anche le uova devono maturare
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Il lavoro presentato a Il Bottoni fa Scienza 2012 dalla 4ETRANSCRIPT
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Coltura “in vitro” di uova Anche le uova devono “MATURARE”
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La maturazione degli oociti in vitro (IVM) e la fertilizzazione (IVF) sono tecniche indispensabili che trovano applicazione sia in campo veterinario che umano. Lo sviluppo di un oocita competente per la fertilizzazione ed il successivo processo diembriogenesi dipendono da appropriati segnali provenienti dalle cellule della granulosa (CG)che, a loro volta, devono essere adeguatamente stimolate dall’oocita in crescita.
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Colture cellulari Per colture cellulari si intende cellule provenienti dalla dissociazione di tessuti animali che si
moltiplicano “in vitro” per una o più generazioni avendo perduto l’architettura del tessuto e di solito avendo subito un certo grado di differenziazione.
•Possibilità di coltivare “in vitro” diversi tipi cellulari, permettendo la sopravvivenza e la funzionalità cellulare in un ambiente diverso da quello naturale.
•Le colture cellulari vengono utilizzate nella ricerca come modello sperimentale in innumerevoli tipi di esperimenti. Esse sono utilizzate per analizzare l'effetto di farmaci e verificare la mutagenicità e cancerogenicità delle sostanze. Vengono utilizzate come modello in cui studiare effetto dell'espressione di particolari geni.
Ritorni in campo zootecnico, veterinario, clinico, medico, farmacologico.
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Colture cellulari
2D 3D
Nei sistemi in vivo lo sviluppo differisce significativamente rispetto alle cellule coltivate in 2D, soprattutto per quanto riguarda la morfologia, la cinetica di crescita, l’espressione genica ed il grado di differenziazione.
le colture cellulari tridimensionali (3D) costituiscono un approccio alternativo e/o parallelo al 2D. Esse sono il punto di legame tra la coltura cellulare tradizionale e i modelli in vivo.
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Incapsulazione di cellule vive in
membrane semipermeabili e
biocompatibili
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INCAPSULAZIONE DI CELLULE DELLA GRANULOSA (GC) PER LO SVILUPPO IN VITRO DI PSEUDOFOLLICOLI OVARICI
Follicoli primordiali ovarici sono strutture circondate da un singolo strato di cellule piatte che durante la maturazione del follicolo diventano cuboidali e si differenziano in cellule della granulosa (GC), della teca interna e della teca esterna.
Follicoli Ovarici:CELLULE DEL CUMULO
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La MEIOSILa meiosi sussiste in due divisioni nucleari (indicate come meiosi I e meiosi II) che producono un totale di quattro nuclei figli, aventi ciascuno la metà del numero dei cromosomi presenti nel nucleo di partenza.
Ia Divisione meioticaProfase ILa cromatina inizia a condensarsi e i cromosomi duplicati diventano pertanto visibili al microscopio; subito dopo, in un processo chiamato sinapsi, i cromosomi omologhi si appaiano per tutta la loro lunghezza. Formatasi questa struttura che prende in nome di tetrade può avvenire il crossing over. Metafase IFormazione del fuso mitotico e allineamento degli omologhi.Anafase II cromosomi si separano completamente e migrano verso il polo.Telofase IRiformazione dell’involucro nucleare con distribuzione asimmetrica del materiale citoplasmatico. Crossing over
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IIa Divisione meiotica Viene completata ad ogni ovulazione conferendo all’ovocita la possibilità di essere fecondato.
Profase IIAl picco pre-ovulatorio delle gonadotropine l’attività nucleare riprende: l’ovocita completa la 1° divisione meiotica ed elimina il primo globulo polare: l’ovocita ora detto secondario inizia la seconda divisione meiotica ma si arresta in MII.
Metafase IISi forma il fuso e scompare l’involucro nucleare. Comincia l’allineamento dei cromosomi: solo dopo l’ovulazione e la successiva fertilizzazione, l’ovocita completerà anche la seconda divisione meiotica con l’estrusione del secondo globulo polare.
Anafase III centromeri dei cromosomi dei cromatidi fratelli si rompono e i cromatidi si dividono, migrando ai poli opposti della cellula.Telofase IIsi riforma l’involucro nucleare ed i cromosomi si despiralizzano parzialmente.
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PROFASE I: GV visibile, assenza globulo polare
METAFASE I: assenza GV e globulo polare
METAFASE II: assenza GV, I° globulo polare
POST-MATURO: I° globulo polare visibile, degenerazione citoplasma, disomogeneo
Ovocita immaturo (profase I)
•Le cellule del cumulo possono presentare qualche grado di espansione.•Le cellule della corona sono compatte e strettamente addossate alla zona pellucida
PB
Ovocita maturo (metafase II)
•Globulo polare estruso• Cellule del cumulo espanse•Cellule della corona con tipica disposizione radiata•Cellule della granulosa, larghe e abbondanti.
