Gelişimsel Kardiyotoksikliklerin Değerlendirilmesinde Tavuk Embriyosunun Güçlü Bir Araç Olarak Kullanılması
Summary
Tavuk embriyoları, klasik bir gelişim modeli olarak, laboratuvarımızda çeşitli çevresel kirleticilere maruz kalmanın ardından gelişimsel kardiyotoksioksiklikleri değerlendirmek için kullanılır. Bu yazıda maruz kalma yöntemleri ve kurulan morfolojik/fonksiyonel değerlendirme yöntemleri açıklanmıştır.
Abstract
Tavuk embriyoları gelişimsel çalışmalarda klasik bir modeldir. Tavuk embriyolarının gelişimi sırasında, kalp gelişiminin zaman aralığı iyi tanımlanmıştır ve birden fazla yöntemle hassas ve zamanında maruz kalma elde etmek nispeten kolaydır. Ayrıca, tavuk embriyolarındaki kalp gelişimi süreci memelilere benzer, ayrıca dört odalı bir kalple sonuçlanır ve gelişimsel kardiyotoksikliklerin değerlendirilmesinde değerli bir alternatif model haline getirir. Laboratuvarımızda tavuk embriyo modeli, per-ve polifloroalkil maddeler (PFAS), partikül madde (PM’ler), dizel egzoz (DE) ve nano malzemeler dahil olmak üzere çeşitli çevresel kirleticilere maruz kalmanın ardından gelişimsel kardiyotoksioksikliklerin değerlendirilmesinde rutin olarak kullanılmaktadır. Maruz kalma süresi, gelişimin başlangıcından (embriyonik gün 0, ED0) yumurtadan çıkmadan önceki güne kadar ihtİyaca göre serbestçe seçilebilir. Başlıca maruz kalma yöntemleri arasında hava hücresi enjeksiyonu, doğrudan mikroenjeksiyon ve hava hücresi solunması (başlangıçta laboratuvarımızda geliştirilmiştir) ve şu anda mevcut uç noktalar arasında kardiyak fonksiyon (elektrokardiyografi), morfoloji (histolojik değerlendirmeler) ve moleküler biyolojik değerlendirmeler (immünofistokimya, qRT-PCR, batı şişkinliği vb.) sayılmalıdır. Tabii ki, tavuk embriyo modelinin antikorların sınırlı mevcudiyeti gibi kendi sınırlamaları vardır. Bununla birlikte, daha fazla laboratuvarın bu modeli kullanmaya başlamasıyla, gelişimsel kardiyotoksikliklerin çalışmasına önemli katkılar sağlamak için kullanılabilir.
Introduction
Tavuk embriyosu, iki yüz yılı aşkın bir süredir kullanılan klasik bir gelişim modelidir1. Tavuk embriyo modeli geleneksel modellere göre çeşitli avantajlara sahiptir. Her şeyden önce, 70 yıldan daha erken bir zamanda, tavuk embriyosunun normal gelişimi hamburger-Hamilton evreleme kılavuzu2‘de çok net bir şekilde gösterilmişti Tavuk embriyosu gelişimi sırasında toplam 46 aşamanın kesin zaman ve morfolojik özelliklerle tanımlandığı ve anormal gelişimin tespitini kolaylaştırdığı. Ek olarak, tavuk embriyo modeli, miktar olarak nispeten düşük maliyetli ve yedekli olmak, nispeten doğru maruz kalma-doz kontrolleri, kabuk içinde bağımsız, kapalı bir sistem ve gelişmekte olan embriyonun kolay manipülasyonu gibi başka özelliklere sahiptir ve bunların hepsi güçlü bir toksikolojik değerlendirme modeli olarak kullanılma potansiyelini garanti eder.
Kardiyotoksiklikte, tavuk embriyosu, memeli kalplerine benzer, ancak daha kalın duvarlara sahip dört odalı bir kalbe sahiptir ve daha kolay morfolojik değerlendirmelere izin verir. Ek olarak, tavuk embriyosu memeli modellerinde mümkün olmayan gelişimsel inhalasyona maruz kalmaya izin verir: gelişimin sonraki aşamasında, tavuk embriyosu iç solunumdan dış solunuma (akciğer yoluyla oksijen almaya) geçiş yapacaktır; ikincisi, embriyonun gaga ile hava hücresi zarını deldiğini ve hava hücresini bir mini inhalasyon odası haline getiren3. Bu fenomen kullanılarak, gaz kirleticilerin kalp (ve diğer organlar) üzerindeki toksikolojik etkileri, özel soluma odası aletlerine gerek kalmadan değerlendirilebilir.
Bu yazıda, hepsi tavuk embriyosunun çevresel kirleticilere maruz kalmanın ardından gelişim kardiyotoksikliğinin değerlendirilmesinde güçlü bir araç haline getirmeye hizmet eden çeşitli maruz kalma/uç nokta değerlendirme yöntemleri açıklanmıştır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Tavuk embriyosu 200 yıldır gelişim çalışmalarında klasik bir model olmuştur1. Bu yazıda sunulan yöntemlerimiz, perflorooktanoik asit, partikül madde ve başarı 5 , 7 ,8,9,10,11,12ile dizel egzoz dahil olmak üzere çeşitli çevresel kirleticilerin değerlendirilmesinde kullanılmıştır.<sup class="xr…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (Grant No. 91643203, 91543208, 81502835) tarafından desteklendi.
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).
