Method Article
Culturas organotypic tridimensional del utrículo murino y cóclea en ópticamente claro colágeno geles preservar tejido natural morfología, permiten estimulación mecánica mediante ajuste de la rigidez de la matriz y permitan de genes mediada por virus.
Los órganos sensoriales del oído interno son desafiantes para estudiar en los mamíferos debido a su inaccesibilidad a la manipulación experimental y observación óptica. Por otra parte, aunque las técnicas de cultivo existentes permiten perturbaciones bioquímicas, estos métodos no proporcionan un medio para estudiar los efectos de fuerza mecánica y rigidez del tejido durante el desarrollo de los órganos sensoriales del oído interno. Aquí se describe un método de cultura organotypic tridimensional del utrículo murino intacto y cóclea que supera estas limitaciones. La técnica para el ajuste de una rigidez de la matriz tridimensional que se describe aquí permite la manipulación de la fuerza elástica contra crecimiento del tejido. Por lo tanto, este método puede utilizarse para estudiar el papel de las fuerzas mecánicas durante el desarrollo del oído interno. Además, las culturas permiten entrega de genes mediada por virus, que puede ser utilizada para experimentos de ganancia y pérdida de función. Este método de cultivo conserva innata de las células ciliadas y las células y sirve como una alternativa potencialmente superior a la tradicional cultura bidimensional de órganos sensoriales vestibulares y auditivos.
El estudio de la mayoría de los aspectos del desarrollo del órgano de los mamíferos ha sido facilitado por sistemas in vitro . Ahora se utilizan dos métodos principales para el cultivo de órganos sensoriales vestibulares: flotante1 y adherente2 preparados. Ambos métodos permiten la investigación de la célula de pelo vulnerabilidades3 regeneración1,4 y in vitro. Además, el papel del desarrollo de la muesca5,67,de Wnt8y factor de crecimiento epidérmico receptor (EGFR)9,10 señalización cascadas en el oído interno tiene se ha establecido, en parte, mediante el uso de cultivos en vitro de epitelio sensorial. Sin embargo, se controlan la diferenciación y crecimiento celular, no sólo a través de la señalización por morfógenos, sino también a través de estímulos físicos y mecánicos como contactos intercelulares, la rigidez de la matriz extracelular y mecánicos de estiramiento o constricción. El papel de tales estímulos mecánicos es un desafío para investigar en el desarrollo del oído interno en vivo. Por otra parte, los métodos existentes de cultura libre-flotación y adherentes no son adecuados para estos estudios in vitro. Aquí describimos un método de cultura organotypic tridimensional de colágeno geles de rigidez variable. En gran parte, este método conserva la arquitectura en vivo de los órganos sensoriales vestibulares y cocleares y permite la investigación de los efectos de la fuerza mecánica en el crecimiento y la diferenciación11.
Debido a estímulos mecánicos son conocidos para activar eventos moleculares posteriores, como el hipopótamo señalización vía12,13,14,15, es importante ser capaz de combinar la estimulación mecánica con manipulaciones bioquímicas y genéticas. El método de cultivo que se describe aquí permite la entrega de genes mediada por virus y puede ser utilizado para el estudio de mecánicos y moleculares de señalización durante el desarrollo de oído interno11.
Todos los métodos aquí descritos han sido aprobados por el cuidado Animal y comités de uso de la Universidad de Rockefeller y de la Universidad de California del sur.
1. (opcional) preparación del colágeno I solución de tendones Mouse-tail
Nota: Colágeno las soluciones están disponibles comercialmente. Siga las instrucciones del fabricante para la preparación del gel.
2. disección de los órganos vestibulares y auditivas
3. (opcional) ajuste colágeno Gel rigidez mediante la adición de concentraciones variables de condrocitos
Nota: Fue modificado el método para el aislamiento de condrocitos de Gosset et al. 20
4. Coloque el órgano sensorial Vestibular o auditivo en un colágeno que gel
5. virales inyecciones en cultivos tridimensionales de órganos sensoriales vestibulares y auditivos
Órganos sensoriales vestibulares y auditivos de oídos embrionarios, cultivadas en 40 Pa colágeno geles mímico rigidez bajo condiciones embrionarias11, retener relativamente normales estructuras tridimensionales (figura 1) y mantener las células de pelo y apoyo a las células (figura 2 y figura 3). Aunque apoyo la densidad celular disminuye en más del 30% (prueba tde Student: n = 4, p < 0,004) y densidad de la célula de pelo disminuye en un 60% (prueba tde Student: n = 5, p < 0.0001) después de 3 días en culturas utricular (figura 2 ), el área de la mácula más del doble respecto al mismo periodo de tiempo11 (n = 3, p = 0.0002). Esto demuestra que el método de cultivo tridimensional que se describe aquí permite un aumento significativo en el número de apoyar células11, manteniendo el 80% de las células de pelo existentes en el utrículo durante un período de 3 días. En las culturas tridimensionales establecidas de E14.5 cóclea, las células progenitoras de Sox2 positivo distinguen como morfológicamente distinguibles filas de células ciliadas internas y externas después de 3 días en cultivo (figura 3).
