Ce protocole décrit trois méthodes sur la façon d’obtenir et d’utiliser des embryons de poulet âgés de 5 à 8 jours et leur membrane chorio-allantoïdienne (CAM) comme modèle in vivo pour étudier l’imagerie par ultrasons à contraste amélioré et l’administration de médicaments médiée par microbulles.
L’embryon de poulet et la membrane chorio-allantoïdienne (CAM) riche en vaisseaux sanguins constituent un modèle in vivo précieux pour étudier les processus biomédicaux, les nouveaux schémas de pulsations ultrasonores ou les nouveaux transducteurs pour l’imagerie par ultrasons à contraste amélioré et l’administration de médicaments médiée par microbulles. Cela s’explique par l’accessibilité du réseau d’embryons et de vaisseaux du CAM ainsi que par les faibles coûts du modèle. Une étape importante pour accéder à l’embryon et aux vaisseaux CAM est de retirer le contenu de l’œuf de la coquille d’œuf. Dans ce protocole, trois méthodes pour retirer le contenu de la coquille d’œuf entre le jour 5 et le jour 8 de l’incubation sont décrites, permettant ainsi aux embryons de se développer à l’intérieur de la coquille d’œuf jusqu’à ces jours. Les méthodes décrites ne nécessitent que des outils et de l’équipement simples et donnent un taux de réussite de survie plus élevé de 90% pour 5 jours, 75% pour 6 jours, 50% pour 7 jours et 60% pour les œufs incubés âgés de 8 jours par rapport aux embryons cultivés ex ovo (~50%). Le protocole décrit également comment injecter des noyaux de cavitation, tels que des microbulles, dans le système vasculaire CAM, comment séparer la membrane contenant l’embryon et la CAM du reste de la teneur en œufs pour des études optiquement transparentes, et comment utiliser l’embryon de poulet et la CAM dans diverses expériences échographiques à court terme. Le modèle in vivo d’embryon de poulet et de MCP est extrêmement pertinent pour étudier de nouveaux protocoles d’imagerie, des agents de contraste à ultrasons et des schémas de pulsation par ultrasons pour l’imagerie échographique à contraste amélioré, et pour démêler les mécanismes d’administration de médicaments médiés par ultrasons.
Les embryons de poulet ex ovo et la membrane chorio-allantoïdienne (CAM) riche en vaisseaux sanguins se sont révélés être un modèle approprié pour étudier divers processus biologiques et biomédicaux tels que l’embryogenèse, l’oncologie et l’administration de médicaments 1,2,3,4. L’échographie a été utilisée pour l’imagerie du développement du cœur embryonnaire 4,5 et pour activer les noyaux de cavitation lors de l’injection, tels que les microbulles, pour l’administration vasculairede médicaments 6,7. Les embryons de poulet sont peu coûteux, nécessitent moins d’infrastructures et d’équipements et ont une législation moins stricte que les autres modèles animaux8. L’embryon de poule et les vaisseaux CAM sont facilement accessibles après ouverture de l’œuf alors que cela s’avère beaucoup plus difficile avec les embryons et les vaisseaux de mammifères. En outre, l’embryon de poulet et les vaisseaux CAM fournissent un rythme cardiaque et un flux sanguin pulsant. Le CAM montre des similitudes dans l’anatomie des vaisseaux avec les mammifères et peut être utilisé pour le dépistage de drogues 8,9,10. En raison de ces caractéristiques, les vaisseaux CAM se sont également révélés être un modèle approprié pour étudier l’imagerie par ultrasons à contraste amélioré (CEUS)11,12,13,14,15,16. En outre, le modèle peut être utilisé pour étudier optiquement le comportement des agents de contraste ultrasonores dans un champ d’ultrasons à l’aide d’une caméra ultra-rapide et l’effet de la force de rayonnement acoustique sur la propulsion, la liaison et l’extravasation des médicaments 7,17,18,19. Bien que l’embryon de poulet et la MCP conviennent moins aux expériences à long terme, ils peuvent être bénéfiques pour les expériences in vivo à court terme.
