Name: 人鼻上皮细胞球体的生成与个体化囊性纤维膜电导调节的研究 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-11T14:45:00.000+00:00
Duration: 8 min
Description: 学习利用人鼻上皮细胞生成三维球状体以研究囊性纤维化跨膜电导调节因子功能。该方法可在体外模型中评估个体对CFTR调节药物的反应，为囊性纤维化治疗研究提供快速可靠的个性化检测工具。

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本工作由囊性纤维化基金会治疗部资助，资助编号为 CLANCY14XX0，以及通过囊性纤维化基金会资助，资助编号为 CLANCY15R0。作者谨此感谢 Kristina Ray 在患者招募和监管监督方面提供的协助。作者还感谢由囊性纤维化基金会支持的 HNE 工作组，该工作组协助建立了 HNE 培养能力：Preston Bratcher、Calvin Cotton、Martina Gentzsch、Elizabeth Joseloff、Michael Myerburg、Dave Nichols、Scott Randell、Steve Rowe、G. Marty Solomon 和 Katherine Tuggle。

<ol><li>Rowe, S. M., Miller, S., Sorscher, E. J. <a target="_blank" href="http://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMra043184">Cystic fibrosis.</a> N Engl J Med. 352 (19), 1992-2001 (2005).</li>
<li>Rommens, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+the+cystic+fibrosis+gene%3A+chromosome+walking+and+jumping%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Identification of the cystic fibrosis gene: chromosome walking and jumping.</a> Science. 245 (4922), 1059-1065 (1989).</li>
<li>Anderson, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nucleoside+triphosphates+are+required+to+open+the+CFTR+chloride+channel%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Nucleoside triphosphates are required to open the CFTR chloride channel.</a> Cell. 67 (4), 775-784 (1991).</li>
<li>Boucher, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+airway+ion+transport.+Part+one%5BTitle%5D)+AND+%22Am+J+Respir+Crit+Care+Med%22%5BJournal%5D)">Human airway ion transport. Part one.</a> Am J Respir Crit Care Med. 150 (1), 271-281 (1994).</li>
<li>Ehre, C., Ridley, C., Thornton, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cystic+fibrosis%3A+an+inherited+disease+affecting+mucin-producing+organs%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Biochem+Cell+Biol%22%5BJournal%5D)">Cystic fibrosis: an inherited disease affecting mucin-producing organs.</a> Int J Biochem Cell Biol. 52, 136-145 (2014).</li>
<li>Accurso, F. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+VX-770+in+persons+with+cystic+fibrosis+and+the+G551D-CFTR+mutation%5BTitle%5D)+AND+%22N+Engl+J+Med%22%5BJournal%5D)">Effect of VX-770 in persons with cystic fibrosis and the G551D-CFTR mutation.</a> N Engl J Med. 363 (21), 1991-2003 (2010).</li>
<li>De Boeck, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficacy+and+safety+of+ivacaftor+in+patients+with+cystic+fibrosis+and+a+non-G551D+gating+mutation%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cyst+Fibros%22%5BJournal%5D)">Efficacy and safety of ivacaftor in patients with cystic fibrosis and a non-G551D gating mutation.</a> J Cyst Fibros. 13 (6), 674-680 (2014).</li>
<li>Moss, R. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficacy+and+safety+of+ivacaftor+in+patients+with+cystic+fibrosis+who+have+an+Arg117His-CFTR+mutation%3A+a+double-blind%2C+randomised+controlled+trial%5BTitle%5D)+AND+%22Lancet+Respir+Med%22%5BJournal%5D)">Efficacy and safety of ivacaftor in patients with cystic fibrosis who have an Arg117His-CFTR mutation: a double-blind, randomised controlled trial.</a> Lancet Respir Med. 3 (7), 524-533 (2015).</li>
<li>Wainwright, C. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lumacaftor-Ivacaftor+in+Patients+with+Cystic+Fibrosis+Homozygous+for+Phe508del+CFTR%5BTitle%5D)+AND+%22N+Engl+J+Med%22%5BJournal%5D)">Lumacaftor-Ivacaftor in Patients with Cystic Fibrosis Homozygous for Phe508del CFTR.</a> N Engl J Med. , (2015).</li>
<li>Brewington, J. J., McPhail, G. L., Clancy, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lumacaftor+alone+and+combined+with+ivacaftor%3A+preclinical+and+clinical+trial+experience+of+F508del+CFTR+correction%5BTitle%5D)+AND+%22Expert+Rev+Respir+Med%22%5BJournal%5D)">Lumacaftor alone and combined with ivacaftor: preclinical and clinical trial experience of F508del CFTR correction.</a> Expert Rev Respir Med. 10 (1), 5-17 (2016).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22CFTR2+Database%22">CFTR2 Database</a>. , 
 <a target="_blank" href="www.cftr2.org">www.cftr2.org</a> (2017).</li>
<li>Mou, H., Brazauskas, K., Rajagopal, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Personalized+medicine+for+cystic+fibrosis%3A+establishing+human+model+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Pediatr+Pulmonol%22%5BJournal%5D)">Personalized medicine for cystic fibrosis: establishing human model systems.</a> Pediatr Pulmonol. 50 Suppl 40, S14-S23 (2015).</li>
<li>Randell, S. H., Fulcher, M. L., O'Neal, W., Olsen, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Primary+epithelial+cell+models+for+cystic+fibrosis+research%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Mol+Biol%22%5BJournal%5D)">Primary epithelial cell models for cystic fibrosis research.</a> Methods Mol Biol. 742, 285-310 (2011).</li>
<li>Whitcutt, M. J., Adler, K. B., Wu, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+biphasic+chamber+system+for+maintaining+polarity+of+differentiation+of+cultured+respiratory+tract+epithelial+cells%5BTitle%5D)+AND+%22In+Vitro+Cell+Dev+Biol%22%5BJournal%5D)">A biphasic chamber system for maintaining polarity of differentiation of cultured respiratory tract epithelial cells.</a> In Vitro Cell Dev Biol. 24 (5), 420-428 (1988).</li>
<li>Worthington, E. N., Tarran, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Methods+for+ASL+measurements+and+mucus+transport+rates+in+cell+cultures%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Mol+Biol%22%5BJournal%5D)">Methods for ASL measurements and mucus transport rates in cell cultures.</a> Methods Mol Biol. 742, 77-92 (2011).</li>
<li>Van Goor, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correction+of+the+F508del-CFTR+protein+processing+defect+in+vitro+by+the+investigational+drug+VX-809%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Correction of the F508del-CFTR protein processing defect in vitro by the investigational drug VX-809.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 108 (46), 18843-18848 (2011).</li>
