כאן אנו מתארים שיטה להפקת ספרואיד תלת מימדי התרבויות של תאי אפיתל באף אדם. Spheroids הם גירוי ואז לנהוג סיסטיק פיברוזיס Transmembrane מוליכות הרגולטור (CFTR)-יון התלויים, הפרשת נוזלים, לכימות בשינוי הגודל luminal ספרואיד כמדד עבור פונקציה CFTR.
מאמר שיטה
כאן אנו מתארים שיטה להפקת ספרואיד תלת מימדי התרבויות של תאי אפיתל באף אדם. Spheroids הם גירוי ואז לנהוג סיסטיק פיברוזיס Transmembrane מוליכות הרגולטור (CFTR)-יון התלויים, הפרשת נוזלים, לכימות בשינוי הגודל luminal ספרואיד כמדד עבור פונקציה CFTR.
בזמן כניסתה של סיסטיק פיברוזיס Transmembrane מוליכות הרגולטור (CFTR) אפנן סמים יש מהפכה טיפול ב סיסטיק פיברוזיס (CF), המודל טיפול מכוון גנוטיפ הנמצאות כעת בשימוש יש מספר מגבלות. המוטציה הראשונה, נדיר או understudied קבוצות לא יכללו מניסויים קליניים סופית. יתר על כן, כמו סמים אפנן נוספים להיכנס לשוק, יהפוך קשה למטב את הבחירות אפנן עבור נושא בודדים. שתי בעיות אלו מטופלות עם השימוש של מערכות נגזר החולה, תגובותיהם דגם פרה CFTR פונקציה, אפנון. תאי אפיתל באף אדם (HNEs) הם מקור נגיש בקלות של רקמות הנשימה מודל כזה. במסמך זה, אנו מתארים את הדור של מודל תלת מימדי ספרואיד של CFTR ותפקוד אפנון באמצעות HNEs הראשי. HNEs מבודדים מן הנבדקים בצורה פולשנית, מותנה בתנאי התיכנות, ושדרות נזרע לתוך התרבות ספרואיד. בתוך 2 שבועות של זריעה, ספרואיד תרבויות ליצור spheroids HNE זה יכול להיות מגורה עם 3', אדנוזין 5'-מחזורית monophosphate (מחנה)-יצירת אגוניסטים כדי להפעיל פונקציה CFTR. ספרואיד נפיחות לאחר מכן לכמת כמדד לפעילות CFTR. HNE spheroids לנצל מקור פולשנית, עדיין הנשימה לתאי האף כדי ליצור מודל נגיש, אישית הרלוונטיים האפיתל המשקף המחלה התחלואה והתמותה. לעומת התרבויות HNE אוויר נוזלי ממשק, spheroids הם מהיר יחסית להבשיל, אשר מפחית את שיעור הזיהום הכולל. במתכונתה הנוכחית, הדגם הוא מוגבל על ידי תפוקה נמוכה, למרות זה קוזז על ידי הקלות היחסית רקמות רכישה. HNE spheroids יכול לשמש כדי לכמת באופן אמין ולאפיין CFTR פעילות ברמת הפרט. לימוד מתמשך לקשור את כימות ויוו סמים לתגובה יקבע אם HNE spheroids הם מנבא פרה אמיתי של המטופל בתגובה CFTR אפנון.
סיסטיק פיברוזיס (CF) היא מחלה רצסיבי קטלנית, אוטוזומלית משפיע על יותר מ 70,000 אנשים ברחבי העולם1. זו מחלה גנטית של החיים-לקיצור נגרמת על ידי מוטציות בגן מוליכות Transmembrane סיסטיק פיברוזיס הרגולטור חלבון (CFTR)2. CFTR הוא חבר של המשפחה קלטת אדנוזין טריפוספט מחייב, וכן פונקציות כערוץ יון המאפשר תנועה של ביקרבונט הכלוריד על פני הממברנות הפסגה של epithelia מקוטב מרובים כולל של מערכת העיכול, בלוטות זיעה, מערכת הנשימה עץ, בין היתר3,4. ככזה, CFTR לקוי מוביל מכשל בתפקוד אפיתל, עם רוב תמותת הנובעות מחלות נשימה1. CF בריאה, אובדן של דרכי הנשימה מונחה-CFTR משטח נוזלי (ASL) תקנה, ריר שחרור מוביל ריר מעובה, חסימה בדרכי הנשימה, דלקת כרונית, ו שיפוץ דרכי הנשימה מתקדמת ואובדן של הריאה פונקציה1,5.