Pour augmenter la visibilité et la contrôlabilité de l’embryon de poulet et de la MCP pendant les expériences, il est important de retirer la teneur en œufs contenant l’embryon et la MCP de la coquille d’œuf18. Des études antérieures sur des embryons de poulet impliquant des agents de contraste à ultrasons ont utilisé des embryons âgés de 5 à 6 jours 7,11,12,17,19 et des embryons âgés de 14 à 18 jours13,14,15,16. Plusieurs approches ont été décrites en détail pour retirer la teneur en œufs de la coquille 18,20,21. Cependant, à notre connaissance, les approches publiées précédemment se concentrent sur le retrait de la teneur en œufs de la coquille après 3 jours d’incubation (c.-à-d. Hamburger & Hamilton (HH) stade 19-2022), et poursuivent la culture ex ovo. Cette approche de culture ex ovo présente de multiples inconvénients, notamment un risque accru de décès pendant la culture (~50 %)1,18, l’utilisation d’antibiotiques 18,20 et une diminution de la longueur totale des vaisseaux par rapport à la croissance in ovo 23. Étant donné que la culture de l’embryon dans la coquille d’œuf fournit l’environnement le plus naturel, il est plus facile d’incuber l’embryon dans la coquille d’œuf jusqu’au jour de l’expérience. Pour cette raison, une approche dans laquelle la teneur en œufs est retirée de la coquille de l’œuf à 5 à 8 jours d’incubation serait bénéfique en particulier pour les expériences sur des embryons âgés de 5 à 8 jours.
Dans ce protocole, nous décrivons trois méthodes pour retirer le contenu de l’œuf de la coquille lorsque l’embryon est au jour 5 à 8 du développement (HH 26-3522) permettant à l’embryon de se développer dans la coquille d’œuf jusqu’au jour de l’expérience. La taille du vaisseau CAM varie de 10-15 μm de diamètre, dans les plus petits capillaires d’un embryon de 8 jours 24, à 115-136 μm de diamètre dans le plus grand vaisseau des embryons âgés de 6 et 8 jours24,25. Les trois méthodes décrites ne nécessitent que des outils de laboratoire de base et réduisent le risque de complications avant le début de l’expérience, réduisant ainsi les coûts et la main-d’œuvre inutiles. Nous détaillons également une méthode pour séparer la membrane contenant l’embryon et la FAO du sac vitellin, ce qui rend la FAO optiquement transparente pour les études de microscopie. Étant donné que la membrane contenant l’embryon et la FAO peut être épinglée sur un support avec une membrane acoustique, la configuration peut également être rendue acoustiquement transparente26, permettant la combinaison d’études microscopiques et échographiques lorsque le trajet de la lumière sera affecté par le jaune. Enfin, nous décrivons plusieurs autres installations d’échographie qui peuvent être utilisées pour l’imagerie par ultrasons ou CEUS.
Toutes les expériences sur les animaux ont été menées conformément à la loi néerlandaise sur les expériences sur les animaux et au Conseil européen (2010/63/UE) sur la protection de l’utilisation des animaux à des fins scientifiques.
1 . Protocole de préparation des embryons
2. Applications sélectionnées
Dans ce protocole, nous décrivons trois méthodes pour retirer le contenu de l’œuf de la coquille aux jours 5-8 de l’incubation (HH 26-3522). La figure 6 montre la teneur en œufs dans les bateaux de pesage après qu’ils ont été retirés de la coquille. L’embryon de 5 jours et la MCP (Figure 6A) ont été prélevés selon la méthode décrite à la rubrique 1.2. Les embryons âgés de 6 et 7 jours et la MCP (Figure 6B,C) ont été prélevés selon la méthode décrite à la rubrique 1.3. L’embryon de 8 jours et la MCP (Figure 6D) ont été prélevés selon la méthode décrite à la rubrique 1.4. Aucun saignement ou dommage à l’embryon ou CAM ne peut être observé, ce qui indique que ces méthodes peuvent être utilisées pour extraire en toute sécurité le contenu de l’œuf de la coquille sans nuire à l’embryon ou aux vaisseaux CAM. Lorsqu’elle est exécutée correctement, la méthode pour les embryons âgés de 5 jours fournira un embryon viable et une MCP intacte dans 90% de toutes les procédures. Le taux de viabilité est basé sur le nombre total d’œufs fécondés extraits avec succès de la coquille d’œuf. Avec la deuxième méthode, pour les œufs incubés de 6 et 7 jours, la probabilité d’un embryon viable et d’une MCP intacte est d’environ 75% pour les enfants de 6 jours et d’environ 50% pour les enfants de 7 jours. Avec la troisième méthode décrite pour les embryons âgés de 8 jours, la probabilité d’un embryon viable et d’une MCP intacte est d’environ 60%. Des différences dans les stades de développement entre les embryons âgés de 5 et 8 jours peuvent être observées, ce qui concorde avec Hamburger et Hamilton22. La taille de l’embryon et la complexité des vaisseaux CAM augmentent au cours du développement (Figure 6A-D). La figure 6C montre une fine tache d’agarose au-dessus de la teneur en œuf qui permet d’imager l’embryon et la MCP à l’aide de l’appareil échographique illustré à la figure 5C. Une fois que le contenu de l’œuf est retiré de la coquille, le rythme cardiaque de l’embryon est visible à l’œil nu. La fréquence cardiaque de ces embryons ex ovo est similaire à celle des embryons in ovo à 183 battements par minute (bpm) au jour 5 jusqu’à ~208 bpm au jour 830. Lorsqu’il est maintenu humidifié et à 37 °C, l’embryon maintiendra cette fréquence cardiaque pendant ~5 h dans les installations expérimentales d’échographie.