<li>Hug, M. J., Tummler, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intestinal+current+measurements+to+diagnose+cystic+fibrosis%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cyst+Fibros%22%5BJournal%5D)">Intestinal current measurements to diagnose cystic fibrosis.</a> J Cyst Fibros. 3 Suppl 2, 157-158 (2004).</li>
<li>van Barneveld, A., Stanke, F., Ballmann, M., Naim, H. Y., Tummler, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ex+vivo+biochemical+analysis+of+CFTR+in+human+rectal+biopsies%5BTitle%5D)+AND+%22Biochim+Biophys+Acta%22%5BJournal%5D)">Ex vivo biochemical analysis of CFTR in human rectal biopsies.</a> Biochim Biophys Acta. 1762 (4), 393-397 (2006).</li>
<li>Dekkers, J. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+functional+CFTR+assay+using+primary+cystic+fibrosis+intestinal+organoids%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Med%22%5BJournal%5D)">A functional CFTR assay using primary cystic fibrosis intestinal organoids.</a> Nat Med. 19 (7), 939-945 (2013).</li>
<li>Dekkers, J. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimal+correction+of+distinct+CFTR+folding+mutants+in+rectal+cystic+fibrosis+organoids%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+Respir+J%22%5BJournal%5D)">Optimal correction of distinct CFTR folding mutants in rectal cystic fibrosis organoids.</a> Eur Respir J. 48 (2), 451-458 (2016).</li>
<li>Dekkers, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+bioassay+using+intestinal+organoids+to+measure+CFTR+modulators+in+human+plasma%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cyst+Fibros%22%5BJournal%5D)">A bioassay using intestinal organoids to measure CFTR modulators in human plasma.</a> J Cyst Fibros. 14 (2), 178-181 (2015).</li>
<li>Zomer-van Ommen, D. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Limited+premature+termination+codon+suppression+by+read-through+agents+in+cystic+fibrosis+intestinal+organoids%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cyst+Fibros%22%5BJournal%5D)">Limited premature termination codon suppression by read-through agents in cystic fibrosis intestinal organoids.</a> J Cyst Fibros. , (2015).</li>
<li>Bridges, M. A., Walker, D. C., Davidson, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cystic+fibrosis+and+control+nasal+epithelial+cells+harvested+by+a+brushing+procedure%5BTitle%5D)+AND+%22In+Vitro+Cell+Dev+Biol%22%5BJournal%5D)">Cystic fibrosis and control nasal epithelial cells harvested by a brushing procedure.</a> In Vitro Cell Dev Biol. 27a (9), 684-686 (1991).</li>
<li>Di Lullo, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+%26%2334%3Bex+vivo+model%26%2334%3B+contributing+to+the+diagnosis+and+evaluation+of+new+drugs+in+cystic+fibrosis%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Otorhinolaryngol+Ital%22%5BJournal%5D)">An &#34;ex vivo model&#34; contributing to the diagnosis and evaluation of new drugs in cystic fibrosis.</a> Acta Otorhinolaryngol Ital. 37 (3), 207-213 (2017).</li>
<li>Pranke, I. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correction+of+CFTR+function+in+nasal+epithelial+cells+from+cystic+fibrosis+patients+predicts+improvement+of+respiratory+function+by+CFTR+modulators%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Correction of CFTR function in nasal epithelial cells from cystic fibrosis patients predicts improvement of respiratory function by CFTR modulators.</a> Sci Rep. 7 (1), 7375(2017).</li>
<li>Devalia, J. L., Davies, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+nasal+and+bronchial+epithelial+cells+in+culture%3A+an+overview+of+their+characteristics+and+function%5BTitle%5D)+AND+%22Allergy+Proc%22%5BJournal%5D)">Human nasal and bronchial epithelial cells in culture: an overview of their characteristics and function.</a> Allergy Proc. 12 (2), 71-79 (1991).</li>
<li>Devalia, J. L., Sapsford, R. J., Wells, C. W., Richman, P., Davies, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Culture+and+comparison+of+human+bronchial+and+nasal+epithelial+cells+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Respir+Med%22%5BJournal%5D)">Culture and comparison of human bronchial and nasal epithelial cells in vitro.</a> Respir Med. 84 (4), 303-312 (1990).</li>
<li>Thavagnanam, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nasal+epithelial+cells+can+act+as+a+physiological+surrogate+for+paediatric+asthma+studies%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Nasal epithelial cells can act as a physiological surrogate for paediatric asthma studies.</a> PLoS One. 9 (1), e85802(2014).</li>
<li>Jorissen, M., Van der Schueren, B., Van den Berghe, H., Cassiman, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+preservation+and+regeneration+of+cilia+on+human+nasal+epithelial+cells+cultured+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Arch+Otorhinolaryngol%22%5BJournal%5D)">The preservation and regeneration of cilia on human nasal epithelial cells cultured in vitro.</a> Arch Otorhinolaryngol. 246 (5), 308-314 (1989).</li>
<li>Brewington, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detection+of+CFTR+function+and+modulation+in+primary+human+nasal+cell+spheroids%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cyst+Fibros%22%5BJournal%5D)">Detection of CFTR function and modulation in primary human nasal cell spheroids.</a> J Cyst Fibros. , (2017).</li>
<li>Sun, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tgf-beta+downregulation+of+distinct+chloride+channels+in+cystic+fibrosis-affected+epithelia%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Tgf-beta downregulation of distinct chloride channels in cystic fibrosis-affected epithelia.</a> PLoS One. 9 (9), e106842(2014).</li>
<li>Boucher, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evidence+for+airway+surface+dehydration+as+the+initiating+event+in+CF+airway+disease%5BTitle%5D)+AND+%22J+Intern+Med%22%5BJournal%5D)">Evidence for airway surface dehydration as the initiating event in CF airway disease.</a> J Intern Med. 261 (1), 5-16 (2007).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

