Dissecção e cultura do rim embrionário do rato

Resumo

Este protocolo descreve um método para isolar e cultivar rudimentos metanefricos de embriões de ratinho.

Resumo

O objetivo deste protocolo é descrever um método para a dissecção, isolamento e cultura de rastreios metanefric do rato.

Durante o desenvolvimento do rim mamífero, os dois tecidos progenitorais, o broto ureterico e o mesênquima metanéfrico, comunicam-se e induzem reciprocamente mecanismos celulares para formar eventualmente o sistema colector e os nefrões do rim. À medida que os embriões de mamíferos crescem intra-uterinos e, portanto, são inacessíveis ao observador, desenvolveu-se uma cultura de órgãos. Com este método, é possível estudar interações epitélio-mesenquimais e comportamento celular durante a organogênese do rim. Além disso, a origem das malformações congênitas do rim e do trato urogenital pode ser investigada. Após dissecção cuidadosa, os rudimentos metanéfricos são transferidos para um filtro que flutua no meio de cultura e podem ser mantidos numa incubadora de cultura de células durante vários dias. Contudo, deve ter-se em conta que as condiçõesArtificial e poderia influenciar o metabolismo no tecido. Além disso, a penetração das substâncias de teste poderia ser limitada devido à matriz extracelular e à membrana basal presentes no explante.

Uma vantagem principal da cultura do órgão é que o experimentador pode ganhar o acesso direto ao órgão. Esta tecnologia é barata, simples e permite um grande número de modificações, como a adição de substâncias biologicamente ativas, o estudo de variantes genéticas e a aplicação de técnicas de imagem avançadas.

Introdução

The mammalian kidney is derived from two primordial structures with mesodermal origin: the tubular epithelial ureteric bud and the metanephric mesenchyme. During nephrogenesis, the ureteric bud invades the metanephric mesenchyme and branches to form the collecting system. The metanephric mesenchyme gives rise to the epithelial elements of the nephrons. These processes occur in a precisely timed and spatially coordinated manner and are initiated by reciprocal inductive mechanisms. Both tissue components communicate and affect the other's cell morphogenesis.

In the 1920s, it was Boyden who performed the in vivo obstruction of the mesonephric duct in chicken, providing the first indication of inductive interactions as separated nephric blastema fail to differentiate¹. At about the same time, the first successful attempts to culture chicken nephric rudiments in a hanging drop were published. Subsequently, the organ culture was developed to study tissue interactions in mammalian organogenesis. In the 1950s, Grobstein developed a technique in which metanephric rudiments could be cultured on a filter. This technique was modified by Saxén, who placed the filter on a Trowell-type screen in a culture dish¹. Over the years, many modifications and applications for organ culture have emerged. The method described here is based on Saxén's technique but is simplified, as the filters float free on the medium and the diameter of the culture well only slightly exceeds the diameter of the filter, limiting unwanted movement of the filter.

Whole-organ culture is a classical, cheap, and simple but powerful tool to investigate cellular processes and intercellular communication during organogenesis. Organ culture allows for treatment with biological agents, such as growth factors, antibodies, antisense oligonucleotides, viruses, and peptides, as well as with pharmaceutical compounds and other chemicals. Also, gene function may be studied using explants derived from genetically modified mice or using inducible gene inactivation technology, such as the Cre-loxP system. This allows for the study of genetic mutations that cause embryonic lethality prior to the development of the kidney. Organ culture can also be combined with fluorescent tagging for gene function or lineage tracing and modern imaging techniques, which enable real-time monitoring of cell behavior².

In the specific example provided here, the effect of EphrinB2-activated Eph-receptor signaling on the branching morphology of the ureteric bud was investigated. The morphology of the EphA4/EphB2 double-knockout mice suggested several severe defects in kidney development, which were detectable as early as embryonic day 11 (E11) and involved the ureteric bud, the ureter, and the common nephric duct³. Signaling via Eph receptors requires the clustering of the ligand-receptor dimer⁴. To over-activate Eph signaling, the kidney rudiments from E11.5 mouse embryos were cultured in the presence of clustered recombinant EphrinB2-Fc. EphrinB2 is a known ligand for the EphA4 receptor, which is expressed in the ureteric bud tips³.

