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* Estes autores contribuíram igualmente
Protocolos para transplante de células germinativas e xeno tecidos testiculares são descritos. Germinativas resultados de células de transplante em doador-derivado espermatogênese em testículos beneficiárias, bem como representa um ensaio de reconstituição funcional para identificação de células-tronco espermatogónias (SSCS). Testículo tecido xeno reproduz o desenvolvimento dos testículos e espermatogênese de espécies doadoras diferentes em camundongos receptores.
Gérmen de transplante de células foi desenvolvido pelo Dr. Ralph Brinster e colegas da Universidade da Pensilvânia, em 1994, 1,2. Estes estudos inovadores mostraram que a microinjeção de células germinativas de camundongos doadores férteis no interior dos túbulos seminíferos de ratos inférteis receptor resulta em doador-derivado espermatogênese e produção de espermatozóides pelo animal destinatário 2. O uso de machos dadores que transportem a identificação gene bacteriano β-galactosidase permitido de doador-derivado espermatogênese e transmissão de o haplótipo o dador até ao a prole, pelos animais, destinatário 1. Surpreendentemente, após o transplante para dentro do lúmen dos túbulos seminíferos, as células germinativas transplantados eram capaz de se mover a partir do compartimento luminal para a membrana cave, onde espermatogônias estão localizados 3. É geralmente aceite que SSCs só são capazes de colonizar o nicho e restabelecer a espermatogênese nos testículos beneficiários. Portanto células germinativas,transplante oferece uma abordagem funcional para estudar o nicho de células-tronco nos testículos e caracterizar supostas células-tronco espermatogônias. Até à data, o transplante de células de gérmen é usado para elucidar a biologia célula básica do caule, para produzir animais transgénicos através da manipulação genética de células germinais antes do transplante 4,5, para estudar de Sertoli interação célula a célula de gérmen de 6,7, SSC homing e colonização 3, 8, bem como SSC auto-renovação e diferenciação 9,10.
Transplante de células germinativas é também viável em grandes espécies 11. Nestes, as principais aplicações são a preservação da fertilidade, a divulgação da genética nas populações animais de elite, e geração de animais transgênicos como o estudo da espermatogênese ea biologia SSC com esta técnica é logisticamente mais difícil e caro do que em roedores. Transplante de células germinais de espécies de grande porte no interior dos túbulos seminíferos de ratos resulta em colonizatíon de células doadoras e de expansão das espermatogónias, mas não na sua plena diferenciação presumivelmente devido à incompatibilidade do compartimento da célula destinatário somática com as células germinativas a partir de espécies filogeneticamente distantes 12. Uma abordagem alternativa é o transplante de células germinativas a partir de espécies de grandes juntamente com o seu compartimento de somática circundante. Nós relatada pela primeira vez em 2002, de que pequenos fragmentos de tecido testículo a partir de machos imaturos transplantados sob a pele dorsal de camundongos imunodeficientes são capazes de sobreviver e submetidos a um desenvolvimento pleno com a produção de esperma fertilização competente 13. Desde que, em seguida, tecido testículo xeno-enxerto tem sido mostrado para ser bem sucedido em muitas espécies e emergiu como uma alternativa valiosa para estudar o desenvolvimento dos testículos e espermatogênese de animais de grande porte em camundongos 14.
PARTE A. transplante de células germinativas em camundongos
1. Preparação de camundongos de destinatário
2. Preparação de pipetas de microinjecção
3. Preparação de células do doador para o transplante
4. Transplante de procedimento (Figura 1)
5. Análise dos testículos de destinatário
PARTE B. ectópica xeno em camundongos
(De Dobrinski e Rathi 2008 15, e Rodriguez-Sosa et al. 2011 16).
1. Coleta de tecido de um doador
2. Preparação de tecido do doador
3. Castração de destinatário do mouse
4. Ectópica xeno
5. Recolha de xenoenxertos testículos para análise e colheita de esperma
PARTE resultados representativos C.
