully differentiated cells is the in vivo transfection of plasmids by various methods into specific tissues such as liver1, skeletal muscle2,3, and even the brain4. We present here a detailed description of the steps that must be followed in order to efficiently transfect genetic material into fibers of the flexor digitorum brevis (FDB) and interosseus (IO) muscles of adult mice using an in vivo electroporation approach. The experimental parameters have been optimized so as to maximize the number of muscle fibers transfected while minimizing tissue damages that may impair the quality and quantity of the proteins expressed in individual fibers. We have verified that the implementation of the methodology described in this paper results in a high yield of soluble proteins, i.e. EGFP and ECFP3, calpain, FKBP12, &beta;2a-DHPR, etc. ; structural proteins, i.e. minidystrophin and &alpha;-actinin; and membrane proteins, i.e. &alpha;1s-DHPR, RyR1, cardiac Na/Ca2+ exchanger , NaV1.4 Na channel, SERCA1, etc., when applied to FDB, IO and other muscles of mice and rats. The efficient expression of some of these proteins has been verified with biochemical3 and functional evidence5. However, by far the most common confirmatory approach used by us are standard fluorescent microscopy and 2-photon laser scanning microscopy (TPLSM), which permit to identify not only the overall expression, but also the detailed intracellular localization, of fluorescently tagged protein constructs. The method could be equally used to transfect plasmids encoding for the expression of proteins of physiological relevance (as shown here), or for interference RNA (siRNA) aiming to suppress the expression of normally expressed proteins (not tested by us yet). It should be noted that the transfection of FDB and IO muscle fibers is particularly relevant for the investigation of mammalian muscle physiology since fibers enzymatically dissociated from these muscles are currently one of the most suitable models to investigate basic mechanisms of excitability and excitation-contraction coupling under current or voltage clamp conditions2,6-8.

DNA Transfection of Mammalian Skeletal Muscles using In Vivo Electroporation

We describe detailed procedures for the efficient transfection of plasmid DNA into the fibers of foot muscles of live mice using electroporation and the subsequent visualization of protein expression using fluorescence microscopy.

DNA Transfektion von Säuger Skelettmuskulatur mit In Vivo Elektroporation

 A growing interest in cell biology is to express transgenically modified forms of essential proteins (e.g. fluorescently tagged constructs and/or mutant ...

Primary Culture and Plasmid Electroporation of the Murine Organ of Corti. 

In all mammals, the sensory epithelium for audition is located along the spiraling organ of Corti that resides within the conch shaped cochlea of the inner ear (fig 1). Hair cells in the developing cochlea, which are the mechanosensory cells of the auditory system, are aligned in one row of inner hair cells and three (in the base and mid-turns) to four (in the apical turn) rows of outer hair cells that span the length of the organ of Corti. Hair cells transduce sound-induced mechanical vibrations of the basilar membrane into neural impulses that the brain can interpret. Most cases of sensorineural hearing loss are caused by death or dysfunction of cochlear hair cells.
An increasingly essential tool in auditory research is the isolation and in vitro culture of the organ explant 1,2,9. Once isolated, the explants may be utilized in several ways to provide information regarding normative, anomalous, or therapeutic physiology. Gene expression, stereocilia motility, cell and molecular biology, as well as biological approaches for hair cell regeneration are examples of experimental applications of organ of Corti explants.
This protocol describes a method for the isolation and culture of the organ of Corti from neonatal mice. The accompanying video includes stepwise directions for the isolation of the temporal bone from mouse pups, and subsequent isolation of the cochlea, spiral ligament, and organ of Corti. Once isolated, the sensory epithelium can be plated and cultured in vitro in its entirety, or as a further dissected micro-isolate that lacks the spiral limbus and spiral ganglion neurons. Using this method, primary explants can be maintained for 7-10 days. As an example of the utility of this procedure, organ of Corti explants will be electroporated with an exogenous DsRed reporter gene. This method provides an improvement over other published methods because it provides reproducible, unambiguous, and stepwise directions for the isolation, microdissection, and primary culture of the organ of Corti.

Primary Culture and Plasmid Electroporation of the Murine Organ of Corti.

This procedure describes a method for the isolation and culture of the murine organ of Corti with or without the spiral limbus and spiral ganglion neurons. We also demonstrate a method for the expression of an exogenous reporter gene in the organ of Corti explant by electroporation.

Primäre Kultur und Plasmid Elektroporation der Murine Corti-Organ.

In all mammals, the sensory epithelium for audition is located along the spiraling organ of Corti that resides within the conch shaped cochlea of the ...

In vivo Imaging and Therapeutic Treatments in an Orthotopic Mouse Model of Ovarian Cancer

Human cancer and response to therapy is better represented in orthotopic animal models. This paper describes the development of an orthotopic mouse model of ovarian cancer, treatment of cancer via oral delivery of drugs, and monitoring of tumor cell behavior in response to drug treatment in real time using in vivo imaging system. In this orthotopic model, ovarian tumor cells expressing luciferase are applied topically by injecting them directly into the mouse bursa where each ovary is enclosed. Upon injection of D-luciferin, a substrate of firefly luciferase, luciferase-expressing cells generate bioluminescence signals. This signal is detected by the in vivo imaging system and allows for a non-invasive means of monitoring tumor growth, distribution, and regression in individual animals. Drug administration via oral gavage allows for a maximum dosing volume of 10 mL/kg body weight to be delivered directly to the stomach and closely resembles delivery of drugs in clinical treatments. Therefore, techniques described here, development of an orthotopic mouse model of ovarian cancer, oral delivery of drugs, and in vivo imaging, are useful for better understanding of human ovarian cancer and treatment and will improve targeting this disease.

In vivo Imaging and Therapeutic Treatments in an Orthotopic Mouse Model of Ovarian Cancer

Orthotopic animal models of ovarian cancer replicate better human disease and therefore enhance our understanding of cancer progression and tumor response to therapy. A mouse model receives an intrabursal injection of luciferase-expressing ovarian tumor cells. Treatment is administered via oral gavage. Tumor growth is monitored by in vivo imaging system.

In-vivo-Imaging und therapeutische Behandlungen in einem orthotopen Mausmodell des Eierstockkrebs

Human cancer and response to therapy is better represented in orthotopic animal models.  This paper describes the development of an orthotopic mouse model ...

Activation of Apoptosis by Cytoplasmic Microinjection of Cytochrome c

Apoptosis, or programmed cell death, is a conserved and highly regulated pathway by which cells die1. Apoptosis can be triggered when cells encounter a wide range of cytotoxic stresses. These insults initiate signaling cascades that ultimately cause the release of cytochrome c from the mitochondrial intermembrane space to the cytoplasm2. The release of cytochrome c from mitochondria is a key event that triggers the rapid activation of caspases, the key cellular proteases which ultimately execute cell death3-4.
The pathway of apoptosis is regulated at points upstream and downstream of cytochrome c release from mitochondria5. In order to study the post-mitochondrial regulation of caspase activation, many investigators have turned to direct cytoplasmic microinjection of holocytochrome c (heme-attached) protein into cells6-9. Cytochrome c is normally localized to the mitochondria where attachment of a heme group is necessary to enable it to activate apoptosis10-11. Therefore, to directly activate caspases, it is necessary to inject the holocytochrome c protein instead of its cDNA, because while the expression of cytochrome c from cDNA constructs will result in mitochondrial targeting and heme attachment, it will be sequestered from cytosolic caspases. Thus, the direct cytosolic microinjection of purified heme-attached cytochrome c protein is a useful tool to mimic mitochondrial cytochrome c release and apoptosis without the use of toxic insults which cause cellular and mitochondrial damage.
In this article, we describe a method for the microinjection of cytochrome c protein into cells, using mouse embryonic fibroblasts (MEFs) and primary sympathetic neurons as examples. While this protocol focuses on the injection of cytochrome c for investigations of apoptosis, the techniques shown here can also be easily adapted for microinjection of other proteins of interest.

Activation of Apoptosis by Cytoplasmic Microinjection of Cytochrome c

In this protocol, we describe the direct cytoplasmic microinjection of cytochrome c protein into fibroblasts and primary sympathetic neurons. This technique allows for the introduction of cytochrome c protein into the cytoplasm of cells and mimics the release of cytochrome c from mitochondria, which occurs during apoptosis.