De multiples complications peuvent survenir au cours des trois méthodes décrites précédemment. La figure 7A montre l’air emprisonné sous la CAM, ce qui rend l’embryon impropre à l’imagerie par ultrasons et la pression de la ou des bulles d’air peut également endommager l’embryon et/ou la CAM. Ce problème survient lorsque le sac d’air à l’intérieur de la coquille n’entre pas en contact avec l’air à l’extérieur de la coquille lors du retrait du contenu de l’œuf de la coquille. La figure 7B montre une petite fuite de jaune du sac vitellin en haut à droite de l’image. Cela peut se produire lors de la sortie de la teneur en œufs de la coquille lorsque le sac de jaune est endommagé par les bords tranchants de la coquille ou lorsque le sac de jaune est pénétré par la pince à épiler. La fuite du jaune peut affecter la visibilité de l’embryon et des vaisseaux CAM. La figure 7C montre un embryon dans lequel une bulle d’air est piégée sous le CAM. Cela se produit parfois dans le développement embryonnaire. Une autre complication qui peut survenir est l’endommagement des vaisseaux. Ces dommages peuvent être créés lors du retrait de la teneur de l’œuf de la coquille ou lors d’une injection (figure 7D). En outre, l’embryon et les vaisseaux peuvent également se dessécher avec le temps (Figure 7E). Cela se produit lorsque la teneur en œufs n’est pas saupoudrée de PBS. Le dessèchement de l’embryon peut entraîner des obstructions capillaires massives (Figure 7F) qui affectent la viabilité de l’embryon. Les obstructions capillaires massives peuvent également se produire pendant le développement ou lorsque le rythme cardiaque de l’embryon n’est pas stable.
Une fois que la teneur de l’œuf est retirée de la coquille sans aucune complication, l’embryon peut être injecté, par exemple, avec des agents de contraste à ultrasons tels que des microbulles (Figure 3C). La figure 8 montre les microbulles circulantes dans la lumière du vaisseau sanguin lors de l’injection. Ces microbulles sont transportées avec le flux sanguin et restent présentes dans la circulation sanguine pendant plusieurs heures (Vidéo supplémentaire 1). La présence de ces microbulles dans la circulation crée la possibilité d’effectuer différents types d’expériences CEUS et d’administration de médicaments 7,11,12. Le CAM est idéal pour étudier de nouvelles méthodes de détection de contraste par ultrasons pour lesquelles nous montrons trois exemples. La figure 9A montre l’imagerie subharmonique par ultrasons à haute fréquence d’un embryon de poulet âgé de 6 jours en mode B et CEUS avant et après injection de microbulles. Ici, les vaisseaux CAM ont été injectés avec 5 μL d’agent de contraste ultrasonore et l’imagerie a été réalisée avec un appareil à ultrasons animal préclinique avec une sonde MS250 (fréquence d’émission et de réception de 15 MHz, puissance de 10%). Avant l’injection de microbulles, le contraste peut déjà être vu à l’intérieur du cœur embryonnaire dans les images en mode B (Figure 9A-I). Ce phénomène est dû à la présence d’un noyau dans le globule rouge aviaire qui augmente le contraste du sang en échographie 5,31. L’ajout des microbulles a augmenté le contraste et la visibilité de l’embryon, à la fois dans l’imagerie en mode B et CEUS. La figure 9B montre une image optique et une image sous-harmonique 3D haute fréquence d’un embryon âgé de 6 jours et des vaisseaux environnants. Le CAM a été injecté avec 5 μL d’agent de contraste ultrasonore et l’imagerie a été réalisée avec un appareil à ultrasons animal préclinique avec sonde MS550s (fréquence de transmission de 40 MHz, pression négative de crête ~ 300 kPa). Ces résultats montrent que l’imagerie CEUS combinée à un agent de contraste peut également être utilisée pour créer des images sous-harmoniques 3D à haute fréquence et pour imager les vaisseaux sanguins à l’extérieur de l’embryon. La figure 9C montre une image optique et une image d’échographie intravasculaire ultraharmonique (IVUS) réalisées avec une sonde personnalisée de microvaisseaux CAM d’un embryon âgé de 6 jours (26 MHz d’émission et 39 et 65 MHz de fréquence de réception). Les vaisseaux CAM ont reçu une injection de produit de contraste ultrasonore de 4 ± 1 μL. L’image optique et l’image IVUS proviennent du même embryon et de la même région d’intérêt montrant les réseaux de vaisseaux correspondants.
