تقدم هذه المقالة طريقة فريدة لتحليل تفاعلات الميكروبيوم المضيف باستخدام نظام جديد لثقافة أعضاء الأمعاء لتجارب الجسم الحي السابق.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
* These authors contributed equally
تقدم هذه المقالة طريقة فريدة لتحليل تفاعلات الميكروبيوم المضيف باستخدام نظام جديد لثقافة أعضاء الأمعاء لتجارب الجسم الحي السابق.
يسهل هيكل نسيج الأمعاء التفاعلات الوثيقة والمتبادلة بين المضيف والميكروبات المعوية. وهذه المحادثات المتبادلة حاسمة للحفاظ على التوازن المحلي والنظامي؛ التغييرات في تكوين الأمعاء الميكروبيوتا (dysbiosis) المنتسبين مع مجموعة واسعة من الأمراض البشرية. تشمل طرق تشريح التفاعلات بين المضيف والميكروبيوتا مقايضة متأصلة بين الحفاظ على بنية الأنسجة الفسيولوجية (عند استخدام نماذج حيوانية في الجسم الحي) ومستوى التحكم في عوامل التجربة (كما هو الحال في أنظمة زراعة الخلايا المختبرية البسيطة). لمعالجة هذه المفاضلة، طور يسشار وآخرون مؤخرا نظاما لزراعة الأعضاء المعوية. يحافظ النظام على بناء أنسجة القولون والسذاجة والآليات الخلوية ويسمح أيضا برقابة تجريبية مشددة ، مما يسهل التجارب التي لا يمكن إجراؤها بسهولة في الجسم الحي. وهو الأمثل لتشريح الاستجابات قصيرة الأجل لمختلف مكونات الأمعاء (مثل العناصر الظهارية والمناعية والخلايا العصبية) للاضطرابات الإنارة (بما في ذلك الميكروبات اللاهوائية أو الهوائية ، وعينات الميكروبات الكاملة من الفئران أو البشر ، والأدوية والأيض). هنا ، نقدم وصفا مفصلا لبروتوكول محسن لثقافة الأعضاء لشظايا الأمعاء المتعددة باستخدام جهاز ثقافة القناة الهضمية حسب الطلب. يمكن تصور استجابات المضيف للاضطرابات الإنارة عن طريق تلطيخ الفلورة المناعية لأقسام الأنسجة أو شظايا الأنسجة الكاملة التركيب ، أو التهجين في الموقع الفلوري (FISH) ، أو التصوير الفاصل زمنيا. يدعم هذا النظام مجموعة واسعة من القراءات، بما في ذلك تسلسل الجيل التالي، وقياس التدفق الخلوي، ومختلف المقايسات الخلوية والبيوكيميائية. بشكل عام ، يدعم نظام زراعة الأعضاء ثلاثي الأبعاد هذا ثقافة الأنسجة المعوية الكبيرة السليمة ولديه تطبيقات واسعة للتحليل عالي الدقة وتصور تفاعلات الكائنات الحية المجهرية المضيفة في بيئة الأمعاء المحلية.
