마우스 배아의 자궁 내 인트라 심장 토마토 렉틴 주사에서 신장 혈류를 측정하기 위해

요약

This manuscript describes a technique for visualization of the developing vasculature. Here we utilized in utero intra-cardiac FITC-labeled tomato lectin microinjections on mouse embryos. Using this technique, we delineate the perfused and unperfused vessels throughout the embryonic kidney.

초록

형성 및 (떨어져 사구체) 신장 혈관의 관류 현상 understudied 크게된다. 혈관은 수지 캐스트, 생체 초음파 이미징 및 마이크로 해부와 같은 관류 매핑 기술 사이의 친밀한 관계를 입증 제한되었습니다 (드 노보 혈관 형성)과 혈관 생성 (주요 혈관의 떨어져 분기 인) 혈관을 통해 개발로 배아 내에서이 두 가지 프로세스와 개발 신 구조. 여기서 우리는 신장 관류의 개체 발생을 측정하기 위해 마우스 배아에 자궁 내 심장 초음파 유도 FITC 표지 토마토 렉틴 microinjections에서의 절차를 설명합니다. 토마토 렉틴 (TL)를 수확 배아 신장에 걸쳐 관류했다. 네프론 전구 세포, 네프론 구조, ureteric 상피 세포 및 혈관 : 조직을 포함, 다양한 신장의 구조에 대해 공동으로 염색 하였다. E13.5 구경이 큰 혈관에서 시작하는 것은, 그러나 말초 관류선박 unperfused 남아 있었다. E15.5 및 E17.5으로 작은 말초 혈관뿐만 아니라 사구체 관류 될 시작했다. 이러한 실험 방법은 배아 발생 동안 혈관 혈류의 역할을 연구하는데 중요하다.

서문

배아 개발하는 동안 두 개의 분리 된, 그러나 동시에, 혈관 프로세스는 자리를 차지할 : 혈관 신생을, 과정을 선박이 주거 내피 전구 세포 ^1,2에서 선박의 새로이 형성이 큰 기존의 선박 및 혈관 형성에서 성장된다. 후자는 주로 그것의 부재하에 일어날 것으로 생각되는 반면, 각각 전자는 혈류와 동의어이다.

혈관 형성에 동시, 신장 전구 세포 합성, 증식, 분화의 순환과 역동적 인 과정은 배아 일 9.5 (E9.5)에 전개하기 시작한다. 이 시점에서 ureteric 버드 (UB)는 metanephric 중간 엽 (MM)를 주변에 등쪽에 침입, 출생 ³ 때까지 계속됩니다. 빠르게 metanephric 캡 중간 엽 응축에 UB의 분기에 반복 신장의 기능 단위, 네프론의 형성을 시작합니다. UB와 neph의 모든 새로운 세대와 함께론은, 이전 세대들은 다음 주로 혈관 밀도가 높은 환경에서 더욱 성숙과 분화를 거쳐 내부 피질과 수질 지역으로 변위. 레슬러 외. ^(3)에 의해 입증되는 바와 같이,이 프로세스는 예컨대 배아 UB 및 MM, 및 세포 외 인자 ^3-6의 무수 간의 크로스 토크로, 시그널링 유도하여 침전된다. 두 최근 조사 외 개발 췌장 내 요인과 신장 산소 긴장과 혈액의 흐름 ^7,8를 포함한다. 후자는 신장 개발과 관련하여 이하​​에서 더 상세히 설명 될 것이다.

혈류 잠재적 네프론 전구 세포 분화뿐만 아니라 다른 기관 형성 공정, 배아 혈류 맵핑의 정밀하고 정확한 방법으로 재생되는지 유도 역할을 노출하기 위해 필수적이다.

혈류 이징의 다른 방법은 UL의 처방을 포함trasound 이미징 및 수지는 ^9,10을 캐스팅합니다. 결론적으로, 이러한 모드는 동시에 본래 혈류 간의 공간적 병치을 공개하고 세포 분화 줄기 능력이 부족한 것으로 밝혀졌다. 수지 캐스팅은, 예를 들면, 그러나 배아 시점과 같은 미성숙 용기에, 성인 조직 내의 혈관 패턴의 유효한 모델을 제공하는, 선박 조잡한 외교적 누설이다. 따라서, 수지, 자주 다공성, 작은 혈관 내에 유지하는 데 실패 캐스트.