Expresión génica puede ser manipulada en cultivos tridimensionales de órganos sensoriales vestibulares y auditivos por medio de la infección viral. 4hydroxytamoxifen se añade al medio de cultivo para etiqueta de apoyar a las células en los explantes cocleares establecidos a partir de embriones E15.5 Lfng CreERT2/tdTomato ratones17. Inyección de adenovirus tipo 5 en la luz de los resultados de la cultura en la infección de las células en la base del órgano (figura 4A) de apoyo. Inyección del virus mismo en la luz de la cultura utricular establecida de E17.5 embrión, resultado sobre todo en infección de apoyar a las células en el epitelio sensorial (figura 4B).
Figura 1. Diagramas esquemáticos de disecciones y luz-microscópico imágenes de culturas representativas del utrículo y cóclea en tridimensional colágeno geles. Dibujo esquemático (A) A retrata los epitelios sensoriales (verde) de los seis órganos receptores del oído interno murino. Las líneas rojas delinean los recortes introducidos durante la disección de un utrículo y la cóclea. Imágenes de microscopía de luz (B) describen el utrículo E17.5 (panel superior) y E14.5 cóclea (panel inferior) en colágeno gel y cultivados durante 48 h. Las barras de escala representan 100 μm. Esta figura ha sido modificada de Gnedeva et al. 11 Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2. Las células ciliadas y células de soporte en tridimensionales culturas utricular. (A) Microscopio Confocal imágenes retratan un utrículo E18.5 antes de explantación (paneles superiores) y después de 3 días en una cultura tridimensional de colágeno de 40-Pa gel (paneles inferiores). Las células de pelo son etiquetadas para Myo7A (verde) y apoyo a las células de Sox2 (rojo). Representa a la barra de escala 50 μm. (B) cuantificaciones de soportar densidades celulares (barras rojas), densidades de células ciliadas (barras verdes) y áreas maculares (barras grises) en E18.5 utricles antes de explantación y después de 3 días en cultura de órgano tridimensional representado como medios ± SEM (p < 0,001 se representa como ** y p < 0,0001 como ***). Esta figura ha sido modificada de Gnedeva et al. 11 Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3. Las células ciliadas y células de soporte en culturas cocleares tridimensionales. Microscopio confocal imágenes retratan una cóclea E14.5 antes de explantación (paneles superiores) y después de 3 días en una cultura tridimensional de colágeno de 40-Pa gel (paneles inferiores). Células internas positivas Myo7A y Sox2 (IHC) y células de pelo externas (OHC) aparecen en filas de 4-5 después de 3 días en la cultura. Células de soporte son también el rótulo de Sox2 (rojo). La barra de escala representa 25 μm. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4. Resultados representativos de las infecciones virales en cultivos de órganos tridimensionales de la cóclea y del utrículo. (A) inyección de adenovirus serotipo 5 en culturas cocleares tridimensionales establecido de CreER LfngT2/tdTomato26 E15.5 resultados de embriones (GFP, verde) la infección de las células (tomate rojo) en la base del órgano de apoyo. El epitelio sensorial está delineado en color gris. La barra de la escala representa 100 μm. (B) una inyección idéntica en una cultura utricular tridimensional establecido a partir de un embrión E17.5 resulta en infección (GFP, green) de apoyar a las células (Sox2, rojo) a lo largo del órgano. El epitelio sensorial está delineado en color gris. La barra de la escala representa 100 μm. Esta figura ha sido modificada de Gnedeva et al. 11 Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Las señales moleculares que medie crecimiento y la diferenciación en el oído interno durante el desarrollo se han estudiaron extensivamente5,6,7,8,9,10. Sin embargo, la evidencia obtenida desde el sistema utricular modelo sugiere que señales mecánicas, detectados a través de uniones celulares y la activación de la señalización de hipopótamo, también juegan un papel importante en estos procesos2,11, 22. por otra parte, tanto la extrusión de morir las células ciliadas del epitelio sensorial y la subsecuente formación de nuevos receptores sensoriales mediante transdiferenciación pueden afectar la fuerza mecánica detectada por el residual de apoyar a las células, causando para volver a entrar el ciclo celular durante la regeneración. El sistema de cultivo tridimensional descrito aquí proporciona un medio experimental para investigar tanto el papel de la fuerza mecánica en el control del crecimiento durante el desarrollo de oído interno11 y, potencialmente, el papel de la misma fuerza en la célula de pelo regeneración. Por otra parte, el enfoque facilita la infección viral que proporciona un método de alterar la expresión de genes en el epitelio sensorial, lo que permite una combinación de manipulaciones mecánicas y moleculares para la investigación de crecimiento y la regeneración en el de órganos sensoriales del oído11.