Protocolo

Os ratinhos foram mantidos de acordo com a regulamentação sueca ea legislação da União Europeia (2010/63 / UE). Todos os procedimentos foram realizados seguindo as diretrizes do Comitê de Ética Sueco (autorizações C79 / 9, C248 / 11 e C135 / 14). Procedimentos na Universidade de Heidelberg envolvendo animais sujeitos foram aprovados pelo Regierungspräsidium Karlsruhe e os agentes de bem-estar animal na Universidade de Heidelberg.

1. Preparação de Reagentes e Materiais para a Cultura

NOTA: Use uma capa de fluxo laminar para minimizar a contaminação.

1. No dia da dissecção, Fc humano pré-agrupamento ou proteína de efrina quimérica recombinante fundida a Fc humano por mistura com anticorpos de cabra Fc anti-humanos numa razão molar de 1: 5 em solução salina tamponada com fosfato estéril (PBS). Incubar durante 1 h a 37 ° C ⁵ .
2. Preparar o meio de cultura suplementando Dulbecco Modified Eagle Medium: NutrientMistura F-12 (DMEM / F12) com penicilina / estreptomicina a 1% (v / v), glutamina a 1% (v / v), insulina transferrina selénio (v / v) a 50 μg / Transferrina e 1,5 μg / mL de anfotericina.
   NOTA: 10 mL de meio é suficiente para 16 embriões.
3. Adicionar solução de efrínina recombinante agrupada a uma concentração final de 20 μg / mL ao meio de cultura. Use o Fc humano agrupado como controle.
4. Preparar placas de cultura por adição de 500 μL de meio de cultura a cada poço de uma placa de 4 poços de poliestireno estéril, não revestido, de fundo plano.
5. Usando pinças esterilizadas, coloque cuidadosamente um filtro de membrana de policarbonato com um tamanho de poro de 5 μm por poço em cima do meio. Transferir a placa preparada para a incubadora (37 ° C / 5% CO ₂ ). Certifique-se de que o filtro permanece seco na superfície superior e flutua.
   NOTA: Um filtro é suficiente para dois anlagen de rim.
6. Usando uma lâmina de barbear, corte aproximadamente 30 pontas de pipeta (volume: 100 μL) approximatelY 1 mm da ponta para resultar numa abertura mais larga. Coloque as pontas de volta em um rack de ponta de pipeta.