本方案描述了患者来源的鼻腔细胞球状培养物的建立方法，该培养物可用于构建个体化、特异性的CFTR功能模型。该过程包含若干关键步骤，需密切注意以避免操作困难。首先是获取高质量的患者鼻腔样本。理想的样本应具备 &gt;50,000 个细胞，黏液或碎片较少，并且在 4 小时内可进行处理（尽管在冰上过夜运输也容易成功）。研究团队需经过使用刮匙或刷子采集样本的操作培训，建议初期由一至两名操作者集中完成样本采集，以提高其熟练程度。其次，所有组织培养步骤中必须严格遵守无菌操作技术。根据我们的经验，人鼻上皮（HNE）培养失败的主要原因是细菌或真菌污染，这可能会影响原始样本以及其他在培养箱中正在生长的培养物。对于患有慢性感染的受试者，其样本培养的污染风险更高例如，CF），因此成功在很大程度上取决于保持培养物清洁和分离的能力。我们的做法是在最初的5-7天内使用单独的培养箱专门培养易受感染的细胞，以保护较老且已建立成功的培养物免受意外污染。第三，在细胞扩增阶段需密切观察细胞，避免过度汇合。若细胞在培养板上达到完全汇合，培养物可能进入衰老状态，或细胞开始死亡并脱落。最后，在以类球体形式接种细胞时，必须将细胞充分分散于基质中，并接种分布均匀的样品...

