استخدام جنين الدجاج كأداة قوية في تقييم السموم القلبية التنموية
Summary
تستخدم أجنة الدجاج، كنموذج نمو كلاسيكي، في مختبرنا لتقييم السموم القلبية التنموية بعد التعرض لمختلف الملوثات البيئية. ويرد في هذه المخطوطة وصف لأساليب التعرض وأساليب التقييم المورفولوجية/الوظيفية المقررة.
Abstract
أجنة الدجاج هي نموذج كلاسيكي في الدراسات التنموية. خلال تطور أجنة الدجاج ، يتم تحديد النافذة الزمنية لتطور القلب بشكل جيد ، ومن السهل نسبيا تحقيق التعرض الدقيق وفي الوقت المناسب عبر طرق متعددة. وعلاوة على ذلك، فإن عملية نمو القلب في أجنة الدجاج مماثلة للثدييات، مما يؤدي أيضا إلى قلب من أربع غرف، مما يجعله نموذجا بديلا قيما في تقييم السموم القلبية التنموية. في مختبرنا، يتم استخدام نموذج جنين الدجاج بشكل روتيني في تقييم السموم القلبية التنموية بعد التعرض لمختلف الملوثات البيئية، بما في ذلك المواد لكل وبوليفلوروالكيل (PFAS)، والجسيمات (PMs)، وعوادم الديزل (DE) ومواد النانو. يمكن اختيار وقت التعرض بحرية بناء على الحاجة ، من بداية التطور (اليوم الجنيني 0 ، ED0) على طول الطريق إلى اليوم السابق للفقس. وتشمل طرق التعرض الرئيسية حقن خلايا الهواء، والتحنيم الدقيق المباشر، واستنشاق خلايا الهواء (التي تم تطويرها في الأصل في مختبرنا)، وتشمل نقاط النهاية المتاحة حاليا وظيفة القلب (تخطيط القلب)، والمورفولوجيا (التقييمات النسيجية) والتقييمات البيولوجية الجزيئية (الكيمياء المناعية، qRT-PCR، النشاف الغربي، وما إلى ذلك). وبطبيعة الحال، فإن نموذج جنين الدجاج له حدوده الخاصة، مثل محدودية توافر الأجسام المضادة. ومع ذلك، مع المزيد من المختبرات التي بدأت في استخدام هذا النموذج، يمكن استخدامه لتقديم مساهمات كبيرة في دراسة السموم القلبية التنموية.
Introduction
جنين الدجاج هو نموذج النمو الكلاسيكي، والذي تم استخدامه لأكثر من مائتي سنة1. نموذج جنين الدجاج له مزايا مختلفة بالمقارنة مع النماذج التقليدية. بادئ ذي بدء ، في وقت مبكر منذ أكثر من 70 عاما ، تم توضيح التطور الطبيعي لجنين الدجاج بوضوح شديد في دليل هامبورغر هاملتونالتدريج 2، حيث تم تعريف ما مجموعه 46 مرحلة خلال نمو جنين الدجاج مع الوقت الدقيق والخصائص المورفولوجية ، مما يسهل الكشف عن التطور غير الطبيعي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن نموذج جنين الدجاج له ميزات أخرى مثل كونه منخفض التكلفة نسبيا وزائدا عن الحاجة من حيث الكمية ، وضوابط دقيقة نسبيا لجرعة التعرض ، ونظام مستقل مغلق داخل القشرة والتلاعب السهل بالجنين النامي ، وكلها تضمن إمكانية استخدامه كنموذج قوي للتقييم السمية.
في السمية القلبية ، يتميز جنين الدجاج بقلب أربع غرف ، على غرار قلوب الثدييات ولكن بجدران أكثر سمكا ، مما يسمح بتقييمات مورفولوجية أسهل. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح جنين الدجاج بالتعرض للاستنشاق التنموي ، وهو أمر غير ممكن في نماذج الثدييات: خلال المرحلة اللاحقة من التطور ، سينتقل جنين الدجاج من التنفس الداخلي إلى التنفس الخارجي (الحصول على الأكسجين عبر الرئة) ؛ هذا الأخير يتطلب أن الجنين يخترق غشاء الخلية الهوائية مع المنقار ، ويبدأ في تنفس الهواء3، مما يجعل الخلية الهوائية غرفة استنشاق مصغرة. باستخدام هذه الظاهرة ، يمكن تقييم الآثار السمية لملوثات الغاز على القلب (والأعضاء الأخرى) دون الحاجة إلى أدوات غرفة استنشاق مخصصة.
