כאן אנו מציגים שיטה לא גנטית ליצירת ספרואידים אוטולוגיים אנושיים בכבד באמצעות תאים חד-גרעיניים שבודדו מדם היקפי במצב יציב.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
כאן אנו מציגים שיטה לא גנטית ליצירת ספרואידים אוטולוגיים אנושיים בכבד באמצעות תאים חד-גרעיניים שבודדו מדם היקפי במצב יציב.
תאי כבד אנושיים יכולים ליצור מבנה תלת ממדי (3D) המסוגל לגדול בתרבית במשך כמה שבועות, תוך שמירה על יכולתם התפקודית. בשל טבעם להתקבץ בתרבית צלחות בעלות תכונות דבק נמוכות או ללא תכונות דבק, הם יוצרים צברים של תאי כבד מרובים הנקראים ספרואידים של כבד אנושי. היווצרותם של ספרואידים תלת-ממדיים בכבד מסתמכת על הנטייה הטבעית של תאי הכבד להצטבר בהיעדר מצע דביק. למבנים תלת-ממדיים אלה יש תגובות פיזיולוגיות טובות יותר מאשר לתאים, הקרובים יותר לסביבה in vivo . לשימוש בתרביות הפטוציטים תלת-ממדיות יש יתרונות רבים בהשוואה לתרביות דו-ממדיות (2D) קלאסיות, כולל מיקרו-סביבה רלוונטית יותר מבחינה ביולוגית, מורפולוגיה אדריכלית המרכיבה מחדש איברים טבעיים, כמו גם חיזוי טוב יותר לגבי מצב המחלה ותגובות דמויות in vivo לתרופות. מקורות שונים יכולים לשמש ליצירת ספרואידים, כמו רקמת כבד ראשונית או קווי תאים אימורטליים. ניתן להנדס את רקמת הכבד התלת-ממדית גם באמצעות תאי גזע עובריים אנושיים (hESCs) או תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (hiPSCs) כדי להפיק הפטוציטים. השגנו ספרואידים אנושיים בכבד באמצעות תאי גזע פלוריפוטנטיים שמקורם בדם (BD-PSCs) המופקים מדם היקפי ללא מניפולציה על ידי הפעלת חלבון הקשור לקרום אנושי הקשור ל- GPI ומובחן להפטוציטים אנושיים. תאי כבד אנושיים שמקורם ב-BD-PSCs וספרואידים של כבד אנושי נותחו במיקרוסקופ אור ואימונופנוטיפ באמצעות סמני כבד אנושיים.
בשנים האחרונות מערכות תרבית ספרואידים תלת-ממדיות (3D) הפכו לכלי חשוב לחקר תחומים שונים של חקר סרטן, גילוי תרופות וטוקסיקולוגיה. תרביות כאלה מעוררות עניין רב משום שהן מגשרות על הפער בין חד-שכבות דו-ממדיות (2D) של תרביות תאים לבין איברים מורכבים1.
בהיעדר משטח דביק, בהשוואה לתרבית תאים דו-ממדית, היווצרות הספרואידים מבוססת על הזיקה הטבעית של תאים אלה להתקבץ בצורה תלת-ממדית. תאים אלה מתארגנים לקבוצות המורכבות מסוג אחד או יותר של תאים בוגרים. ללא חומרים זרים, תאים אלה מתקשרים זה עם זה כמו במיקרו-סביבה המקורית שלהם. התאים בתרבית תלת-ממדית קרובים הרבה יותר ובעלי אוריינטציה נכונה זה כלפי זה, עם ייצור מטריצה חוץ-תאית גבוה יותר מאשר תרביות דו-ממדיות, ומהווים סביבה טבעית קרובה 2.
מודלים של בעלי חיים שימשו במשך זמן רב לחקר ביולוגיה אנושית ומחלות3. בהקשר זה, ישנם הבדלים מהותיים בין בני אדם לבעלי חיים, מה שהופך מודלים אלה לא לגמרי מתאים למחקרים אקסטרפולטיביים. ספרואידים ואורגנואידים בתרבית תלת-ממדית מהווים כלי מבטיח לחקר ארכיטקטורה דמוית רקמה, אינטראקציה והצלבה בין סוגי תאים שונים המתרחשים in vivo ויכולים לתרום להפחתה או אפילו להחלפה של מודלים של בעלי חיים. הם מעניינים במיוחד לחקר הפתוגנזה של מחלות כבד, כמו גם פלטפורמות סינון תרופות4.
תרבית ספרואידים תלת-ממדית היא בעלת חשיבות מיוחדת לחקר הסרטן מכיוון שהיא יכולה לחסל את חוסר הרציפות בין התאים לסביבתם על ידי הפחתת הצורך בטריפסיניזציה או בטיפול בקולגנאז הדרוש להכנת חד-שכבות תאי הגידול לתרביות דו-ממדיות. ספרואידים סרטניים מאפשרים לחקור כיצד תאים נורמליים לעומת תאים ממאירים מקבלים ומגיבים לאותות מסביבתם5 והם חלק חשוב בלימודי ביולוגיה של גידולים.
בהשוואה לחד-שכבתיות, תרביות תלת-ממדיות המורכבות מסוגי תאים שונים דומות לרקמות הגידול בתכונותיהן המבניות והתפקודיות ולכן מתאימות לחקר גרורות ופלישה של תאי גידול. זו הסיבה שמודלים ספרואידים כאלה תורמים להאצת חקר הסרטן6.
ספרואידים גם עוזרים לפתח את הטכנולוגיה ליצירת אורגנואידים אנושיים מכיוון שביולוגיה של רקמות ואיברים מאתגרת מאוד למחקר, במיוחד בבני אדם. התקדמות בתרבית תאי גזע מאפשרת לפתח תרביות תלת ממדיות כמו אורגנואידים המורכבים מתאי גזע ואבות רקמות, כמו גם סוגים שונים של תאים בוגרים (רקמות) מאיבר עם כמה מאפיינים פונקציונליים כמו איבר אמיתי שניתן להשתמש בו כדי למדל התפתחות איברים, מחלות, אבל הם גם יכולים להיחשב שימושיים ברפואה רגנרטיבית7.
הפטוציטים אנושיים ראשוניים משמשים בדרך כלל לחקר ביולוגיה חוץ גופית של הפטוציטים אנושיים, תפקוד כבד ורעילות הנגרמת על ידי תרופות. לתרביות של הפטוציטים אנושיים יש שני חסרונות עיקריים, ראשית, הזמינות המוגבלת של רקמה ראשונית כמו הפטוציטים אנושיים, ושנית, הנטייה של הפטוציטים להתמיין במהירות בתרבית דו-ממדית ובכך לאבד את פונקציית הפטוציטים הספציפית שלהם8. תרביות כבד תלת-ממדיות הן טובות יותר בהקשר זה, ולאחרונה נוצרו מתאי גזע עובריים אנושיים ממוינים (hESCs) או מתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (hiPSCs)9. ספרואידים תלת-ממדיים מהונדסים ביולוגית בכבד מעניינים במיוחד בחקר התפתחות, רעילות, מחלות גנטיות וזיהומיות של הכבד, כמו גם בגילוי תרופות לטיפול במחלות כבד10. לבסוף, יש להם גם פוטנציאל לשימוש קליני, בידיעה שלמחלות כבד חריפות יש שיעור תמותה של כמעט 80%, כבד ביו-מלאכותי ו / או ספרואידים בכבד יכולים להציל חולים אלה על ידי מתן תפקוד כבד חלקי עד שניתן למצוא תורם מתאים11.
קבענו פרוטוקול ליצירת ספרואידים אנושיים בכבד באמצעות תאי גזע פלוריפוטנטיים שמקורם בדם (BD-PSCs) להכנת ספרואידים בגדלים שונים המכילים 4000 עד 1 x 106 תאים וניתחנו אותם באמצעות מיקרוסקופ אור ואימונופלואורסנציה. בדקנו גם את היכולת של תפקוד ספציפי לכבד, והערכנו את הביטוי של אנזימי ציטוכרום P450 3A4 (CYP3A4) ו-2E1 (CYP2E1) השייכים למשפחת הציטוכרום P450 שיש להם תפקידים חשובים במטבוליזם של תאים ותרופות באמצעות תהליך של ניקוי רעלים12.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
התקבל אישור אתי (ACA CELL Biotech GmbH/25b-5482.2-64-1) לביצוע ניסויים אלה והסכמה מדעת נחתמה על ידי כל התורמים לפני שאיבת הדם בהתאם להנחיות המוסדיות.
1. הכנת תאים חד-גרעיניים (MNCs) מדם היקפי אנושי (PB)
2. דיפרנציאציה של MNCs עם הפעלה עם גליקופרוטאין מעוגן GPI אנושי
3. מיון של תאים חדשים שנוצרו dedifferentiated
4. הכנת כיסויי זכוכית לדור הפטוציטים האנושיים
5. ציפוי לוחות תרבית תאים עם biolaminin עבור התמיינות כבד 2D של BD-PSCs
6. הכנת מדיה הבחנה hepatocyte
7. גידול תאי כבד ממוינים מ- BD-PSCs
8.3D התמיינות כבדית ספרואידית
9. ניתוח אימונופלואורסנציה של תרביות תאי כבד דו-ממדיות שנוצרו לאחרונה
10. צביעה חיה של ספרואידים חדשים שנוצרו בכבד
11. בדיקת ספרואידים באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הבחנו בהצלחה BD-PSCs אנושיים לתאי אב אנדודרם / כבד והפטוציטים על ידי יישום פרוטוקול דו-שלבי. שינויים מורפולוגיים במהלך תהליך התמיינות הכבד מוצגים באיור 1. BD-PSCs מתמיינים להפטוציטים שעוברים שלושה שלבים שונים. השלב הראשון מייצג את ההתמיינות לתאים אנדודרמליים L4, השני, התמיינות לתאי אב כבדיים (הפטובלסט) L8, המציגים מורפולוגיה מצולעת טיפוסית, והשלישי, הבשלה להפטוציטים L15-L24.
ניתוח אימונופלואורסנציה בוצע כדי לאשר את התמיינות הכבד של BD-PSCs כפי שמוצג
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הכבד הוא איבר מרכזי בגוף האדם עם פונקציות ביולוגיות חיוניות רבות, כגון ניקוי רעלים של מטבוליטים. בשל אי ספיקת כבד חמורה כמו שחמת הכבד ו / או דלקת כבד ויראלית, ישנם כמעט 2 מיליון מקרי מוות בשנה ברחבי העולם. השתלות כבד מדורגות במקום השני בהשתלות איברים מוצקים ברחבי העולם, אך רק כ-10% מהצורך הנוכחי מסופק22.
הפטוציטים אנושיים ראשוניים (PHH) משמשים לעתים קרובות לחקר רעילות הכבד. תאים אלה יכולים להישמר בתרבית לזמן קצר תוך שמירה על תפקודיהם הספציפיים. כמו כן, מספר התאים הזמיני...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברת המקבילה מצהירה כי היא בעלת פטנט הקשור לחלבון מקושר GPI אנושי חדש. היא ייסדה ועובדת עם ACA CELL Biotech GmbH. המחברים האחרים מצהירים שאין ניגודי עניינים.
המחברים אסירי תודה במיוחד על הסיוע הטכני שניתן על ידי אוקסנה וג'ון גרינאקר. עבודה זו נתמכה על ידי ACA CELL Biotech GmbH היידלברג, גרמניה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| נוגדן אלבומין | Sigma-Aldrich | SAB3500217 | מיוצר בעוף |
| Albumin Fraction V | Carl Roth GmbH+Co. KG | T8444.4 | |
| Alpha-1 Fetoprotein | Proteintech Germany GmbH | 14550-1-AP | ארנב פוליקלונלי IgG |
| Biolaminin 111 LN | BioLamina | LN111-02 | אנושי רקומביננטי |
| CD45 מיקרו-חרוזים | Miltenyi | 130-045-801 | חרוזים מגנטיים בגודל ננו |
| מסננת תאים | pluriSelect | 43-10040-40 | |
| CellSens | תוכנת הדמיה | אולימפוס | |
| צינורות צנטריפוגה 50 מ"ל | גריינר ביו-וואן | 210270 | |
| CEROplate 96 באר | OLS OMNI מדעי החיים | 2800-109-96 | |
| CKX53 | אולימפוס | ||
| חומר ניקוי זמין מסחרית | פרוקטר & Gamble | חומר ניקוי לא יוני | |
| נוגדן ספציפי CYP2E1 | Proteintech גרמניה GmbH | 19937-1-AP | נוגדן רב-שבטי ארנב |
| IgG CYP3A4 | Proteintech גרמניה GmbH | 67110-1-lg | נוגדן חד שבטי לעכבר IgG1 |
| Cytokeratin 18 | DakoCytomation | M7010 | נוגדן חד שבטי לעכבר IgG1 |
| DMSO | Sigma-Aldrich | D8418-50ML | |
| DPBS | Thermo Fisher Scientific | 14040091 | |
| FBS | Merck Millipore | S0115/1030B | הופסק. זמין תחת: TMS-013-B |
| כיסוי זכוכית מחליק 14 מ"מ | R. Langenbrinck | 01-0014/1 | |
| GlutaMax 100x Gibco | Thermo Fisher Scientific | 35050038 | L-גלוטמין |
| גלוטראלדהיד 25% | Sigma-Aldrich | G588.2-50ML | |
| עיזים נגד עכבר IgG Cy3 | נוגדנים מקוונים | ABIN1673767 | עיזים פוליקלונליים |
| נגד עכבר IgG DyLight 488 | נוגדנים מקוונים | ABIN1889284 | עיזים רב-שבטיים |
| נגד ארנב IgG Alexa Fluor 488 | Life Technologies | A-11008 | |
| HCl | Sigma-Aldrich | 30721-1LGL | |
| HepatoZYME-SFM | Thermo Fisher Scientific | 17705021 | מדיום התבגרות הפטוציטים |
| HGF | Thermo Fisher Scientific | PHG0324 | רקומביננטי אנושי |
| HNF4 ואלפא; נוגדן | Sigma-Aldrich | ZRB1457-25UL | שיבוט 4C19 ZooMAb Rbmono |
| Hydrocortisone 21-hemisuccinate (מלח נתרן) | Biomol | Cay18226-100 | |
| החלפת סרום נוק אאוט - Multi Species Gibco | פישר סיינטיפיק | A3181501 | KSR |
| נוקאאוט DMEM/F-12 | תרמו פישר סיינטיפיק | 12660012 | הופסק. זמין תחת קטלוג מס' 10-828-010 |
| MACS Buffer | Miltenyi | 130-091-221 | |
| MACS MultiStand | Miltenyi | 130-042-303 | מעמד מגנטי |
| MEM NEAA 100x Gibco | Thermo Fisher Scientific | 11140035 | |
| Mercaptoethanol | Thermo Fisher Scientific | 31350010 | 50mM |
| MiniMACS עמודות | Miltenyi | 130-042-201 | |
| Nunclon Multidish | Sigma-Aldrich | D6789 | 4 צלחות |
| באר Oncostatin M | Thermo Fisher Scientific | PHC5015 | רקומביננטי |
| אנושי Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | 158127 | |
| PBS סטרילי | Carl Roth GmbH+Co. KG | 9143.2 | |
| פניצילין/סטרפטומיצין | Biochrom GmbH | A2213 | 10000 U / ml |
| PS 15 מ"ל צינורות סטריליים | Greiner Bio-One | 188171 | |
| ארנב אנטי עוף IgG טקסס נוגדנים אדומים | באינטרנט | ABIN637943 | |
| Roti Cell Iscoves MDM | Carl Roth GmbH + Co. KG | 9033.1 | |
| Roti Mount FluorCare DAPI | Carl Roth GmbH + Co. KG | HP20.1 | |
| Roti Sep 1077 אנושי | Carl Roth GmbH + Co. KG | 0642.2 | |
| נוגדן טרנסתירטין | SAB3500378 סיגמא-אולדריץ' | מיוצר בעוף | |
| Triton X-100 | Thermo Fisher Scientific | HFH10 | 1% |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.