מאמר זה מתאר את השימוש בתאי HepG2 הנגרמים על ידי חומצה אולאית כמודל למחלת כבד סטאטוטית הקשורה לתפקוד מטבולי.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
מאמר זה מתאר את השימוש בתאי HepG2 הנגרמים על ידי חומצה אולאית כמודל למחלת כבד סטאטוטית הקשורה לתפקוד מטבולי.
השכיחות של מחלת כבד סטאטוטית הקשורה לתפקוד מטבולי (MASLD) זינקה עקב שינויים בדפוסי הכלכלה ואורח החיים, מה שהוביל לאתגרים בריאותיים משמעותיים. דוחות קודמים בחנו את הקמתם של מודלים של בעלי חיים ותאיים עבור MASLD, תוך הדגשת ההבדלים ביניהם. במחקר זה, מודל תאי נוצר על ידי גרימת הצטברות שומן ב- MASLD. תאי HepG2 עוררו עם חומצת השומן הבלתי רוויה חומצה אולאית בריכוזים שונים (0.125 mM, 0.25 mM, 0.5 mM, 1 mM) כדי לחקות MASLD. יעילות המודל הוערכה באמצעות בדיקות קיט-8 לספירת תאים, צביעת O אדום שמן וניתוח תכולת שומנים. מחקר זה נועד ליצור מודל תאי פשוט לתפעול עבור תאי MASLD. תוצאות ממבחני ערכת ספירת התאים 8 הראו כי הישרדותם של תאי HepG2 הייתה תלויה בריכוז חומצה אולאית, עם GI50 של 1.875 מילימול. כדאיות התאים בקבוצות 0.5 מילימטר ו-1 מילימטר הייתה נמוכה משמעותית מזו שבקבוצת הביקורת (P < 0.05). יתר על כן, בדיקת צביעת שמן אדום O וניתוח תכולת שומנים בחנו שקיעת שומן בריכוזים משתנים של חומצה אולאית (0.125 מילימול, 0.25 מילימול, 0.5 מילימול, 1 מילימול) על תאי HepG2. תכולת השומנים בקבוצות 0.25 mM, 0.5 mM ו- 1 mM הייתה גבוהה משמעותית מזו של קבוצת הביקורת (P < 0.05). בנוסף, רמות הטריגליצרידים בקבוצות OA היו גבוהות משמעותית מאלה בקבוצת הביקורת (P < 0.05).
מחלת כבד סטאטוטית הקשורה לתפקוד מטבולי (MASLD) כוללת מגוון מצבים, כולל סטאטוזיס פשוט, סטיאטוהפטיטיס לא אלכוהולית (NASH), שחמת הכבד וקרצינומה הפטוצלולרית 1,2,3,4,5,6, כולם מיוחסים לגורמים אחרים מלבד צריכת אלכוהול7. MASLD היא מחלת הכבד הנפוצה ביותר הנגרמת על ידי פגיעה מטבולית בכבד, המשפיעה על כמעט רבע מאוכלוסיית העולם 8,9,10,11,12. בעוד שהפתוגנזה המדויקת של MASLD טרם הובהרה, תיאוריות שונות מנסות להסביר את התפתחותה. אחת התפיסות הרווחות מציעה סטייה מהתיאוריה הקלאסית של "שתי חבטות" לעבר מודל1 של "שתי חבטות". במרכז השערות אלה נמצא תפקידה של התנגודת לאינסולין, אשר מאמינים כי היא מרכזית בפתוגנזה MASLD13. מחקרים מצביעים על כך שתנגודת לאינסולין בהפטוציטים מובילה לרמות מוגברות של חומצות שומן חופשיות, וכתוצאה מכך יוצרת טריגליצרידים המאוחסנים בכבד14,15.
חוקרים השתמשו הן במודלים in vivo והן במודלים במבחנה כדי לדמות שקיעת שומן ב- MASLD; עם זאת, שכפול מלא של מנגנון הפתו-מנגנון שלו נותר מאתגר. למרות מגבלה זו, מודלים אלה סייעו בחקר מטרות טיפוליות פוטנציאליות עבור MASLD. עם זאת, פיתוח מודל יציב של MASLD הוא קריטי. בעוד מודלים של בעלי חיים הם יעילים, הם גוזלים זמן רב ויקרים, ובכך מדגישים את העניין הגובר במודלים תאיים חוץ גופיים . מודלים אלה משתמשים לעתים קרובות בחומצות שומן חופשיות בודדות או מרובות כגון חומצה אולאית (OA) וחומצה פלמיטית כדי ליצור מחדש MASLD המושרה על ידי דיאטה. בין אלה, קו תאי הפטובלסטומה האנושי HepG2 משמש לעתים קרובות כדי להקים מודלים תאיים במבחנה של MASLD.