למרות הזיהוי של תפקוד CFTR סיבת המחלה, טיפולים ב- CF התמקדו באופן מסורתי להפחתת התסמינים (למשל, טיפול בתחליפי האנזים בלבלב, דרכי הנשימה סיווג טיפולים)1. גישה זו הייתה מהפכה לאחרונה על ידי הופעתו של הריפוי, כינה "CFTR מאפננים," שמכוון ישירות CFTR לקוי. גישה זו עברה הנוף קליני של ניהול סימפטום למחלות שינוי מעניין אבל נושאת מספר מגבלות6,7,8,9,10. פעילות אפנן היא ספציפית הפגם חלבון המלווה כל מוטציה CFTR מוגבל לבחירת אוכלוסיות גנטי11. מגבלה זו מונעת על ידי הטבע הטרוגנית של חלבון פגמים, אלא גם את טענותיהם של ניסויים קליניים בקבוצות מוטציה נדירה. בנוסף, בין נושאים עם למד היטב אחרים (למשל, F508del/F508del CFTR, המוטציה CFTR הנפוץ ביותר), יש השתנות רחב במחלת נטל, אפנן תגובה6,7,8 9, ,11.
כדי להתגבר על שתי בעיות אלו, חוקרים הציעו את השימוש הדגמים מותאמים אישית עבור בדיקה פרה12. המושג הזה מנצל החולה הספציפי רקמות כדי ליצור מערכת מודל בפעוט שמחוץ בדיקה מורכבת, חיזוי ויוו נושא התגובה לטיפולים בצורה אישית. לאחר האימות, מודל כזה יכול לשמש על ידי רופאים לטיפול דיוק נסיעה בין גנוטיפ CFTR הבסיסית של המטופל.
האדם הסימפונות (HBE) בתאי אפיתל המתקבל explant רקמות בזמנו של השתלת הריאות הקים את האפשרות של כזה דגם CF13,14. HBEs גדל ממשק אוויר נוזלי (עלי) מאפשרים פונקציונלי כימות CFTR ישירות באמצעות בדיקות electrophysiologic או בעקיפין באמצעות מדדי ASL הומאוסטזיס13,15. מודל זה כבר קריטי להבנת CFTR בביולוגיה, היה נהג מפתח בהתפתחות CFTR מאפננים16. למרבה הצער, מודלים HBE אינם בביאולוגיה כמודל אישית בשל העיקרון החודרני של רכישה (השתלת הריאות או צחצוח הסמפונות) וחוסר דוגמאות עבור אלה עם מוטציות נדירות או מחלה קלה. לעומת זאת, רקמת המעי, המתקבל דגימות ביופסיה רקטאלית או תריסריון, ניתן למדידה הנוכחי מעיים (ICM) או assay תא צורב מבוסס-נפיחות ללמוד בפעוט CFTR פונקציה17,18, 19. מבחני תא צורב, בפרט, הם מאוד רגישים דגמי CFTR פעילות20,21,22. שני הדגמים מוגבלים על ידי מקור רקמות (רקמת המעי, אמנם רוב המחלה פתולוגיה במערכת הנשימה) ושיטת רכישת פולשנית למחצה. לחלופין, מספר חוקרים חקרו האנושי האף (HNE) תאים אפיתל דגם CFTR שיקום23,24,25. HNEs ניתן לקצור בבטחה על ידי מברשת או גרידה נושאים בכל גיל, כאשר תרבותי ב עלי, לסכם מאפיינים רבים של HBEs25,26,27,28. HNE חד שכבתי תרבויות באופן מסורתי הייתה מוגבלת על-ידי שינוי קשקשיים, הרבה זמן הפירעון29. יתר על כן, דיווח קצר מידות הנוכחי HNEs הם קטנים יותר מאלו HBEs, רומז חלון קטן יותר כדי לזהות יעילות טיפולית25.