L’embryon de poulet et les vaisseaux CAM peuvent également être utilisés pour étudier l’administration de médicaments par ultrasons, pour lesquels nous montrons un exemple. Étant donné que le jaune obstrue le trajet de la lumière pendant l’imagerie, le retrait du sac vitellin est nécessaire pour étudier optiquement l’administration du médicament dans l’embryon et les vaisseaux CAM. Pour cette étude, l’embryon et la MCP ont été préparés pour l’imagerie microscopique comme expliqué à la section 2.2 en séparant la membrane contenant l’embryon et la MCP du sac vitellin (Figure 4C). Dans ces embryons, la fréquence cardiaque est stable autour de 80 bpm et les embryons restent en vie jusqu’à 2 heures lorsqu’ils sont maintenus à 37 °C7. La figure 10 montre une étude d’administration de médicaments par ultrasons et microbulles dans les cellules endothéliales des vaisseaux CAM. Des microbulles enrobées de lipides, ciblées sur la paroi du vaisseau à l’aide d’anticorpsα vβ3-et colorées avec le colorant fluorescent DiI7, ont été injectées dans les vaisseaux CAM (Figure 10A,C). Les noyaux des cellules endothéliales des vaisseaux CAM ont été colorés avec Hoechst 33342 (Figure 10B) et le médicament modèle Propidium Iodide (PI) a été utilisé pour visualiser la sonoporation7. Ces deux colorants ont été injectés simultanément avec les microbulles. Lors du traitement par ultrasons (1 MHz, pression négative de crête de 200 kPa, rafale unique de 1000 cycles), l’absorption de PI a été observée dans les noyaux les plus proches des microbulles ciblées (Figure 10D). Cela montre que les oscillations induites par les ultrasons des microbulles ciblées ont pu créer un pore dans la membrane cellulaire endothéliale.
Graphique 1. Matériel de préparation d’embryons. (A-B) vue supérieure et latérale du porte-oeuf en métal et (C-D) vue supérieure et latérale du porte-bateau de pesage en métal. (E-F) pince à épiler nécessaire pour retirer le contenu de l’œuf de la coquille. Échelle en cm. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Graphique 2. Procédure d’ablation d’embryons. (A) Petit tiret sur le dessus de l’œuf, indiqué par le cercle noir. (B) Petit tiret 2/3 vers le bas de l’œuf, indiqué par le cercle noir. (C) Retrait de ~2 mL de blanc d’œuf. (D) Ouverture d’un espace scellé sur le côté avec du ruban adhésif. E) Agrandir la petite ouverture sur le dessus de l’œuf. (F) L’embryon devient visible après avoir enlevé une partie de la coquille. (G-H) Après avoir fait pivoter l’œuf de 180°, l’embryon flotte vers le haut et devient invisible (les flèches indiquent la direction de déplacement de l’embryon). Après 1-2 min, l’embryon est invisible du bas. (I) Après avoir gratté la membrane, la teneur de l’œuf tombe dans le bateau de pesée. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Graphique 3. Injection de microbulles dans les vaisseaux CAM. (A) Aiguille capillaire en verre. Echelle en cm. (B) Solution d’iodure de propidium (PI) (goutte gauche) et microbulles (goutte droite ) avant l’aspiration avant l’injection. L’aiguille (soulignée en noir) peut être vue dans le coin supérieur droit (C) Injection de microbulles. L’extrémité de l’aiguille capillaire est positionnée à l’intérieur de la lumière de l’une des veines (à gauche). Des microbulles, le nuage blanc indiqué par une flèche, sont injectées et dispersées en suivant la circulation sanguine (à droite). La barre d’échelle représente 1 mm. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Graphique 4. Retrait de l’embryon et de la MCP du sac vitellin et placement sur support avec membrane acoustique. (A) Support avec membrane acoustique remplie d’une couche d’agarose. (B) Embryon de poulet et récipient CAM dans le bateau de pesage avant la découpe. La ligne pointillée indique la ligne de coupe autour de la FAO. (C) Embryon de poulet et MCA séparés du jaune et épinglés sur la membrane acoustique. (D ) Épinglé l’embryon de poulet avec une membrane acoustiquement et optiquement transparente dans un support (bleu) placé sur le dessus du CAM. Le support peut être rempli d’eau demi afin qu’un objectif de trempage d’eau puisse être utilisé. Toutes les barres d’échelle représentent 1 cm. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Graphique 5. Différentes configurations pour l’embryon de poulet et l’imagerie par ultrasons CAM. (A) Configuration pour l’imagerie par ultrasons de côté. L’embryon de poulet a été placé dans un bateau de pesée ajusté sur mesure avec une paroi acoustiquement transparente et placé dans un bain-marie à 37 °C. Le transducteur à ultrasons était positionné sur le côté gauche (a) à côté de la paroi acoustiquement transparente et le laser (b) pour l’imagerie photoacoustique sur le dessus. (B) Configuration pour l’imagerie par ultrasons par le haut. L’embryon et le CAM ont été immergés dans un bécher de PBS qui a été placé dans un bain-marie à 37 °C. Le contour en pointillés montre le bécher en verre de 2 L (a) avec le bécher en verre de 500 ml (b) à l’intérieur. (C) Configuration pour l’imagerie par ultrasons par le haut avec un transducteur mobile. Un mince tampon d’agarose (ligne pointillée) a été placé sur le dessus de l’embryon avec une fine couche de PBS comme couplage entre le transducteur et la surface de l’agarose. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Graphique 6. Contenu de l’œuf à l’extérieur de la coquille. (A) Contenu des œufs prélevés hors de la coquille après 5 jours d’incubation. La membrane chorio-allantoïdienne (CAM), le corps embryonnaire (EB), les veines vitellines antérieures et postérieures (*) et les sites d’injection appropriés (pointes de flèches) sont indiqués. (B) Contenu des oeufs prélevés hors de la coquille après 6 jours d’incubation. Les veines vitellines antérieures et postérieures (*) et les sites d’injection appropriés (pointes de flèches) sont indiqués. (C) Contenu des œufs prélevés hors de la coquille après 7 jours d’incubation. Une tache d’agarose est placée sur le dessus pour permettre l’imagerie par ultrasons. Les coins de la tache d’agarose sont indiqués par des cercles noirs. (D) Contenu des oeufs prélevé hors de la coquille après 8 jours d’incubation. Toutes les barres d’échelle représentent 1 cm. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Graphique 7. Complications pouvant survenir pendant les procédures avec l’embryon de poulet et le modèle CAM. (A ) Bulles d’air piégées sous le CAM lors du prélèvement du contenu de l’œuf hors de la coquille selon la méthode 1.2 (embryon de 5 jours) ou 1.3 (embryon de 6 à 7 jours). (B) Petite fuite de jaune indiquée par une flèche en haut à droite (embryon de 6 jours). (C) Air emprisonné sous le CAM, indiqué par le cercle pointillé noir (embryon âgé de 7 jours). (D) Saignement, indiqué par les flèches noires (embryon de 5 jours. (E) Embryon desséché et CAM (embryon de 5 jours). (F) Obstructions capillaires massives (embryon de 5 jours). Toutes les barres d’échelle représentent 1 cm. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Graphique 8. Microbulles dans les vaisseaux sanguins CAM. La paroi du vaisseau est indiquée par une ligne pointillée et les microbulles simples sont indiquées par des flèches. La barre d’échelle représente 20 μm. L’enregistrement microscopique correspondant se trouve dans la vidéo supplémentaire 1. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Graphique 9. Imagerie échographique à contraste amélioré dans les embryons de poulet et les vaisseaux CAM. (A) Projection d’intensité maximale d’images en mode B (I, III) et en temps réel (II, IV) (échographe animal préclinique avec sonde MS250, fréquence d’émission et de réception de 30 MHz, puissance de 10 %) d’un embryon âgé de 6 jours avec une tache d’agarose sur le dessus. Les images du haut (I, II) montrent les résultats avant et en bas (III, IV) après l’injection d’un produit de contraste à ultrasons de 5 μL. La barre d’échelle représente 1 mm. Cette image a été modifiée avec la permission de Daeichin et al. 201511(B) Imagerie optique et 3D subharmonique (à droite) d’un embryon de poulet âgé de 6 jours avec une tache d’agarose sur le dessus. Les vaisseaux CAM ont été injectés avec un produit de contraste à ultrasons de 5 μL et l’imagerie a été réalisée avec une sonde à haute fréquence (appareil à ultrasons préclinique pour animaux avec sonde MS550s, fréquence de transmission de 40 MHz, pression négative de crête ~300 kPa, rendu en mode 3D de l’appareil à ultrasons préclinique pour animaux). La barre d’échelle représente 5 mm. Cette image a été modifiée avec la permission de Daeichin et al. 201511. (C) Image optique (à gauche) et projection de l’intensité moyenne de l’échographie intravasculaire ultraharmonique (IVUS) (à droite) du système microvasculaire CAM d’un embryon âgé de 6 jours. Les vaisseaux CAM ont reçu une injection de produit de contraste de 4 ± 1 μL. L’imagerie IVUS ultraharmonique a été réalisée avec une sonde IVUS personnalisée (fréquence de transmission 35 MHz, pression négative de crête 600 kPa). Les deux images sont réalisées à partir du même embryon et de la même région d’intérêt. Les flèches indiquent les vaisseaux correspondants dans les deux images. La barre d’échelle représente 1 mm. Cette image a été modifiée avec la permission de Maresca et al. 201412. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Graphique 10. Administration du médicament aux cellules endothéliales des vaisseaux CAM chez un embryon de 6 jours. (A) Image en fond clair de six microbullesciblées α vβ3, indiquées par des flèches blanches, adhérant à la paroi du vaisseau avant le traitement par ultrasons. (B) Noyaux de cellules endothéliales colorés par fluorescence avant traitement par ultrasons. (C) Image fluorescente des microbulles ciblées colorées, indiquées par des flèches blanches, avant traitement par ultrasons. (D) Absorption de l’iodure de propidium (PI) du médicament modèle dans les noyaux cellulaires sous les microbulles ciblées après traitement par ultrasons (1 MHz, pression négative de crête de 200 kPa, rafale unique de 1000 cycles). La barre d’échelle représente 10 μm et s’applique à toutes les images. Cette image a été modifiée avec la permission de Skachkov et al. 20147. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
