Primäre Leberzellen, die mit Hepatozyten angereichert waren, wurden aus der Mausleber durch zweistufige Kollagenase-Perfusion isoliert, wobei eine peristaltische Pumpe verwendet wurde, um warme Puffer durch die Leber zu zirkulieren, wobei das Gefäßsystem des Organs genutzt wurde, um Dissoziationsenzyme an alle Zellen abzugeben (Abbildung 1A). Zu diesem Zweck wurde die untere Hohlvene kanüliert und die Pfortader durchtrennt, um den Durchfluss der Puffer zu ermöglichen (Abbildung 1B). Zuerst wurde ein HBSS-basierter Puffer durch die Leber gespült, um das Blut zu reinigen. Ist die Kanülierung erfolgreich und es sind keine Blutgerinnsel vorhanden, wird die Leber blanchierend und vergilbt innerhalb weniger Sekunden. Zweitens wurde ein Verdauungspuffer, der die Libase-Enzymmischung enthielt, durch die Leber zirkuliert, um das Gewebe in eine einzellige Suspension zu dissoziieren. Die Zellen wurden manuell gezählt und in 96-Well-Ultra-Low-Adherence (ULA)-Platten ausgesät, die die Selbstorganisation zu Sphäroiden innerhalb weniger Tage ermöglichen. An Tag 5 werden die Sphäroide gebildet, und die dünne Kapsel, die an die Sphäroide grenzt, zeigt eine erfolgreiche Aggregation an (Abbildung 1C). Wir warten bis zum 10. Tag mit der Transplantation, dann sind die Sphäroide kompakt und haben starke Zell-Zell-Verbindungen entwickelt. Die Anzahl der ausgesäten Zellen pro Vertiefung bestimmte die Größe des Lebersphäroids, wobei 1000, 1200 und 1500 Zellen/Vertiefung Sphäroide von 238 μm ± 10 μm, 248 μm ± 17 μm bzw. 298 μm ± 19 μm (mittlere ± SD) Durchmesser ergaben (Abbildung 1C, D). Für die Transplantation wählen wir Sphäroide mit einem Durchmesser von ca. 250 μm aus folgenden Gründen aus: (1) Die Größe der Sphäroide sollte nicht zu groß sein, um Hypoxie und nekrotischen Kern zu vermeiden, aber sie sollte genügend Zellen enthalten, um die Zell-Zell-Kommunikation zu unterstützen und einen Transplantatumbau im Auge zu ermöglichen, (2) das Gewicht von Sphäroiden dieser Größe ermöglicht es ihnen, sich in Richtung der Iris zu bewegen und ihre Transplantation zu verbessern, (3) Diese Größe ist in Bezug auf die Transplantation von 5-10 Sphäroiden pro Mausauge angemessen.
Für die Transplantation wird eine Spritze mit manuellem Gewinde benötigt, die mit einer Glaskanüle verbunden ist (Abbildung 2A). Die Glaskanüle besteht aus einer Borosilikatglaskapillare, die im eigenen Haus mit einem Mikropipettenabzieher und einem Anfaser zu einer feinen stumpfen Spitze modifiziert wurde. Eine einfachere alternative Kanüle kann mit einem handelsüblichen Kunststoffkatheter hergestellt werden, der mit dem Spritzenschlauch verbunden und in einer Pipettenspitze stabilisiert wird (Abbildung 2B). Die Operation besteht in der Inokulation von Lebersphäroiden in die ACE durch einen Schnitt in der Hornhaut (Abbildung 2C). Die Sphäroide wurden an den Rändern der Pupille positioniert, um sie für die Bildgebung besser zugänglich zu machen und ein Verschieben in den Augenwinkel zu vermeiden. Für die Transplantation wurden Albino-Mäuse verwendet, da ihre unpigmentierte Iris die in vivo Bildgebung der transplantierten Lebersphäroide ermöglicht. Empfängermäuse wurden mit 7-10 Sphäroiden/Auge in beide Augen transplantiert, und stereoskopische Bilder wurden 3 Tage nach der Transplantation (Post-Tx) sowie 1 Woche und 1 Monat nach der Tx aufgenommen, um die Heilung der Hornhaut und den Erfolg der Sphäroidtransplantation zu dokumentieren (Abbildung 2D). Bemerkenswert ist, dass die Veränderung des Aussehens der Lebersphäroide im ACE zwischen der frischen Transplantation und der vollständigen Transplantation auf die Ablagerung des Transplantats auf die Iris sowie auf das Wachstum einer Monoschicht von Iriszellen über dem Sphäroid zurückzuführen ist. Die Erfolgsrate der Transplantation von Lebersphäroiden im ACE beträgt 70% (n = 9 Augen sowohl bei männlichen als auch bei weiblichen Mäusen) (Abbildung 2E). Die ersten Tage nach der Tx sind die kritischsten für das Überleben und die Transplantation, wahrscheinlich weil das Empfängertier sich die Augen reibt und die Sphäroide entfernt, bevor die Hornhaut verheilt ist. Die Größe der Lebersphäroide unterscheidet sich nach der Tx nicht signifikant und Formveränderungen werden auf den Transplantatumbau und die Transplantation zurückgeführt (Abbildung 2F). 1 Monat nach der Tx waren alle transplantierten Sphäroide, die auf der Iris vorhanden waren, vaskularisiert und innerviert, wie durch Immunfluoreszenzfärbung gezeigt wurde (Abbildung 2G).