בהתחשב בצורך מודל תרביות רקמה אישית, לא פולשנית, הנשימה של הפונקציה CFTR, חיפשנו למזג את רגישות assay תא צורב מבוסס-נפיחות, עם אופי פולשני, מערכת הנשימה HNEs. כאן, אנו מתארים את השיטה שלנו של יצירת תלת-ממדי "ספרואיד" תרבויות HNEs למחקר CFTR תגובותיהם ב- מבוסס-נפיחות assay30. HNE spheroids polarize אמינה בעלת אפיתל לכיוון מרכז כדור, או לומן. מודל זה recapitulates מאפיינים רבים אפיתל בדרכי הנשימה התחתונה, מתפתח במהירות רבה יותר מאשר עלי תרבויות. כמו assay פונקציונלי, HNE spheroids לכמת באופן אמין עם טווח של CFTR פונקציה, וכן אפנון בקבוצות מוטציה למד היטב (למשל, F508del CFTR). זה וזמינותו המבוסס על נפיחות יהפוך לרישית על מאפייני התחבורה יון/מלח CFTR, בעקיפין מדידת זרם נוזלים לתוך ספרואיד המים כדלקמן בזרימת מלח הפסגה. בצורה כזאת, spheroids מגורה עם CFTR המתפקד במלואו להתנפח robustly, בעוד אלה עם תפקוד לקוי CFTR להתנפח פחות או לכווץ. זה הוא לכמת באמצעות ניתוח תמונות של טרום ושנה 1 h פוסט-גירוי spheroids, מדידת שטח luminal וקביעת האחוזים. אמצעי זה ניתן להשוות אז קבוצות ניסיוני עבור סמים אתריים באופן ספציפי לחולה מסך.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דוגמאות HNE היו שהשגת נושאים גייס דרך לילדים בסינסינטי החולים מרכז רפואי CF מרכז המחקר. כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי המוסדיים סקירה לוח (IRB) של המרכז הרפואי של בית החולים לילדים בסינסינטי. הסכמה בכתב היה המתקבלים בכל המקצועות לפני בדיקה.
1. מכינים הרחבה מדיה ומדיה לאנטיביוטיקה
2. מכינים בידול מדיה
3. המעיל תרבות מנות לוח Fibroblasts מזין
הערה: ביצוע כל הצעדים בתנאים נקיים אבטחה בארון.
4. לקבל ולעבד מדגם HNE
5. תהליך ולהרחיב את התאים HNE במנות
הערה: ביצוע כל הצעדים בתנאים נקיים אבטחה בארון.
6. מעבר HNE תאים
7. זריעה תאים עבור HNE ספרואיד תרבויות
הערה: לבצע את כל ההליכים בשלב זה, מלבד צנטריפוגה, ב אבטחה נקיים בארון.
8. להבדיל ולומדים HNE Spheroids
9. pretreat, מעוררים, תמונה HNE Spheroids לניתוח
10. לנתח HNE ספרואיד תמונות
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
HNEs צריך לצרף המנה תרבות ויוצרים איים קטנים של תאים בתוך 72 h של זריעה; דוגמאות של היווצרות האי טוב ועניים בגיל שבוע מוצגים איור 1A ו- 1B, בהתאמה. איים אלה שכדאי להרחיב מכסים את הכלי מעל 15-30 ימים. דוגמאות קטנות או שיוצרת עשויה להימשך זמן רב, לעיתים קרובות לא תניב שימושי spheroids. זיהום עם מדבקים שמעידים מדיה עמוק צהוב/מעונן, כשל של התאים כדי לצרף המנה תרבות, ו/או פריט חזותי ישיר של פטריות/חיידקים. כל התרבויות מזוהמים צריכים להיות מושלך מי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול זה מתאר את הדור של תרבויות ספרואיד תא האף נגזר החולה מסוגל לייצר מודל בפעוט, מסוים של פונקציה CFTR. ישנם מספר שלבים מרכזיים בתהליך זה צריך להיות נוכחת מקרוב כדי למנוע קושי. ראשית הוא רכישת מדגם טוב מן האף של המטופל. דגימה טובה צריך > 50,000 תאים, מוגבל ריר/פסולת, ולהיות מוכן לעיבוד בתוך 4 שעות (למרות ההצלחה הוא בר השגה בקלות גם עם לילה משלוח על הקרח). תרגול רכישת דגימות עם מגרד או מברשת על ידי צוות המחקר הוא הכרחי, אשר בהנחייתם של התמקדות לדוגמה רכישת לידיים של ספקי אחד או שניים כדי למקסם את הנוחות שלהם. שנית, ט...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים אין לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי קרן סיסטיק פיברוזיס הרפוי, להעניק מספר CLANCY14XX0, דרך איגוד סיסטיק פיברוזיס, להעניק מספר CLANCY15R0. המחברים רוצים להודות קריסטינה ריי על הסיוע במתן החולה רגולטורי. המחברים גם רוצים להודות קבוצת העבודה HNE, נתמך על ידי קרן סיסטיק פיברוזיס, אשר סייעו בדור של HNE תרבות יכולות: פרסטון Bratcher, כותנה קלווין, מרטינה Gentzsch, אליזבת Joseloff, מייקל Myerburg, ניקולס דייב, סקוט רנדל, סטיב רואו, שלמה מרטי ג ו קתרין טאגל.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 1.5 מ"ל שפופרת אפנדורף | ארה"ב מדעי | 4036-3204 | |
| בקבוק סינון 150 מ"ל | Midsci | TP99150 | לסינון מדיה |
| 15 מ"ל צינור חרוטי | Midsci | ||
| TP91015 בקבוק סינון 1 ליטר | Midsci | TP99950 | לסינון מדיה |
| 35 מ"מ צלחת תחתית זכוכית | MatTek Corporation | P35G-0-20-C | אופציונלי |
| 3-איזובוטיל-1-מתילקסנטין (IBMX) | פישר סיינטיפיק | AC228420010 | הכן תמיסת מלאי של 100 מ"מ של 22.0 מ"ג ב-1 מ"ל של DMSO |
| 50 מ"ל צינור חרוטי | Midsci | ||
| Accutase | Innovative Cell Technologies, Inc. | AT-104 | תמיסת ניתוק תאים |
| אדנין | סיגמא-אולדריץ' | A2786-25G | ראה טבלה 1 |
| אמפוטריצין B | סיגמא-אולדריץ' | A9528-100MG | ראה טבלה 1 |
| תמצית מוח בקר (9 מ"ג/מ"ל) | לונזה | CC-4098 | ראה טבלה 2 |
| Ceftazidime hydrate | Sigma-Aldrich | C3809-1G | ראה טבלה 1 |
| מגרדי תאים 20 ס"מ | מידסי | ||
| CFTR Inh172 | Tocris Bioscience | 3430 | הכן תמיסת מלאי של 10 מ"מ של 4.0 מ"ג ב-1 מ"ל של רעלן DMSO |
| כולרה B (מ-Vibrio cholerae) | סיגמא-אולדריץ' | C8052-.5MG | ראה טבלה 1 |
| CYB-1 | תאגיד אריזות רפואיות | CYB-1 | מברשת ציטולוגיה |
| דימתיל סולפוקסיד (DMSO) | סיגמא-אולדריץ' | D5879-500ML | |
| Dulbecco's Modified Eagle Media (DMEM)/F12 Hepes | טכנולוגיות חיים | 11330-057 | בינוני בסיס; ראה טבלאות 1 ו-2 |
| גורם גדילה אפידרמיס (חלבון אנושי רקומביננטי, ללא מקור מן החי) | Thermo Fisher Scientific | PHG6045 | ראה טבלה 1 |
| אפינפרין | סיגמא-אולדריץ' | E4250-1G | ראה טבלה 2 |
| אתנול | פישר סיינטיפיק | 2701 | |
| אתנולמין | סיגמא-אולדריץ' | E0135-500ML | תמיסה 16.6 מ"מ; ראה טבלה 2 |
| חומצה אתילנדיאמינטטראצטית (EDTA) | TCI America | E0084 | |
| סרום בקר עוברי (ביצועים גבוהים FBS) | Invitrogen | 10082147 | ראה טבלה 1 |
| Forskolin | Sigma-Aldrich | F6886-50 | הכן תמיסת מלאי של 10 מ"מ של 4.1 מ"ג ב-1 מ"ל של |
| DMSO Growth Factor-Reduced Matrigel | Corning, Inc. | 356231 | קורנינג מטריג'ל גורם גדילה מופחת (GFR) מטריצת ממברנה בסיסית, ללא פנול אדום, ללא LDEV, 10 מ"ל. |
| Hemacytometer | Hausser Scientific | 1483 | |
| תמיסת קולגן אנושי, סוג I (VitroCol; 3 מ"ג/מ"ל) | Advanced BioMatrix | 5007-A | תמיסת קולגן |
| HyClone (הידועה גם בשם FetalClone II) | GE בריאות | SH30066.03HI | ראה טבלה 2 |
| טכנולוגיות תאי גזע | הידרוקורטיזון | 07904 | ראה טבלאות 1 ו-2 |
| אינסולין, רקומביננט אנושי, תמיסת אבץ | טכנולוגיות חיים | 12585014 | תמיסה של 4 מ"ג/מ"ל; ראה טבלה 2 |
| צלחת IVF 4 בארות, NUNC לא מטופל | (באמצעות Fisher Scientific)12566350 | צלחת 4 בארות לספרואידים; גודל באר דומה לצלחת 24 בארות | |
| MEF-CF1-IRR | Globalstem | GSC-6001G | פיברובלסטים עובריים של עכברים מוקרנים |
| מטמורף 7.7 | מכשירים | מולקולרייםתוכנת ניתוח; https://www.moleculardevices.com/systems/metamorph-research-imaging/metamorph-microscopy-automation-and-image-analysis-software לציטוט | |
| אולימפוס IX51 מיקרוסקופ הפוך | תאגיד אולימפוס | הופסק | מיקרוסקופ הדמיה. מחליף: אולימפוס IX53, https://www.olympus-lifescience.com/pt/microscopes/inverted/ix53/ להצעת מחיר |
| Pen Strep | Life Technologies | 15140122 | ראה טבלה 2 |
| Phsophoryletheanolamine | Sigma-Aldrich | P0503-5G | ראה טבלה 2 |
| חומצה רטינואית | Sigma-Aldrich | R2625-50MG | ראה טבלה 2 |
| Rhinoprobe | Arlington Scientific, Inc. | 96-0905 | קורט |
| שקופיות 5.5 | 3i, חידושי הדמיה חכמים | שהופסקה | . החלפה: Slidebook 6, https://www.intelligent-imaging.com/slidebook לציטוט |
| Sterile Phosphate Buffered Saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific | 20012050 | |
| Sterile Water | Sigma-Aldrich | W3500-6X500ML | |
| צלחת תרבית רקמות 100 | טכנו מוצרי פלסטיק | 93100 | צלחת תרבית רקמות להרחבה |
| Tobramycin | Sigma-Aldrich | T4014-100MG | ראה טבלה 1 |
| טרנספרין (טרנספרין אנושי 0.5 מ"ל) | Lonza | CC-4205 | ראה טבלה 2 |
| Triiodothryonine | Sigma-Aldrich | T6397-1G | 3,3′,5-Triiodo-L-thyronine salt נתרן [T3]; ראה טבלה 2 |
| טריפסין מלבלב חזיר | Sigma-Aldrich | T4799-10G | |
| Ultroser-G | Crescent Chemical (דרך Fisher Scientific) | NC0393024 | 20 מ"ל אבקה ליפופילית; ראה טבלה 2 |
| ונקומיצין הידרוכלוריד מ- Streptomyces orientalis | Sigma-Aldrich | V2002-5G | ראה טבלה 1 |
| VX770 | Selleck Chemicals | S1144 | הכן תמיסת מלאי של 1 מ"ג של 0.4 מ"ג ב -1 מ"ל של DMSO |
| VX809 | Selleck Chemicals | S1565 | רכוש או הכן תמיסת מלאי של 10 מ"ג של 4.5 מ"ג ב -1 מ"ל של DMSO |
| Y-27632 דיהידרוכלוריד מעכב ROCK | אנזו מדעי החיים | ALX-270-333-M025 | ראה טבלה 1 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה