The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
This translation into Russian was automatically generated through Google Translate.
English Version | Other Languages
Basic Medical Sciences, University of Arizona College of Medicine - Phoenix
This article is a part of JoVE General. If you think this article would be useful for your research, please recommend JoVE to your institution's librarian.
Recommend JoVE to Your LibrarianCurrent Access Through Your IP Address
Current Access Through Your Registered Email Address
Radtke, A. L., Herbst-Kralovetz, M. M. Culturing and Applications of Rotating Wall Vessel Bioreactor Derived 3D Epithelial Cell Models. J. Vis. Exp. (62), e3868, doi:10.3791/3868 (2012).
Все шаги должны быть выполнены в соответствии BSL-2 в условиях ламинарном боксе.
1. Подготовка STLV биореактора
2. Подготовка микроносителей бисера
3. Посев эпителиальных клеток и бисер в STLV биореактора
4. Культивирование, отбор проб, и фото документация культур
5. Передача и сбор урожая агрегатов
6. Потенциальные анализ, приложения и анализы проводились с Агрегаты

7. Представитель Результаты
Примеромдифференцированных человеческих эпителиальных совокупности выросли в системе биореактора STLV можно увидеть на рисунке 2. SEM и TEM изображения собраны из человеческих вагинальных клеток, выращенных в STLV на 39 дней, где microridges, инвагинации, внутриклеточные везикулы секреторную и микроворсинок на апикальной поверхности можно наблюдать. Дальнейшие демонстрации в естественных условиях, как характеристика эпителиальных клеток, выращенные в биореакторе можно наблюдать с помощью конфокальной микроскопии иммунофлуоресценции изображения (рис. 3) 3-D клеток вагинального выражения муцина (MUC1) и маркеров, специфичных для эпителиальных клеток (ЕКА) и терминальной дифференцировки (Involucrin; INV).
Как показала практика, 3-D отображение агрегатов ультраструктурные особенности, подобные ткани, однако их более физиологически соответствующих фенотипов также служить в качестве отличной платформы для оценки токсичности веществ. Анализ МТТ, широко используемый тест для оценки жизнеспособности клеток, обмена веществ и пролиферацииТион, может быть использован для измерения токсичности различных химических веществ и соединений (рис. 4). Тритон Х-100, моющие средства, которые разрушают клеточные мембраны, был использован в качестве положительного контроля для проверки МТТ анализа. Дополнительный метод для измерения токсичности после лечения тест соединений трипанового синего исключения (рис. 5). После лечения с ноноксинол-9 (N-9), вагинальный агрегаты продемонстрировали токсичность ответ похож на шейный модели эксплантов, но другого профиля по сравнению с 2 монослоев, 16.
Дополнительные исследования, которые демонстрируют способность эпителиальных клеток, выращенные в биореакторе, функционировать и сигнал аналогично ткани в естественных условиях, можно наблюдать на рисунке 6. При стимуляции с молекулами происходит от микробов, которые признаны Толл-подобные рецепторы (TLR), агрегаты отвечают и выделять провоспалительных цитокинов, включая IL-6 1.Экспрессия рецепторов прогестерона (PR), рецептор, который реагирует на гормональной стимуляции, можно наблюдать и в вагинальном клетки как на РНК и белка (рис. 7 и рис 8, соответственно). 3-D агрегаты не только иметь возможность реагировать на возбудителя и гормон молекулы, но также в состоянии поддерживать функционально вирусом простого герпеса 2 типа (ВПГ-2) инфекции. Конфокальной микроскопии изображение ВПГ-2 инфицированным 3-D вагинальный агрегатов (рис. 9) показывает, инфекции. Параллельная 2-D влагалищного эпителия клеточных культур не показываются в результате тяжелой сотовой разрушения, вызванные ВПГ-2 инфекции. RWV-производных 3-D агрегаты были также использованы для количественного бактериальной и вирусной репликации с помощью внутриклеточных кривых роста и доска анализы, соответственно 8, 9. И, наконец, физические и функциональные свойства отдельных клеток в агрегатах также могут быть количественно с помощью проточной цитометрии. Для exampле, мы использовали тест проточной цитометрии для оценки MUC1 поверхности выражение отдельных вагинальные клетки (рис. 10). Вагинальные 3-D агрегатов выразили низкий процент MUC1 (27,7%) по сравнению с моно (67,2%). Низкий процент MUC1 на 3-D поверхности агрегатов по сравнению с монослои может быть результатом большинства MUC1 время выделяется из клеток наблюдается в вагинального тракта 17, 18.