في هذه المخطوطة، يتم وصف العديد من طرق تقييم التعرض/نقطة النهاية، وكلها تعمل على جعل جنين الدجاج أداة قوية في تقييم سمية القلب التنموية بعد التعرض للملوثات البيئية.
Protocol
Representative Results
Discussion
وقد تم جنين الدجاج نموذجا كلاسيكيا في الدراسات التنموية لمدة 200 سنة1. وقد استخدمت أساليبنا المعروضة في هذه المخطوطة في تقييم العديد من الملوثات البيئية، بما في ذلك حمض البيرفلوروكتانويك، والجسيمات، وعوادم الديزل مع نجاح5و7و8…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد دعم هذا العمل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (المنحة رقم 91643203، 91543208، 81502835).
Materials
| 4% phosphate buffered formaldehydefixative | Biosharp, Hefei, China | REF: BL539A | |
| 75% ethanol | Guoyao,Shanghai,China | CAS:64-17-5 | |
| Biosignaling monitor BL-420E+ | Taimeng, Chengdu, China | BL-420E+ | |
| Candling lamp | Zhenwei, Dezhou, China | WZ-001 | |
| Disposable syringe | Zhiyu, Jiangsu, China | ||
| Egg incubator | Keyu,Dezhou, China | KFX | |
| Electrical balance | OHAUS, Shanghai, China | AR 224CN | |
| Electro-thermal incubator | Shenxian, Shanghai, China | DHP-9022 | |
| Ethanol absolute | Guoyao,Shanghai,China | CAS:64-17-5 | |
| Fertile chicken egg | Jianuo, Jining, China | ||
| Hematoxylin and Eosin Staining Kit | Beyotime, Bejing, China | C0105 | |
| Histology paraffin | Aladdin, Shanghai, China | P100928-500g | Melt point 52~54°C |
| Histology paraffin | Aladdin, Shanghai, China | P100936-500g | Melt point 62~64°C |
| IV catheter | KDL, Zhejiang, China | The catheters have to be soft, plastic ones. | |
| Lentivirus | Genechem, Shanghai, China | The lentivirus were individually designed/synthesized by Genechem. | |
| Masson's trichrome staining kit | Solarbio, Beijing, China | G1340 | |
| Metal probe | Jinuotai, Beijing, China | ||
| Microinjector (5 uL) | Anting,Shanghai, China | ||
| Microscope | CAIKON, Shanghai, China | XSP-500 | |
| Microtome | Leica, Germany | HistoCore BIOCUT | |
| Microtome blade | Leica,Germany | Leica 819 | |
| Pentobarbitual sodium | Yitai Technology Co. Ltd., Wuhan, China | CAS: 57-33-0 | |
| Pipetter(10ul) | Sartorius, Germany | ||
| Povidone iodide | Longyuquan, Taian, China | ||
| Scissor | Anqisheng,Suzhou, China | ||
| Sterile saline | Kelun,Chengdu, China | ||
| Sunflower oil | Mighty Jiage, Jiangsu, China | Any commerical sunflower oil for human consumption should work | |
| Tape | M&G, Shanghai, China | ||
| Tedlar PVF Bag (5L) | Delin, Dalian, China | ||
| Vortex mixer | SCILOGEX, Rocky Hill, CT, US | MX-F | |
| Xylene | Guoyao,Shanghai,China | CAS:1330-20-7 |
References
- Kain, K. H., et al. The chick embryo as an expanding experimental model for cancer and cardiovascular research. Developmental Dynamics. 243 (2), 216-228 (2014).
- Menna, T. M., Mortola, J. P. Effects of posture on the respiratory mechanics of the chick embryo. Journal of Experimental Zoology. 293 (5), 450-455 (2002).
- Hamburger, V., Hamilton, H. L. A series of normal stages in the development of the chick embryo. Journal of Morphology. 88 (1), 49-92 (1951).
- Yamamoto, F. Y., Neto, F. F., Freitas, P. F., Oliveira Ribeiro, C. A., Ortolani-Machado, C. F. Cadmium effects on early development of chick embryos. Environmental Toxicology and Pharmacology. 34 (2), 548-555 (2012).
- Lv, N., et al. The roles of bone morphogenetic protein 2 in perfluorooctanoic acid induced developmental cardiotoxicity and l-carnitine mediated protection. Toxicology and Applied Pharmacology. 352, 68-76 (2018).
- Kmecick, M., Vieira da Costa, M. C., Oliveria Ribeiro, C. A., Ortolani-Machado, C. F. Morphological evidence of neurotoxic effects in chicken embryos after exposure to perfluorooctanoic acid (PFOA) and inorganic cadmium. Toxicology. 4227, 152286 (2019).
- Jiang, Q., Lust, R. M., Strynar, M. J., Dagnino, S., DeWitt, J. C. Perflurooctanoic acid induces developmental cardiotoxicity in chicken embryos and hatchlings. Toxicology. 293 (1-3), 97-106 (2012).
- Jiang, Q., et al. In ovo very early-in-life exposure to diesel exhaust induced cardiopulmonary toxicity in a hatchling chick model. Environmental Pollution. 264, 114718 (2020).
- Jiang, Q., Lust, R. M., DeWitt, J. C. Perfluorooctanoic acid induced-developmental cardiotoxicity: are peroxisome proliferator activated receptor alpha (PPARalpha) and bone morphorgenic protein 2 (BMP2) pathways involved. Journal of Toxicology and Environmental Health, Part A. 76 (11), 635-650 (2013).
- Jiang, Q., et al. Changes in the levels of l-carnitine, acetyl-l-carnitine and propionyl-l-carnitine are involved in perfluorooctanoic acid induced developmental cardiotoxicity in chicken embryo. Environmental Toxicology and Pharmacology. 48, 116-124 (2016).
- Zhao, M., et al. The role of PPAR alpha in perfluorooctanoic acid induced developmental cardiotoxicity and l-carnitine mediated protection-Results of in ovo gene silencing. Environmental Toxicology and Pharmacology. 56, 136-144 (2017).
- Jiang, Q., et al. Particulate Matter 2.5 Induced Developmental Cardiotoxicity in Chicken Embryo and Hatchling. Front Pharmacol. 11, 841 (2020).
- Molina, E. D., et al. Effects of air cell injection of perfluorooctane sulfonate before incubation on development of the white leghorn chicken (Gallus domesticus) embryo. Environmental Toxicology and Chemistry. 25 (1), 227-232 (2006).
- Crump, D., Chiu, S., Williams, K. L. Bis-(3-allyl-4-hydroxyphenyl) sulfone decreases embryonic viability and alters hepatic mRNA expression at two distinct developmental stages in chicken embryos exposed via egg injection. Environmental Toxicology and Chemistry. 37 (2), 530-537 (2018).
- Franci, C. D., et al. Potency of polycyclic aromatic hydrocarbons in chicken and Japanese quail embryos. Environmental Toxicology and Chemistry. 37 (6), 1556-1564 (2018).
- Rand, M. D., et al. Developmental exposure to methylmercury and resultant muscle mercury accumulation and adult motor deficits in mice. Neurotoxicology. 81, 1-10 (2020).
- Tanaka, T., Suzuki, T., Inomata, A., Moriyasu, T. Combined effects of maternal exposure to fungicides on behavioral development in F1 -generation mice: 2. Fixed-dose study of thiabendazole. Birth Defects Research. , (2020).
- Kofman, O., Lan, A., Raykin, E., Zega, K., Brodski, C. Developmental and social deficits and enhanced sensitivity to prenatal chlorpyrifos in PON1-/- mouse pups and adults. PLoS One. 15 (9), 0239738 (2020).
- Kischel, A., Audouard, C., Fawal, M. A., Davy, A. Ephrin-B2 paces neuronal production in the developing neocortex. BMC Developmental Biology. 20 (1), 12 (2020).
- Okolo, F., Zhang, G., Rhodes, J., Gittes, G. K., Potoka, D. A. Intra-Amniotic Sildenafil Treatment Promotes Lung Growth and Attenuates Vascular Remodeling in an Experimental Model of Congenital Diaphragmatic Hernia. Fetal Diagnosis and Therapy. , 1-13 (2020).
- Vyslouzil, J., et al. Subchronic continuous inhalation exposure to zinc oxide nanoparticles induces pulmonary cell response in mice. Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 61, 126511 (2020).
- Wahle, T., et al. Evaluation of neurological effects of cerium dioxide nanoparticles doped with different amounts of zirconium following inhalation exposure in mouse models of Alzheimer’s and vascular disease. Neurochemistry International. 138, 104755 (2020).
- Tanabe, K. Three-Dimensional Echocardiography- Role in Clinical Practice and Future Directions. Circ J. 84 (7), 1047-1054 (2020).