FICHIERS SUPPLÉMENTAIRES
Vidéo supplémentaire 1. Microbulles dans les vaisseaux sanguins CAM. La barre d’échelle représente 20 μm. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.
Ce protocole décrit trois méthodes sur la façon d’obtenir et d’utiliser des embryons de poulet âgés de 5 à 8 jours et leur MCP comme modèle in vivo pour étudier l’imagerie par ultrasons à contraste amélioré et l’administration de médicaments médiée par microbulles. Les étapes les plus critiques pour sortir de la coquille des embryons âgés de 5 jours (section 1.2) et de 6 à 7 jours (section 1.3) sont les suivantes: 1) faire le petit trou dans le haut de l’œuf pour traverser toute la coquille de l’œuf dans le sac aérien avant de retirer le blanc d’œuf; 2) Créez des bords lisses pour la grande ouverture dans la coque. Pour la méthode de prélèvement d’embryons âgés de 8 jours hors de la coquille (section 1.4), les étapes les plus critiques sont: 1) Faire un nombre suffisant d’empreintes pour créer une belle fissure le long de l’œuf; 2) Gardez l’œuf immergé dans PBS. Pour assurer la viabilité de l’embryon pour toutes les méthodes, il est important de maintenir l’œuf et son contenu à 37 °C. De plus, évitez d’injecter dans une artère CAM. Il est recommandé de surveiller visuellement la fréquence cardiaque de l’embryon pendant les études pour assurer la vitalité de l’embryon. Pour confirmer le stade de développement exact de l’embryon, l’indication de Hamburger & Hamilton22 peut être utilisée.
Il est important de prévenir les dommages à l’embryon, au MCA et au sac vitellin. Ces dommages peuvent affecter la viabilité, le flux sanguin et la visibilité de l’embryon et de la CAM. De plus, des dommages au sac vitellin et, par conséquent, une faible rigidité de la membrane rendent impossible une injection dans les vaisseaux CAM. Un embryon de 5 jours a un sac aérien relativement petit, de sorte que pour pouvoir faire un trou suffisamment grand dans la coquille à travers lequel le contenu de l’œuf peut être retiré, 2 ml de blanc d’œuf doivent être retirés. En conséquence, plus d’espace entre la coquille d’œuf et l’embryon est créé. Après le retrait du blanc d’œuf, un morceau de ruban adhésif doit fermer le trou où l’aiguille est entrée. Si le blanc d’œuf coule encore, appliquez un autre morceau de ruban adhésif. En outre, l’application de ruban adhésif sur le trou sur le côté crée un vide à l’intérieur de l’œuf qui empêche le contenu de l’œuf de tomber en raison de son propre poids lorsque le grand trou est créé à l’étape 1.2.2.8. Des dommages à l’embryon ou CAM peuvent également survenir lorsque le bord de la coquille d’œuf était trop tranchant ou lorsque la teneur de l’œuf est lâchée trop rigoureusement dans le bateau de pesée, de sorte que la coquille d’œuf doit être maintenue très près du bateau de pesée. Entre le jour 5 et le jour 6 du développement, le CAM commence à se fixer à la membrane de la coquille32. Cet attachement augmente le risque d’endommager l’embryon et la MCP lors du retrait du contenu de l’œuf de la coquille de l’œuf. En ouvrant l’œuf après injection de PBS pour un œuf incubé de 6 à 7 jours ou dans un récipient rempli de PBS comme décrit pour un œuf incubé de 8 jours, le risque de dommages est réduit. Concernant une injection dans une veine CAM : si la première injection échoue, une seconde injection peut être faite plus en amont dans la même veine si la lésion était mineure ou dans une autre veine CAM. La séparation de l’embryon et de la MCA du jaune rend l’embryon et les vaisseaux de la MCP optiquement transparents. En conséquence, l’embryon perd sa principale source de nutriments33. Cette perte de nutriments pourrait expliquer la fréquence cardiaque inférieure observée de 80 bpm par rapport à ~190 pour un embryon de 6 jours qui est encore en contact avec le jaune30 et le temps de survie réduit de 2 h après cette procédure de séparation. Un autre facteur qui peut jouer un rôle dans la réduction de la fréquence cardiaque et du temps de survie est le défi de maintenir l’embryon séparé par le jaune et les vaisseaux CAM à 37 ° C. Un incubateur à étage de microscope peut être utile. En plus de cela, le détachement du CAM du jaune entraîne probablement des changements mécaniques dans le tissu puisque la tension membranaire diminue. La tension plus faible de la membrane peut provoquer une augmentation du taux de cisaillement des vaisseaux internes, ce qui entraîne une baisse de la fréquence cardiaque.