이러한 명백한 장애물, 다른 사람의 사이에서, 우리는 초음파 유도 신장 개발의 우리의 조사에 생체 내 심장 배아 토마토 렉틴 (TL) microinjections에 통합하기로 결정했습니다. 이 절차에서는 동기 E11.5, E13.5, E15.5, E17.5 및 시점에 마우스 배아 좌심실 TL 용액 2.5 μL를 가득 탑재 마이크로 피펫을 안내하는 바늘 초음파 프로브를 이용한다. E17바늘이 더 발달 된 배아를 관통 할만큼 강하지으로 0.5 최신 개발 시대입니다.

이 미세 주입 방법의 장점은 풍부하다. 초음파 유도 미세 주사는 정확한 배아 좌심실 내 주사 바늘의 위치, 동물, 심장 손상을 최소화하고 주변 조직의 고동 치는 심장에 솔루션의 수동 및 제어 추방, 갑자기 심장 장애의 회피와 죽음을 수 있습니다 배아 전신 관류 전에. FITC 표지 된 TL를 이용하여, 임의의 관류는 혈관 내피 세포의 정단 막 따라 마커를 유지할 것이다. 면역 함께, PECAM (CD31, 혈소판 내피 세포 접착 분자) 및 기타 다양한 혈관 마커를 이용하여 알기 쉽게 할 수있는 관류 비 - 관류 용기 구별뿐만 아니라 주변 조직의 모든 비정상적인 얼룩을 특성화.

프로토콜

참고 : 피츠버그 기관 동물 관리 및 사용위원회의 대학은 모든 실험을 승인했다.

초음파 미세 주입 장비 및 태아의 1. 준비

1. 단, 마운트 및 프로브 (그림 1)과 수술 도구 (그림 2)를 설정합니다. 37 ° C 온난화 목욕 장소 인산 완충 식염수 (PBS) 용액 (pH 7.4로). 그 자료를, 제 2가요 25 G 바늘에 부착 된 1 ML의 주사기를 사용하여, 미네랄 오일 전적으로 미세 주사 바늘을 입력합니다.
2. 회전에 바늘을 고정 마운트 암, 미네랄 오일 솔루션의 빈 바늘. TL 솔루션의 2.5 μL에 다시 입력합니다. 공기 방울이 주사 바늘 내에 존재 없는지 확인합니다. 멀리 단계에서, 벽을 향해 바늘 암을 돌립니다.
3. 이소 플루 란의 연속 주입을 통해 마취 실에서 임신 한 어머니를 마취. 어머니가 무의식 경우, C에 위치 코 튜브에 마취를 전송코 튜브의 주둥이와 앙와위에서 audal 무대의 측면, 그리고 장소 어머니는 완전히 마취 상태의 지속을 허용합니다.
4. 45 ° 각도에서, 또는 손과 발을 테이프 사지는 휴식과 솟다 ECG / 온도 모니터 탭에 위치. 이는 임신 댐 지속적 그 마취를 위해 모니터링하는 것이 중요 충분하며, 눈에인가에 해당 연고 건조 감소.
5. 부드럽게 초과 제품과 머리를 제거하기 위해 70 % 에탄올 포화 면봉으로 다시 마른 면봉으로 닦아하고, 어머니의 하복부에 걸쳐 머리 제거 제품을 적용합니다. 절개의 사이트 (그림 3)에서 모든 머리 떨어져 복부 피부를 청소해야합니다.
6. 미세 수술 집게와 가위를 사용하여 임신 어머니에 개복술을 수행합니다. 주요 혈관이나 내장 기관을 절단 않도록주의하십시오. 1.5 cm 질보다 먼저 표피의 직선 절개를하고 approximat 리브으로 잘라 계속엘리 2-3 cm. 내장 기관과 자궁 saccules 내부를 노출, 동일한 길이를 따라, 피하 막을 노출 원격 교육 알바 ( "화이트 라인") (그림 3)를 찾아 초기 절개에 평행하게 잘라.