Рисунок 1. Схема для культивирования человеческих эпителиальных клеток в RWV и потенциальных приложений, использующих RWV производных агрегатов.) Эпителиальные клетки сначала выращивают как монослоев в колбе культуре ткани. После сливной клетки удаляются из колбы и в сочетании с бисером микроносителей в биореакторе STLV. Шкала бар. 80 мкм B) STLV вращается на платформу для создания постоянной среде, свободной от падения низкой еLUID сдвига, что позволяет клеткам и размножаются на четках образуя видимые сотовых агрегатов. C) После 96 часов, средств массовой информации в STLV должны быть изменены, чтобы приспособить для клеточного метаболизма. Средства массовой информации выливается в сторону порта, свежие медиа заменяется через прилагаемый шприц 10 мл (поршень удалены), а поршни шприцев заменены и используется для выдавливания пузырей. D) После ~ 5 дней (д) агрегаты начинают формироваться . Агрегаты отбираются каждые 7 дней и отображаемого с помощью световой микроскопии для контроля за их развитием прогрессии (20x увеличением 3-D человеческих эпителиальных клеток вагинального). E) После завершения образования агрегатов и клеточной дифференцировки произошло, агрегаты собирают из биореактора и переносят в 50 мл коническую трубку. F) Агрегаты могут быть посеяны на 1,5 мл трубки или нескольких хорошо пластины формата для проведения экспериментального исследования и анализы. G) План Потье ntial тестов и анализов, которые могут быть проведены на агрегатах. Это представительский список анализ не претендует на исчерпывающий каталог всех потенциальных приложений вниз по течению.

Рисунок 2. Изучение морфологических и структурных характеристик 3-D эпителиальные клетки агрегатов с помощью электронной микроскопии. (А), сканирующей электронной микроскопии (SEM) образ 3-D человеческих эпителиальных вагинальных совокупности клеток. Масштаб бары: 200 мкм (100x), 100 мкм (200x), 50 мкм (500x). Просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) образ 3-D человека эпителиальные клетки вагинального совокупности со стрелками (B) внутриклеточные везикулы секреторную и микроворсинок или (C) "цитоплазматических процессов». Масштаб бары: 2 мкм (с изменениями от Хельм и др. 2010г.) 2.
g3.jpg "/>
Рисунок 3. Конфокальной микроскопии иммунофлуоресценции используется для идентификации соединительных дифференциации и белков-маркеров в 3-D эпителиальные клетки агрегатов. Человека 3-D вагинальных клеток, полученных из биореактора после 32 дней, фиксированных и окрашенных (A) муцина антител MUC1, (B) антитела, специфичные для эпителиальных клеток, ЕКА, или (C) анти-Involucrin (INV) антитело, которое распознает терминально дифференцированных клеток эпителия. Агрегаты были косвенно помечены Alexa 488 вторичных антител (зеленый). Шкала бар: 60 мкм (с изменениями от Хельм и др. 2010г.) 2.

Рисунок 4. МТТ тест используется для измерения сотовой жизнеспособность. Человека 3-D вагинальный агрегаты были посеяны в 24-луночного планшета и обрабатывают СМИ в одиночку (без лечения) или 0,01%, 0,1% или 1,0% Тритон Х-100 моющее средство в течение 1 ч при температуре 37 ° C. Followin г лечение, средства массовой информации была удалена и анализа МТТ был выполнен для измерения сотовой жизнеспособность. Представляет ** р <0,001; односторонний Стьюдента-тест сравнения Тритон Х-100 обработанных клеток с необработанным контролем.

Рисунок 5. Использование 3-D эпителиальные клетки агрегатов на экране токсичность соединений. (А), ноноксинол-9 (N-9) дозозависимое кривая жизнеспособности 24 ч после обработки 3-D человека влагалищного эпителия модель клетки (красная линия / бар) по сравнению с же типа клеток выращивают как сливной монослоя (черная линия / бар). (B) N-9 TC 50 уровней влагалищного эпителия клеточных культур в (A) на 1,5 часа, 4 часа, 8 часов и 24 часов после лечения. * Представляет р <0,05; односторонний Стьюдента-тест сравнения монослоев в 3-D клеток в каждой экспозиции. (С изменениями по Хельм и соавт. 2010) 2.
/ Files/ftp_upload/3868/3868fig6.jpg "/>
Рисунок 6. Анализ продукции цитокинов в 3-D эпителиальных клеток в ответ на звонок, как рецепторы (TLR) агонист стимуляции. Три-D человека вагинальные клетки стимулировали FSL-1 (TLR2 / 6), PIC (TLR3), флаг (TLR5) и CL097 (TLR7 / 8) в течение 24 ч и секретируемых цитокинов измеряли цитометрии шарик массива. IL-6 показано, как представитель провоспалительных цитокинов производства и измерить. * Представляет р <0,05; односторонний Стьюдента-тест сравнения стимулировали образцы PBS группы. (С изменениями по Хельм и соавт. 2010) 2.

