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Method Article
Aqui, descrevemos um método para transplantar e identificar esferóides de células humanas em embriões de galinha. Este modelo de xenoenxerto usa o microambiente embrionário como fonte de sinais instrutivos para testar a migração, diferenciação e tropismo celular e é especialmente adequado para o estudo de populações de células primárias e/ou heterogêneas.
Os xenoenxertos são métodos valiosos para investigar o comportamento de células humanas in vivo. Em particular, o ambiente embrionário fornece pistas para migração, diferenciação e morfogênese celular, com sinais instrutivos únicos e identidade da camada germinativa que muitas vezes estão ausentes dos modelos de xenoenxerto adulto. Além disso, os modelos embrionários não podem discriminar tecidos próprios versus não próprios, eliminando o risco de rejeição do enxerto e a necessidade de imunossupressão do hospedeiro. Este trabalho apresenta uma metodologia para transplante de esferoides de células humanas em embriões de galinha, que são acessíveis, passíveis de manipulação e se desenvolvem a 37 °C.
Os esferoides permitem a seleção de uma região específica do embrião para transplante. Depois de enxertadas, as células se integram ao tecido hospedeiro, permitindo o acompanhamento de sua migração, crescimento e diferenciação. Este modelo é flexível o suficiente para permitir a utilização de diferentes populações aderentes, incluindo populações heterogêneas de células primárias e células cancerígenas. Para contornar a necessidade de marcação celular prévia, também é descrito um protocolo para a identificação de células doadoras por meio de hibridização de sondas Alu específicas para humanos, o que é particularmente importante na investigação de populações de células heterogêneas. Além disso, as sondas de DNA podem ser facilmente adaptadas para identificar outras espécies de doadores. Este protocolo descreverá os métodos gerais para preparar esferoides, enxertia em embriões de galinha, fixação e processamento de tecido para seccionamento de parafina e, finalmente, identificar as células humanas usando hibridização in situ de DNA. Controles sugeridos, exemplos de interpretação de resultados e vários comportamentos celulares que podem ser testados serão discutidos, além das limitações deste método.
Os xenoenxertos são ferramentas úteis para investigar o comportamento de células humanas in vivo. Esses modelos forneceram informações valiosas para uma ampla gama de tópicos científicos, como a biologia das células-tronco humanas1, a observação de eventos celulares em tempo real2 e a investigação da angiogênese tumoral e metástase3. Além disso, vários aspectos da biologia do câncer, incluindo a tumorigênese de xenoenxertos específicos do paciente, foram estudados 4,5. Cada um desses modelos de xenoenxerto tem suas vantagens e desvantagens e, portanto, cada um é mais adequado para questões científicas específicas. Os embriões de pintinhos são um modelo popular de biologia do desenvolvimento, pois são um modelo amniota acessível que é passível de manipulação cirúrgica. Enxertos heterólogos permitiram aos pesquisadores criar mapas de destino precisos6 ou explorar se uma característica é autônoma da célula ou instruída pelo ambiente 7,8. Um raciocínio semelhante permite que o embrião de galinha seja usado como um modelo de xenoenxerto para estudar o comportamento das células humanas.
O ambiente embrionário orquestra ativamente a morfogênese do tecido com sinais de migração e diferenciação, bem como interações célula-célula. Assim, em comparação com os modelos de xenoenxerto adulto, o embrião fornece um ambiente mais instrutivo para testar o comportamento das células enxertadas, por exemplo, imitando sinais presentes em nichos de células-tronco adultas (por exemplo, BMPs, WNTs, NOTCH e SHH9). Além disso, a ausência de um sistema imune adaptativo durante o desenvolvimento inicial permite que os xenoenxertos sejam realizados sem o risco de resposta imune ou rejeição do tecido doador10. Estudos anteriores investigaram xenoenxertos de células humanas em embriões de galinha para esse fim. O potencial neurogênico das células-tronco humanas foi testado após a injeção no tubo neural ou vasos sanguíneos11 , além da integração de células-tronco embrionárias12 e células-tronco pluripotentes induzidas13 no embrião. As células do melanoma humano também foram estudadas usando o ambiente embrionário do pintinho, que revelou ligações entre sua tumorigênese e o comportamento das células da crista neural14, bem como a reprogramação das células tumorais com as informações do embrião15. Este artigo descreve um protocolo especialmente adequado para estudar o comportamento de populações de células primárias e heterogêneas humanas.