L’embryon de poulet ex ovo et les vaisseaux CAM présentent certaines limites en tant que modèle in vivo, y compris des observations de courte durée seulement, pour l’imagerie par ultrasons à contraste amélioré et les études d’administration de médicaments médiées par microbulles. En raison du faible volume sanguin de 100±23 μL au jour 5 et de 171±23 μL au jour 634, un volume maximal de ~5 μL peut être injecté. Dans les derniers stades de développement (jour 7 et plus), la rigidité des vaisseaux augmente et l’élasticité du jaune diminue. Cela peut compliquer une injection réussie chez les embryons plus âgés. Une fois les microbulles injectées, elles circulent pendant des heures car l’embryon de poulet n’a pas un système immunitaire complètement développé à ce stade35. Par conséquent, les microbulles ne sont pas éliminées en ~6 minutes comme chez l’homme 36,37, ce qui rend les études d’imagerie moléculaire par ultrasons typiques avec une période d’attente de 5 à 10 minutes pour que les microbulles ciblées non liées soient éliminées38 impossibles. Afin de cibler les microbulles, il convient d’utiliser des ligands appropriés capables de se lier aux cellules endothéliales aviaires, tels que décrits précédemment pour le marqueur d’angiogenèse αvβ37. D’autres aspects à considérer pour ce modèle sont la difficulté accrue de séparer l’embryon et les vaisseaux CAM du jaune chez les embryons plus âgés (> 8 jours) et l’hématocrite inférieur de ~20%39 par rapport aux humains. Ces dernières peuvent affecter les oscillations des microbulles car on sait que les oscillations des microbulles sont amorties dans un environnement plus visqueux40. Les artères CAM sont moins oxygénées que les veines CAM41,42. Cette différence doit être prise en compte lors de l’étude, par exemple, de l’imagerie photoacoustique de l’oxygénation du sang.
Les méthodes décrites ici permettent de retirer la teneur de l’œuf de la coquille le jour de l’étude d’imagerie échographique ou d’administration du médicament, généralement au jour 5 au jour 8 de l’incubation. Ceci est différent des méthodes existantes où la teneur en œufs est retirée de la coquille après une incubation de 3 jours et développée en culture ex ovo 18,20,21. Les avantages sont un taux de survie plus élevé de 90% pour les œufs incubés de 5 jours, 75% pour les œufs de 6 jours, 50% pour les œufs incubés de 7 jours et 60% pour les œufs incubés âgés de ~50% pour les embryons de 3 jours prélevés dans la coquille d’œuf et incubés ex ovo1,18 l’évitement des antibiotiques pendant la culture18, 20 et grand incubateur stérile pour la culture ex ovo. La survie des embryons âgés de 6 à 8 jours est plus faible car le CAM commence à se fixer à la coquille21, ce qui laisse la membrane CAM plus sujette à la rupture lors de l’extraction. La séparation de l’embryon avec la forme CAM du jaune est également décrite rendant l’embryon et la CAM optiquement transparents.
