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Cultures organotypique tridimensionnelle de l’utricule murin et la cochlée en défricher collagène j’ai gélifie morphologie tissulaire innée preserve optiquement, permettant une stimulation mécanique au moyen d’ajustement de la rigidité de la matrice et permettent la livraison de gène induite par le virus.
Les organes sensoriels de l’oreille interne sont difficiles à étudier chez les mammifères en raison de leur inaccessibilité aux manipulations expérimentales et d’observation optique. En outre, bien que des techniques de culture existants permettent des perturbations biochimiques, ces méthodes ne fournissent pas un moyen d’étudier les effets de la force mécanique et la rigidité des tissus pendant le développement de l’oreille interne des organes sensoriels. Nous décrivons ici une méthode pour la culture organotypique tridimensionnelle de l’utricule murine intact et cochlée qui permet de surmonter ces limitations. La technique pour l’ajustement d’une rigidité de la matrice tridimensionnelle décrite ici permet la manipulation de la force élastique s’opposant à la croissance des tissus. Cette méthode peut donc être utilisée pour étudier le rôle des forces mécaniques au cours du développement de l’oreille interne. En outre, les cultures permettent la livraison de gène induite par le virus, qui peut être utilisée pour des expériences de gain - et perte de fonction. Cette méthode de culture préserve innée des cellules ciliées et des cellules et sert comme une alternative potentiellement supérieure à la culture traditionnelle à deux dimensions des organes sensoriels vestibulaires et auditives.
L’étude de la plupart des aspects du développement des organes de mammifères a été facilitée par les systèmes in vitro . Deux méthodes principales sont maintenant utilisées pour la culture des organes sensoriels vestibulaires : flottant1 et adhérentes2 préparations. Les deux méthodes permettent l’étude des cellules ciliées vulnérabilités3 et régénération1,4 in vitro. En outre, le rôle du développement de l’encoche5,6, Wnt7,8et facteur de croissance épidermique receptor (EGFR)9,10 , signalisation des cascades dans l’oreille interne ont été établi, en partie, à l’aide de in vitro de cultures de l’épithélium sensoriel. Cependant, la différenciation et la croissance des cellules sont contrôlés, non seulement par le biais de signalisation par morphogènes, mais aussi par le biais de signaux physiques et mécaniques tels que des contacts intercellulaires, la rigidité de la matrice extracellulaire et mécaniques d’étirement ou constriction. Le rôle de ces stimuli mécaniques est difficile à étudier dans les pays en développement oreille interne in vivo. En outre, les méthodes actuelles de culture flottante et adhérentes ne conviennent pas pour ces études in vitro. Nous décrivons ici une méthode pour la culture organotypique tridimensionnelle en collagène I gelées de raideur variable. Cette méthode est en grande partie conserve l’architecture in vivo des organes sensoriels vestibulaires et cochléaires et permet d’étudier les effets de la force mécanique sur la croissance et la différenciation11.
Parce que les stimuli mécaniques sont connus pour activer les événements moléculaires en aval, tels que l’hippopotame signalisation voie12,13,14,15, il est important d’être capable de combiner la stimulation mécanique avec les manipulations génétiques et biochimiques. La méthode de culture décrite ici permet la livraison de gène induite par le virus et peut donc être utilisée pour étudier la signalisation mécanique et moléculaire au cours de l’oreille interne développement11.
Toutes les méthodes décrites ici ont été approuvés par les comités de l’Université Rockefeller d’utilisation et animalier et de l’University of Southern California.
1. (facultative) préparation du collagène I Solution de Tendons de Mouse-tail
Remarque : Collagène I solutions sont disponibles dans le commerce. Suivez les instructions du fabricant pour la préparation du gel.