囊性纤维化（Cystic Fibrosis, CF）是一种致命的常染色体隐性遗传病，全球有超过7万人受其影响1。这种缩短寿命的遗传性疾病由囊性纤维化跨膜传导调节蛋白（Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator, CFTR）基因突变引起2。CFTR属于腺苷三磷酸结合盒（adenosine triphosphate-binding cassette）蛋白家族，作为离子通道发挥作用，介导氯离子和碳酸氢根离子跨多种极化上皮细胞的顶膜转运，这些上皮组织包括胃肠道、汗腺和呼吸道等3,4。因此，CFTR功能异常会导致多系统上皮功能障碍，其中大多数死亡源于呼吸系统疾病1。在CF患者的肺部，CFTR介导的气道表面液体（airway surface liquid, ASL）调节功能及黏液分泌失控，导致黏液增厚、气道阻塞、慢性感染以及进行性的气道重塑和肺功能下降1,5。
尽管已确定CFTR功能障碍是该疾病的病因，但囊性纤维化（CF）的传统治疗主要集中在缓解症状（例如，胰酶替代疗法、气道清除疗法）1。近年来，随着一类新型治疗药物——即&#34;CFTR调节剂&#34;——的出现，这一治疗模式发生了革命性变化，这类药物可直接靶向功能异常的CFTR蛋白。该策略使临床治疗从症状管理转向疾病修饰治疗，但仍存在若干局限性6,7,8,9,10。调节剂的作用具有特异性，仅针对特定CFTR突变所伴随的蛋白缺陷，且仅适用于部分遗传人群11。这一局限性源于蛋白缺陷的异质性，也受限于在罕见突变群体中开展临床试验的可行性较低。此外，在基因型已被充分研究的患者中（例如，F508del/F508del CFTR，这是最常见的CFTR突变），疾病负担和对调节剂的治疗反应仍存在显著个体差异6,7,8,9,11。
为克服上述两个问题，研究人员已提出在临床前测试中采用个体化模型12。该概念利用患者特异性组织构建个性化的体外（ex vivo）模型系统，用于化合物测试，以个性化方式预测个体对治疗的体内（in vivo）反应。一旦经过验证，此类模型可被临床医生用于指导精准治疗，而无需考虑患者潜在的CFTR基因型。
在肺移植时从移植组织中获取的人支气管上皮（HBE）细胞，首次证明了此类囊性纤维化（CF）模型的可行性13,14。在气液界面（ALI）培养的HBE细胞可通过电生理检测直接定量功能性的囊性纤维化跨膜电导调节因子（CFTR），或通过气道表面液体（ASL）稳态的指标间接评估13,15。该模型对理解CFTR生物学功能至关重要，并在CFTR调节剂的研发过程中发挥了关键推动作用16。然而，由于获取组织的方式具有侵入性（肺移植或支气管刷检），且罕见突变或轻症患者缺乏可用样本，HBE模型难以作为个体化模型广泛应用。相比之下，通过直肠或十二指肠活检获取的肠道组织可用于肠电流检测（ICM）或基于肿胀的类器官检测，以研究个体化的CFTR功能17,18,19。尤其是类器官检测，对CFTR活性具有极高的敏感性20,21,22。但这两种模型均受限于组织来源（肠道组织，而大多数疾病病理发生在呼吸系统）以及获取方式的半侵入性。此外，已有若干研究者采用人鼻上皮（HNE）细胞来模拟CFTR功能的恢复23,24,25。HNE细胞可通过刷取或刮取方式安全地从各年龄段受试者中获取，在ALI培养条件下可重现HBE细胞的多种特性25,26,27,28。传统上，HNE单层培养模型受限于鳞状化生及成熟周期较长的问题29。此外，报道的HNE细胞短路电流测量值小于HBE细胞，提示其检测治疗效果的动态范围较小25。
鉴于需要一种个性化的、非侵入性的、用于研究CFTR功能的呼吸道组织培养模型，我们尝试将基于肿胀的类器官检测的高灵敏度与HNEs的非侵入性和呼吸道特性相结合。在此，我们描述了一种生成HNEs三维&#34;球状体&#34;培养物的方法，用于在基于肿胀的检测中进行个体化的CFTR研究30。HNE球状体能够稳定地极化，其上皮顶端朝向球体中心，即管腔。该模型重现了下呼吸道上皮的多种特征，并且比气液界面（ALI）培养成熟更快。作为一种功能性检测方法，HNE球状体可稳定地量化一系列CFTR功能，以及在已有深入研究的突变组（e.g.，F508del CFTR）中的功能调节。该基于肿胀的检测利用CFTR的离子/盐转运特性，通过水跟随顶端盐分外排而间接测量液体向球状体内的流入。在这种方式下，具有完全功能性CFTR的刺激后球状体会显著膨胀，而CFTR功能异常的球状体则膨胀较少或发生收缩。这一变化通过图像分析在刺激前和刺激后1小时的球状体进行量化，测量管腔面积并计算其变化百分比。随后，该指标可用于不同实验组之间的比较，以实现针对患者特异性的药物生物活性筛选。