태아의 2. 추출

1. 어머니와 배아를 기동 6 인치 면봉을 사용합니다. 조심스럽게 절개 개방에서 처음으로 배아를 조작 할 수 주걱으로 피부에 (강제하지 않음) 누릅니다. 최초의 배아 saccule의 추출 후, 부드럽게 천천히 통해 어머니의 외부에 자궁 뿔의 나머지 부분을 잡아 당깁니다. 이 단계에서 절개를 통해 소장 또는 다른 장기를 당겨하지 마십시오.
2. 배아를 정량화하고 부드럽게 어머니로 다시 왼쪽 자궁 경적을 배치합니다. 그런 다음 뿔에 질에서 배아 saccule 멀리 시작하여 아래쪽으로 이동 다시 어머니에 오른쪽 자궁 경적을 배치 시작합니다. (두 개의 배아가 노출 남아 때까지 Fi 인터넷이 계속gure 4). 마지막으로, 위의 열 병렬로 위치 배아는 자궁 순환을 차단하지 인식되고, 선을 절개합니다.
3. 팔과 몸뿐만 아니라 다리와 꼬리 사이에 점토 블록과 위치를 놓습니다. 점토 표면이 개복 수술 절개와 약 수준 있는지 확인합니다. 37 ° C PBS로 유창 페트리 접시를 젖은.
4. 왼쪽 (배아 창호 병렬)와 오른손과 유창 페트리 접시와 연장 집게를 잡고 페트리 접시의 상단에서, 창호를 통해 폐쇄 집게 ~ 5 cm를 가져온다. 완전히 창호 메쉬를 찢어없이 열기 집게.
5. 배아 위에 손을 책략과 두 개의 배아 saccules에 시력을 초점을 맞추고있다. 없이 (또는 가볍게) 슬릿을 통해 슬라이드와 어머니의 복부에 페트리 접시를 설정, 창호 메쉬 또는 집게로 saccules을 터치. 집게가 계속 확장으로, (양쪽에 각각 배아의 기지에서 그것을 장착 할 때 그림 5 유창 메쉬를 조작 )과 슬릿 개방에서 집게를 잡아 당깁니다.
6. 다음으로, (그림 6) 곤란 또는 배아를 손상없이 페트리 접시에 벽을 포함하는 파란색 고무를 배치합니다. 확인 점토 블록을 단단히 페트리 접시, 배아, 고무 함유 벽을 균형되어 있는지 확인합니다. 유창 메쉬에서 누출을 제어하면서 배아가 완전히 (그림 6) 침수 될 때까지 마지막으로, 37 ° C PBS와 페트리 접시를 입력합니다.

3. 사출 절차

1. 다음 낮은 사출 어머니와 배아 다운 Z-레벨 조정 노브 (그림 1)를 사용하여 함께 무대 및 프로브 팁 왼쪽과 아래 바늘 ½ 센티미터로, 주사 바늘을 ​​회전하고 팔을 탑재하고 초음파 프로브와 직접 줄 (그림 7) . 45 ° 거리 프로브에서 바늘 팔 (안 바늘)을 밀어 넣습니다. 접시 또는 초음파 프로브 바늘의 끝 부분을 충돌하지 않도록주의하십시오.
2. 초음파 페이지로, 다시 원래의 높이에 주입 단계를 올립니다직접 배아 프로브 위의 옷은 약간 잠긴 배아 조직의 3-4mm 내에서해야합니다. 사용 X & Y 단계 조절 노브 (그림 8)는 체계적으로 박동 배아 마음을 찾습니다 배아 / 어머니 / 무대 위치를 수정합니다.
3. 직접 초음파 화면의 중심이 그려진 검은 센터 대상 마커 (*)를 관찰한다. X & Y 단계 조절 노브를 사용하여 좌심실 (바람직한) 또는 심방 (그림 8)를 찾은 후 올리거나 초음파 화면에 검은 센터 마커를 통해 정밀하게 분사 대상의 위치를 무대에 회전 노브를 사용하여 무대를 내려 놓습니다.
4. 초음파 화면 오프, 오른쪽으로 배아를 이동 X 단계 조절 노브를 사용합니다. ½의 거리에서 cm 및 초음파 프로브 90 ° (그림 7), 미세 주사 바늘의 위치를 변경하고 다시 제자리에 팔.
5. 미세 주입 명확하게 팁 등으로 조정 노브 (그림 9C-G), 위치 바늘을 장착하여중앙 마커 igned. 니들 팁 올바른 평면 집중되도록하고, X, Y, 및 미세 니들의 Z 벡터 (도 9C 및 EG의 손잡이를 사용하여) 사출 각도를 조정한다. 오직 "주입"노브 (그림 9F)를 사용하여 미세 주사 바늘을 ​​후퇴, 조심하지 다른 크기를 조정합니다.
6. 다시, 정확하게 초음파 화면 중심 표시 대상에서 다시 프로브하에 전적으로 X 미세 조정 스테이지 노브 배아 움직임을 이용하여. 좌심실 정확히 같은 X, Y 및 Z 평면에 지금 있는지 확인하십시오.
7. 미세 주입에 그냥 "주입"노브 마운트와 다음, 천천히 미세 주사 바늘로 배아에 구멍을 점차적으로 좌심실에 팁을 가져. 한 번 (그림 2A & B)를 "빈"잡고 "입력"눌러 빈 경고음 소리 좌심실로 또는 때까지 TL 솔루션의 전체 2.5 μl를 주입한다. 이 때주사의 심장 챔버로 유입되는 TL (그림 10)는 바늘의 끝에서 나오는 그림자를 관찰한다. 반대로, 빠르게 주입이 완료되면 마이크로 인젝션에 "주입"노브 (도 9F)가 회전 마운트 마이크로 인젝션 니들을 후퇴.
8. 다음 배아에 계속 이러한 일련의 단계 다음 남은 배아에 대해이 절차를 반복하고 마지막으로 다시 댐의 복부에 최종 배아를 놓습니다. 챔버 상자로 마취를 전환하고 부드럽게 마지막 주입 시간에서 15 분 동안 여기에 어머니를 이동합니다.

