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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.
腎臓の血管(離れて糸球体からの)開発の形成と灌流が大幅に代役されている。脈管構造は、(主要な血管の外分岐される)は、血管形成および脈管形成( 新生血管形成)を介して発展するにつれて、そのような生体内超音波イメージングの樹脂キャスト、および顕微解剖として灌流マッピング技術との間の密接な関係を実証するが限定されているこれら二つのプロセス及び胚内の腎臓の構造を開発。ここでは、腎臓の灌流の個体発生を測定するためにマウス胚に子宮内心臓超音波ガイド下FITC標識トマトレクチンマイクロインジェクションでの手順を説明します。トマトレクチン(TL)は、収穫胚および腎臓を通して灌流した。ネフロン前駆細胞、ネフロン構造、尿管上皮、および血管系:組織を含む様々な腎臓構造に共染色した。 E13.5から始まる大口径容器は、しかし、末梢灌流した船がunperfused残った。 E15.5およびE17.5では、小さな末梢血管だけでなく、糸球体は、灌流さになることを始めた。この実験的手法は、胚発生中の脈管構造と血流の役割を研究するために重要である。
胚発生中に2つの別々の、まだ同時、血管のプロセスが行われます。血管新生、血管が住宅内皮前駆細胞1,2から血管のデノボ形成であり、主要な既存の容器、および脈管形成、から成長するプロセスを。後者は、主にそれが存在しない場合に起こると考えられている間に、それぞれ、前者は、血流と同義である。
血管形成への同時、腎臓前駆細胞合成、増殖、および分化の循環的かつダイナミックなプロセスは、胎生9.5(E9.5)上で展開を開始します。この時点で、尿管芽(UB)は、周囲の後腎間葉(MM)に背側に侵入し、出産3まで続く。急速に後腎キャップ間充織を凝縮にUBの繰り返しの分岐は腎臓の機能ユニットの形成、ネフロンを開始します。 UBとnephのすべての新世代ロンは、古い世代は、それらが、その後、主に血管密度の高い環境内でさらに成熟と分化を受け、内側皮質と髄質の地域、にずれている。ドレスラーらによって証明されるように、図3に、この発生学的プロセスは、UBとMMとの間のクロストーク、および細胞外因子3-6無数のように、誘導性シグナル伝達により沈殿させる。開発膵臓と腎臓内の二つの最近調査し、細胞外の要因は、酸素緊張と血流7,8が含まれています。後者は、腎臓の発生に関連して以下でさらに詳細に説明する。
血流は、潜在的ネフロン前駆細胞の分化、並びにの他の器官形成プロセス、胚血流マッピングの精密で正確な方法で果たす役割の誘導を露出させるために不可欠である。
血流を測る別の方法は、ulの処方を含むtrasoundイメージングと樹脂が9,10を投げかける。結論的に、これらのモードは、本質的に同時に、血流との間の時間的及び空間的な並置を発表し、幹細胞の分化する能力に欠けていることが示されている。レジンキャストは、例えば、成体組織内の血管パターニングの有効なモデルを提供する、しかしそのような胚の時点と同様に未熟船、で、血管が肉眼的に未発達及び漏出性である。そのため、樹脂は、しばしば多孔質の、小さな血管内に保持することができないキャスト。
これらの見かけ上の障害のために、とりわけ、我々は超音波ガイド下腎臓発生の私たちの調査に生体内で心臓内胚トマトレクチン(TL)マイクロインジェクションに組み込むことを選んだ。この手順では、同期E11.5、E13.5、E15.5およびE17.5の時点でのマウス胚の左心室にTL溶液2.5μlので満たされたマイクロピペット取り付けられた針を案内するために超音波プローブを利用する。 E17針がより発展した胚を貫通するのに十分な強さではありませんように0.5は、最新の発達時代です。
このマイクロインジェクション法の利点は豊富である。超音波ガイド下マイクロインジェクションは、動物の鼓動する心臓への胚性左心室、ソリューションの受動的かつ制御追放、心臓や周辺組織への最小限のダメージ、との突然の心不全と死の回避内注射針の正確な位置決めが可能胚全身灌流の前に。 FITC標識TLを使用することで、すべての灌流し、血管系は、内皮頂端膜に沿ってマーカーを維持します。免疫組織化学と組み合わせて、PECAM(CD31、血小板内皮細胞接着分子)、および様々な他の血管マーカーを利用して、我々は明らかに灌流および非灌流血管を区別するだけでなく、周囲の組織の任意の異常な染色を特徴付けることができる。
注:ピッツバーグ大学の施設内動物管理使用委員会は、すべての実験を承認した。
超音波マイクロインジェクションインスツルメンツおよび胚の作製
胚の2.抽出