1. Gérmen de transplante de células
Se a suspensão de células transplantado doador contém células-tronco espermatogónias que transportem um marcador genético, tais como o transgene LacZ, a colonização do SSCs doadoras em que o testículo de destinatário pode ser visualizada por X-gal coloração como distintivos segmentos azuis do MEViniferous túbulos após 2-3 meses pós-transplante de 3 (Figura 2A). Uma colônia bem-estabelecida deve ter um trecho escuro de longo azul de segmentos de completamente cheios com duas ou mais camadas de células azuis mais estreitas para o centro, e as regiões coradas relativamente mais fracas em ambas as extremidades onde uma rede de único, emparelhado ou pequenos grupos de células azuis é aparente 3 (Figura 2B). A seção transversal do escuro região túbulo seminífero azul deveria revelar bem estabelecida e bem organizada espermatogênese com células germinativas azuis em vários estágios de diferenciação (Figura 2C).
2. Testículo tecido xeno
A viabilidade do tecido testicular após o transplante é inversamente correlacionado com o estágio de desenvolvimento do doador, o melhor resultado é obtido quando o tecido de machos recém-nascidos é usado, enquanto o tecido adulto mostra uma tendência de alta para se degeneram e morrem 17-21. Geralmente, o sucesso xenoenxerto diminui à medida que tecido do doador sofre-meiosis da primeira onda da espermatogênese. Tempo para a pleno desenvolvimento de tecido do doador imaturo e espermatogênese completo é específico da espécie, e muitas vezes um pouco mais curto em comparação com testículos em situ. O número de túbulos seminíferos com espermatogênese completo é variável conforme a espécie. Enquanto em ovinos, caprinos e suínos esse número é maior do que 50%, em bovinos e gatos ela é menos do que 15% 14 (Figura 3).
Figura 1. Germ procedimento de transplante de células. Coloque destinatários em decúbito dorsal após a anestesia e fazer uma ~ 0.4 polegadas incisão mediana abdominal (A). Exponha testículo mediante a retirada do almofada de gordura anexado a do epidídimo e do testículo e coloque um drape fina estéril debaixo da almofada de gordura / testículo, para melhor identificação visual (B). Posicione o testículo e epidídimo de modo que os dutos eferentes, enterrados em a almofada de gordura são discerníveis (C, D, E). Identidade dos dutos eferentes e remova cuidadosamente tecido adiposo ao redor dos ductos. Um pedaço de papel colorido ou de plástico podem ser colocadas por debaixo das dutos para melhor visualização (G). Ruptura de ou moer a ponta da pipeta de acordo com o tamanho dos ductos e suspensão célula de carga para a pipeta (H). Insira com cuidado a pipeta em um duto no feixe dos dutos eferentes, gentilmente enrosque poucos milímetros em direção ao testículo (a seta em H mostra a direção da pipeta de injeção e threading). Um testículo com injeção de sucesso em túbulos seminíferos é mostrada (I). Ts: Testículo; Ep: epidídimo.
Figura 2. Os resultados representativos para o transplante de células germinativas A) Um testículo injetados coradas com X-gal. Os segmentos azuis dos túbulos seminíferos representam colônias estabelecidas a partir de doadores transgênicos SSC (lacZ transgene). B) Maior ampliação de uma colônia SSC em 3 meses pós-transplante. Thde e região azul-escuro no centro representa a espermatogênese completa e as regiões pálidos azuis nas extremidades representam extensão crescente de a colônia. C) Um corte histológico do escuro túbulo seminífero azul (3 meses pós-transplante) mostra espermatogênese bem organizado. Barras de escala em B e C são 200 mM e 30 æM, respectivamente. (Figuras adaptado a partir Annu Célula Rev Dev Biol 2008;. 24:263-86 e Biol Reprod 1999 junho;. 60 (6) :1429-36).
Figura 3. Xeno ectópica de tecido dos testículos imaturos de animais de grande porte em ratos imunodeficientes. Fragmentos de testículo doadores imaturos (~ 1 mm 3) transplantados sob a pele dorsal de ratos imunodeficientes (A) são capazes de sobreviver e responder às gonadotrofinas do rato. Como resultado, o tecido testículo sofre de desenvolvimento completo, incluindo a formação de esperma fertilização competente (B). Uma vez xenoenxerto de testículo são coletados (C)eles podem ser usados para a análise ou para obter esperma (D) para ICSI (E) e de produção de embriões (F). Bares igualdade de 50 um (B, E e F) or 10 iM (D). (Modificado de Rodriguez-Sosa e Dobrinksi 2009 14).