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Stereomicroscopio:
Struttura pseudofollicolare dopo 48h di co-coltura 3D
(oo) oocita decumulato(zp) zona pellucida(GC) cellule granulosa(m) membrana Ba alg(c) core capsula
Adobe Photoshop X20
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CELLULE della GRANULOSA•Giunzioni comunicanti con l’ovocita
• Ruolo centrale nella maturazione del follicolo
• Regola lo sviluppo dell’oocita (controlla l’arresto meiotico e la successiva ripresa)
• Invia all’ovocita sostanze nutritive
• Segnali all’oocita per il processo di embriogenesila granulosa è controllata dall’ovocita
proliferazione, organizzazione
differenziamento, steroidogenesi
Attività ormonale CGDurante la maturazione follicolare le CG producono estrogeni, dopo l’ovulazione si differenziano e producono P4
FOLLICOLO PREOVULATORIO
FOLLICOLO POST OVULATORIO
(CORPO LUTEO)
produzionedi 17-β-estradiolo e
progesterone
prevalente produzionedi progesterone
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COLTIVAZIONE IN MONOSTRATO
ASSENZA ADEGUATA ECMADESIONE DELLE CELLULE AD UN SUPPORTO
INADATTO
MORFOLOGIA
MINOR ATTIVITÀ AROMATASICAPrevalente produzione di Progesterone
crescita bidimensionale e alterazioni morfologiche-funzionali
Monostrato
COLTIVAZIONE STRUTTURE SIMILFOLLICOLARI
PRESENZA DI ECM NATURALE/ARTIFICIALEBARRIERA SEMIPERMEABILE (LAMINA BASALE)
Produzione di 17-β-estradiolo e progesterone
3D
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Competenza di Ovociti SUINI maturati mediante co-coltura tridimensionale ed in assenza
di gonadotropine esogeneSCOPO: Realizzare una struttura pseudo-follicolare finalizzata ad ottenere elevati livelli
di maturazione di oociti di animali di interesse zootecnico,
mediante l’incapsulazione di GC immobilizzate
in una matrice extracellulare artificiale.
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Aspirazione follicoli (Ø 2-8 mm)Fluido follicolare contenente GC e oociti:
• centrifugare a 2000 giri/min.
• risospensione in terreno di coltura (HAM’S F-10)
• dosare 30 µl in piastra petri
• osservare allo stereomicroscopio
• isolare le uova in un’altra petri con 100 µl di terreno
OocitiPellet GC
Co-coltura 3D
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+ BaCl2
Sosp cellulare
Alginato di sodio
La sospensione viene estrusa in una soluzione di alginato sodico; gli ioni bario bivalenti diffondono verso la superficie esterna inducendo la gelificazione dell’alginato intorno alla sospensione cellulare con formazione di una membrana di alginato di bario all’interfaccia delle singole gocce di estruso.
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Membrana di alginato di Ba
Matrice extracellulare atificiale
Cellule della granulosa
INCAPSULAZIONEDI GC
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Pellet CG
+
BaCl2 Na alginato
GC
Ba alginato
Sospensione cps in HAM’S F-10
Inserimento oocita o complesso cumulo-oocita
Coltura in 3D
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IVM
37°C, 5% CO2 48 h
IVF
Coincubazione 37°C, 5% CO2 6 h
Incubazione 37°C 5% Co2 6 gg
Classificazione stereomicroscopica (48 h e 144 h)
Divisi Non Divisi
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SEM: oocita suino clivato dopo 48h dalla IVF; IVM in sistema 3D hormone-free (800X)
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Oociti suini in fase di divisione
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Stereomicroscopio (90X): embrione suino a 144h dalla IVF; IVM in sistema 3D hormone-free
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Oociti circondati da molte GC raggiungono una competenza di maturazione più elevata (Sirad et
al., 2006)
Conclusioni
GC necessarie per il normale sviluppo dell’oocita
Fondamentali i contatti tra oocita e cellule del cumulo
Coltura 3D non è influenzata dalla presenza di un’intatta corona radiata formazione
pseudo-cumulo
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A 144 h presenza di GC sulla superficie
esterna degli oociti:
Importanza delle GC in fase di IVM sia per diretto contatto
che per la produzione di metaboliti e cataboliti
Conclusioni
Membrana di alginato di bario simula la membrana basale in vivo
Co-coltura 3D buona efficienza nella IVM di oociti per IVF e ET senza gonadotropine esogene
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Produzione embrioni in ambito veterinario
terapia dell’infertilità umana
Conclusioni
Tecnica promettente per incrementare la qualità degli embrioni nei protocolli di IVM