Die nichtinvasive In-vivo-Bildgebung wird an anästhesierten Empfängermäusen unter Verwendung eines aufrechten konfokalen Mikroskops und eines Langstrecken-Tauchobjektivs durchgeführt (Abbildung 3A, Tabelle 2). Die Fluoreszenzbildgebung in der ACE kann durch verschiedene Ansätze erreicht werden, wie in Abbildung 3B dargestellt. Die Injektion von Fluoreszenzsonden in den Kreislauf der Empfängermaus ermöglicht die Visualisierung verschiedener Zelltypen und Strukturen innerhalb der Sphäroide. Wir verwendeten Lektin zur Markierung von Blutgefäßen (Abbildung 3C), CMFDA zur Beobachtung des Gallenkanalnetzwerks (Abbildung 3D) und pHrodo-LDL, das die aktive LDL-Aufnahme in die Sphäroidzellen bestätigte (Abbildung 3E). Leber-Sphäroide, die aus Reporter-Mausmodellen generiert wurden, können ebenfalls verwendet werden. Albumin-Cre:tdTomato-Sphäroide ermöglichten die Markierung und Verfolgung von Hepatozyten (Abbildung 3F), und Sphäroide, die den Fluorescent Ubiquitin Cell Cycle Indicator (FUCCI) Biosensor exprimieren, wurden verwendet, um die Zellzyklusdynamik mit Einzelzellauflösung zu visualisieren (Abbildung 3G). Schließlich können Leber-Sphäroide in vitro vor der Transplantation genetisch verändert werden, und im Fall der Adeno-assoziierten Virus (AAV)-GFP-Transduktion wurde die Expression über einen Zeitraum von mehr als 6 Monaten in vivo beobachtet (Abbildung 3H).

Abbildung 1: Isolierung von primären Maus-Hepatozyten und Erzeugung von Leber-Sphäroiden. (A) Material und Ausrüstung für die Isolierung von primären Maus-Hepatozyten: 1. Isolationspuffer; 2. Wasserbad; 3. Peristaltische Pumpe; 4. Petrischale; 5. Zellensieb; 6. Saugfähiges Pad; 7. Seziermatte; 8. Zell-Lifter; 9. Schmetterlingsnadel 27 G; 10. Sezieren von Werkzeugen. (B) Bauchhöhle während der Operation: Die Hohlvene wird kanüliert und perfundiert, und die Pfortader wird durchtrennt, um den Durchfluss der Puffer zu ermöglichen. (C) Hellfeldbilder der Bildung von hepatischen Sphäroiden in vitro 0 (d0), 5 (d5) und 10 (d10) Tage nach der Aussaat, Maßstabsbalken = 200 μm. (D) Größe der Leber-Sphäroide bei verschiedenen Konzentrationen der Zellaussaat, n = 21 Sphäroide. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Transplantation und Transplantation von Lebersphäroiden in das ACE von Mäusen. (A) Materialien und Geräte, die für die Transplantation (Tx) von Lebersphäroiden in das ACE verwendet werden: 1. Lebersphäroide in der Kulturschale; 2. Sterile Kochsalzlösung; 3. Augensalbe; 4. Nadeln 23 g; 5. Kanüle; 6. Hamilton-Spritze; 7. Anästhesie-Gasschlauch; 8. Kopfhalterung und Gasmaske; 9. Heizkissen; 10. Maßgeschneiderte Grundplatte aus Metall; 11. Pinzette und solides Kreuzgelenk. (B) Aufbau der Kanüle und der Hamilton-Spritze: 1. Glaskanüle, die über einen Portex-Schlauch und eine 27G-Nadel mit der Hamilton-Spritze verbunden ist; 2. Die Glaskanüle ist über zusätzliche Segmente aus Silikonschläuchen und PharMed-Schläuchen mit dem Portex-Schlauch verbunden. 3. alternativ zusammengesetzte Kunststoffkanüle; 4. Teile, aus denen die Kunststoffkanüle besteht: 24G BD Insyte Kunststoffkatheter, der über einen PharMed-Schlauch angeschlossen und mit einer abgeschnittenen 10-μl-Pipettenspitze ummantelt ist, um Stabilität und Halt zu gewährleisten. (C) Darstellung der Tx-Operationsschritte: 1. Die Sphäroide werden in der Kanüle gesammelt; 2. Die Hornhaut wird mit einer Nadel durchstochen; 3. Die Kanüle wird in den Schnitt eingeführt und die Sphäroide werden in den ACE freigesetzt. 