Nas últimas décadas, o componente estromal de diversos tecidos tem sido estudado como fonte autóloga de células-tronco progenitoras/e por suas propriedades pró-angiogênicas e imunorreguladoras, anteriormente conhecidas como "células-tronco mesenquimais"16,17,18. A primeira dessas populações celulares a ser caracterizada foi a população de células-tronco estromais/células-tronco da medula óssea (BMSCs), que apresentam potencial osteo, adiposo e, em menor grau, condrogênico in vivo19,20. As células estromais derivadas do tecido adiposo (ADSCs) são uma população heterogênea obtida por digestão enzimática das amostras de lipoaspirado ou dermolipectomia, seguida de isolamento da fração estromal-vascular (SVF) e, finalmente, expansão em cultura21. Em cultura, essas células são fenotipicamente caracterizadas por marcadores compartilhados com outras populações mesenquimais, como CD90, CD73, CD105 e CD44, marcadores únicos como CD36 e ausência de marcadores hematopoiéticos (CD45) ou endoteliais (CD31)22. Além disso, as ADSCs têm potencial osteo, adipo e condrogênico in vitro, e o número de células-tronco/progenitoras nessa população pode ser definido pelo ensaio da unidade formadora de colônias fibroblastóides (UFC-F)22. In vivo, foi relatada a existência de células com o fenótipo ADSC nos compartimentos estromal23 e/ou perivascular24. Está ficando cada vez mais claro que, apesar de compartilhar marcadores após o cultivo in vitro, o compartimento estromal de diferentes tecidos reflete características intrínsecas de um determinado órgão, e essas populações de células têm propriedades distintas dependendo de sua fonte 17,25,26,27. Além disso, como essas células são isoladas com base em sua adesão a uma placa de cultura de células, elas podem ser compostas por células de diversas camadas germinativas28. Assim, empregar um método de xenoenxerto para estudar o potencial de diferenciação e o tropismo das células estromais de forma imparcial pode fornecer informações valiosas sobre essas populações de células para orientar o desenvolvimento de futuras terapias celulares.
O protocolo aqui descrito (Figura 1) é um método de xenoenxerto que aproveita o baixo custo e a facilidade de manipulação de embriões de pintinhos. Foi usado anteriormente para estudar o comportamento de ADSC29 humano, fibroblastos da pele29, células estromais derivadas do sangue menstrual30 e células de glioblastoma31. Este método incluirá o transplante de células como esferóides32, que podem ser preparadas a partir de qualquer população de células aderentes (Figura 2). Procedimentos cirúrgicos e a preparação de materiais cirúrgicos personalizados - os microbisturis e capilares de vidro - também serão descritos (Figura 3). As células humanas são detectadas em cortes histológicos por hibridização de sondas Alu específicas para humanos (Figura 4), eliminando assim a necessidade de marcação prévia das células enxertadas. Os resultados representativos descrevem o comportamento das ADSC humanas enxertadas tanto na região somítica ao nível do broto da asa (Figura 5, Figura 6 e Figura 7) quanto no primeiro arco faríngeo (Figura 8), bem como dos esferoides de glioblastoma primário humano enxertados no prosencéfalo (Figura 8). A migração, diferenciação e interação celular com tecidos embrionários de pintinhos serão descritas, bem como ensaios sugeridos para investigar melhor o comportamento celular usando co-coloração ou coloração de seções adjacentes.