3.注入手順
4.収穫胚および分析
血管形成は、腎臓の開発フローに先行
(腎臓を含む)胚組織の大部分はあっても初期胚の時点で、密な血管系(unperfusedと灌流さの両方)が含まれています。よりよいゲージに、我々は子宮内胎児の心臓内マイクロインジェクションでの方法を利用した開発腎臓内の血流を分析。 E17.5を通してE11.5で胚の心を識別するために、高解像度の超音波の使用により、および開腹介して単一子宮球形嚢の抽出と暴露後、我々はTLの2.5μLを注入することができました(フルオレセインイソチオシアネート(FITC)が)結合。
我々は、それぞれ、90%〜約80%の成功率との最大の成功注入E13.5およびE15.5胚の時点を、発見した。そのためE11.5で比較的未熟心の存在とE17.5での密な軟骨および骨の形成の有無、辺境のTi私のポイントは、中央の胚の時点と比較して、成功の略下確率で、注入する比較的困難である。一つは、それぞれ、E11.5およびE17.5時間ポイントと少なくとも〜50%、約30%の成功率を期待することがあります。
PECAM(CD31)、ユニバーサル内皮マーカーとの同時標識組織によって、我々は質的に三つのグループに蛍光血管や組織を分類することができます:灌流し、血管系(PECAMポジティブ&TL正)、unperfused血管系(正のPECAM)、および異常に灌流構造(TLポジティブ)。この特定の染色パターンは、私たちは空間的に灌流および非灌流( 図11)の領域を区別することができます。
E11.5で、我々は灌流血管が実際に臓器( 図12B)に侵入することなく、ウェブ状に発展腎臓をカプセル化することを発見。 E13.5では、主要な血管は、より小さな数で灌流したTL( 図12C)での染色付属品の容器。尿管上皮の一部が、これはどちら既に灌流またはによる初期胚血管の固有の漏出性にされた糸球体であることができる全体染色も見られた。 E15.5によって主要な血管は、しかしながら、糸球体の数が多いにも有意なフィルタリングが( 図12D)が発生していることを示唆し、TL汚れを保持観察することができ、灌流した。外側腎ゾーンのかなりの割合が、血流を欠くように思われるが、この時点で小さな口径血管の数は、灌流現れる。最後に、しかし、E17.5によって腎臓の大部分は、周辺領域における血管新生がないことを示すため、主に灌流を欠いている腎性ゾーン、(PECAM陽性血管内が密な)の血管系を除いて灌流した。小さな口径容器はTLを含み、灌流糸球体の平均数は劇的に有する以前の時点( 図12E)と比較して折り目。
図1。超音波プローブ、外科的ステージ、マイクロインジェクションシステム、レールシステム、及びECG /温度モニター基本セットアップ。
図2。必要な手術用機器、ソリューション、およびデバイス。(A)綿棒アプリケーター。 (B)(リング)鉗子を拡張。 (C)外科用ハサミ。 (D)ブラント先端が鉗子。 (E)ファイン鉗子。 (F)マイクロインジェクション針(Origio、#のC060609)。 (H)注入/コントローラを埋める。 (I)のリン酸緩衝生理食塩水(PBS)。 (J)ミネラルオイル(シグマアルドリッチ)。
図3。2 cmの開腹子宮上記皮下層(腹壁)を露出、麻酔をかけた母親に対して実行される。外科用ハサミと細かい鉗子を利用して、白線を露出し、表皮のカットに切開を平行にしてください。 こちらをクリックしてください図の拡大版を表示します。
図4。1-2 E15.5子宮球形嚢開腹切開を通して抽出され、露出した。 拡大表示するには、ここをクリックしてください図のバージョン。
図5。拡張する鉗子を使用して、有窓ペトリ皿にスリットを介して導かれた子宮球形嚢を露出。有窓は球形嚢の基部にぴったりと席を噛み合う。
図6。胚および壁を含むが完全に浸漬されるまで、37℃のPBSで満たされた子宮球形嚢の右側に配置された壁を含むブルー。シャーレ。クレイブロックは、腕と体と脚と尾の間にペトリ皿/胚の下にしっかりと置か。
図7。インジェクションシステムpositio NED½cmの超音波プローブの左側と下、90°である。
図8。ステージX及びY調整機構。
図9.空/デバイス、マイクロインジェクションシステム、ステージマウントを埋める。(A)ボタンを埋める。 (B)ボタンを注入。 (C)円形の針の角度調整ノブ。 (E)ファインX調整ノブ。 (F)「インジェクション」ノブ。 (G)コースX調整ノブ。 (H)ステージリボルビング高さ調節ノブ。
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図10。E15.5の心臓内TLマイクロインジェクション。ニードルチップの超音波画像が 、心臓チャンバ内に配置され、TL溶液が二つのチャンバ内で黒い影で示されている。心膜と心膜空洞が簡単に区別されている。