Die Aktivierung der Apoptose durch cytoplasmatische Mikroinjektion von Cytochrom C</em

Apoptosis, or programmed cell death, is a conserved and highly regulated pathway by which cells die1.  Apoptosis can be triggered when cells encounter a ...

Mouse Oocyte Microinjection, Maturation and Ploidy Assessment

Mistakes in chromosome segregation lead to aneuploid cells. In somatic cells, aneuploidy is associated with cancer but in gametes, aneuploidy leads to infertility, miscarriages or developmental disorders like Down syndrome. Haploid gametes form through species-specific developmental programs that are coupled to meiosis. The first meiotic division (MI) is unique to meiosis because sister chromatids remain attached while homologous chromosomes are segregated. For reasons not fully understood, this reductional division is prone to errors and is more commonly the source of aneuploidy than errors in meiosis II (MII) or than errors in male meiosis 1,2. 
In mammals, oocytes arrest at prophase of MI with a large, intact germinal vesicle (GV; nucleus) and only resume meiosis when they receive ovulatory cues. Once meiosis resumes, oocytes complete MI and undergo an asymmetric cell division, arresting again at metaphase of MII. Eggs will not complete MII until they are fertilized by sperm. Oocytes also can undergo meiotic maturation using established in vitro culture conditions 3. Because generation of transgenic and gene-targeted mouse mutants is costly and can take long periods of time, manipulation of female gametes in vitro is a more economical and time-saving strategy. 
Here, we describe methods to isolate prophase-arrested oocytes from mice and for microinjection. Any material of choice may be introduced into the oocyte, but because meiotically-competent oocytes are transcriptionally silent 4,5 cRNA, and not DNA, must be injected for ectopic expression studies. To assess ploidy, we describe our conditions for in vitro maturation of oocytes to MII eggs. Historically, chromosome-spreading techniques are used for counting chromosome number 6. This method is technically challenging and is limited to only identifying hyperploidies. Here, we describe a method to determine hypo-and hyperploidies using intact eggs 7-8. This method uses monastrol, a kinesin-5 inhibitor, that collapses the bipolar spindle into a monopolar spindle 9 thus separating chromosomes such that individual kinetochores can readily be detected and counted by using an anti-CREST autoimmune serum. Because this method is performed in intact eggs, chromosomes are not lost due to operator error.

Oocytes are prone to aneuploidy due to errors in chromosome segregation during meiotic maturation. Aneuploid eggs can cause infertility, miscarriages or developmental disorders like Down syndrome. Here, we describe methods to introduce materials of choice into oocytes and methods to study meiotic maturation and assess ploidy.

Maus Oocyte Mikroinjektion, Reifung und Ploidie Beurteilung

Mistakes in chromosome segregation lead to aneuploid cells.  In somatic cells, aneuploidy is associated with cancer but in gametes, aneuploidy leads to ...

Germ Cell Transplantation and Testis Tissue Xenografting in Mice

Germ cell transplantation was developed by Dr. Ralph Brinster and colleagues at the University of Pennsylvania in 19941,2. These ground-breaking studies showed that microinjection of germ cells from fertile donor mice into the seminiferous tubules of infertile recipient mice results in donor-derived spermatogenesis and sperm production by the recipient animal2. The use of donor males carrying the bacterial &beta;-galactosidase gene allowed identification of donor-derived spermatogenesis and transmission of the donor haplotype to the offspring by recipient animals1. Surprisingly, after transplantation into the lumen of the seminiferous tubules, transplanted germ cells were able to move from the luminal compartment to the basement membrane where spermatogonia are located3. It is generally accepted that only SSCs are able to colonize the niche and re-establish spermatogenesis in the recipient testis. Therefore, germ cell transplantation provides a functional approach to study the stem cell niche in the testis and to characterize putative spermatogonial stem cells. To date, germ cell transplantation is used to elucidate basic stem cell biology, to produce transgenic animals through genetic manipulation of germ cells prior to transplantation4,5, to study Sertoli cell-germ cell interaction6,7, SSC homing and colonization3,8, as well as SSC self-renewal and differentiation9,10.
Germ cell transplantation is also feasible in large species11. In these, the main applications are preservation of fertility, dissemination of elite genetics in animal populations, and generation of transgenic animals as the study of spermatogenesis and SSC biology with this technique is logistically more difficult and expensive than in rodents. Transplantation of germ cells from large species into the seminiferous tubules of mice results in colonization of donor cells and spermatogonial expansion, but not in their full differentiation presumably due to incompatibility of the recipient somatic cell compartment with the germ cells from phylogenetically distant species12. An alternative approach is transplantation of germ cells from large species together with their surrounding somatic compartment. We first reported in 2002, that small fragments of testis tissue from immature males transplanted under the dorsal skin of immunodeficient mice are able to survive and undergo full development with the production of fertilization competent sperm13. Since then testis tissue xenografting has been shown to be successful in many species and emerged as a valuable alternative to study testis development and spermatogenesis of large animals in mice14.