<table><tbody><tr><td>1.5 mL Eppendorf 管</td><td>USA Scientific&amp;nbsp;</td><td>4036-3204</td><td></td></tr><tr><td>150 mL 滤瓶</td><td>Midsci&amp;nbsp;</td><td>TP99150</td><td>用于过滤培养基</td></tr><tr><td>15 mL 锥形管</td><td>Midsci&amp;nbsp;</td><td>TP91015</td><td></td></tr><tr><td>1 L 滤瓶</td><td>Midsci&amp;nbsp;</td><td>TP99950</td><td>用于过滤培养基</td></tr><tr><td>35 mm 玻底培养皿</td><td>MatTek Corporation</td><td>P35G-0-20-C</td><td>可选</td></tr><tr><td>3-异丁基-1-甲基黄嘌呤（IBMX）</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td>AC228420010&amp;nbsp;</td><td>用 1 mL DMSO 溶解 22.0 mg 配制 100 mM 储存液</td></tr><tr><td>50 mL 锥形管</td><td>Midsci&amp;nbsp;</td><td>&amp;nbsp;TP91050</td><td></td></tr><tr><td>Accutase</td><td>Innovative Cell Technologies, Inc.</td><td>AT-104</td><td>细胞解离溶液</td></tr><tr><td>腺嘌呤</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A2786-25G</td><td>参见表 1</td></tr><tr><td>两性霉素 B</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A9528-100MG</td><td>参见表 1</td></tr><tr><td>牛脑提取物（9 mg/mL）</td><td>Lonza&amp;nbsp;</td><td>CC-4098</td><td>参见表 2</td></tr><tr><td>头孢他啶水合物</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C3809-1G</td><td>参见表 1</td></tr><tr><td>细胞刮刀 20 cm&amp;nbsp;</td><td>Midsci&amp;nbsp;</td><td>TP99010</td><td></td></tr><tr><td>CFTR Inh172</td><td>Tocris Bioscience</td><td>3430</td><td>用 1 mL DMSO 溶解 4.0 mg 配制 10 mM 储存液</td></tr><tr><td>霍乱毒素 B（来自霍乱弧菌）</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>C8052-.5MG</td><td>参见表 1</td></tr><tr><td>CYB-1</td><td>Medical Packaging Corporation</td><td>CYB-1</td><td>细胞刷</td></tr><tr><td>二甲基亚砜（DMSO）</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>D5879-500ML</td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco 改良 Eagle 培养基（DMEM）/F12 Hepes&amp;nbsp;</td><td>Life Technologies&amp;nbsp;</td><td>11330-057</td><td>基础培养基；参见表 1 和表 2</td></tr><tr><td>表皮生长因子（重组人蛋白，无动物源成分）</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>PHG6045</td><td>参见表 1</td></tr><tr><td>肾上腺素</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>E4250-1G</td><td>参见表 2</td></tr><tr><td>乙醇</td><td>Fisher Scientific&amp;nbsp;</td><td>2701</td><td></td></tr><tr><td>乙醇胺</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>E0135-500ML</td><td>16.6 mM 溶液；参见表 2</td></tr><tr><td>乙二胺四乙酸（EDTA）</td><td>TCI America&amp;nbsp;</td><td>E0084</td><td></td></tr><tr><td>胎牛血清（高性能 FBS）</td><td>Invitrogen&amp;nbsp;</td><td>10082147</td><td>参见表 1</td></tr><tr><td>福斯科林（Forskolin）</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F6886-50</td><td>用 1 mL DMSO 溶解 4.1 mg 配制 10 mM 储存液</td></tr><tr><td>生长因子减少型 Matrigel</td><td>Corning, Inc.</td><td>356231</td><td>Corning Matrigel 生长因子减少型（GFR）基底膜基质，无酚红，无LDEV，10 mL</td></tr><tr><td>血细胞计数板</td><td>Hausser Scientific</td><td>1483</td><td></td></tr><tr><td>人胶原蛋白溶液 I 型（VitroCol；3 mg/mL）</td><td>Advanced BioMatrix</td><td>5007-A</td><td>胶原溶液</td></tr><tr><td>HyClone（又称 FetalClone II）&amp;nbsp;</td><td>GE Healthcare&amp;nbsp;</td><td>SH30066.03HI</td><td>参见表 2</td></tr><tr><td>氢化可的松</td><td>StemCell Technologies</td><td>07904</td><td>参见表 1 和表 2</td></tr><tr><td>胰岛素，人重组，锌溶液</td><td>Life Technologies&amp;nbsp;</td><td>12585014</td><td>4 mg/mL 溶液；参见表 2</td></tr><tr><td>IVF 4 孔板，未处理</td><td>NUNC（通过 Fisher Scientific）</td><td>12566350</td><td>用于类球体培养的 4 孔板；孔大小与 24 孔板相似</td></tr><tr><td>MEF-CF1-IRR</td><td>Globalstem</td><td>GSC-6001G</td><td>经辐照的小鼠胚胎成纤维细胞</td></tr><tr><td>Metamorph 7.7</td><td>Molecular Devices</td><td></td><td>分析软件；https://www.moleculardevices.com/systems/metamorph-research-imaging/metamorph-microscopy-automation-and-image-analysis-software 获取报价</td></tr><tr><td>Olympus IX51 倒置显微镜</td><td>Olympus Corporation</td><td>已停产</td><td>成像显微镜。替代型号：Olympus IX53，https://www.olympus-lifescience.com/pt/microscopes/inverted/ix53/&amp;nbsp; 获取报价</td></tr><tr><td>青霉素-链霉素（Pen Strep）</td><td>Life Technologies&amp;nbsp;</td><td>15140122</td><td>参见表 2</td></tr><tr><td>磷酸乙醇胺</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P0503-5G</td><td>参见表 2</td></tr><tr><td>视黄酸</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>R2625-50MG</td><td>参见表 2</td></tr><tr><td>Rhinoprobe</td><td>Arlington Scientific, Inc.</td><td>96-0905</td><td>鼻腔刮匙</td></tr><tr><td>Slidebook 5.5</td><td>3i, Intelligent Imaging Innovations</td><td>已停产</td><td>成像软件。替代型号：Slidebook 6，https://www.intelligent-imaging.com/slidebook 获取报价</td></tr><tr><td>无菌磷酸盐缓冲液（PBS）</td><td>Thermo Fisher Scientific</td><td>20012050</td><td></td></tr><tr><td>无菌水</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>W3500-6X500ML</td><td></td></tr><tr><td>组织培养皿 100</td><td>Techno Plastic Products</td><td>93100</td><td>用于细胞扩增的组织培养皿</td></tr><tr><td>妥布霉素</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T4014-100MG</td><td>参见表 1</td></tr><tr><td>转铁蛋白（人转铁蛋白 0.5 mL）</td><td>Lonza&amp;nbsp;</td><td>CC-4205</td><td>参见表 2</td></tr><tr><td>三碘甲腺原氨酸</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T6397-1G</td><td>3,3&amp;prime;,5-三碘-L-甲状腺原氨酸钠盐&amp;nbsp; [T3]；参见表 2</td></tr><tr><td>猪胰蛋白酶</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>T4799-10G</td><td></td></tr><tr><td>Ultroser-G</td><td>Crescent Chemical（通过 Fisher Scientific）</td><td>NC0393024</td><td>20 mL 冻干粉末；参见表 2</td></tr><tr><td>万古霉素盐酸盐（来自东方链霉菌）</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>V2002-5G</td><td>参见表 1</td></tr><tr><td>VX770</td><td>Selleck Chemicals</td><td>S1144</td><td>用 1 mL DMSO 溶解 0.4 mg 配制 1 mM 储存液</td></tr><tr><td>VX809</td><td>Selleck Chemicals</td><td>S1565</td><td>购买或用 1 mL DMSO 溶解 4.5 mg 配制 10 mM 储存液</td></tr><tr><td>Y-27632 二盐酸盐&amp;nbsp; ROCK 抑制剂&amp;nbsp;</td><td>Enzo LifeSciences&amp;nbsp;</td><td>ALX-270-333-M025&amp;nbsp;</td><td>参见表 1</td></tr></tbody></table>