図11。灌流、unperfusion、および識別異常な染色の間の領域。最初のパネルはPECAM染色を示している。中央のパネルは、組織の全く同じ領域にわたってTL汚れが表示されます。尿管芽が異常に染色されている。主要な血管は、白い点線で包まれている。最後のパネルには、マージです。白い矢印は、血管漏出を示し、灰色矢印は灌流つつ容器への移行を示す。黄色の構造が完全に灌流し、血管系を表している。OAD / 52398 / 52398fig11large.jpg「ターゲット= "_空白">図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図12.胚および腎臓灌流個体発生が検討されている。(A)全体E11.5胚は、頭と尾領域内の非常に末梢血管がTLを保持し、灌流される。 (B)灌流血管は周囲の見えが、ウェブ状のパターンでE11.5の現像腎臓に組み込まれておらず、この時点での拡散染色の非常に大きな量もある。 (C)E13.5腎臓は主要な、大口径の血管が腎性ゾーン(白い点線)内の不在灌流で、腎臓(白と黄色の矢印)を通して灌流されている示しています。 (D)E15.5腎臓は、小口径を通して灌流を示し、末梢血管(黄色の矢印)、いくつかの糸球体(白矢印)し、再び周辺腎臓のマントルピースでの灌流の不在で。 (E)E17.5腎臓は糸球体を通して広大な灌流(白矢印)と小口径血管(黄色の矢印)を示している。腎性ゾーンはこの倍率で腎臓の残りの部分と区別がつかない。 図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
マイクロインジェクション麻酔と時間枠
母親の麻酔に関しては、それは気流定数(2-3 L /分)と低PSIに保つことが不可欠である。鎮静剤の流れは、約1.75から2 L / minで保持されなければならない。同時に、注射が行われている時間枠を綿密に監視し、各ごみとのために制御されなければならない。各ごみための注射の手順は45分以下に抑えます。各胚が身体と関心のある器官全体を制御し、不変の灌流を容易にするために一定の、正常な心拍数の範囲内に維持されなければならないので、この制限時間の重要性は、実験に最も重要である。我々は、胚の間に灌流パターンの疑わしい結果や変動における注射結果を長くするとすると、成功した注射( すなわち、遅い心拍数、心臓死)の発生率を低下させることを見出した。最後に、リター内の最後の注射の後、それが不可欠である胚の前に約15分を可能にするために、各胚内の適切な、完全な灌流を容易にするために収穫される。
胚の手続き治療とケア
胚の抽出の間、我々は常に胚抽出中に子宮内膜と胚の全体的な健康状態との整合性に出席することによって達成されている注射での成功の大きな率を発見した。子宮嚢と球形嚢を操作し、操縦する(PBSで飽和)繊細な綿棒アプリケーターを使用すると、作業中は母と胚の生存を確保することが不可欠である。第一に、それは子宮と胎盤の物理的な整合性が適切に維持されていることを確認することが重要です。胚への血流を妨げるか、胎盤への血流を供給する血管の著しい破損の原因となるようにして球形嚢をcontorting避ける。これはmaximuを抽出することによって達成することができる当時の1-2胚のM(初期カウント全体子宮嚢を抽出していない限り)と胎盤の基部に離れて主要な血管からアプリケーターを配置することによって。
胚性注射部位の場所
超音波装置との適切な場所にマイクロインジェクション針を案内することも、各注入の試みのために重要である。細心の注意を払うことが、センターマーカー上の左心室の位置決め及びセンタリングを考慮しなければならない。これに続いて、針が配置されている必要があり、同一のXおよびY平面上の針及び注射部位を位置合わせするだけでなく、中央のマーカーを正確にセンタリング。これが完了すると、ゆっくりと注射部位に近い針の先端を描き、心膜嚢と心臓に過度のストレスを加えない。これは、針が徐々に組織層を通過させるのではなく、それらを介して針の通過を強制することによって行われる。注入時に、それはまたリットルに重要であるOOKニードルチップ( 図10)から発せられる黒い影のために外。これは、心室の充填TL溶液を示す。針の先端が正しい位置にある場合、影が連続的に現れるべきであり、TLは、大動脈内に排出されるように消える。心膜腔はガブガブ飲むようであればしかし、これは、針がオフになっている左心室の対象とTL溶液は、心臓を囲む心膜腔を充填していることを示している。これは、簡単に微調整がまだ胚内針で起こると、そのXおよびY平面上の注射針を再配置することによって補正される一般的な間違いである。この段階で胚から針を抽出することは避けてください。
