Die dreidimensionale, serumfreie Kulturmethode für adulte Tränendrüsenstammzellen (LG) ist für die Induktion der Bildung und Differenzierung von LG-Organoiden in Acinare oder duktale Zellen gut etabliert.
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Methodenartikel
Die dreidimensionale, serumfreie Kulturmethode für adulte Tränendrüsenstammzellen (LG) ist für die Induktion der Bildung und Differenzierung von LG-Organoiden in Acinare oder duktale Zellen gut etabliert.
Die auf Tränendrüsen (LG) basierende Therapie ist eine vielversprechende Strategie für Tränendrüsenerkrankungen. Das Fehlen einer zuverlässigen, serumfreien Kulturmethode, um eine ausreichende Anzahl von LG-Stammzellen (LGSCs) zu erhalten, ist jedoch ein Hindernis für die weitere Forschung und Anwendung. Die dreidimensionale (3D), serumfreie Kulturmethode für erwachsene Maus-LGSCs ist hier gut etabliert und gezeigt. Die LGSCs könnten kontinuierlich durchgangen und dazu gebracht werden, sich zu Acinare oder duktalen Zellen zu differenzieren.
Für die LGSC-Primärkultur wurden die LGs von 6-8 Wochen alten Mäusen mit Dispase, Kollagenase I und Trypsin-EDTA verdaut. Insgesamt 1 × 104 Einzelzellen wurden in 80 μL Matrix-Gel-Tränendrüsen-Stammzell-Medium-Matrix (LGSCM) in jeder Vertiefung einer 24-Well-Platte gesät, die mit 20 μL Matrix-Gel-LGSCM-Matrix vorbeschichtet war. Die Mischung wurde nach der Inkubation für 20 min bei 37 °C erstarrt und 600 μL LGSCM zugegeben.
Für die LGSC-Wartung wurden LGSCs, die 7 Tage lang kultiviert wurden, durch Dispase und Trypsin-EDTA in einzelne Zellen disaggregiert. Die einzelnen Zellen wurden nach der in der LGSC-Primärkultur verwendeten Methode implantiert und kultiviert. LGSCs konnten über 40 Mal durchgangen werden und kontinuierlich die Stamm- / Vorläuferzellmarker Krt14, Krt5, P63 und Nestin exprimieren. LGSCs, die in LGSCM kultiviert werden, haben eine Selbsterneuerungskapazität und können sich in vitro und in vivo in Acinare oder duktale Zellen differenzieren.
Tränendrüsenstammzellen (LGSCs) erhalten die Zellerneuerung der Tränendrüse (LG) und sind die Quelle von Acin- und duktalen Zellen. Daher gilt die LGSC-Transplantation als alternativer Ansatz zur Behandlung schwerer entzündlicher Schäden und einer wässrig-defizienten Erkrankung des trockenen Auges (ADDED)1,2,3. Mehrere Kulturmethoden wurden angewendet, um LGSCs anzureichern. Tiwari et al. trennten und kultivierten primäre LG-Zellen mit Kollagen I und Matrixgel, ergänzt mit mehreren Wachstumsfaktoren; Die LG-Zellen konnten jedoch nicht kontinuierlich kultiviert werden4. Unter Verwendung einer zweidimensionalen (2D) Kultur wurden von der Maus LG-abgeleitete Stammzellen von You et al.5 und Ackermann et al. isoliert. 6, die die Stamm- / Vorläuferzellmarkergene Oct4, Sox2, Nanog und Nestin exprimieren und subkultiviert werden könnten. Es gibt jedoch keinen eindeutigen Hinweis darauf, dass sich diese Zellen in Acinare oder duktale Zellen differenzieren können, und es gibt kein Transplantationsexperiment, um das Differenzierungspotenzial in vivo zu überprüfen.