用于个体化囊性纤维化跨膜电导调节因子研究的人鼻上皮细胞球体的生成

Generation of Human Nasal Epithelial Cell Spheroids for Individualized Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator Study

尽管囊性纤维化跨膜电导调节因子（CFTR）调节药物的引入已彻底改变了囊性纤维化（CF）的治疗模式，但目前采用的基因型导向治疗模型仍存在若干局限性。首先，罕见或研究不足的突变类型通常被排除在确证性临床试验之外。此外，随着更多调节药物进入市场，为个体患者优化药物选择将变得愈发困难。上述两个问题可通过使用源自患者的、个性化的CFTR功能与调节的临床前模型系统加以解决。人鼻上皮细胞（HNEs）是构建此类模型时易于获取的呼吸道组织来源。本文中，我们描述了一种利用原代HNEs建立的三维类球体模型，用于评估CFTR功能及其调节。HNEs以微创方式从受试者中分离获得，在条件重编程条件下扩增后接种至类球体培养体系。接种后两周内，类球体培养可形成HNE类球体，可通过添加生成3',5'-环磷酸腺苷（cAMP）的激动剂来激活CFTR功能。随后通过量化类球体的肿胀程度，作为CFTR活性的替代指标。HNE类球体充分利用了鼻源细胞微创获取且具有呼吸道来源特性的优势，构建出一种易于获取、个体化且与反映疾病发病率和死亡率的上皮组织密切相关的研究模型。与气液界面培养的HNE模型相比，类球体成熟速度相对较快，从而降低了整体污染率。目前该模型的局限性在于通量较低，但组织获取的相对简便性在一定程度上弥补了这一不足。HNE类球体可用于在个体水平上可靠地定量和表征CFTR活性。一项正在进行的研究正致力于将该定量结果与 体内 药物反应将决定HNE类球体是否能真正成为预测患者对CFTR调节治疗反应的临床前模型。

HNE细胞应在接种后72小时内贴附于培养皿并形成小的细胞岛；培养一周后良好和不良细胞岛形成的示例如图1A和1B所示。这些细胞岛应在15至30天内逐渐扩展并覆盖整个培养皿。较小或质量不佳的样本可能需要更长时间，且通常无法形成可用的类球体。若培养基呈现深黄色或浑浊、细胞无法贴附于培养皿，和/或直接观察到真菌/细菌，则提示存在病原体污染。任何受污染的培养物应立即丢弃，以防止交叉污染。
在基底膜基质中培养的最初3-4天内，基质中应开始形成微小的囊状结构。这些结构将在约10天内发育为完整的球状体，表现出薄壁和管腔表面。若以所述密度接种，成功的培养物中每个基质液滴应含有50-100个球状体。球状体的管腔可能相对清晰（图1C），或充满细胞碎片和黏液（图1D...