生体内マイクロインジェクションの制限に超音波ガイド下
本質的に、超音波マイクロインジェクションは、基本的な技術的な限界の数を有している。何よりもまず、マイクロインジェクション針ボリューム容量は、マウスにおいてE17.5に注射の年齢範囲を制限します。 TL溶液を2.5μlを完全にE15.5に胚を灌流する私たちの研究で示されています。しかし、ちょうどこの時点の後、血液量比TLは非常に小さいと効果的に末梢腎内皮膜をタグ付けするために希釈することになる。従って、血流の減少画像は後の時点注射で存在する。さらに、胚における骨や軟骨の形成は、このように長く噴射時間と針の頭の中で頻繁に亀裂につながる、針の先端のための天然バリアを作成します。これらの制限は、より大きな針強度および体積容量を有する新規な注射システムを利用することによって克服することができる。
代替胚血流マッピング技術
現在までに、マウス胎児の血流をマッピングする別の方法は、樹脂キャストの実装、免疫組織化学染色、および高RESOLUTを含むイオン音波イメージング。 (高度なイメージング技術の統合)樹脂キャストは、現在最も人気のある代替物であるように、これは、以下でさらに詳細に議論される。レジンキャストは出生後の臓器内の流れの正確な3次元表現の作成を可能にする。しかし、ほとんど成功は解像度における多孔血液血管系と制限によるイメージング出生前の腎組織としていたされています。比較では、共役TL汚れがより高精度につながる膜抗原を内皮接着を可能にする。他の場合には、樹脂キャスト粘度が早期より高い倍率での治験制約を作成、糸球体血管及び小さな毛細血管床に流入切り捨て。低い倍率で、この技術は、開発途上地域の関係で流れパターンを確立することで明らかに実行可能である。逆に、TLは、細胞レベルでの発達の構造への血流の相対的な高分解能の分析を可能にする。
ENT ">今後のアプリケーションと方向性我々のデータは、血流及び酸素化ネフロン前駆細胞分化に関しての重要な因子であることを示唆している。さらに腎開発における役割を解明するために、今後の調査がこの生理学的プロセスを沈殿させる基本的な解剖学的メカニズムを描くだけでなく、同様に、この現象を仲介する転写シグナル伝達経路を調べる必要があります。現象と機構との間のギャップを埋めるに関しての一つの仮説は、平滑筋細胞および周皮細胞凝集体が開発器官の幹細胞領域への血流の一時的切り捨てを組織に寄与する役割を果たしていることである。これをテストするために、さらに免疫染色および分析は、腎性ゾーン境界におけるこれらの細胞型を中心に行われなければならない。シグナル伝達経路の基礎となるの将来の研究の面では、低酸素誘導因子との役割を探求したいシグナル伝達経路フォンHippenリンダウ。これらの両方は、主に幹細胞領域(主に低酸素であると見られる)及び分化の領域(酸素の最大の必要とする領域)内で低酸素および酸素環境を維持する上で重要な誘導性の役割を果たしていると文献を通じて関与している。さらに、我々は腎臓の血管の開発を通して血管新生および血管形成の過程を媒介にエリスロポエチン(EPO)の役割を調べるしたいと思います。 EPOは内皮分化と維持に重要な役割を果たしている腎糖タンパク質である。血液を介した内皮分化におけるその役割はほとんど知られていない。最後に、我々は、さらに、これらの調査の有効性を強化するために血管拡張性化合物と生体内マイクロインジェクション実験で行いたい。
The authors declare that they have no competing financial interests.
The authors would like to thank Dr. George Gittes for advice and expertise throughout this study. SSL was supported by an American Heart Association fellowship (11POST7330002). Further to this SSL and this study was supported by an NIDDK Mentored Research Scientist Development Award (DK096996) and by the Children’s Hospital of Pittsburgh.
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 |
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