2. dissection des organes vestibulaires et auditives
3. (facultatif) ajuster le collagène je Gel rigidité en ajoutant diverses Concentrations de Chondrocytes
Remarque : Modification de la méthode pour l’isolement des chondrocytes de Gosset et al. 20
4. Placer l’organe sensoriel vestibulaire ou sonore dans un collagène que je Gel
5. virales Injections dans des Cultures en trois dimensions des organes sensoriels vestibulaires et auditives
Organes sensoriels vestibulaires et auditives d’oreilles embryonnaires, cultivées en collagène 40-Pa j’ai gels imitant faible rigidité des conditions embryonnaires11, conserver les structures tridimensionnelles relativement normales (Figure 1) et l’entretien des cellules ciliées et soutenir des cellules (Figure 2 et Figure 3). Bien que soutenant la densité cellulaire diminue de plus de 30 % (test tde Student : n = 4, p < 0,004) et la densité des cellules de cheveux diminue de 60 % (test tde Student : n = 5, p < 0,0001) après 3 jours de cultures utriculaire (Figure 2 ), la région de la macula plus que doubler sur la même période de temps11 (n = 3, p = 0,0002). Cela démontre que la méthode de culture tridimensionnelle décrite ici permet une augmentation significative du nombre de soutenir des cellules11, tout en conservant 80 % des cellules de cheveux existants dans l’utricule sur une période de 3 jours. Dans les cultures en trois dimensions établies à partir d’E14.5 cochlée, les cellules progénitrices Sox2-positif différencient comme morphologiquement distinctes rangées de cellules ciliées internes et externes après 3 jours de culture (Figure 3).
L’expression des gènes peut être manipulée dans des cultures en trois dimensions des organes sensoriels vestibulaires et auditives au moyen d’une infection virale. 4hydroxytamoxifen est ajouté au milieu de culture à étiquette cellules de soutien dans les explants cochléaires établies à partir d’embryons E15.5 de LNFG-CreERT2/tdTomato souris17. Injection d’adénovirus de type 5 dans la lumière des résultats de la culture dans l’infection de cellules à base de l’orgue (Figure 4A) de soutien. Injection du même virus dans la lumière de la culture utriculaire établie à partir d’embryons E17.5, résultats principalement dans l’infection des cellules tout au long de l’épithélium sensoriel (Figure 4B) de soutien.
La figure 1. Diagrammes schématiques des dissections et microscope photonique images des cultures représentatives de l’utricule et la cochlée en collagène en trois dimensions j’ai gélifie. Schéma de principe (A), A dépeint l’épithélium sensoriel (vert) des six organes récepteurs de l’oreille interne murine. Les lignes rouges délimitent les coupes a présenté au cours de la dissection d’un utricule et la cochlée. (B) microscopie optique images illustrent la E17.5 utricule (panneau du haut) et la cochlée E14.5 (panneau inférieur) incorporé dans le collagène I gel et cultivé pendant 48 h. Les barres d’échelle représentent 100 µm. Ce chiffre a été modifié par Gnedeva et al. 11 S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
La figure 2. Cellules ciliées et des cellules de soutien dans les trois dimensions cultures utriculaire. (A) Microscopie Confocal images illustrent un utricule E18.5 avant l’explantation (panneaux supérieure) et après 3 jours dans une culture tridimensionnelle en collagène 40-Pa je gel (panneaux inférieurs). Cellules ciliées sont étiquetés pour Myo7A (verts) et soutenir les cellules pour Sox2 (rouge). La barre d’échelle représente 50 µm. (B) Quantifications de soutenir des densités cellulaires (barres rouges), la densité de cellules ciliées (barres vertes) et les zones maculaires (barres grises) dans des utricules E18.5 avant l’explantation et après que 3 jours de culture de l’orgue en trois dimensions sont représenté comme moyen ± SEMs (p < 0,001 est représenté comme ** et p < 0,0001 comme ***). Ce chiffre a été modifié par Gnedeva et al. 11 S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
La figure 3. Cellules ciliées et des cellules de soutien dans les cultures cochléaires tridimensionnels. Microscope confocal images illustrent une cochlée E14.5 avant l’explantation (panneaux supérieure) et après 3 jours dans une culture tridimensionnelle en collagène 40-Pa je gel (panneaux inférieurs). Cellules ciliées internes de Myo7A - et Sox2 positives (IHC) et des cellules ciliées (externes CCE) apparaissent dans les 4-5 rangées après 3 jours de culture. Cellules de soutien sont également étiquetés pour Sox2 (rouges). La barre d’échelle représente 25 µm. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