الأمعاء هي عضو معقد للغاية يحتوي على مجموعة واسعة من أنواع الخلايا (الخلايا الظهارية وخلايا الجهاز المناعي والخلايا العصبية وأكثر من ذلك) منظمة في بنية معينة تسمح للخلايا بالتفاعل والتواصل مع بعضها البعض ومع المحتوى الإنعائي (الكائنات الحية الدقيقة والطعام وما إلى ذلك) 1.حاليا، والأدوات البحثية المتاحة لتحليل التفاعلات المضيف الميكروبيوتا يشمل في ثقافات الخلايا المختبرية وفي نماذج الحيوانات في الجسم الحي 2. في نماذج الحيوانات في الجسم الحي توفير بناء الأنسجة الفسيولوجية3 ولكن مع ضعف السيطرة التجريبية والقدرة المحدودة على التلاعب ظروف التجربة. في نظم زراعة المختبر، من ناحية أخرى، استخدام الخلايا الأولية أو خطوط الخلية التي يمكن أن تستكمل مع الميكروبات4،وتقديم رقابة مشددة على المعلمات التجربة ولكن تفتقر إلى تعقيد الخلوية والهندسة المعمارية الأنسجة. تسمح المقايسات المختبرية الحديثة بالاستخدام المتقدم لعينات الأنسجة البشرية الصحية والمرضية ، مثل الأجهزة العضوية الظهارية المشتقة من الماوس أو المصادر البشرية5،6، والعينات التي تحاكي البيئة الدقيقة المخاطية7. مثال آخر هو "القناة الهضمية على رقاقة" المقايسة، والتي تشمل خط الخلية الظهارية القولونية البشرية (Caco2)، مصفوفة خارج الخلية والقنوات microfluidic لمحاكاة الحالة الفسيولوجية للأمعاء ثابت8. ومع ذلك ، كما متقدمة ومبتكرة كما في عينات المختبر قد تكون ، فإنها لا تحافظ على بنية الأنسجة الطبيعية أو تكوين الخلوية السذاجة.
لمعالجة ذلك، Yissachar وآخرون وضعت مؤخرا نظام ثقافة الجهاز السابق فيفو 9 (الشكل 1) الذي يحافظ على شظايا الأمعاء سليمة ex vivo،والاستفادة من مزايا كل من فيفو وفي نماذج المختبر. ويستند هذا النظام السابق فيفو زراعة الجهاز الأمعاء على جهاز ثقافة حسب الطلب الذي يدعم ثقافة متعددة من ستة أنسجة القولون، مما يسمح بفحص المدخلات التجريبية في ظل ظروف مماثلة مع السيطرة على مدخلات النظام والمخرجات. وقد أظهرت الأعمال الأخيرة أن هذا النظام هو قيمة لتحليل الاستجابات المعوية لبكتيريا الأمعاء الفردية9, عينات الميكروبات البشرية كلها10 ونواتج الأيض الميكروبية11. ويتيح هذا النظام، لأول مرة، دراسة هذه التفاعلات المبكرة بين المضيف والميكروبيوتا مع مستوى عال من السيطرة على المكونات المضيفة والميكروبية والبيئية. وعلاوة على ذلك، فإنه يسمح بمراقبة النظام والتلاعب به طوال التجربة، في الوقت الحقيقي.

الشكل 1: تخطيطات جهاز ثقافة الأمعاء. يتم إرفاق جزء الأنسجة المعوية بالكامل بمنافذ الإخراج والمدخلات في الغرفة (العلوية) ، مع مضخات تنظم التدفق المتوسط داخل التجويف وفي الغرفة المتوسطة الخارجية. الجهاز بأكمله (أسفل) يحتوي على 6 غرف من هذا القبيل. وقد تم تعديل هذا الرقم من يسشار وآخرين 2017. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يتبع هذا البروتوكول المبادئ التوجيهية لرعاية الحيوان التي وافقت عليها لجنة الأخلاقيات لرعاية الحيوان.
1. إعداد التجربة
2. إعداد إعداد التجربة
3. ثقافات الأعضاء
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
يحافظ نظام زراعة أعضاء الأمعاء على صلاحية الأنسجة في الجسم الحي السابق. تم تقييم صلاحية الأنسجة طوال فترة الاستزراع. تم احتضان شظايا أنسجة القولون في نظام زراعة أعضاء الأمعاء وثابتة بعد 2/12/24 ساعة الثقافة. تم التحقق من سلامة طبقة الخلية الظهارية المعوية (IEC) عن طريق تلطيخ immunofluorescence باستخدام الأجسام المضادة E-cadherin و cytokeratin-18. وبالمثل، تم الكشف عن خلايا الكؤوس المملوءة بالمخاط في ظهارة القولون وإفراز المخاط داخل التجويف وكذلك انتشار الجماعة الاقتصادية الدولية في سرداب القولون، كما هو مبين في...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تصف هذه المقالة بروتوكولا محسنا لثقافات أعضاء الأمعاء الحية السابقة التي طورها Yissachar وآخرون مؤخرا (نشرت9 وبيانات غير منشورة). يدعم نظام زراعة أعضاء الأمعاء ثقافة متعددة الخلايا لشظايا الأمعاء السليمة مع الحفاظ على التدفق الإنارة. ويوفر السيطرة الكاملة على البيئة داخل وخارج الإنارة (بما في ذلك جرعة التحفيز، ووقت التعرض ومعدل التدفق) ويحافظ على بنية الأنسجة المعوية السذاجة وتعقيدها الخلوي9.