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Todos os procedimentos in vivo utilizados neste estudo cumpriram todas as diretrizes experimentais relevantes para testes e pesquisas em animais, de acordo com as diretrizes brasileiras de uso de animais experimentais (L11794). Os protocolos utilizados para o manuseio de embriões de galinha foram todos aprovados pelo Comitê de Ética no Uso de Animais em Experimentação Científica (Centro de Ciências da Saúde da Universidade Federal do Rio de Janeiro). O uso de células humanas foi aprovado pelo Comitê de Ética do Hospital Universitário Clementino Fraga Filho (números 043/09 e 088/04). Foram utilizados ovos específicos livres de patógenos (FPS) de galinha White Leghorn (Gallus gallus).
1. Preparação de esferóides celulares
NOTA: Os esferóides celulares podem ser preparados com uma ampla gama de tipos de células, desde que sejam aderentes. Para este protocolo, células estromais derivadas do tecido adiposo humano (ADSCs) foram isoladas conforme descrito anteriormente21,27 serão utilizadas (Figura 2A). As células foram obtidas pela digestão de fragmentos de tecido adiposo ou lipoaspirados com colagenase IA por 1 h a 37 °C sob agitação, seguida de plaqueamento a 1−2 × 104 células/cm2 e incubação noturna. As células não aderentes foram descartadas e as células aderentes foram expandidas por 3-6 passagens. As ADSCs foram homogêneas para a expressão dos antígenos de superfície CD105, CD90, CD13 e CD44 e negativas para os antígenos hematopoiéticos CD45, CD14, CD34, CD3 e CD1927. Embora o método descrito aqui possa ser realizado facilmente com materiais mínimos além do que é rotineiramente usado para cultura de células, o tempo ideal de agregação e a necessidade de dissociação parcial devem ser determinados empiricamente. Métodos alternativos para a preparação de esferóides celulares podem ser empregados, como o método de gota suspensa33 ou poços revestidos de agarose34; Veja a discussão para mais detalhes. Todos os procedimentos devem ser realizados em bancada limpa e com técnicas assépticas.
2. Transplante de esferóides em embriões de galinha
3. Dissecção de tecido, fixação, processamento e preparação de cortes histológicos
4. Síntese de sondas Alu marcadas com digoxigenina por reação em cadeia da polimerase (PCR)
5. Hibridização in situ de seção com sondas Alu
6. Aquisição de imagem
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Identificação de ADSCs Alu-positivas em cortes histológicos
As sequências de Alu são elementos repetitivos que compreendem ~ 10% do genoma humano e, portanto, são excelentes alvos para identificar células humanas de maneira específica da espécie43. A hibridização in situ com sondas de DNA pode ser usada para identificar elementos genômicos em cortes histológicos, incluin...
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O protocolo aqui descrito (Figura 1) apresenta uma opção viável para a triagem do comportamento de populações primárias de células humanas in vivo, utilizando embriões de galinha como modelo. Este artigo descreve a formação de esferoides celulares (Figura 2), transplante do esferóide para o embrião de pintinho (Figura 3), processamento de espécimes e hibridização in situ<...
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Os autores não têm conflitos de interesse a divulgar.
Este trabalho foi apoiado pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ para J.B.), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq para J.B.) e Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ para J.B.). Agradecemos a T. Jaffredo (CNRS, Paris, França) pela sonda Runx2 (Cbfa1). O anticorpo HNK1 foi obtido do Banco de Hibridoma de Estudos de Desenvolvimento desenvolvido sob os auspícios do NICHD e mantido pela Universidade de Iowa, Departamento de Ciências Biológicas, Iowa City, IA 52242 EUA. Agradecemos a V. Moura-Neto por conceder acesso ao micrótomo e a R. Lent por conceder acesso ao microscópio. Agradecemos a E. Steck pela ajuda na síntese das sondas Alu .