La figure 4. Des résultats représentatifs des infections virales dans les cultures d’organes en trois dimensions de la cochlée et l’utricule. (A) Injection d’adénovirus sérotype 5 cultures cochléaire en trois dimensions établi de LNFG-CreERT2/tdTomato26 E15.5 résultats d’embryons dans l’infection (GFP, vert) de cellules (tomate, rouge) à la base de l’organe de soutien. L’épithélium sensoriel est délimitée en gris. La barre d’échelle représente 100 µm. (B) une injection identique dans une culture utriculaire en trois dimensions établies à partir d’un embryon E17.5 se traduit par une infection (GFP, vert) de cellules (Sox2, rouge) de soutien tout au long de l’orgue. L’épithélium sensoriel est délimitée en gris. La barre d’échelle représente 100 µm. Ce chiffre a été modifié par Gnedeva et al. 11 S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Les signaux moléculaires qui médiat de la croissance et la différenciation dans l’oreille interne au cours du développement ont été étudiés intensivement5,6,7,8,9,10. Toutefois, les données obtenues dans le système utriculaire modèle suggèrent que signaux mécaniques, sentis à travers les jonctions cellulaires et l’activation de la signalisation de Hippo, également jouent un rôle important dans ces processus2,11, 22. en outre, tant l’extrusion de la mort des cellules ciliées de l’épithélium sensoriel et la formation subséquente de nouveaux récepteurs sensoriels par le biais de transdifférenciation peuvent affecter la force mécanique, captée par les résidus de cellules, ce qui leur fait de soutien à réintégrer le cycle cellulaire pendant la régénération. Le système de culture en trois dimensions décrit ici fournit un moyen expérimental d’enquêter sur le rôle de force mécanique au contrôle de la croissance au cours de l’oreille interne développement11 et, potentiellement, le rôle de la même force au cours des cellules ciliées régénération. En outre, l’approche facilite l’infection virale qui fournit une méthode de modification de l’expression des gènes dans l’épithélium sensoriel, ce qui permet une combinaison de manipulations mécaniques et moléculaires pour l’étude de la croissance et la régénération en la d’organes sensoriels de l’oreille11.
Les limites de la méthode concernent les informations minimales disponibles sur les forces endogènes et les stimuli mécaniques au cours de l’embryogénèse de l’oreille interne. Il n’existent pas de mesures de la rigidité des tissus de l’oreille interne en voie de développement à notre connaissance ; Il est donc difficile d’estimer quelle rigidité du collagène I gel correspond à des conditions in vivo . Nos observations et le modèle suggèrent que la force s’opposant à la croissance de l’utricule est faible au départ et augmente sa taille finale11l’approche de l’orgue. Par conséquent, nous émettons l’hypothèse qu’un collagène que je gel sans chondrocytes est un substrat physiologiquement pertinent permettant la culture embryonnaires organes sensoriels vestibulaires et auditives.
La méthode de culture en trois dimensions décrite ici induit la formation de nouvelles cellules de soutien dans la macule utriculaire11, tout en maintenant plus de 80 % des cellules ciliées après 3 jours de culture (Figure 2). Par conséquent, la méthode représente une alternative supérieure aux cultures bidimensionnels de l’utricule, dans laquelle seul 40 à 50 % des cellules ciliées survivre après les premières 24 h en culture5,8et peut être utilisé pour étudier les cellules ciliées vulnérabilités et la régénération in vitro.
Bien que nous démontrons la formation d’anatomiquement distinctes rangées organisées d’intérieures et extérieures des cellules ciliées de l’organe de Corti cultivé, plus de travail est nécessaire pour déterminer si la méthode de culture en trois dimensions décrite ici prend en charge normale allongement du canal cochléaire au cours du processus d’extension convergente (EC)23,24,25. CE est un processus très dynamique impliquant cell migration, réarrangement et cellules changements contact26 qui est susceptible d’être affecté par la force externe produite par les tissus entourant le canal cochléaire en voie de développement. Cette méthode préserve-t-il architecture relativement normale tissu tridimensionnel et pourrait être bénéfique pour l’étude de CE in vitro.
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Nous remercions le Dr A. Jacobo, Dr J. Salvi et A. Petelski pour leurs contributions à la recherche originale sur laquelle se fonde le présent protocole. Nous remercions également J. lamas et W. Makmura pour l’assistance technique et de l’élevage. Nous reconnaissons subvention du NIDCD formation T32 DC009975, NIDCD accorder R01DC015530, Robertson thérapeutique Development Fund et la Fondation de la famille Caruso pour financement. Enfin, nous reconnaissons le soutien du Howard Hughes Medical Institute, dont le Dr Hudspeth est un enquêteur.
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 |
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