2. Dissecção de Rudimentos Metanefricos em E11.5

1. Sacrifique um rato com gestação cronometrada em E11.5 por deslocamento cervical (ou usando um método aprovado pelo comitê de ética local).
2. Remova o útero e os embriões, como descrito por Brown et al ⁶ . Deste ponto em diante, trabalhar sob um microscópio de dissecção.
3. Usando pinças de relojoeiro No. 5, corte o embrião diretamente sob as patas dianteiras. Use um prato de Petri fresco para cada embrião. Remova as pernas ea cauda do embrião. Para fazer isso, pegue o tecido a ser removido com um par de fórceps de relojoeiro No. 5 e use as pontas de um segundo par para cortar.
4. Para remover a massa do órgão ventral, use as pontas de um par de fórceps para abrir lateralmente a parede do corpo do embrião em uma direção rostral para caudal.
   1. Corte superficialmente, paralelo a tAorta dorsal. Use a aorta dorsal cheia de sangue e portanto visível para orientação. Cuidadosamente separar a parte ventral da parede do corpo da parte dorsal usando as pontas da pinça fechada e virar o embrião sobre. Corte a parede do corpo lateralmente em uma direção rostral-para-caudal e usando a aorta dorsal para a orientação, como para o lado anterior.
5. Uma vez que a parede do corpo ventral foi separada do corpo dorsal, agarrá-lo com um par de fórceps e puxe cuidadosamente para removê-lo, juntamente com a massa do órgão.
   NOTA: O anlagen metanefric permanece geralmente unido à parede do corpo dorsal. São estruturas ovais, ~ 200 μm de comprimento, localizadas ao nível dos membros posteriores.
6. Segure a parede do corpo dorsal com um par de fórceps, com o lado ventral voltado para cima. Usando o outro par de fórceps, pegue a aorta dorsal em sua extremidade rostral e cuidadosamente descascar a aorta dorsal da parede do corpo dorsal.
   NOTA: Ambos os rins metanefric geralmente permanecem anexarÀ aorta dorsal.
7. Usando um par de fórceps, corte rostralmente para o rim anlagen para remover a aorta. Em seguida, cuidadosamente separar o anlagen dois rins usando as pontas do fórceps.
8. Cuidadosamente descascar tecido não desejado do rim anlagen usando as pontas do fórceps. Tome cuidado para não danificar o mesênquima, uma vez que os danos podem resultar em crescimento fraco e exclusão do explante de uma análise posterior.
9. Transferir o anlagen renal separadamente usando uma pipeta de microlitro e uma ponta de pipeta aberta em 10 μL de PBS para o filtro de membrana de policarbonato em uma placa de 4 poços.
   NOTA: Devido à tensão superficial, o explante será coberto com uma fina camada de meio. Um filtro é suficiente para dois rim anlagen.
   1. Coloque cada um dos dois anlagen renal no centro de cada respectiva metade do filtro. Transferir a placa de volta para a incubadora a 37 ° C / 5% de CO2. Deixar a placa na incubadora até que o metanephric rudImensos do próximo embrião estão prontos para serem colocados no filtro.
10. Repita os passos 2.3-2.9.1 para cada embrião.
    NOTA: Com alguma prática, o procedimento de dissecção levará cerca de 5 min por embrião.
11. Incubar o anlagenio renal durante 3 dias a 37 ° C / 5% CO ₂ .

3. Preparação de Reagentes para Fixação e Coloração

1. Para preparar paraformaldeído a 4% (PFA) em PBS sem cálcio e magnésio (p / v), dissolver a PFA a 60 ° C em PBS, agitando continuamente. Arrefecer até à temperatura ambiente e utilizar um filtro de papel para remover as restantes partículas. Alíquota e manter a 4 ° C para uso imediato ou congelar para armazenamento de longo prazo.
   CUIDADO: PFA é tóxico. Usar o equipamento de proteção individual especificado nas normas de segurança locais e trabalhar em um exaustor. Descarte resíduos de acordo com as diretrizes institucionais e usando recipientes de resíduos designados.
2. Para preparar a solução de permeabilização, diluir Triton X-100Em PBS sem cálcio e magnésio até 0,3% (v / v).
3. Para preparar a solução de bloqueio, adicionar 5% (v / v) de soro de cabra e 0,1% de Triton X-100 a PBS sem cálcio e magnésio. Adicionar azida de sódio a uma concentração final de 0,02% (p / v). Armazenar a 4 ° C.
   CUIDADO: A azida sódica é tóxica. Manipular azida de sódio de acordo com os regulamentos locais de segurança e protecção ambiental.
   NOTA: Quando se utilizam anticorpos para coloração, utilizar soro a 5% da espécie a partir da qual se derivou o anticorpo secundário para se obter uma solução de bloqueio.
4. Diluir a aglutinina de Dolichorus biflorus biotinilada 1: 200 em solução de bloqueio. Diluir estreptavidina conjugada com Alexa488 1: 200 em solução de bloqueio.
5. Para fazer um meio de incorporação pronto a usar (ver a tabela de materiais), adicione 0,1 g de mucoadesivo / ml a base de álcool polivinílico solúvel em água a 25% (p / v) de glicerol em Tris-HCl 0,1 M (pH 8,5) . Aquecer a 50 ° C sob agitação contínua durante 1 h, arrefecer e ajustar o pH para 8,0-8,5 usando 1M NaOH. Evitar concentrações mais elevadas de NaOH. Adicionar 100 μg / mL de N-propilgalato e timerosal até uma concentração final de 0,02% (p / v). Agitar durante 30 min à temperatura ambiente.
   CUIDADO: O timerosal é tóxico. Manuseie-o de acordo com os regulamentos locais de segurança e protecção ambiental.
   1. Encher o meio de incorporação em tubos de 50 mL, equilibrar o rotor e centrifugar a 3.200 xg e à temperatura ambiente durante 10 min. Decantar a solução límpida em tubos de 15 mL e descartar a pastilha. Alicuotar e armazenar a -20 ° C durante várias semanas. Uma vez descongelado, mantenha a solução a 4 ° C. Aquecer a ~ 30 ° C imediatamente antes da utilização.
6. Preparar como muitos slides de vidro como filtros com explantes devem ser montados. Para isso, cola dois pequenos lamínulas, 18 x 18 mm, em ambos os lados da lâmina de vidro usando adesivo instantâneo, deixe um espaço de ~ 15 mm para o filtro entre.