Рисунок 7. Контроль экспрессии генов в 3-D эпителиальных клеток. Полу-количественный ПЦР-анализ рецепторов прогестерона (PR) выражение в монослоя (ML) или 3-D человека вагинальных эпителиальных клеток. GAPDH показан как управления загрузкой. Усиление продукцииуказаны в результате стенограмму выражений, имевших место после 30 циклов ПЦР. стрелок указывают на PR группы только происходящих в 3-D образца.

Рисунок 8. Экспрессии белка анализа 3-D эпителиальных клеток. Вестерн-блот анализе монослоя и 3-D человека вагинальных эпителиальных клеток все клеточные лизаты (30μg) исследовали с анти-рецепторов прогестерона (PR) антител. β-тубулина был использован в качестве зонда для загрузки контроля.

Рисунок 9. Три-D человека эпителиальные клетки модель поддерживает продуктивной вирусной инфекции. Конфокальной микроскопии иммунофлуоресценции изображения 3-D человека влагалищного эпителия совокупности клетки, инфицированные ВПГ-2. Клетки были заражены при МВД 1.0 в течение двух часов, промывают, фиксированных 24 часов после заражения (4% PFA) и окрашивали ВПГ-2 с конкретными VP5apsid антител (зеленый) и ядерной окраски DAPI (синий). Шкала бар: 50 мкм.