4. Von der Außenseite des Auges werden die Sphäroide nahe der Pupille und weg von der Inzision positioniert. (D) Stereoskopische Bilder von Lebersphäroiden (sph) im Mausauge am Tag der Operation und 3, 7 und 30 Tage nach der Tx. Pfeile zeigen lebensfähige Sphäroide an. (E) Transplantationsrate des Lebersphäroids (Größe von 1200 Zellen/Well) nach Tx, n= 9 Augen bei 6 Empfängermäusen. (F) Größe der Lebersphäroide in Kultur vor der Transplantation (in vitro n = 20 Sphäroide aus einer einzigen Präparation) und 1 Monat nach Tx in der ACE (in vivo n = 16 Sphäroide bei 3 Empfängermäusen), berechnet durch Mittelung des vertikalen und horizontalen Durchmessers. (G) Immunfluoreszenzfärbung von transplantierten Lebersphäroiden 2 Monate nach Tx, mit Vaskularisation (CD31, rosa, gestrichelte Linie markiert die Sphäroidmasse) und sympathischer Innervation (Tyrosinhydroxylase (TH), orange), Maßstabsbalken = 100 μm. Die Daten für Panel F wurden mit Genehmigung von Lazzeri-Barcelo et al.10 angepasst. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Nichtinvasive intraokulare in vivo-Bildgebung von transplantierten Lebersphäroiden. (A) Material und Ausrüstung für die In-vivo-ACE-Bildgebung : 1. Konfokales Laser-Scanning-Mikroskop; 2. Dunkler Kasten; 3. Motorisierter XYZ-Tisch; 4. Tauch-Ziel; 5. Kopfhalterung und Gasmaske; 6. Pinzette und solides Kreuzgelenk; 7. Heizkissen; 8. Maßgeschneiderte Grundplatte aus Metall. (B) Diagramm, das verschiedene Ansätze für die In-vivo-Bildgebung von Fluoreszenz-Messwerten in Leber-Sphäroiden darstellt, die in das Auge transplantiert wurden. (C-H) Repräsentative Bilder von ACE-Leber-Sphäroiden während der in vivo Bildgebung mittels konfokaler Mikroskopie. Das Rückstreusignal wird verwendet, um das Volumen und die Struktur des Sphäroids zu beobachten; (C) Blutgefäße, die durch intravenöse Injektion von fluoreszierendem Lektin markiert wurden, Maßstabsbalken = 100 μm; (D) Gallenkanal-Netzwerk, markiert durch Injektion von fluoreszierender CMFDA, Maßstabsbalken = 50 μm; (E) LDL-Aufnahme durch Injektion einer fluoreszierenden pHrodo-LDL-Sonde, Maßstabsbalken = 100 μm; (F) Td-Tomaten-exprimierende Hepatozyten, Pfeilspitzen kennzeichnen Zellkerne und Sternchen kennzeichnen intrasphäroide Gefäße, Maßstabsbalken = 50 μm; (G) Überwachung der Zellzyklusdynamik in FUCCI-exprimierenden Lebersphäroiden, Skalenbalken = 50 μm (Hauptbild) und 20 μm (Blow-up). (H) Lebersphäroide, die in vitro mit AAV8-GFP vor Tx transduziert und 6 Monate nach Tx im Auge abgebildet wurden, Skalenbalken = 50 μm. Das Bild in Panel G wurde mit Genehmigung von Lazzeri-Barcelo et al.10 angepasst. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Tabelle 1: Lösungen für die Isolierung von primären Maus-Hepatozyten. Zusammensetzung der Lösungen und Puffer, die für die Isolierung von Hepatozyten bei Mäusen benötigt werden. Die Komponenten des Aufschlusspuffers und der Gradientenlösung sollten am Tag der Isolierung frisch gemischt werden. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.
Tabelle 2. Konfokale Leica SP5 Mikroskopeinstellungen für die intraokulare In-vivo-Bildgebung von Leber-Sphäroiden. Die Tabelle wurde mit Genehmigung von Lazzeri et al.10 angepasst. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.