En plaçant la teneur de l’œuf dans différentes configurations, l’embryon de poule et la FAO peuvent être utilisés pour une multitude d’études d’imagerie par ultrasons, comme IVUS, photoacoustique, sans ou avec des agents de contraste échographiques en 2D et 3D. L’accent peut être mis sur le développement de nouveaux schémas de pulsations ultrasonores ou sur l’essai de nouveaux transducteurs. En outre, le modèle peut également être utilisé pour étudier de nouveaux agents de contraste à ultrasons et leur comportement dans les vaisseaux sanguins sous flux. Étant donné que le mécanisme d’administration de médicaments médié par microbulles est encore inconnu43, l’utilisation du modèle CAM in vivo peut aider à élucider le mécanisme en étudiant le comportement des microbulles par rapport à la réponse cellulaire. Enfin, les vaisseaux CAM se sont révélés être un système approprié pour étudier la transplantation de tumeurs xénogreffées44. Cela crée la possibilité d’utiliser le vaisseau CAM comme modèle pour étudier l’imagerie tumorale à l’aide d’ultrasons et pour étudier le flux sanguin à l’intérieur de la tumeur en utilisant CEUS. Les tumeurs sont généralement greffées sur les vaisseaux CAM d’embryons âgés de 8 ou 9 jours 1,14,45, pour lesquels l’embryon est retiré de la coquille d’œuf au jour 3 de l’incubation et développé ex ovo. Les méthodes décrites dans ce protocole pourraient être utilisées pour cultiver des embryons in ovo jusqu’au jour de la greffe de tumeur.
Les auteurs espèrent que cet article sera utile aux chercheurs qui souhaitent utiliser des embryons de poulet et leur membrane chorio-allantoïdienne (CAM) comme modèle in vivo pour les applications d’agents de contraste et les études de flux.
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Ce travail a été soutenu par l’Applied and Engineering Sciences (TTW) (Vidi-projet 17543), qui fait partie du NWO. Les auteurs tiennent à remercier Robert Beurskens, Luxi Wei et Reza Pakdaman Zangabad du Département de génie biomédical et Michiel Manten et Geert Springeling du Département d’instrumentation médicale expérimentale pour leur assistance technique, tous du Centre médical universitaire Erasmus MC de Rotterdam, aux Pays-Bas.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Agarose | Sigma-Aldrich | A9539 | |
Clamp (Kocher clamp) | |||
Cling film | |||
Holder with acoustic membrane (CLINIcell 25 cm2) | MABIO, Tourcoing, France | CLINIcell25-50-T FER 00106 | |
Demi water | |||
Disposable plastic Pasteur pipets | VWR | 612-1747 | |
Eggs | Drost Pluimveebedrijf Loenen BV, the Netherlands | Freshly fertilized | |
Fridge 15 °C | |||
Glass capillary needles | Drummond | 1-000-1000 | Inside diameter: 0.0413 inch |
Heating plate 37 °C | |||
Humidified incubator 37 °C | |||
Insect specimen pins | |||
Metal egg holder | Custom made by Experimental Medical Instrumentation at Erasmus MC. See figure 1 A,B | ||
Metal weighing boat holder | Custom made by Experimental Medical Instrumentation at Erasmus MC. See figure 1 C,D | ||
Microinjection system | FUJIFILM VisualSonics | ||
Mineral oil | Sigma-Aldrich | M8410-100ML | |
Needle, 19 G | VWR (TERUMO) | 613-5392 | |
Phosphate-bufferes saline (PBS), 1x | ThermoFisher | 10010023 | |
Petri dish, 1 L | Glass | ||
Petri dish, 90 mm diameter | VWR | 391-0559 | |
Preclinical animal ultrasound machine (Vevo 2100) | FUJIFILM VisualSonics | ||
Probe (MS250) | FUJIFILM VisualSonics | 30 MHz transmit and 15 MHz receive frequency | |
Probe (MS550s) | FUJIFILM VisualSonics | transmission frequency of 40 MHz | |
Scalpel | VWR (SWANN-MORTON) | 233-5363 | |
Scissors, small | Fine Science Tools (FST) | 14558-09 | |
Syringe, 5 mL | VWR (TERUMO) | 613-0973 | |
Table spoon | |||
Tape (Scotch Magic tape) | Scotch | ||
Tissue paper | Tork | ||
Tweezers large | VWR (USBECK Laborgeräte) | 232-0107 | See figure 1E |
Tweezers small | DUMONT Medical, Switzerland | 0103-5/45 | See figure 1F |
Ultrasound contrast agent (custum made F-type) | Produced as described by: Daeichin, V. et al. Microbubble Composition and Preparation for Imaging : In Vitro and In Vivo Evaluation. IEEE TRANSACTIONS ON ULTRASONICS. 64 (3), 555–567 (2017). | ||
Ultrasound contrast agent (MicroMarker) | FUJIFILM VisualSonics, Inc. | ||
Ultrasound contrast agent (Definity) | Lantheus medical imaging, United States | ||
Ultrasound gel | Aquasonic | ||
Waxi film (Parafilm) | Parafilm | ||
Weighing boats (85 × 85 × 24 mm) | VWR | 611-0094 |
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