אינדוקציה OA מגרה תאי HepG2 לשכפל שקיעת שומן בדומה ל- MASLD, שיטה עם היסטוריה מבוססת היטב. מטרת מחקר זה הייתה להדגים את הכדאיות, צביעת שמן אדום O (ORO), תכולת שומנים ורמת טריגליצרידים (TG) של תאי HepG2 שטופלו ב- 0.25 mM OA. מטרת ניסוי זה הייתה לספק ראיות נוספות לפיתוח מחקרי מודלים של MAFLD.
הערה: עיין בטבלת החומרים לקבלת פרטים הקשורים לכל החומרים, המכשירים והריאגנטים המשמשים בפרוטוקול זה.
1. תרבית תאים
2. השפעת חומצה אולאית על כדאיות התא כפי שנמדדה על ידי ערכת ספירת תאים-8
3. שמן אדום O צביעה כדי לצפות היווצרות טיפות שומנים תאית
4. השפעות ריכוזים שונים של חומצה אולאית על סך הטריגליצרידים בסופרנאטנט תאי HepG2
5. ניתוח סטטיסטי
השפעת חומצה אולאית על כדאיות התא
תאי HepG2 נחשפו לריכוזים משתנים של OA (0 מילימול, 0.125 מילימול, 0.25 מילימול, 0.5 מילימול, 1 מילימול), וכתוצאה מכך חלה ירידה בשיעורי הישרדות התאים ב-0.125 מילימול, 0.25 מילימול, 0.5 מילימטר ו-1 מילימטר בהשוואה ל-0 מילימול. מובהקות סטטיסטית נצפתה ב 0.5 mM (P < 0.05) ו 1 mM (P < 0.05) בהשוואה ל- 0 mM. התוצאות של השפעת OA על כדאיות התא, כפי שהוערכו על-ידי ערכת CCK-8, מוצגות באיור 2. ערך GI50 עבור תאי HepG2 שטופלו ב- OA חושב כ- 1.875 mM.
שמן אדום O צביעה כדי לצפות היווצרות טיפות שומנים תוך תאיים
צביעת ORO היא שיטה נפוצה להדמיית שומנים16,17. כתוצאה מכך, היווצרות טיפות השומנים בתאי HepG2 שהודגרו עם OA במשך 24 שעות נצפתה תחת מיקרוסקופ לאחר צביעת ORO. כפי שניתן לראות באיור 3 ובאיור 4, עוצמת הצביעה האדומה בתאים שטופלו ב-OA הייתה גבוהה יותר מאשר בתאים שלא טופלו. טיפות שומנים אדומות היו נוכחות בפלזמה של תאי HepG2 לאחר טיפול OA, כאשר כמויות טיפות השומנים והשומנים גדלו עם עליית ריכוזי OA (איור 5).
השפעות ריכוזים שונים של חומצה אולאית על סך הטריגליצרידים בסופרנאטנט תאי HepG2
ממצאי הניסוי, כפי שמודגמים באיור 6, גילו כי בהשוואה לקבוצת הביקורת, טיפול בתאי HepG2 עם ריכוזים משתנים של OA (0.125 מילימול, 0.25 מילימול, 0.5 מילימול, 1 מילימול) הביא לעלייה משמעותית בתכולת TG של סופרנאטנט התא בקבוצת OA (P < 0.05).