Kürzlich wurden c-kit+ dim/EpCAM+/Sca1-/CD34-/CD45-Zellen durch Durchflusszytometrie von Maus-LGs isoliert, es wurde festgestellt, dass sie LG-Vorläuferzellmarker wie Pax6 und Runx1 exprimieren und in vitro in Kanäle und Acini differenzieren. Bei Mäusen mit ADDED konnte die orthotope Injektion mit diesen Zellen beschädigte LGs reparieren und die sekretorische Funktion von LGs2 wiederherstellen. Die Anzahl der mit dieser Methode isolierten Stammzellen war jedoch gering, und es gibt keine geeigneten Kulturbedingungen für die Expansion der isolierten LGSCs. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein geeignetes Kultursystem eingerichtet werden muss, um erwachsene LGSCs mit stabiler und kontinuierlicher Expansion für die Untersuchung von LGSCs bei der Behandlung von ADDED effektiv zu isolieren und zu kultivieren.
Organoide, die aus Stammzellen oder pluripotenten Stammzellen gewonnen werden, sind eine Gruppe von Zellen, die den verwandten Organen histologisch ähnlich sind und ihre eigene Erneuerung aufrechterhalten können. Nachdem das Darmorganoid der Maus 20097 erfolgreich von Sato et al. kultiviert wurde, wurden Organoide aus anderen Organen nacheinander kultiviert, basierend auf Satos Kultursystem, wie z.B. Gallenblase8, Leber9, Bauchspeicheldrüse 10, Magen 11, Brust12, Lunge 13, Prostata 14 und Speicheldrüse 15 . Aufgrund des hohen Anteils an adulten Stammzellen vor der Zelldifferenzierung in Organoidkultur gilt die dreidimensionale (3D) Organoidkulturmethode als optimal für die Isolierung und Kultur adulter Stammzellen von LG.
Ein LGSC-Kultursystem für erwachsene Mäuse wurde in der vorliegenden Studie durch Optimierung der 3D-, serumfreien Kulturmethode etabliert. Es ist erwiesen, dass die LGSCs, die sowohl von normalen als auch von ADDED-Mäusen kultiviert wurden, eine stabile Fähigkeit zur Selbsterneuerung und Proliferation zeigten. Nach der Transplantation in die ADDED-Maus-LGs kolonisierten LGSCs die beeinträchtigten LGs und verbesserten die Tränenproduktion. Darüber hinaus wurden rot fluoreszierende LGSCs aus ROSA26mT/mG-Mäusen isoliert und kultiviert. Diese Arbeit bietet eine zuverlässige Referenz für die LGSC-Anreicherung in vitro und LGSC-Autotransplantat in der klinischen Anwendung für die ADDED-Therapie.
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Alle Experimente in diesem Protokoll folgten den Tierpflegerichtlinien des Ethikkomitees für Tierversuche der Sun Yat-sen Universität. Alle zellbezogenen Operationen sind an der ultrasauberen Werkbank im Zellenoperationssaal durchzuführen. Alle Operationen, bei denen Xylol verwendet wird, sind in Abzügen durchzuführen.
1. LGSC-Primärkultur
2. LGSC Wartung und Durchgang
3. LGSC-Differenzierung
4. LG-Gewebeaustrocknung
5. LG Organoid / Kugel Dehydratation
6. Paraffineinbettung und -schnitt
7. Hämatoxylin- und Eosinfärbung
8. Immunhistochemische (IHC) Färbung
9. Globale Immunfluoreszenzfärbung von Organoiden/Sphären
HINWEIS: Die mit 4%iger PFA-Lösung fixierten Organoide/Kugeln werden in einem 1,5 ml Mikrozentrifugenröhrchen gesammelt (siehe Schritte 5.1 bis 5.4). Führen Sie die Fluoreszenzmarkierung wie folgt durch.
10. LGSC pLX-mCherry Transfektion
HINWEIS: Die Herstellung von lentiviralen Partikeln muss in einer Biosicherheitskabine und einer sauberen Bank auf BSL2-Biosicherheitsniveau durchgeführt werden.
11. LGSC orthotopische Transplantation
HINWEIS: Alle chirurgischen Eingriffe werden in einem SPF-Operationssaal durchgeführt und alle chirurgischen Instrumente werden sterilisiert.
12. RNA-Isolierung
HINWEIS: Kühlen Sie die Zentrifuge vor dem Experiment auf 4 °C vor und garantieren Sie, dass alle Reagenzien und Verbrauchsmaterialien frei von RNAse-Kontaminationen sind.