1. Gérmen de transplante de células
Gérmen de transplante de células fornece o ensaio somente funcional para a confirmação inequívoca de a presença de células-tronco espermatogónias (SSCs) em uma população de células. SSC só pode casa e colonizar o nicho SSC na membrana basal e iniciar doador-derivado espermatogênese. Gérmen de transplante de células tornou possível para estudar e manipular SSCs em uma forma sem precedentes. A técnica tem sido utilizada para produzir animais transgénicos através da manipulação genética de SSCs 4; para elucidar o padrão de eficiência, e da cinética do SSC colonização 3,8; para estudar as vias de sinalização que regulam SSC auto-renovação e diferenciação 9,10; para caracterizar marcadores de superfície em SSC para a sua identificação 22,23; para estudar o ambiente nicho para SSCs 6,7,24. Além disso, o transplante de recíproca tem sido empregada para investigar se um fenótipo de infertility originado a partir de um defeito em células de Sertoli ou em células germinativas 25,26.
Para o transplante para trabalhar de forma eficiente, a escolha e tratamento dos animais receptores é importante. Os beneficiários devem ser ou geneticamente combinados a doadores ou imuno-suprimidos. Os destinatários deveriam também carecem de espermatogênese endógena: ou devido a uma mutação como em camundongos W / W V, ou renderizado infértil como um resultado de depleção de células de gérmen por irradiação ou drogas quimioterápicas, tais como O busulfan. Além disso, uma boa preparação de suspensões de doadoras de células e de aptidão, em procedimento de transplante são importantes para o sucesso da técnica como bem.
Gérmen de transplante de células tem suas próprias limitações. Não há nenhuma rápido de leitura-para fora para resultados. A análise dos testículos destinatário precisa esperar pelo menos dois meses como restabelecimento de espermatogênese completo nos receptores de outra forma inférteis acontece dois meses após o transplante 3. É isa ensaio qualitativo ou semi-quantitativa devido a grandes variações de injeção de células número e grau de destinatário supressão de células germinativas. Embora o conceito de transplante de células de gérmen tenha sido adaptado a outras espécies animais, o procedimento em si é tecnicamente diferente e um tanto mais desafiador em espécies não roedoras como um resultado das diferenças anatômicas em toda a espécies 11.
2. Testículo tecido xeno
Tecido testicular xeno funciona em muitas espécies de mamíferos e doadores é uma técnica relativamente simples. Tal como em outros tipos de transplantes, a coleção mais cedo após o tecido é transplantados, o maior chance de sucesso. Portanto, a preservação e manuseio do tecido a partir de coleção para o transplante é importante. No entanto, no nosso tecido testicular experiência não necessita de tratamento especial que não está sendo mantido refrigerado. Tecido Testículo pode ser mantida a temperatura de refrigerador até 24-36 hr,e, em seguida, fragmentos podem ser preparados para o transplante. Além disso, fragmentos de testículo frescos pode ser mantida em meio de cultura padrão a 4 ° C transplante de noite para o dia prévio, sem que um efeito perceptível sobre o resultado enxertia 27. Tecido Testículo também pode ser criopreservados se armazenamento a longo prazo é desejada. Estudos realizados em caprinos 13, suínos 13,27, e macaco 28 demonstraram que o congelamento e posterior descongelamento do tecido testicular não afeta significativamente a sua capacidade de desenvolver e produzir espermatozóides após ectópica xeno em camundongos. Criopreservação bem-sucedida de tecido de testículo pode ser alcançado por automatizado de congelamento de 28 ou convencional lento-congelamento em um banho de álcool 13,27, utilizando-se DMSO como crioprotetor em meio de padrão de tecido de cultura contendo de FBS. Para o transplante, o tecido testículo criopreservado é, então, descongeladas por métodos padrão e, subsequentemente, lavou-se em meio de cultura antes do transplante 27. Uma vez que o tisSue tem sido transplantada o mouse destinatário serve como um in vivo incubadora e nenhum grandes intervenções são obrigatórios. No entanto, em alguns casos, a suplementação com gonadotrofinas exógenas podem ser exigidos; tecido testículo partir de 6-meses-old macacos rhesus exigido injetando camundongos de destinatário por via subcutânea com 10 UI de hCG duas vezes por uma semana para atingir a espermatogênese completo de menos 6-7 meses 29.
Como mencionado acima, o melhor resultado é obtido quando o tecido a partir de machos recém-nascidos é usado. Tecido a partir de machos em que as células germinativas postmeiotic estão presentes mostra uma tendência a degenerar. No entanto, com animais imaturos recapitulação completa de o desenvolvimento dos testículos é possível e tem inúmeras aplicações clínicas e de pesquisa. Em um ambiente clínico, testículos tecido xeno-enxerto pode ser usado para a fertilidade preservação, particularmente nos machos imaturos em qual a recuperação esperma não é uma opção. Pequenos pedaços sob a forma de biópsias podem ser coletados e congelados para armazenamento a longo prazo. Quando desIred, os fragmentos podem ser descongeladas e enxertado em camundongos 27,28. Outra alternativa é a criopreservação de o esperma que é colhida a partir de xenoenxertos. Microinjeção com snap-congelado esperma a partir de xenoenxertos de testículo de suínos resultou em geração de embriões morfologicamente normais, embora a um menor eficiência em comparação com testicular, epididimal, ou ejaculou esperma 27. Depois de tecido tem desenvolvido, ele pode ser coletadas para a colheita de esperma e de esperma pode ser usado para produzir embriões in vitro 13,16,30. A limitação deste, no entanto, é o fato de que resulta o esperma não sofrem maturação epididimária e ICSI, portanto, exigem para a fertilização. Portanto, uso de xenoenxerto-derivada de esperma para a fertilização é limitado a espécies onde o ICSI tem sido estabelecidos.
Na pesquisa, testículos tecido xeno é uma alternativa atraente para estudar o desenvolvimento dos testículos e espermatogênese de espécies de grande porte em um modelo de roedor. Por exemplo, umtestículo único doador podem ser transplantadas para camundongos múltiplas. Camundongos de Destinatário pode, então, ser exposto a diferentes tratamentos, e / ou sacrificado em pontos de tempo diferentes para a recolha de xenoenxerto. Isto não só elimina os efeitos dos doadores, mas também reduz o número de machos grandes exigidos para um experimento em particular ou de estudo. Isto é particularmente importante em animais de grande porte onde os estudos que envolvam os machos numerosos são logisticamente difícil e caro, e pode transportar limitações éticas, particularmente em primatas. No entanto, as aplicações de xeno-enxerto de tecidos testículo são limitados como a manipulação de tipos de células específicas antes do transplante não é facilmente possível e eficiência da espermatogênese é baixa em espécies doadoras certas 14.
Não há conflitos de interesse declarados.
Trabalho de laboratório autores tem sido apoiada pela USDA / CSREES / NRICGP (2007-35203-18213); NIH / NCRR (2 R01 RR17359-06), NIH / NIEHS (1 R21 ES014856-01A2) e Alberta Inova - Health Solutions.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Nome do reagente | Companhia | Número de catálogo | |
Colagenase (tipo IV) | Sigma | C5138 | |
Tripsina-EDTA | Invitrogen | 25200-056 | |
DNaseI | Sigma | DN25 | |
DMEM | Invitrogen | 31053-028 | |
Trypan azul | Invitrogen | 15250-061 | |
Filtro de nylon de malha celular | BD Biosciences | 352340 (40μm) 352350 (70μm) | |
Busulfan | Sigma | B2635 | |
De parede fina capilares de vidro | Instrumento de precisão Mundial | TW 100-3 | |
BD tubulação plyethylene intramedic (PE100) | BD | CA-63018-725 | |
Ethicon fio de seda 6-0 | Ethicon | 706G | |
Grampos de sutura | BD | 427631 | |
Sigmacote | Sigma | SL2 | |
X-gal | Sigma | B4252 | |
Ferrocianeto de potássio | Sigma | P9387 | |
Ferricianeto de potássio | Sigma | P3667 | |
cloreto de magnésio | Sigma | 208337 | |
desoxicolato de sódio | Sigma | D6750 | |
N, N-Dimetilformamida | Sigma | D4551 | |
Igepal CA-630 | Sigma | 18896 |
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