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Artículo de método

Co-cultivo de estar con microbioma intestinal humana microconstruidos Villi en una Gut-on-a-Chip dispositivo de microfluidos

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DOI:

10.3791/54344

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30 de agosto de 2016

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En este artículo

Resumen

Se describe un protocolo in vitro de co-cultivo microbioma intestinal y vellosidades intestinales durante un periodo prolongado utilizando un sistema de microphysiological gut-on-a-chip humano.

Resumen

A continuación, se describe un protocolo para llevar a cabo a largo plazo co-cultivo de múltiples especies microbioma intestinal humano con vellosidades intestinales microconstruidos en un dispositivo microphysiological gut-on-a-chip humano. Nosotros recapitular la interfaz de tejido lumen capilar intestinal en un dispositivo de microfluidos, donde las deformaciones mecánicas y fisiológicas flujo de cizallamiento del fluido se aplican constantemente para imitar el peristaltismo. En el microcanal lumen, células epiteliales intestinales Caco-2 humanas se cultivan para formar un epitelio de las vellosidades 'libre de gérmenes' y regenerar pequeñas vellosidades intestinales. células microbianas Pre-cultivadas se inoculan en el lado del lumen para establecer un ecosistema huésped-microbio. Después de células microbianas se adhieren a la superficie apical de las vellosidades, flujo de fluido y deformaciones mecánicas se reanudan a producir un microambiente de estado estacionario en el que se suministra constantemente medio de cultivo fresco y las bacterias no unidas (así como los residuos bacterianos) se eliminan de forma continua. Después de co-cultivo prolongado fdía ROM a semanas, se encuentran varios microcolonias que se encuentra de forma aleatoria entre las vellosidades, y ambos microbiana y células epiteliales permanecen viables y funcional para al menos una semana en cultivo. Nuestro protocolo de co-cultivo se puede adaptar para proporcionar una plataforma versátil para otros ecosistemas huésped-microbioma que se pueden encontrar en diversos órganos humanos, que pueden facilitar el estudio in vitro de la función del microbioma humano en la organización de la salud y la enfermedad.

Introducción

El intestino humano alberga una matriz sorprendentemente diversa de especies microbianas (<1.000 especies) y un enorme número de células microbianas (10 veces más que las células huésped humanos) y genes (100 veces más que el genoma humano) 1. Estos microbiomas humanos juegan un papel clave en el metabolismo de nutrientes y xenobióticos, la regulación de la respuesta inmune, y el mantenimiento de la homeostasis intestinal 2. No es sorprendente, teniendo en cuenta estas diversas funciones, el microbioma intestinal comensal modula ampliamente la salud y la enfermedad 3. Por lo tanto, la comprensión del papel de microbioma intestinal y h....

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Protocolo

1. La microfabricación de un dispositivo Gut-on-a-chip

Nota: El a-chip gut-en-es un dispositivo de microfluidos hecho por, polímero de silicona permeable al gas transparente (polidimetilsiloxano, PDMS), que contiene dos microcanales paralelos (1 mm de ancho x 150 m de altura x 1 cm de longitud) separados por una flexibilidad porosa (10 micras de diámetro de poro, de 25 micras de poro de separación de poro) PDMS membrana de 5,9. Fabricar el (Figura 1A, izquierda) gut-on-a-chip siguiendo los pasos que se indican.

  1. Microfabricación Procedimiento del 5,9 Gut-on-a-chip.
    1. Preparar PDMS, d....

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Resultados

Para emular el ecosistema anfitrión-microbioma intestinal humano in vitro, es necesario desarrollar un protocolo experimental para reconstituir el estable a largo plazo co-cultivo de las bacterias intestinales y células epiteliales intestinales humanas en condiciones fisiológicas como la mecánica peristaltismo similar y el flujo de fluido. Aquí, utilizamos un microdispositivo biomimético gut-on-a-chip (Figura 1A) para co-cultivo de células .......