13. PCR
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Etablierung eines serumfreien 3D-Kultursystems
In dieser Studie wurde LGSCM mit EGF, Wnt3A, FGF10 und Y-27632 für Maus-LGSCs entwickelt, und LGSCs wurden erfolgreich isoliert und mit einer 3D-Kulturmethode kultiviert (Abbildung 1A). Ein erfolgreiches 3D-serumfreies Kultursystem aus LGSCs von C57BL/6-Mäusen, NOD/ShiLtJ-Mäusen, BALB/c-Mäusen und ROSA26mT/mG-Mäusen wurde mit dieser Methode16 etabliert. Für eine männliche Maus wurden 1,5-2 ×...
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Es gibt etablierte Methoden zur Isolierung und In-vitro-Kultur von Tränenstammzellen für die Tränenstammzellkultur und die LG-Verletzungsreparatur. Shatos et al.17 und Ackermannet al. 6 erfolgreich kultivierte und subkultivierte Tränenstammzellen von Ratten und Mäusen durch 2D-Kulturmethoden, wodurch es möglich ist, Tränenstammzellen für die Behandlung von ADDED zu transplantieren. Studien an Stammzellen18 und mesenchymalen Stammzel...
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Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden Interessen haben.
Diese Arbeit wurde durch ein Stipendium der National Natural Science Foundation of China (Nr. 31871413) und zwei Programme von Guangdong Science and Technology (2017B020230002 und 2016B030231001) unterstützt. Wir sind den Forschern, die uns während der Studie geholfen haben, und den Mitarbeitern des Tierzentrums für ihre Unterstützung bei der Tierpflege wirklich dankbar.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| Animal (Mouse) | |||
| Bal B/C | Model Animal Research Center der Universität | ||
| C57 BL/6J | Laboratory Animal Center der Sun Yat-sen University | ||
| NOD/ShiLtJ | Model Animal Research Center der Universität | ||
| ROSA26mT/mG | Model Animal Research Center der Universität | ||
| Equipment | |||
| Analysenwaage | Sartorius | ||
| Automatischer Dörrautomat | Thermo | ||
| Blutzählkammer | BLAU | ||
| Cell Counter | CountStar | ||
| CO2 Inkubator mit konstanter Temperatur | Thermo | ||
| ECL Gel-Bildgebungssystem | GE Healthcare | ||
| Elektrisches Bad für das Wasserbad | Yiheng Technology | ||
| Elektrophoresegerät | BioRad | ||
| quantitatives Fluoreszenz-PCR-Instrument | Roche | ||
| Schneidemaschine für gefrorenes Gewebe | Lecia | ||
| Horizontale Zentrifuge | CENCE | ||
| Inverses Fluoreszenzmikroskop | Nikon | ||
| Inverses Mikroskop | Olympus | ||
| Laser Lamellare Rastermikroskopaufnahme | Carl Zeiss | ||
| Flüssigstickstoffbehälter | Thermo | ||
| Niedertemperatur hoch Geschwindigkeitszentrifuge | Eppendorf | ||
| Mikropipette | Gilson | ||
| Mikrowellenherd | Panasonic | ||
| Nanodrop Ultraviolett-Spektralphotometer | Thermo | Messung der RNA-Konzentration | |
| Paraffinschneidemaschine | Thermo | ||
| PCR Verstärker | Eppendorf | ||
| pH-Wert-Tester | Sartorius | ||