تتضمن الخطوات الهامة في البروتوكول ما يلي. (1...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.
نشكر الأعضاء السابقين والحاليين في مختبر Yissachar على مساهماتهم القيمة في تحسين بروتوكول نظام زراعة أعضاء الأمعاء. نشكر يائيل لور على تحريره النقدي للمخطوطة. وقد دعم هذا العمل مؤسسة العلوم الإسرائيلية (المنحة رقم 3114831)، ومؤسسة العلوم الإسرائيلية - البرنامج المشترك للمعهد العريض (المنحة رقم 8165162)، وصندوق غاسنر للبحوث الطبية، إسرائيل.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| <قوي>جهاز< / قوي> | |||
| 18 مقياس إبرة حادة | ماكماستر | 75165a754 | |
| 22 مقياس إبرة حادة | ماكماستر | 75165a758 | |
| لاصق لجميع الأغراض سيلانت 100٪ سيليكون | DAP | 688 | |
| مجفف فراغ مكعب VDC-21 + 2 أرفف | AAAD4021 | ||
| شريحة زجاجية 1 مم سميكة | Corning | 2947-75X50 | |
| حاضنة صغيرة im-10 | AAH24315K | ||
| MPC 301E مضخة | VI-412711 | ||
| سدادات اقتران أنبوب بلاستيكي سريع الدوران | Mcmaster | 51525k121 | |
| مآخذ اقتران أنبوب سريع الدوران | البلاستيكية Mcmaster | 52525k211 | |
| Sylgard 184 سيليكون المطاط | داو | بولي ديميثيل سيلوكسان ، أنابيب PDMS | |
| Mcmaster | 6516t11 | ||
| Zortrax M200 | Zortrax | Z-SUITE ، Autodesk Fusion 360 | |
| Zortrax M200 المواد: z-ultrat | Zortrax | ||
| < قوي > متوسط < / قوي > | |||
| B27 مكمل غذائي (50x) ، مصل خال | الحرارة فيشر العلمي | 17504044 | |
| عازلة HEPES (1 متر) | Thermo Fisher Scientific | 15630056 | |
| Dulbecco Medium Modified Iscove مع الفينول الأحمر (1x) | Thermo Fisher Scientific | 12440061 | |
| Knock-Out Serum | Thermo Fisher Scientific | 10828028 | |
| N2 Supplement (100x) | Thermo Fisher Scientific | A1370701 | |
| Non الأحماض الأمينية الأساسية (100x) | ثيرمو فيشر العلمي | 11140035 | |
| <قوي > أدوات جراحية < / مقص قوي > | |||
| كبير | Aseltech | 11-00-10 | |
| ملقط حاد | FST | 11297-10 | |
| خيط جراحي مضفر من الحرير | SMI | 8010G | |
| مقص مستقيم | FST | 14091-09 | |
| ملقط رفيع | FST | 11051-10< | |
| قوي >نظام الجهاز< / قوي> | |||
| 0.1 & مايكرو ؛ م مرشح | الحياة الجين | ||
| 0.22 & مايكرو; م مرشح | الحياة جين | ||
| 5 مل لور قفل حقنة | B-D | 309649 | |
| جرينف مجهر ستيريو | ZEISS | Stemi 305 | |
| إعادة تدوير سخان الهواء الدقيق "CUBE" | CUBE-2-LIS | ||
| حقنة | عصر جديد أنظمة مضخات المؤتمر الوطني | للطاقة النووية NEP-ne-1600-em |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.