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Animals | |||
Gallus gallus eggs | Granja Tolomei | SPF-free | White leghorn chicken |
Reagents | |||
Alcian Blue 8GX | Sigma-aldrich | A5268 | |
AluFw primers | Sigma-aldrich | OLIGO | 5’-CGA GGC GGG TGG ATC ATG AGG T-3’ |
AluRev primers | Sigma-aldrich | OLIGO | 5’-TTT TTT GAG ACG GAG TCT CGC-3’ |
Aluminum sulphate | Sigma-aldrich | 368458 | For Nuclear fast red solution preparation |
Anti-Digoxigenin-AP, Fab fragments | Roche | 11093274910 | Antibody Registry ID: AB_514497 |
Anti-Human Natural Killer 1 antibody (HNK1, CD57) | Developmental Studies Hybridoma Bank | 3H5 | Antibody Registry ID: AB_2314644 |
Anti-mouse, goat IgM-HRP | Santa Cruz Biotechnology | sc-2973 | Antibody Registry ID: AB_650513 |
Anti-mouse, goat IgG (H+L)-HRP | Novex | G-21040 | Antibody Registry ID: AB_2536527 |
Anti-Smooth Muscle Actin/ACTA2 antibody | Dako | M085129 | Antibody Registry ID: AB_2811108 |
Aquatex | Merck | 1085620050 | Aqueous mounting agent |
5-Bromo-4-chloro-3-indolyl phosphate p-toluidine salt (BCIP) | Sigma-aldrich | B8503-100MG | |
Blocking Reagent | Roche | 11096176001 | |
Citric acid | VETEC | 238 | For SSC buffer preparation |
Collagenase type IA | Sigma-aldrich | SCR103 | |
dCTP, dGTP, dATP, dTTP set | Roche | 11969064001 | |
Denhardt solution 50X | Invitrogen | 750018 | For hybridization buffer preparation |
Dextran sulphate sodium salt | Thermo Scientific | 15885118 | For hybridization buffer preparation |
DIG RNA Labeling Mix | Roche | 11277073910 | Contains Dig-11-dUTP |
DMEM low-glucose | Sigma-aldrich | D5523 | |
3,3′-Diaminobenzidine tetrahydrochloride (DAB) | Sigma-aldrich | D5905-50TAB | |
N,N-Dimethylformamide (DMF) | Sigma-aldrich | 227056 | For NBT and BCIP solution preparation |
Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma-aldrich | E6758 | For trypsin solution preparation |
Entellan new | Merck | 107961 | Non-aqueous mounting medium |
Ethanol | Proquímios | N/A | |
Fetal bovine serum | ThermoFisher | 12657029 | Inactivate at 56 °C before use |
Formaldehyde 37% solution | Proquímios | N/A | |
Formamide | Vetec | V900064 | |
Glacial acetic acid | Proquímios | N/A | |
India ink | Pelikan | 221143 | |
L-glutamine solution (200 mM) | Gibco | 25030-149 | |
Magnesium chloride | Merck | 8147330100 | For NTM buffer preparation |
Maleic acid | Sigma-aldrich | M0375-500G | For MAB buffer preparation |
Methanol | Proquímios | ||
Normal Goat Serum | Sigma-aldrich | NS02L | Inactivate at 56 °C before use |
4-Nitro blue tetrazolium chloride (NBT) | Roche | 11585029001 | |
Nuclear fast red | Sigma-aldrich | 60700 | |
Paraplast Plus | Sigma-aldrich | P3558 | |
Penicillin G sodium salt | Sigma-aldrich | P3032 | |
Phosphate buffered saline (PBS) | Sigma-aldrich | P3813 | |
Phosphomolybdic acid | Merck | 100532 | |
Proteinase K | Gibco BRL | 25530-015 | |
Salmon sperm DNA | Invitrogen | 15632011 | For hybridization buffer preparation |
Sodium chloride | Sigma-aldrich | S9888 | For SSC, MAB and NTM buffer preparation |