本文介绍一种建立人鼻腔上皮细胞三维球状体培养的方法。通过刺激球状体，诱导其产生囊性纤维化跨膜电导调节因子（CFTR）依赖性的离子和液体分泌，并以球状体管腔大小的变化作为CFTR功能的指标进行定量分析。

尽管囊性纤维化跨膜传导调节因子（CFTR）调节药物的引入彻底改变了囊性纤维化（CF）的治疗，但……

本实验的总体目标是生成人鼻腔细胞球体，最终可用于功能型CFTR研究的检测。该方法有助于回答囊性纤维化领域中的关键问题，例如在离体模型系统中评估个体受试者对CFTR调节药物的反应。该技术的主要优势在于，仅需少量鼻腔细胞样本，即可在相对较短的时间内生成大量细胞球体，从而支持广泛的实验测试。本实验操作将由本实验室的技术员 Lauren Strecker 和 Jessica Moncivaiz 演示。按照文本方案在饲养层成纤维细胞上处理并扩增人鼻上皮（HNE）细胞后，将先前配制的扩增培养基、分化培养基、0.1%胰蛋白酶-EDTA 溶液以及无菌 PBS 置于室温下平衡 30 分钟以上。随后用 70%乙醇擦拭容器表面，并将其转移至洁净的生物安全柜中。在生物安全柜中，使用连接真空泵的巴斯德吸管吸除并弃去HNE培养物的培养基。然后用一支洁净的血清学吸管，加入5 mL PBS洗涤培养皿，轻轻晃动后吸除缓冲液。向培养物中加入5 mL 0.1%胰蛋白酶-EDTA溶液，随后将培养皿放回37°C、5%二氧化碳的培养箱中孵育5分钟。然后在倒置显微镜下以4至10倍放大倍数观察，检查细胞是否已从培养皿上脱落、变圆并漂浮。轻轻敲击培养皿侧面以使细胞脱落；如有必要，将培养皿再次放入培养箱中孵育额外5分钟，直至大多数细胞脱落。接着，使用10毫升血清移液管向培养皿中加入5毫升扩增培养基，收集全部液体至已标记的无菌50毫升锥形管中。若细胞在经过三轮胰蛋白酶消化后仍贴壁于培养皿上，可使用无菌细胞刮棒轻轻刮下剩余细胞，并用5 mL扩增培养基冲洗刮棒和培养皿，将冲洗液收集至同一已标记的锥形管中。在4 °C条件下以360 × g离心5分钟。吸除上清液，加入1 mL扩增培养基重悬细胞沉淀。然后使用血细胞计数板对细胞进行计数。根据制造商的说明，将基底膜基质在冰上解冻。分离适量经不同胰蛋白酶消化处理的传代细胞，使其最终浓度为每毫升基质含500,000个细胞。对于四孔板，使用 200,000 个细胞，并将其收集至 1.5 毫升离心管中。接下来，将细胞混合物在不超过 360 ×g 的条件下离心 5 分钟。然后使用 1 毫升移液器完全且小心地吸除并弃去上清液，注意不要扰动细胞沉淀。在不进行操作时，将细胞管置于冰上。使用1毫升移液枪头，按每个预定孔加入100微升基底膜基质至细胞中。为避免引入气泡，不要将移液枪头完全排空，上下轻柔吹打，仔细且充分地重悬细胞。操作需迅速，以避免基质凝固。将100毫升基质等分试样接种至4孔IVF培养板的每个孔中时，使用洁净的剪刀从200微升移液器吸头的末端剪去3至4毫米。小心而缓慢地将100微升细胞基质混合物滴加至每个孔的中央，确保液滴保持球形，且不接触孔壁。将培养板置于37摄氏度、5%二氧化碳环境中孵育30分钟，直至凝固。然后小心地向每个孔中加入500微升分化培养基，注意不要扰动基质液滴。确保培养基刚好覆盖液滴，必要时可补充更多培养基。培养HNE类球体时，使用1毫升移液枪头轻轻吸出孔板中的全部培养基，注意避免触碰基质，以免破坏类球体。然后更换新的1毫升移液枪头，在不接触或扰动基质的前提下，沿基质周围轻轻加入500 µL分化培养基。继续孵育类球体，并按照上述方法每周更换三次分化培养基。在倒置显微镜下以20倍放大倍数每日评估类球体形态。类球体应在铺板后3至5天内形成，并在约10天内达到成熟。人鼻上皮细胞应在接种后72小时内贴附于培养皿并形成小岛状结构。此处展示了一周时良好与不良类球体形成的示例。类球体应在15至30天内逐渐扩展并覆盖培养皿。在培养的最初三至四天内，基质中应开始形成微小的囊状结构，并在约10天内逐渐成熟。若按照所述密度接种，成功的培养物中每个基质液滴将含有50至100个类球体。类球体的管腔可能相对清晰，如同野生型CFTR情况，也可能充满细胞碎片和黏液，如同囊性纤维化（CF）类球体。这两个图示展示了用于界定类球体管腔区域的掩膜方法。此处展示的是形态不良且不成功的类球体培养物的示例。如这些功能检测图中所示，来自CFTR野生型个体的类球体在受到刺激后应于1小时内发生肿胀，若在CFTR抑制剂inh-172存在下受到刺激，则肿胀程度减小或发生收缩。来自F508del-CFTR纯合子个体的类球体在受到刺激时通常会收缩或仅有轻微肿胀，而在使用CFTR调节剂VX809和VX770进行药物学矫正后，其肿胀程度会增加或收缩程度减轻。一旦掌握，若操作得当，接种鼻腔细胞球状体可在15至20分钟内完成。进行此操作时，重要的是要牢记在生物安全柜内保持无菌操作，以尽量降低样本污染风险，并避免对自身健康造成任何危害。完成此步骤后，可进一步采用固定、染色和显微镜观察等其他方法，以回答有关细胞形态和组成方面的更多问题。观看本视频后，您应充分了解如何制备可用于评估CFTR功能的个性化检测的人源性鼻腔细胞原代球状体。请务必注意，操作人源性原代组织可能存在潜在危险，因此在进行本实验操作时，应始终采取适当的安全防护措施，例如正确使用个人防护装备。