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Discusión

La comprensión de las interacciones huésped-microbioma es fundamental para el avance de la medicina; Sin embargo, los modelos de cultivo celular tradicionales realizadas en un plato de plástico o una placa estática no apoyan la estable co-cultivo de células intestinales humanas con microbios intestinales vida de más de 1-2 días porque las células microbianas en su mayoría crecen en exceso las células de mamífero in vitro. La población microbiana overgrowing consume rápidamente oxígeno y nutrientes, produciendo .......

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Divulgaciones

Donald E. Ingber es fundador de Emulate Inc., tiene acciones en la compañía y preside su Junta Asesora Científica. Los otros autores no tienen divulgaciones financieras.

Agradecimientos

Agradecemos a Sri Kosuri (Instituto Wyss de la Universidad de Harvard) por proporcionar la cepa de E. coli marcada con GFP. Este trabajo fue apoyado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa bajo el Acuerdo de Cooperación Número W911NF-12-2-0036, la Administración de Alimentos y Medicamentos bajo contrato #HHSF223201310079C y el Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de la Universidad de Harvard. Los puntos de vista y conclusiones contenidos en este documento son los de los autores y no deben interpretarse como representativos de las políticas oficiales, ya sean expresas o implícitas, de la Oficina de Investigación del Ej....

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) que contiene 25 mM de glucosa y 25 mM HEPESGibco10564-011Caliéntalo a 37 ° C en un baño de agua.
Difco Lactobacilos MRS caldoBD288120Funciona el autoclave a 121 ° C durante 15 min.
Poly(dimetilsiloxano)Dow Corning3097358-100415:1 (w/w), PDMS : agente curativo
Caco-2BBE línea de carcinoma colorrectal humano Centro deEnfermedades Digestivasde Harvard Adenocarcinoma colorrectal humano 
FBS inactivado por calorGibco10082-14720% (v/v) en DMEM
Penicilina-estreptomicina-glutaminaGibco10378-016Dilución 1/100 en DMEM
4′,6-Diamidino-2-fenilindol diclorhidrato SondasmolecularesD1306Tinción de núcleos
Conjugado con faloidina-CF647 (25 unidades/ml)Biotium00041Tinción
Sistema de tensión Flexcell FX-5000Flexcell International CorporationFX5KMovimiento de trenzado similar al peristaltismo (10% de deformación celular, frecuencia de 0,15 Hz)
Microscopio de epifluorescencia invertidaZeissAxio Observer Z1Imaging, DIC
Microscopio confocal de barridoLeicaDMI6000Imaging, fluorescencia
UVO CleanerJelight Company Inc342Activación superficial del colágeno tipo I del chip intestinal
 GibcoA10483-01 Componente dematriz extracelular para cultivo celular en el chip
MatrigelBD354234 Componente de matriz extracelular para cultivo celular en chip
Jeringa desechable de 1 mlBD309628Inyección de células y medios
25 G Aguja de 5/8BD329651Inyección de células y medios
Bomba de jeringa BraintreeScientific Inc.BS-8000Equipo de inyección en el chip
VSL#3Sigma-Tau Pharmaceuticals7-45749-01782-6Una formulación de 8 microbios intestinales comensales diferentes
Medio Clostridial reforzadoBD218081Medio de cultivo de bacterias anaeróbicas
Sistema de contenedores anaerobios GasPak EZ con indicadorBD260001Sobre generador de gas anaeróbico 
Paraformaldehído al 4%microscopía electrónica157-4-100Fijación de las células para la tinción
Triton X-100Sigma-AldrichT8787Permeabilización de las células
Albúmina sérica bovinaSigma-AldrichA7030Agente bloqueante para la tinción de las células
Tratador de coronaProductos electrotécnicosBD-20ACGenerador de plasma para la fabricación del chip
Steriflip MilliporeSE1M003M00Desgasificación de todo el medio de cultivo
Hemocitómetro desechableiNCYTODHC-N01Para el recuento manual de células
con F-actina Ciencia de la

Referencias

  1. Turnbaugh, P. J., et al. An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest. Nature. 444, 1027-1031 (2006).
  2. Tremaroli, V., Backhed, F. Functional interactions between the gut microbiota and host metabolism. Nature. 489

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Reimpresiones y permisos

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