Streptomycin Sulfate | Sigma-aldrich | S6501 | |
Taq Polymerase kit | Cenbiot Enzimas | N/A | |
Tris-HCl | Sigma-aldrich | T5941 | |
Trypsin | Sigma-aldrich | T4799 | |
Tween 20 | Sigma-aldrich | P1379 | |
Xylene | Proquímios | N/A | |
Microscope and equipments | |||
Axioplan upright microscope | Carl Zeiss Microscopy | N/A | |
Axiovision software | Carl Zeiss Microscopy | N/A | |
Cell incubator | ThermoForma | 3110 | |
Egg incubator- 50 eggs | GP | ||
Gooseneck lamp | Biocam | N/A | For egg manipulation |
Fiji software; Cell Counter plugin | ImageJ | https://imagej.net/software/fiji/ | |
Laminar flow hood | TROX | 1385 | |
Nanodrop Lite | Thermo Scientific | ND-LITE-PR | |
Rotary microtome | Leica Biosystems | RM2125 RTS | For sectioning |
Stereomicroscope | Labomed | Luxeo 4D | For egg manipulation |
Sterilization oven | REALIS | 7261690 | For sterelization of surgical materials |
Consumables | |||
0.2 mL (PCR) polypropylene centrifuge tubes | Eppendorf | 30124707 | |
15 mL polypropylene conical centrifuge tubes | Corning | CLS430791 | |
1.5 mL polypropylene centrifuge tubes | Axygen | MCT-150-C | |
2 mL polypropylene centrifuge tubes | Axygen | MCT-200-C | |
50 mL polypropylene conical centrifuge tubes | Corning | CLS430829 | |
Barrier (Filter) Tips, 200 μL size | Invitrogen | AM12655 | For egg manipulation |
Excavated Glass Block (Staining Block) with Cover Glass | Hecht Karl | 42020010 | |
Embedding cassettes | Simport | M480 | Used as a paraffin block holder |
Glass coverslides, 24 x 40 mm | Kasvi | K5-2440 | |
Glass Pasteur pipettes 230 mm | NORMAX | 5426023 | For preparation of glass capillaries |
Microtome blades | Leica Biosystems | HIGH-PROFILE-DISPOSABLE-BLADES-818 | For sectioning |
Parafilm M | Parafilm | P7793 | |
Plastic Petri dish, 30 mm | Kasvi | K13-0035 | For egg manipulation |
Plastic Petri dish, 60 mm | Prolab | 0303-8 | For cell spheroids preparation. Should not be treated for cell adhesion. |
Silanized glass slides (Starfrost) | Knittel Glass | 198 | For sectioning |
Syringe 1 mL , Needles 26 G (0.45 x 13 mm) | Descarpack | 32972 | For egg manipulation (albumen aspiration) |
Surgical tools | |||
Aspirator tube | Drummond | 2-000-000 | For egg manipulation |
Dissection scissors | Fine Science Tools | 14061-11 | For egg manipulation |
Microforceps (tweezers) | Fine Science Tools | 00108-11 | For egg manipulation and preparation of glass capillaries |
Needle holder (adjustable dissection needle chuck) | Fisherbrand | 8955 | For egg manipulation |
Oil whetstone, 10.000 grit | N/A | N/A | For sharpening needles |
Pair of small paint brushes | N/A | N/A | For handling paraffin sections. Any brand may be used. |
Sewing needles | N/A | N/A | For sharpening into microscalpels. Any brand may be used. |
Sterile disposable scalpel No. 23 | Swann-Norton | 110 | For sectioning |
Surgical scalpel handle | Swann-Norton | 914 | For sectioning |
Wecker iris scissors, sharp/sharp | Surtex | SS-641-11 | For egg manipulation |
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