4. Fixação e coloração

1. Após um período de cultura de 3Dias in vitro (div), remover as placas da incubadora e aspirar cuidadosamente o meio de cultura de cada poço utilizando uma micropipeta. Certifique-se de não tocar no filtro e manter a abertura da ponta para a parede do poço.
2. Adicionar 500 μL de PFA a 4% / PBS a cada poço. Os filtros flutuam no fixador. Usando uma micropipeta, adicione cuidadosamente o fixador PFA gota a gota para submergir os filtros. Incubar à temperatura ambiente durante 30 min.
   NOTA: Para todas as etapas seguintes, deve-se ter cuidado para não lavar os explantes do filtro. Mantenha a abertura da ponta da pipeta em direção à parede do poço.
3. Remover o PFA e enxaguar duas vezes com 500 μL de PBS, submergindo o filtro. Adicionar 500 μL de solução de permeabilização a cada poço e incubar à temperatura ambiente durante 1 h.
4. Enxaguar duas vezes com 500 μL de PBS e adicionar 500 μL de solução de bloqueio a cada poço. Incubar à temperatura ambiente durante 1 h.
5. Substitua a solução de bloqueio por250 μL de aglutinina biotinilada de Dolichorus biflorus diluída a 1: 200 em solução de bloqueio e incubar a 4 ° C durante 24 h.
6. Remover a solução de aglutinina de Dolichorus biflorus e enxaguar duas vezes com 500 μL de PBS por poço.
7. Adicionar 250 μL de estreptavidina conjugada com Alexa488 diluída a 1: 200 em solução de bloqueio e incubar a 4 ° C durante 24 h. Alternativamente, incubar à temperatura ambiente durante 2 h.
   NOTA: Uma melhor relação sinal-ruído é alcançada quando incubada a 4 ° C.
8. Enxágüe duas vezes com 500 μL de PBS por poço. Usando pinças, transfira os filtros para as lâminas de vidro preparadas, com os explantes voltados para cima. Monte com ~ 50-100 μL de meio de incorporação. Cubra com os lamínulas No. 1.5 de 60 mm de comprimento. Permitir que a solução de meio de incorporação solidifique durante 2 h à temperatura ambiente no escuro. Proceda à imagem ou guarde os slides, envoltos em papel alumínio, a 4 ° C até à imagem.
9. Imagem com um microscópio de epifluorescência de campo largo ^{7 <}/ Sup> acoplado a uma lâmpada de Hg e utilizar uma unidade de espelho para excitação azul (onda de excitação, 460-495 nm, espelho dicromático, 505 nm, e passagem de emissão, 510-550 nm) e lentes 20X Plan-Apochromat, 0,75 numérico abertura.