Protocols for germ cell transplantation and testis tissue xenografting are described. Germ cell transplantation results in donor-derived spermatogenesis in recipient testes and represents a functional reconstitution assay for identification of spermatogonial stem cells (SSCs). Testis tissue xenografting reproduces testis development and spermatogenesis of various donor species in recipient mice.

Germ Cell Transplantation und Hodengewebe in Mäusen Xenografting

Germ cell transplantation was developed by Dr. Ralph Brinster and colleagues at the University of Pennsylvania in 19941,2. These ground-breaking studies ...

In vivo Electroporation of Morpholinos into the Adult Zebrafish Retina

Many devastating inherited eye diseases result in progressive and irreversible blindness because humans cannot regenerate dying or diseased retinal neurons. In contrast, the adult zebrafish retina possesses the robust ability to spontaneously regenerate any neuronal class that is lost in a variety of different retinal damage models, including retinal puncture, chemical ablation, concentrated high temperature, and intense light treatment 1-8. Our lab extensively characterized regeneration of photoreceptors following constant intense light treatment and inner retinal neurons after intravitreal ouabain injection 2, 5, 9. In all cases, resident M&uuml;ller glia re-enter the cell cycle to produce neuronal progenitors, which continue to proliferate and migrate to the proper retinal layer, where they differentiate into the deficient neurons. 
	We characterized five different stages during regeneration of the light-damaged retina that were highlighted by specific cellular responses. We identified several differentially expressed genes at each stage of retinal regeneration by mRNA microarray analysis 10. Many of these genes are also critical for ocular development. To test the role of each candidate gene/protein during retinal regeneration, we needed to develop a method to conditionally limit the expression of a candidate protein only at times during regeneration of the adult retina. 
	Morpholino oligos are widely used to study loss of function of specific proteins during the development of zebrafish, Xenopus, chick, mouse, and tumors in human xenografts 11-14. These modified oligos basepair with complementary RNA sequence to either block the splicing or translation of the target RNA. Morpholinos are stable in the cell and can eliminate or "knockdown" protein expression for three to five days 12. 
	Here, we describe a method to efficiently knockdown target protein expression in the adult zebrafish retina. This method employs lissamine-tagged antisense morpholinos that are injected into the vitreous of the adult zebrafish eye. Using electrode forceps, the morpholino is then electroporated into all the cell types of the dorsal and central retina. Lissamine provides the charge on the morpholino for electroporation and can be visualized to assess the presence of the morpholino in the retinal cells. 
	Conditional knockdown in the retina can be used to examine the role of specific proteins at different times during regeneration. Additionally, this approach can be used to study the role of specific proteins in the undamaged retina, in such processes as visual transduction and visual processing in second order neurons.

In vivo Electroporation of Morpholinos into the Adult Zebrafish Retina

A method to conditionally knockdown a target protein&#x2019;s expression in the adult zebrafish retina is described, which involves intravitreally injecting antisense morpholinos and electroporating them into the retina. The resulting protein is knocked down for several days, which allows testing the protein&#x2019;s role in the regenerating or intact retina.

In-vivo-Elektroporation von Morpholinos in die Adult Zebrafisch Retina

Many devastating inherited eye diseases result in progressive and irreversible blindness because humans cannot regenerate dying or diseased retinal ...