| 4 ° C Kühlschrank | Haier | ||
| Thermostatischer Kulturoszillator | ZHICHENG | ||
| Instrument zur Einbettung von Gewebeparaffin | Thermo | ||
| -80° C Ultra-Tieftemperatur-Kühlschrank | Thermo | ||
| -20&Grad; C Ultratiefkühlschrank | Thermo | ||
| u>Reagenz | |||
| Tierversuch | |||
| HCG | Sigma | 9002-61-3 | |
| PMSG | Sigma | 14158-65-7 | |
| Pentobarbital Sodium | Sigma | 57-33-0 | |
| Cell Culture | |||
| B27 | Gibco | 17504044 | |
| Collagenase I | Gibco | 17018029 | |
| Dispase | BD | 354235 | |
| DMEM | Sigma D6429 | ||
| DMEM/F12 | Sigma | D0697 | |
| DMSO | Sigma 67-68-5 | ||
| EDTA | Sangon Biotech | A500895 | |
| Fötales Rinderserum | Gibco | 04-001-1ACS | |
| GlutaMax | Gibco | 35050087 | |
| Mensch FGF10 | PeproTech | 100-26 | |
| Matrigel (Matrixgel)BD | 356231 | ||
| Murine Noggin | PeproTech | 250-38 | |
| Murine Wnt3A | PeproTech | 315-20 | |
| Maus EGF | PeproTech | 315-09 | |
| NEAA | Gibco | 11140050 | |
| N2 | Gibco | 17502048 | |
| R-Spondin 1 | PeproTech | 120-38 | |
| Trypsin-Inhibitor (TI) | Sigma | T6522 | Abgeleitet von Glycin max; kann Trypsin, Chymotrypsin und Plasminase in geringerem Maße hemmen. Ein mg hemmt 1,0-3,0 mg Trypsin. |
| Trypsin | Sigma | T4799 | |
| Y-27632 | Selleck | S1049< | |
| strong>HE Färbung & Immunfärbung | |||
| Alexa Fluor 488 Esel Anti-Maus IgG | Thermo | A-21202 | Verwendete Verdünnung: IHC) 2 μ g/ml, (WENN) 0,2 μ g/mL |
| Alexa Fluor 488 Esel Anti-Kaninchen IgG | Thermo | A-21206 | Verwendete Verdünnung: (IHC) 2 μ g/ml, (WENN) 2 μ g/mL |
| Alexa Fluor 568 Esel Anti-Maus IgG | Thermo | A-10037 | Verwendete Verdünnung: (IHC) 2 μ g/ml, (WENN) 2 μ g/mL |
| Alexa Fluor 568 Esel Anti-Kaninchen IgG | Thermo | A-10042 | Verwendete Verdünnung: (IHC) 2 μ g/mL, (WENN) 4 μ g/mL |
| Anti-AQP5 Kaninchen-Antikörper | Abcam | ab104751 | Verwendete Verdünnung: (IHC) 1 μ g/mL, (WENN) 0,1 μ g/mL |
| Anti-E-Cadherin Ratten-Antikörper | Abcam | ab11512 | Verwendete Verdünnung: (IF) 5 μ g/mL |
| Anti-Keratin14 Kaninchen-Antikörper | Abcam | ab181595 | Verwendete Verdünnung: (IHC) 1 μ g/ml, (WENN) 2 μ g/mL |
| Anti-Ki67 Kaninchen-Antikörper | Abcam | ab15580 | Verwendete Verdünnung: (IHC) 1 μ g/mL, (WENN) 1 μ g/mL |
| Anti-mCherry Maus Antikörper | Abcam | ab125096 | Verwendete Verdünnung: (IHC) 2 μ g/ml, (WENN) 2 μ g/mL |
| Anti-mCherry Kaninchen Antikörper | Abcam | ab167453 | Verwendete Verdünnung: (IF) 2 μ g/mL |
| C6H8O7 | Sangon Biotech | A501702-0500 | |
| Zitronensäure | Sangon Biotech | 201-069-1 | |
| DAB Kit (20x) | CWBIO | CW0125 | |
| DAPI | Thermo | 62248 | |
| Eosin | BASO | 68115 | |
| Fluoreszierende Halterung Medium | Dako | S3023 | |
| Formalin | Sangon Biotech | A501912-0500 | |
| Ziege Anti-Maus IgG Antikörper (HRP) | Abcam | ab6789 | Verwendete Verdünnung: 2 μ g/mL |
| Ziegen-Anti-Kaninchen-IgG-Antikörper (HRP) | Abcam | ab6721 | Verwendete Verdünnung: 2 μ g/mL |