Resultados

O anlagenio metan�rico de rim foi derivado de murganhos consangu�eos Black-6 gr�idos a E11,5 e foram cultivados. Após 3 dias, o botão ureteriano ramificou-se até 5 vezes, resultando em uma ramificação do botão ureter inicialmente em forma de T. Cada explante foi fotografado e os números de segmentos e pontos finais foram quantificados para determinar as gerações de ramificação e calcular o número de pontos finais por ramo ( Figura 1 ). (

Discussão

Este manuscrito descreve um método para isolar o desenvolvimento de metanéfric anlagen do embrião de rato e para cultivar os rudimentos de órgãos. Este método é uma técnica padrão, como desenvolvido por Grobstein ⁸ e Saxen ^{9 , 10} , e foi adaptado e modificado por muitos outros ^{11 , 12} . O sucesso do método depende principalmente da duração da dissecção, como sobreviv...

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
DMEM/F-12	Thermo Fisher Scientific	21331020
Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL)	Thermo Fisher Scientific	15140148
GlutaMAX Supplement	Thermo Fisher Scientific	35050061
DPBS, calcium, magnesium	Thermo Fisher Scientific	14040117	use for dissection
holo-Transferrin human	Sigma-Aldrich	T0665
Insulin-Transferrin-Selenium (ITS -G) (100x)	Thermo Fisher Scientific	41400045
Paraformaldehyde	Sigma-Aldrich	158127
Amphotericin B solution	Sigma-Aldrich	A2942
Triton X-100	Sigma-Aldrich	X100
Sodium azide	Sigma-Aldrich	S8032
Thimerosal	Sigma-Aldrich	T5125
Propyl gallate	Sigma-Aldrich	2370
Mowiol 4-88	Sigma-Aldrich	81381
Glycerol	Sigma-Aldrich	G5516
Biotinylated Dolichorus Biflorus Agglutinin	Vector Laboratories	B-1035
Alexa488 conjugated Streptavidin	Jackson Immuno Research	016-540-084
Recombinant Mouse Ephrin-B2 Fc Chimera Protein, CF	R&D Systems	496-EB
Recombinant Human IgG1 Fc, CF	R&D Systems	110-HG-100
Goat Anti-Human IgG Fc Antibody	R&D Systems	G-102-C
Phosphate buffered saline tablets	Sigma-Aldrich	P4417	use for fixation and immunostaining
Dumont #5, biologie tips, INOX, 11 cm	agnthos.se	0208-5-PS	2 pairs of forceps are needed
Iris scissors, straight, 12 cm	agnthos.se	03-320-120
Dressing Forceps, straight, delicate, 13 cm	agnthos.se	08-032-130
Petri dishes Nunclo Delta treated	Thermo Fisher Scientific	150679
TMTP01300 Isopore Membrane Filter, polycarbonate, Hydrophilic, 5.0 µm, 13 mm, white, plain	MerckMillipore	TMTP01300
Nunclon Multidishes 4 wells, flat bottom	Sigma-Aldrich	D6789-1CS
Microscope cover glass 24 x 50 mm thickn. No.1.5H 0.17+/-0.005 mm	nordicbiolabs	107222
Cover glasses No.1.5, 18 mm x 18 mm	nordicbiolabs	102032
Slides ~76 x 26 x 1, 1/2-w. ground plain	nordicbiolabs	1030418
VWR Razor Blades	VWR	55411-055
50 mL centrifuge tubes	Sigma-Aldrich	CLS430828
15 mL centrifuge tubes	Sigma-Aldrich	CLS430055
Whatman prepleated qualitative filter paper, Grade 113V, creped	Sigma-Aldrich	WHA1213125
Fixed stage research mircoscope	Olympus	BX61WI
Black 6 inbred mice, male, C57BL/6NTac	Taconic	B6-M
Black 6 inbred mice,female, C57BL/6NTac	Taconic	B6-F
Greenough Stereo Microscope	Leica	Leica S6 E