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科研

JoVE Journal

Medicine

医学

人鼻上皮细胞球体的生成与个体化囊性纤维膜电导调节的研究

通过人体志愿者浅表刮取活检获得的鼻上皮细胞，在组织培养插件中进行扩增和转移。当细胞达到汇合状态后，于气液界面培养，从而获得纤毛细胞和非纤毛细胞的培养物。分化的鼻上皮细胞培养物为研究呼吸道黏膜提供了可行的实验模型。...

人鼻上皮细胞在气液界面的培养

本出版物展示了从儿童鼻腔上皮黏膜成功采样和培养的方法，并将这些细胞重编程为诱导性多能干细胞（iPSCs）。...

从儿童鼻腔上皮细胞中进行原代培养并重编程为诱导性多能干细胞

本方案描述了一种用于检测囊性纤维化（CF）患者来源的培养组织中CFTR功能及CFTR调节剂反应性的实验方法。源自活检组织的肠道类器官在cAMP驱动下会发生肿胀，而囊性纤维化类器官中的这一反应存在缺陷（或显著减弱），通过暴露于CFTR调节剂可使该反应得以恢复。...

肠类器官中佛司可林诱导的肿胀：一种 体外 用于评估囊性纤维化患者药物反应的检测方法

我们描述了一种简单的方法，用于从非洲爪蟾（Xenopus...

利用非洲爪蟾胚胎细胞生成黏液纤毛上皮类器官：培养、传代与高分辨率活体成像

本文提供了一项详细的实验方案，用于描述一种 体外...

人鼻上皮类器官的培养与成像

本方案描述了鼻上皮细胞的采集、扩增和分化为类器官型气道上皮细胞模型的过程，并通过活细胞成像和自定义脚本对纤毛摆动频率进行定量分析。...

原代人类鼻上皮细胞模型的采集、扩增与分化及其用于纤毛搏动频率的定量分析

本文介绍了在气液界面条件下原代人鼻上皮（HNE）细胞的分离、扩增与分化方法，以及一种可成功冻存并复苏扩增后HNE细胞的生物样本库保存方案。该方案可分析分化后的HNE细胞的电生理特性，以及在不同调节剂处理下CFTR相关的氯离子分泌功能的纠正情况。...

原代人鼻上皮细胞：精准医学背景下的生物样本库建设

近年来，人类诱导性多能干细胞分化技术的进步使得能够逐步获得特定器官的细胞类型。本文详细介绍了由诱导性多能干细胞衍生的气道基底细胞的维持与扩增步骤，以及在气液界面培养条件下将其分化为黏液纤毛上皮细胞的具体方法。...

由人多能干细胞生成气道上皮细胞气液界面培养模型

我们介绍一种简单的琼脂糖覆盖平台，用于利用神经内分泌癌细胞系培养三维多细胞球体。该方法为研究治疗药物对神经内分泌肿瘤细胞的作用提供了一种非常便捷的途径。同时也有助于我们建立用于癌症治疗的人源神经内分泌肿瘤球体模型。...

人源神经内分泌肿瘤细胞系作为研究人神经内分泌肿瘤治疗的三维模型

肺康复在呼吸系统疾病的管理中被广泛认可。成功实施肺康复的关键要素之一是坚持推荐的运动训练。本方案的目的是描述如何利用连续数据追踪技术精确测量患者对规定有氧训练强度的依从性。...

利用连续数据追踪技术研究肺康复中的运动依从性

学习利用人鼻上皮细胞生成三维球状体以研究囊性纤维化跨膜电导调节因子功能。该方法可在体外模型中评估个体对CFTR调节药物的反应，为囊性纤维化治疗研究提供快速可靠的个性化检测工具。

用于个体化囊性纤维化跨膜电导调节因子研究的人鼻上皮细胞球体的生成

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