| Hämatoxylin | BASO | 517-28-2 | |
| Histogel (Einbettung von Hydrogel) | Thermo | HG-400-012 | |
| 30% H2O2 | Guangzhou Chemie | KD10 | |
| 30% Wasserstoffperoxidlösung | Guangzhou Chemie | 7722-84-1 | |
| Methanol | Guangzhou Chemie | 67-56-1 | |
| Na3C6H5O7.2H2O | Sangon Biotech | A501293-0500 | |
| Neutraler Balsam | SHANGHAI YIYANG | YY-Neutraler Balsam | |
| Nicht immunisiertes Ziegenserum | BOSTER | AR0009 | |
| Paraffin | Sangon Biotech | A601891-0500 | |
| Paraformaldehyd | DAMAO | 200-001-8 | |
| Saccharose | Guangzhou Chemie | 57-50-1 | |
| Natriumcitrat tribasisches Dihydrat | Sangon Biotech | 200-675-3 | |
| Saccharose | Guangzhou Chemie | IB11-AR-500G | |
| Tissue-Tek O.T.C. Verbindung | SAKURA | SAKURA.4583 | |
| Triton X-100 | DINGGUO | 9002-93-1 | |
| Xylol | Guangzhou Chemie | 128686-03-3 | |
| RT-PCR & qRT-PCR | |||
| Agarose | Sigma | 9012-36-6 | |
| Alkohol | Guangzhou Chemie | 64-17-5 | |
| Chloroform | Guangzhou Chemie | 865-49-6 | |
| Ethidiumbromid | Sangon Biotech | 214-984-6 | |
| Isopropylalkohol | Guangzhou Chemie | 67-63-0 | |
| LightCycler 480 SYBR Grün I Master Mix | Roche | 488735200H | |
| ReverTra Ace qPCR RT Master Mix | TOYOBO-Taq | DNA-Polymerase | |
| TAKARA | R10T1 | ||
| Goldview (Nukleinsäure stain) | BioSharp | BS357A | |
| TRIzol | Magen | R4801-02 | |
| Vector Construction & Zelltransfektion | |||
| Agar | OXID-Ampicillin | ||
| Sigma | 69-52-3 | ||
| Chloramphenicol | Sigma | 56-75-7 | |
| Endotoxinfreies Plasmid-Extraktionskit | Thermo | A36227 | |
| Kanamycin | Sigma | 25389-94-0 | |
| Lipo3000 Plasmid Transfektionskit | Thermo | L3000015 | |
| LR Reaktionskit | Thermo | 11791019 | |
| Plasmid-Extraktionskit | TIANGEN | DP103 | |
| Trans5α Chemisch kompetente Zelle | TRANSGEN | CD201-01 | |
| Tryton | OXID> | ||
| Hefeextrakt | OXID | - | |
| Company< | |||
| strong>Primer: AQP5 Sequence: F: CATGAACCCAGCCCGATCTT R: CTTCTGCTCCCATCCCATCC | Synbio Tech | ||
| Primer: β-actin Sequence: F: AGATCAAGATCATTGCTCCTCCT R: AGATCAAGATCATTGCTCCTCCT | Synbio Tech | ||
| Primer: Epcam Sequence: F: CATTTGCTCCAAACTGGCGT R: TGTCCTTGTCGGCTTCGG | Synbio Tech | ||
| Primer: Krt5 Sequence: F: AGCAATGGCGTTCTGGAGG R: GCTGAAGGTCAGGTAGAGCC | Synbio Tech | ||
| Primer: Krt14 Sequence: F: CGGACCAAGTTTGAGACGGA R: GCCACCTCCTCGTGGTTC | Synbio Tech | ||
| Primer: Krt19 Sequence: F: TCTTTGAAAAACACTGAACCCTG R: TGGCTCCTCAGGGCAGTAAT | Synbio Tech | ||
| Primer: Ltf Sequence: F: CACATGCTGTCGTATCCCGA R: CGATGCCCTGATGGACGA | Synbio Tech | ||
| Primer: Nestin Sequence: F: GGGGCTACAGGAGTGGAAAC R: GACCTCTAGGGTTCCCGTCT | Synbio Tech | ||
| Primer: P63 Sequence: F: TCCTATCACGGGAAGGCAGA R: GTACCATCGCCGTTCTTTGC | Synbio Tech | ||
| Vector | |||
| pLX302 Lentivirus No-Load Vector | Addgene | ||
| pENRTY-mCherry | Xiaofeng Qin Labor, Sun Yat-sen Universität |
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