Рисунок 10. Индивидуальный анализ клетки в 3-D модель человеческого эпителия клетки с помощью проточной цитометрии. (A) монослоя или (B) 3-D человека влагалищного эпителия агрегаты были диссоциированы с ЭДТА, меченные FITC конъюгированных антител MUC1 (синий), изотипа управления (зеленый), или PBS (красный), и FITC выражение количественно проточной цитометрии. Номера представляют собой процент клеток, которые окрашивали положительный муцина антитела, которые остались после Память фоновой флуоресценции от изотипа контроль окрашенных клеток. Неоднородные пики являются результатом множества glycosolation модели и разные уровни MUC1 на поверхности этих клеток.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Использование технологии RWV биореактор, представленные здесь может дать исследователям возможность для продвижения своей нынешней системе культуры клеток на более физиологически соответствующих органотипической модели культуры клеток. Ячейка RWV биореактор культуры система обеспечивает низкий микроокружения сдвига, что позволяет клеткам формировать 3-D сотовых агрегатов в естественных условиях подобные характеристики, включая плотные соединения, муцина производство внеклеточных процессов (например, микроворсинки), а также сотовые полярности. Большая часть данных и примеры, представленные здесь используют вагинальные эпителиальных клеток, выращенных в системе RWV, однако система RWV также был использован для культуры других типов клеток эпителия в том числе тонкой и толстой кишки, легких, мочевого пузыря, печени и эпителиальных клетках миндалин форме 3-D модели органотипической 1, 7-13, 18. Кроме того, эта система была использована для культуры клеток, отличные от эпителиальных клеток, и в настоящее время разработки сложных многоклеточныхlular органотипической модели культуры есть 2 стадии, 18.
Протоколы, изложенные здесь призваны служить в качестве руководства, и, возможно, должны быть изменены основанные на типе клеток, представляющих интерес. Наиболее распространенные изменения в протокол для культивирования эпителиальных клеток в системе RWV включать продолжительность клетки культивировали в STLV, решения и сроки передачи от совокупности STLV к HARV, и клетки / гранулы соотношение для начальной посева в STLV. Более специализированные модификации, которые могут рассматриваться для успешного формирования совокупности являются собственностью микроносителей шарик или леса, такие как площадь, диаметр, форма, поверхность покрытия, плотность заряда, основного материала, и пористость. Кроме того, изменения в среде базы культуры, разработке, или добавки, которые могут потребоваться для оптимизации условий культивирования и максимального совокупного образования. Корректировки могут быть сделаны в систему биореакторов и ее компонентов, вcluding размера биореактора судна и скорости вращения. Для расширенной оценки микросреды в биореактор, перфузией системе культуры также доступна, который позволяет для непрерывного контроля рН, кислорода и глюкозы в культуре судно обеспечения плодовитый условия для образования агрегатов. Потенциально длительное время для оптимизации условий культивирования, образования агрегатов, клеточной дифференцировки и охарактеризовать каждую новую модель системы, а также начальный счет биореактора системы, заслуживают внимания, недостатки этой системы. Тем не менее, любая новая система культуры осуществляется в лаборатории будет иметь такие же недостатки.
Мы и другие показали, что RWV производных моделей использования человеческих клеток может быть ценным инструментом для прогнозирования эффективности, токсичности и фармакокинетике вакцины, бактерицидных средств, биологических и фармацевтических препаратов таким образом, что имеет отношение к людям 1, 2, 18. С успехом йявляется биореактор системе культуры для производства подлинных человеческих реакций, в сочетании с гибкостью применения системы биореактора RWV в настоящее время расширяется до таких областях, как моделирование опухоли, регенеративной медицины, и тканевой инженерии 2, 18-23. Для продвижения нашей RWV генерируемых слизистой модели мы работаем, чтобы создавать более сложные многоклеточные системы, которая повторяет структуру и функции человеческого слизистых тканей. Тем не менее, авторы признают, что это может быть необходимо использовать или интегрировать несколько модельных систем для воспроизведения сложных взаимодействий, что лекарства или вакцины с человека физиологических систем. В целом, наша цель использования RWV биореактор и его экспериментального приложения, чтобы лучше понять биологию слизистых тканях и клеточных реакций на неблагоприятная экологическая обстановка в человеческом органотипической моделей.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Авторы не имеют ничего раскрывать.
Авторы хотели бы поблагодарить Брук Хельм ее техническую экспертизу и Андрей Ларсена за его анализа белков. Эта работа была частично финансируется Альтернативы развития исследований Фонда (MMHK) грант NIH и NIAID передаваемых половым путем и противомикробных средств совместной научно-исследовательский центр IU19 AI062150-01 (MMHK). Мы выражаем глубокую признательность биологии размножения для повторного использования цифр.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A21131 | Used at 1:500 dilution |
| FACSDiva | BD Biosciences | Flow cytometer | |
| β-tublin antibody | Calbiochem | 654162 | Used at 1:5000 dilution |
| Bio-Plex 2000 | Bio-Rad | 171-000205 | v5 software |
| Bioreactor and components | Synthecon | RCCS-4 | |
| Cell strainer | BD Biosciences | 352340 | 40μm pore size |
| Conical tube (50mL) | Corning | 5-538-60 | |
| Coverslips | VWR international | 48366067 | |
| Cytokine bead array kits | Bio-Rad | Custom human kit | |
| Cytodex beads | Sigma-Aldrich | C3275 | |
| DPBS | GIBCO, by Life Technologies | 14190 | |
| EDTA | Sigma-Aldrich | ED-500G | Ethylenediaminetetraacetic acid |
| Epithelial specific antibody (ESA) | Chemicon International | CBL251 | Used at 1:50 dilution |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | GIBCO, by Life Technologies | 10438 | Heat inactivated |
| HARV (Disposable) | Synthecon | D-405 | |
| Hydrochloric acid | Sigma-Aldrich | 258148 | 37% |
| Involucrin antibody | Sigma-Aldrich | I 9018 | |
| Microscope slides | VWR international | 16004-368 | |
| MTT reagent | MP Biomedicals | 194592 | 3-(4,5-Dimethylthiazolyl 1-2)-2,5-Diphenyl Tetrazolium Bromide |
| MUC1 antibody (microscopy) | Santa Cruz Biotechnology, Inc. | Sc-7313 | Used at 1:50 dilution |
| MUC1 antibody (flow cytometry) | BD Biosciences | 559774 | Also called CD227, use 20μL per test |
| Paraformaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 15710 | Diluted to 4% in DPBS |
| Petri dish (small) | BD Biosciences | 353002 | |
| Polystyrene tube with filter | BD Biosciences | 352235 | |
| Polystyrene flow tube | BD Biosciences | 352058 | |
| PR antibody | Dako | M3569 | Used at 1:100 dilution |
| ProLong Gold | Invitrogen | P36931 | Mounting media with DAPI |
| RNeasy Mini Kit | Qiagen | 74903 | |
| Sodium dodecyl sulfate | Sigma-Aldrich | 71725 | |
| Sterilization pouch | VWR international | 11213-035 | |
| Stopcocks (one-way) | MedexSupply | MX5061L | |
| Syringe (10mL) | BD Biosciences | 309604 | Luer-lock tip |
| Syringe (5mL) | BD Biosciences | 309603 | Luer-lock tip |
| Trypan Blue | Invitrogen | T10282 | |
| Vp5 antibody | Santa Cruz Biotechnology, Inc. | sc-13525 | HSV-2 antibody Clone 6F10; used at 1:5000 dilution |