Las limitaciones del método se relacionan con la información mínima disponible sobre las fuerzas endógenas y estímulos mecánicos durante la embriogénesis del oído interno. No existen mediciones de la rigidez del tejido en el oído interno convierte a nuestro conocimiento; por lo tanto es difícil estimar qué rigidez del colágeno gel corresponde a condiciones en vivo . Nuestras observaciones y el modelo sugieren que la fuerza de crecimiento del utrículo de la oposición es baja al principio y aumenta a medida que el órgano acerca a su tamaño final11. Por lo tanto presumimos que un colágeno que gel sin condrocitos es un sustrato fisiológico relevante en que a la cultura embrionarios órganos sensoriales vestibulares y auditivos.
El método de cultivo tridimensional descrito aquí induce la formación de nuevas células de apoyo en la mácula utricular11, manteniendo también sobre 80% de las células de pelo después de 3 días en cultivo (figura 2). El método, por lo tanto, representa una alternativa superior a las culturas de dos dimensiones del utrículo, en la que solamente 40-50% de las células de pelo sobreviven después de las primeras 24 h en cultura5,8y puede utilizarse para el estudio de las vulnerabilidades de la célula de pelo y regeneración in vitro.
Aunque nos demuestran la formación de filas organizadas anatómicamente distinguibles de internas y externas células de pelo en el órgano de Corti cultivado, más trabajo se requiere para determinar si el método de cultivo tridimensional descrito aquí soporta normal alargamiento del conducto coclear durante el proceso de extensión convergente (CE)23,24,25. CE es un proceso altamente dinámico en célula célula, migración y cambio cambios contacto26 que es susceptible de ser afectado por la fuerza externa producida por los tejidos que rodean el conducto coclear en vías de desarrollo. Este método preservar arquitectura de tejido tridimensional relativamente normal y podría ser beneficioso para el estudio de la CE en vitro.
Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecemos a Dr. A. Jacobo, Dr. J. Salvi y Petelski A. por sus contribuciones a la investigación original en que se basa este protocolo. También agradecemos a Llamas J. y W. Makmura asistencia técnica y agricultura animal. Reconocemos la beca de formación de NIDCD T32 DC009975, NIDCD conceder R01DC015530, Fondo de desarrollo terapéutico de Robertson y la Fundación de la familia Caruso para la financiación. Finalmente, reconocemos el apoyo del Instituto médico de Howard Hughes, que es un investigador Dr. Hudspeth.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
#10 Surgical Blades | Miltex | 4-110 | |
#5 Forceps | Dumont | 11252-20 | |
100 mm Petri dish | Sigma | P5856-500EA | |
250 uL large orifice pipette tips | USA Scientific | 1011-8406 | |
30 mm glass-bottom Petri dish | Matsunami Glass USA Corporation | D35-14-1.5-U | |
4 well plate | Thermo Fisher Scientific | 176740 | |
4-Hydroxytamoxifen | Sigma | H7904 | |
60 mm Petri dish | Thermo Fisher Scientific | 123TS1 | |
Acetic acid | Sigma | 537020 | |
Ad-GFP | Vector Biolabs | 1060 | |
Anti-GFP, chicken IgY fraction | Invitrogen | A10262 | |
Anti-Myo7A | Proteus Biosciences | 25-6790 | |
Anti-Sox2 Antibody (Y-17) | Santa Cruz | sc-17320 | |
Bicinchoninic acid assay | Thermo Fisher Scientific | 23225 | |
Click-iT EdU Alexa Fluor 647 Imaging Kit | Thermo Fisher Scientific | C10340 | |
Collagenase I | Gibco | 17100017 | |
D-glucose | Sigma | G8270 | |
DMEM/F12 | Gibco | 11320033 | |
Epidermal growth factor | Sigma | E9644 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Thermo Fisher Scientific | 16140063 | |
Fibroblast growth factor | Sigma | F5392 | |
Flaming/Brown Micropipette Puller | Sutter Instrument | P-97 | |
Glutamine | Sigma | G8540 | |
HBSS | Gibco | 14025092 | |
Hemocytometer | Daigger | EF16034F | |
HEPES | Sigma | H4034 | |
Insulin | Sigma | I3536 | |
Iridectomy scissors | Zepf Medical Instruments | 08-1201-10 | |
Microinjector | Narishige | IM-6 | |
Nicotinamide | Sigma | N0636 | |
PBS (10X), pH 7.4 | Gibco | 70011044 | |
PBS (1X), pH 7.4 | Gibco | 10010023 | |
Phenol Red pH indicator | Sigma | P4633 | |
Pure Ethanol, 200 Proof | Decon Labs | 2716 | |
RFP antibody | ChromoTek | 5F8 | |
Sodium bicarbonate | Sigma | S5761 | |
Sodium hydroxide | Sigma | S8045 | |
Sodium selenite | Sigma | S5261 | |
Tabletop vortex | VWR | 97043-562 | |
Transferrin | Sigma | T8158 | |
Trypan blue | Sigma | T6146 |
Solicitar permiso para reutilizar el texto o las figuras de este JoVE artículos
Solicitar permisoThis article has been published
Video Coming Soon
ACERCA DE JoVE
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos los derechos reservados