4. 수확 배아 및 분석

1. 자궁 경부 전위를 통해 댐을 희생. 쉽게 어머니의 자궁 뿔을 제거하는 개복 수술 절개를 확장합니다. 자궁 주머니 내에서 배아를 유지합니다. 냉장 PBS에서 배아를 놓습니다.
2. (경우 유전자형에 필요한 수집 조직) 자궁 주머니에서 배아를 해부하고 전체 배아를 배치 전n은 4 % 파라 포름 알데히드 (PFA)는 하룻밤, 그 다음으로 30 % 자당 하룻밤, 매체 단면 저온 유지 장치에 고정. 그런 다음 동결 절단 (Cryosections)을 절감하고 면역 조직 화학 분석을위한 슬라이드에 배치합니다. 선택적으로, 조직에 대한 사용을 100 % 메탄올 탈수 4 % PFA로 고정을 수행하여 전체를 실장.
3. 면역 조직 화학 분석을 위해 OCT를 제거하기 위해 PBS에 저온부를 배치합니다. 그런 다음 30 분 동안 10 % 정상 당나귀 혈청 섹션을 차단합니다. 그런 다음 1 PECAM 차 항체를 추가 : 100 희석 4 박 ° C에서. 다음 날, 10 분 각각 PBT 3 번 슬라이드를 세척 및 보조 당나귀 안티 쥐 594를 추가하고 실온에서 1 시간 동안 배양한다.
   참고 :이 초음파와 미세 주입의 최적화 및 조정을 필요로하는 매우 까다로운 기술이다. 이이 기술에 관련된 매우 가파른 학습 곡선이고 하나는 능숙되기 전에 멘토링 주사 4 ~ 6 주 정도가 필요합니다.

결과

혈관 형성은 신장을 개발 흐름을 선행

(신장 포함) 배아 조직의 대부분은 심지어 초기 배아 시점에서, 조밀 한 혈관 (unperfused 및 관류 모두)가 포함되어 있습니다. 개발 신장 내에서 더 나은 게이지 분석 혈액의 흐름에 우리는 자궁 내 배아 심장 내 microinjections의 방법을 이용했다. 개복술을 통해 추출 번의 자궁 saccule 노출 다음 E17.5 통해 E11.5에서 배아 심장을 식별하는 고해상?...

토론

마이크로 인젝션 마취 시간 프레임

어머니의 마취에 관해서, 그것은 공기 흐름 상수 (2-3 L / 분)과 낮은 PSI에 유지하는 것이 필수적입니다. 진정제의 흐름 / 분 약 1.75-2 L에서 개최합니다. 동시에, 주사가 수행하는 시간대는 면밀히 관찰하고 각각의 쓰레기에 대한 제어되어야한다. 각 쓰레기를 들어 주사 과정은 45 분하에 유지되어야한다. 각각의 배아 체 관심 장기에 걸쳐 조절...

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
DAPI	Sigma Aldrich	022M4004V	concentration 1:5,000
Pecam	BD Biosciences	553370	concentration 1:100
FITC-Tomato Lectin	Vector Laboratories	FL-1321	concentration 2.5 µl / embryo
Alexa Fluor-594 (Donkey Anti-Rat)	Jackson Immunoresearch	712-585-150	concentration 1:200
Microinjection Needle	Origio Mid Atlantic Devices	C060609
Mineral Oil	Fisher Scientific	BP26291
1 ml syringe	Fisher Scientific	03-377-20
Clay Blocks	Fisher Scientific	HR4-326
Surgical Tape	Fisher Scientific	18-999-380
PBS	Fisher Scientific	NC9763655
Hair Removal Product	Fisher Scientific	NC0132811
Surgical Scissors	Fine Science tools	14084-08
Fine Forceps	Fine Science tools	11064-07
Surgical Marking Pen	Fine Science tools	18000-30
Right angle forceps (for hysterectomy)	Fine Science tools	11151-10