איור 1: תרשים זרימה עבור צביעת O אדום שמן. קיצורים: OA = חומצה אולאית; OD = צפיפות אופטית. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: ההשפעה של חומצה אולאית על כדאיות התא, מוערכת באמצעות בדיקת קיט-8 לספירת תאים. כל סרגל מייצג את הממוצע ± SD (n = 6). *P < 0.05. קיצור: OA = חומצה אולאית. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: תמונות צביעת O בצבע אדום שמן של נקודות זמן מרובות (כיווני השעה 3, 6, 9 ו-12). היווצרות טיפות שומנים זוהתה באמצעות מיקרוסקופ הפוך לתרבית תאים בהגדלה של פי 40. סרגל קנה מידה = 500 מיקרומטר. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: ההשפעה של חומצה אולאית על טיפות שומנים בתאים, מוערכת באמצעות צביעת שמן אדום O. היווצרות טיפות שומנים זוהתה באמצעות מיקרוסקופ הפוך לתרבית תאים בהגדלה של פי 40. סרגל קנה מידה = 250 מיקרומטר. לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 5: ההשפעה של חומצה אולאית על תכולת השומנים בתאים, המוערכת על-ידי הערך של צפיפות אופטית. שינויי קיפול יחסיים מוצגים בערכי הצפיפות האופטית בקבוצות שונות. כל עמודה מייצגת את הממוצע ± SD (n = 16). *P < 0.05. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 6: השפעות של ריכוזים שונים של חומצה אולאית על רמות הטריגליצרידים הכוללות בסופרנטנט של תאי HepG2. שינויים יחסיים בקיפול מוצגים בערך רמות הטריגליצרידים בקבוצות שונות. כל עמודה מייצגת את הממוצע ± SD (n = 3). *P < 0.05. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
MASLD היא תסמונת קלינופתולוגית המאופיינת בתצהיר שומן תוך תאי מוגזם בהפטוציטים עקב גורמים מעבר לאלכוהול וסוכנים מזיקים אחרים לכבד18. MASLD קשור באופן מורכב לפגיעה בכבד בלחץ מטבולי נרכש, הקשורה בעיקר לתנגודת לאינסולין ולרגישות גנטית. כדי לחקור ולסנן ביעילות תרופות עבור MASLD, חיוני לבחור מודל ניסיוני מתאים. ביסוס מודל התא חיוני במיוחד במחקר MASLD, ומאפשר הבנה עמוקה יותר של מנגנונים פתולוגיים והערכה של השפעות תרופות חדשות.
פרוטוקול זה מתאר מודל במבחנה של MASLD שהוקם באמצעות תאי HepG2 המושרים על ידי OA. צביעת ORO וניתוח תוכן שומנים משמשים כשיטות קריטיות ליצירת מודל זה. בנוסף, הערכת כדאיות התא ותכולת TG הכוללת בסופרנאטנטים של תאים חיונית להערכת ריכוז OA המתאים. קריטריון האבחון עבור MASLD כולל נוכחות של מעל 5% TG מאוחסן בתאי כבד19,20. מודלים של תאי MASLD מסתמכים בעיקר על תאי HepG2 21,22,23,24,25,26,27,28, הידועים בניצולם המוצלח בבניית מודלים לניוון כבד שומני במחקרים מקומיים ובינלאומיים שונים. למרות שמקורם בתאי הפטומה, תאי HepG2 חולקים מאפיינים פנוטיפיים רבים עם הפטוציטים והם מעובדים ומופצים בקלות29,30. בדיקות כגון ערכת CCK-8, צביעת ORO, תכולת שומנים ומדידות TG כוללות מציעות גישות פשוטות, אובייקטיביות וסבירות להערכת כדאיות התא, הצטברות שומן ותכולת שומנים בנבדקי המחקר. בהקשר זה, OA מיישר קו עם הפתוגנזה של MASLD31, שבו אנרגיה עודפת מאוחסנת בצורה של שומנים כאשר צריכת האנרגיה עולה על הצריכה.
חוקרים השתמשו ב-OA 23,28,31,32,33, חומצה פלמיטית 34,35 ושילובים של חומצה אולאית/פלמיטית26,36 כדי לשכפל את מודל MASLD. הן חומצה פלמיטית והן OA תורמות לניוון שומן בכבד ולהצטברות TG. חומצה פלמיטית, חומצת השומן הרוויה הנפוצה ביותר בגוף האדם, מפגינה רעילות ליפוטוקסית משמעותית, המובילה להצטברות שומנים בהפטוציטים, רדיקלים תגובתיים תוך תאיים מוגברת, ומוות תאים או נמק37. לעומת זאת, OA מוביל לשקיעת TG תוך-תאית בולטת יותר (איור 6) ופחות אפנון תאי38. לכן, חוקרים משתמשים לעתים קרובות בתאי HepG2 הנגרמים על ידי OA כדי לבסס מודלים של MASLD במבחנה. כמתואר בשלב 2.2.2 של הפרוטוקול, חיוני לחמם את תמיסת OA בעת הוספתה. במחקר זה, צביעת ORO וניתוח תכולת שומנים התבססו על שקיעת שומנים של תאי HepG2, מה שתמך ביעילות בחקר מודלים חוץ גופיים של MASLD עם מנגנונים מורכבים והפחתת הזמן והעלות הנדרשים למחקר.
ORO נקשר בקלות ל-TG בצורת טיפה, ומייצר כתמים כתומים עד אדומים המעידים על שומן, עם עוצמת צבע התלויה בריכוז השומנים. עם זאת, פתרון הצביעה של ORO אינו יציב ונוטה למשקעים, ולכן אינו מתאים להכנה מראש. לכן, תמיסת הצביעה של ORO הוכנה לאחר שלב 3.2 של הפרוטוקול, תוך נקיטת אמצעי זהירות למניעת חשיפה לאור במהלך ההכנה והדגירה (שלבי פרוטוקול 3.2, 3.3). בשלב 3.5 של הפרוטוקול, בחירת תמונות במספר נקודות זמן (כיוונים 3, 6, 9 ו-12) מייצגת שינוי מרכזי של הניסוי החיוני לשיפור דיוק התוצאות. למרות שריכוזי OA גבוהים משפיעים על הישרדות התא, ובכך מייצגים מגבלה של שיטה זו, הוכח כי ריכוז OA מתאים מבטיח את קיום התא.
מחקר זה השתמש בגישה מקיפה, תוך שימוש בערכת CCK-8, צביעת ORO, ניתוח תכולת שומנים ומדידת TG כוללת כדי לבסס ולאמת את המודל של MASLD. ערכת CCK-8 שימשה להערכת ההשפעה של תרופות על כדאיות התא, ושימשה כשלב אימות מכריע. בעתיד, מודל זה טומן בחובו הבטחה לסינון תרופות ומחקר מנגנונים שמטרתם להבין פתוגנזה של MASLD ולזהות מטרות טיפוליות פוטנציאליות. כדי להבטיח עוד יותר את איכות אמינות התיקוף, רמות הביטוי של חלבוני המטרה המעורבים במודל ינותחו באמצעות ניתוח תגובת שרשרת פולימראז מערבי וכמותי.
המחברים מצהירים כי אין ניגודי עניינים.
המחקר הנוכחי הוענק על ידי "מחקר על סוגיות המפתח של ההשפעה המרפאת של Koumiss על מחלות אזוריות של הרפואה המונגולית" בשנת 2018 פרויקט נתמך של תוכנית המדע והטכנולוגיה של המחלקה למדע וטכנולוגיה של האזור האוטונומי מונגוליה הפנימית.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 0.22 ומיקרו; m מסנן | Millex | ||
| 0.25% טריפסין-EDTA (1x) טריפסין-EDTA | Gibco | 25200-056 | |
| 0.45 ומיקרו; m filter | Millex | ||
| 2 מ"ל בקבוקונים קריגניים | CORNING | 430659 | |
| 25 ס"מ2 בקבוק תרבית תאים | CORNING | 430639 | |
| צלחת תרבית תאים 6 בארות | CORNING | 3516 | |
| צלחת תרבית תאים 96 בארות | CORNING | 3599 | |
| צלחת ספירת דם | שנחאי ג'ינג ג'ינג מגיב ביוכימי & חברת אינסטרומנט | ||
| 02270113 מבחני ערכת ספירת תאים -8 | בייג'ינג Solarbio מדע & טכנולוגיה ושות', בע"מ | חממת CA1210-1000T | |
| CO2 | NUAIRE | NU-5710E | |
| DMSO דימתיל סולפוקסיד | בייג'ינג Solarbio מדע & טכנולוגיה ושות', בע"מ | D8371 | |
| Modified Eagle Medium | Gibco | 8122691 | |
| ציוד תיוג אנזימים | Tecan | Spark | |
| סרום בקר עוברי, | Gibco | 10099141 | |
| HepG2 | בייג'ינג צפון סין Chuanglian Biotechnology Research Institute (BNCC) | 221031 | |
| טריגליצרידים אנושיים (TG) ELISA הדרכה | מכון נאנג'ינג ג'יאצ'נג לביו-הנדסה | 20170301 | |
| מיקרוסקופ הפוך לתרבית תאים | Leica | DMi1 | |
| איזופרופנול | טיאנג'ין Zhiyuan מגיב כימי ושות' | ||
| ערכת כתמים אדומים בשמן 2021030141, לתאים מתורבתים | בייג'ינג Solarbio מדע & טכנולוגיה ושות', בע"מ | G1262 | |
| חומצה אולאית | סנגון ביוטק (שנחאי) ושות', בע"מ | ||
| Penicillin Streptomycin | Gibco | 15140122 | |
| SPSS 24.0 | תוכנה |
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה