מערכת תרביות חדשנית ללא סרום המשתמשת בשילוב מולקולות קטנות 2C (Y27632 ו-SB431542) הוכנסה להרחבת תאי האפיתל של בלוטות הדמעות (LGECs) ביעילות בתרביות דו-ממדיות ותלת-ממדיות, ומאפשרת שליטה מדויקת בהתרבות ובהתמיינותם.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
מערכת תרביות חדשנית ללא סרום המשתמשת בשילוב מולקולות קטנות 2C (Y27632 ו-SB431542) הוכנסה להרחבת תאי האפיתל של בלוטות הדמעות (LGECs) ביעילות בתרביות דו-ממדיות ותלת-ממדיות, ומאפשרת שליטה מדויקת בהתרבות ובהתמיינותם.
תפקוד לקוי של בלוטות הדם (LG) הוא גורם מרכזי למחלות עיניים יבשות חסרות מים, וטיפולים מבוססי תאים והנדסת רקמות מראים פוטנציאל משמעותי למצב זה. עם זאת, הזמינות המוגבלת של מספיק תאי זרע שגודלו בתנאים ללא סרום פגעה ביישום נרחב שלהם. במחקר זה פיתחנו מערכת תרבית חדשה ללא סרום תוך שימוש בשתי מולקולות קטנות, Y27632 ו-SB431542 (2C), להרחבת תאי האפיתל של LG (LGECs) ביעילות. בתרבית ראשונית דו-ממדית של LGECs, LGs בודדו מעכברים בני 6-8 שבועות ועוכולו אנזימטית באמצעות Dispase II ו-Collagenase A. תליית התאים שנוצרה נזרעה לכלי תרבית בצפיפות של 7,500 תאים/סמ"ר וגודלה ב-2C למשך 12-14 ימים. כאשר המפגש התאים הגיע ל-80-90%, החלה תת-תרבית ביחס של 1:2. לתרבית תלת-ממדית, 10,000 LGECs P1 הושמו מחדש ב-10 מיקרוליטר של 2C ו-10 מיקרוליטר ג'ל מטריצה, ואז זרעו במרכז פלטת 24 בארות. לאחר תקופת התגבשות של 30 דקות בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס, נוספו 600 מיקרוליטר של 2 מעלות צלזיוס להמשך הגידול. לצורך הבחנה, הספרואידים התלת-ממדיים גודלו עם 2C למשך 7 ימים, לאחר מכן הסרת 2C והמשך תרבית למשך 7 ימים נוספים. LGECs שגודלו עם 2C הציגו התרבות גבוהה, עם ביטוי מוגבר של סמני הגבעול וההתרבות (Ki67, K14, P63, K5, K15 [P = 0.0011, 0.0002, 0.0012, 0.0003, 0.0014, בהתאמה]), ושמרו על מורפולוגיה ויכולת התרבות גם לאחר עשרה מעברים. יתרה מזאת, בתנאים תלת-ממדיים, LGECs יצרו ספרואידים בעלי מאפייני גזע/אב קדמון, שהתבדלו עוד יותר למבנים מיקרו-בלוטותיים המכילים מספר סוגי תאי LG (AQP5, K19, α-SMA חיובי) ותפקודי הפרשה בוגרים לאחר הסרת 2C. גישה זו צפויה לספק מקור יציב לתאי זרע להנדסת רקמות ולהציע מודל חדש במבחנה לחקר פיזיולוגיית LG.
בלוטת הדמעות (LG) חיונית ליצירת שכבת המים של שכבת הדמע, שהיא חיונית לשמירה על הומאוסטזיס פני העיניים1. תפקוד לקוי של ה-LG, הנגרם מפציעה או דלקת, מוביל למחלת יובש בעין (ADDE) חסרת מים (ADDE). מצב זה עלול להוביל לדלקת חמורה על פני העיניים, מחלת קרנית כרונית, ובמקרים חמורים לאובדן ראייה קבוע2. הטיפולים הנוכחיים ל-ADDE מנהלים בעיקר את התסמינים, מבלי לטפל בתפקוד הבלוטות הבסיסי, שמגביל את יעילותם לטווח הארוך1. פיתוח טיפולים ממוקדים לתפקוד לקוי של LG מציב מספר אתגרים, כולל היעדר מודלים פשוטים וארוכי טווח במבחנה, שמגבילים את הבנת הפתופיזיולוגיה של LG ומעכבים את פיתוח טיפולים יעילים. בעוד שהשתלת תאים הראתה פוטנציאל בקידום התחדשות LG, יכולת ההתרחבות המוגבלת של תאים במבחנה ומורכבות מערכות התרבית הקיימות מציבות מכשולים משמעותיים ליישום קליני 1,3. לכן, הקמת מערכת תרבית פשוטה וארוכת טווח ל-LGs בוגרים היא חיונית לקידום הבנת הפיזיולוגיה והפתולוגיה של LG, וכן לספק מקור אמין לתאי גזע/אב LG לתיקון והתחדשות פציעות LG.
מערכות תרביות חוץ-גופיות קיימות עבור LG השיגו התקדמות משמעותית, אך עדיין מתמודדות עם מגבלות בולטות. רבות מהשיטות הללו מסתמכות על מדיום מוסיפים סרום, מה שמוביל למספר בעיות כמו שונות בין אצווה, רכיבים לא מוגדרים, וסיכון לזיהום בפיברובלסטים או בתאי מזנכימיה 4,5,6,7,8. יתרה מזאת, מערכות מבוססות סרום אינן מתאימות לחקר המנגנונים הפתוגניים של מחלות LG ומהוות אתגרים לטיפולי השתלת תאים בשל סיכוני דחייה חיסוניים פוטנציאליים9. בתגובה למגבלות אלו, פותחו מספר שיטות ללא סרום לגידול תאי אפיתל LG (LGECs) הן מעכברים והן מבני אדם. לדוגמה, Ueda ואחרים השתמשו בהצלחה בשיטה ללא סרום לגידול LGECs מעכברים שזה עתה נולדו10. עם זאת, שיטה זו הוגבלה בשל חוסר היכולת להעביר את התאים דרך תת-תרביות והצורך במספר רב של בלוטות ניאונטליות כדי לקבל מספיק LGECs. באופן דומה, קוביאשי ואחרים פיתחו מערכת תרבית ללא סרום עם רעלן כולרה, אך נתקלו בקשיים בשמירה על המורפולוגיה התאית במהלך הקטעה-11. ההתקדמות האחרונה כוללת את פיתוח מערכת תרבית תלת-ממדית לתאי גזע LG בעכברים ועל מערכת תרביות האורגנית של באנייר-הלאואט ואח' עבור עכברים ובני אדם 12,13,14,15. עם זאת, מערכות אלו מסתמכות על נוסחאות מדיה מורכבות עם מולקולות קטנות מרובות, גורמי גדילה ותוספים, מה שמסבך את תהליך התרבית ומגביל את ההרחבה. אתגרים אלו מדגישים את הצורך במערכת תרביות פשוטה ויעילה ללא סרום, שיכולה להקל על הרחבה יעילה של LGECs, תוך שמירה על תכונות רב-תרבותיות וגזע/אב קדמון ליישומים טיפוליים ומחקרים נוספים.
בשנים האחרונות, ההתפתחות המהירה של תכנות כימי מתווך מולקולות קטנות הציגה אסטרטגיות חדשות לשמירה והרחבת תאים בוגרים ראשוניים במבחנה16. על ידי ויסות מסלולי איתות תוך-תאי, אינטראקציות בין תא למטריקס, והיצמדות התא, מולקולות קטנות משפרות משמעותית את התרבות התא ופלסטיות, משפרות את יעילות התפשטות התא ושליטה בגורל17. בשל הייצור המבוקר, האימונוגניות הנמוכה והאינטגרציה הלא-גנומית, מולקולות קטנות אידיאליות לבניית מערכות חוץ גופיות להרחבת תאי אפיתל בוגרים16. שילובים של מולקולות קטנות שונות הוכחו כיעילים בשמירה יעילה על התרחבות חוץ גופית של סוגי תאים ראשוניים שונים, כולל תאי גזע אפיתל של עור, קרנית ולחמית 18,19,20. לכן, פיתוח אסטרטגיה מבוססת מולקולות קטנות להרחבת LGECs מראה פוטנציאל ליישומים עתידיים הן במחקר והן בסביבות טיפוליות.
מערכת תרבית פשוטה ויעילה ללא סרום פותחה בפרוטוקול זה, תוך שימוש בשתי מולקולות קטנות, Y27632 ו-SB431542 (2C), לתמיכה בהרחבת LGECs. על ידי שילוב היתרונות של שתי המולקולות הללו, הוקמה מערכת נטולת סרום הן לתרביות דו-ממדיות והן לתלת-ממד. LGECs שגודלו עם 2C הראו יכולת רבייה גבוהה ותכונות תאי גזע/אב, תוך שמירה על מורפולוגיית תאי אפיתל טיפוסית לאחר לפחות 10 מעברים במבחנה. בתרבית התלת-ממדית, LGECs לא רק שמרו על תכונות תאי גזע/אב אלא גם הראו יכולת להתמיין למבנים מפרשים לאחר הסרת 2C, ויצרו מבנים מיקרו-בלוטותיים עם פונקציה הפרשה. מערכת ללא סרום זו מתאימה למודלים מבחנתיים של פיזיולוגיה ופתולוגיה של LG, ומספקת גם מקור משמעותי לתאים להנדסת רקמות LG ויישומים רגנרטיביים. עם זאת, הפרוטוקול הנוכחי מספק רק חקירה ראשונית של תרבות תלת-ממדית. תרבות תלת-ממד לטווח ארוך היא מעבר להיקף המחקר הזה בשלב זה. חשוב לציין ששיטה זו מיועדת במיוחד ל-LGEC של עכברים בוגרים וייתכן שלא תהיה רלוונטית למינים אחרים ללא אופטימיזציה נוספת.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל הניסויים בוצעו בהתאם לתקנות האגודה למחקר בראייה ואופטלמולוגיה (ARVO) וועדת האתיקה הניסיונית של בעלי חיים של אוניברסיטת ג'ילין ואוניברסיטת שיאמן.
הערה: כל הליכי תרבית התאים בוצעו בארון בטיחות ביולוגית מחוטא ב-UV בחדר הניתוח של התא.
1. התרבות הראשונית של LGECs
2. תת-תרבות של LGECs
הערה: תת-תרבית כאשר מפגש התאים מגיע ל-80-90%, דבר שמתרחש בדרך כלל כ-14 ימים לאחר התרבית הראשונית.
3. תרבות תלת-ממדית (תלת-ממדית) של LGECs
הערה: ניסוי התרביות התלת-ממדית משתמש ב-LGEC מסוג P1. כאשר ה-LGEC של P1 מגיעים למפגש של 80-90% לאחר 7 ימי תרבית עם 2C, הם משמשים לתרבות תלת-ממדית.
4. הטמעה וחתך קפוא של ספרואידים תלת-ממדיים של LGEC מופרדים
הערה: התמיינות של ספרואידים תלת-ממדיים מתבצעת כפי שמתואר בסעיף 3.3. לאחר 7 ימים של התמיינות, יש לבצע את השלבים הבאים להטמעת טמפרטורת חיתוך אופטימלית (OCT) ולהקפאת הספרואידים התלת-ממדיים המופרזים.
5. זיהוי פונקציית הפרשה של כדורי LGEC תלת-ממדיים מופרדים
6. בידוד RNA
7. RT-PCR כמותי (qRT-PCR)
8. צביעת אימונופלואורסצנציה
הערה: צביעת אימונופלואורסצנציה מתבצעת על LGECs המגודלים בלוחות של 24 בארות עם קצב מפגש של 70-80% או על חתכים קפואים של מבני LGEC תלת-ממדיים מופרדים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הקמת מערכת גידול LGECs ללא סרום באמצעות 2C
בפרוטוקול זה, המטרה הייתה להקים מערכת תרביות פשוטה ויעילה יותר להרחבת LGECs של העכברים הראשיים. לאחר בדיקות נרחבות, פותח בהצלחה שילוב 2C ללא סרום, המורכב כולו מ-Y27632 ו-SB431542, שאפשר התרחבות ארוכת טווח במבחנה של LGECs. לאחר עיכול אנזימי מעורבב, LGECs ראשוניים החלו להידבק וליצור שיבוטי תאים מרובים לאחר 3 ימים של תרבית עם 2C (הנתונים לא מוצגים). שלושת הימים הראשונים הם תקופה קריטית לתרבות ה-LGEC; יש להימנע מהפרעה בת...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כפי שמתואר בהקדמה, פותחו בשנים האחרונות מספר מערכות תרבית ללא סרום לתאי LG 10,11,12,13. עם זאת, לרבות מהשיטות הללו יש מגבלות, כולל רבייה לקויה של תאים ואי-יכולת להשיג התרחבות רחבת היקף במבחנה 10,11. יתרה מזאת, מערכות תרביות ללא סרום עדכניות לתאי גזע ואורגנידים של LG הסתמכו על נוסחאות מורכבות הכ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים מתחרים.
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (82471048, 82271045); תוכנית המדע והטכנולוגיה של שנזן (JCYJ20240813145510014); הפרויקט המיוחד לכישרונות מחקר בריאות של מחוז ג'ילין (2023SCZ63, 2024SCZ53, 2025SCZ65); ופרויקט תוכנית פיתוח המדע והטכנולוגיה של מחוז ג'ילין (YDZJ202601ZYTS389).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| -20° C מקרר בטמפרטורות אולטרה-נמוכות | הייר | ||
| -80° C מקרר בטמפרטורות אולטרה-נמוכות | הייר | ||
| 0.25% Trypsin-EDTA | גיבקו | 25200056 | |
| צינור מיקרו צנטריפוגה 1.5 מ"ל | קירגן | KG2211 | ללא RNASE |
| צלחת תרבית תאים בגודל 35 מ"מ | LABSELECT | 12111 | |
| 4 & דרגה מקרר C | הייר | ||
| 4% פאראפורמלדהיד (PFA) | סרוויסביו | G1101 | |
| 4',6-דיאמידינו-2-פנילינדול (DAPI) | ייסן | 708939ES03 | חנות ב--20 & דרגה; C, המקור ב-1 מ"ג/מ"ל, 500x, מדולל ל-1x עם 1x PBS |
| צינור צנטריפוגה 5 מ"ל | ACMEC | AC17457 | |
| צינור צנטריפוגה 50 מ"ל | LABSELECT | CT-002-50-SS | |
| נוגדן אנטי-אלפא לשריר חלק אקטין ארנב | אבקאם | ab5694 | מדלל עם בופר דילול הנוגדנים ב-1:100; |
| נוגדן ארנב נגד AQP5 | ABclonal | A9927 | מדלל עם בופר דילול הנוגדנים ב-1:100; |
| נוגדן אנטי-ציטוקרטין 14 לארנב | אבקאם | ab181595 | מדלל עם בופר דילול נוגדנים ב-1:200 |
| אנטי-ציטוקרטין 19 נוגדן ארנב | אבקאם | ab52625 | מדלל עם בופר דילול נוגדנים ב-1:400 |
| נוגדן נגד ארנב Anti-Ki67 | אבקאם | ab16667 | מדלל עם בופר דילול נוגדנים ב-1:200 |
| ארון בטיחות ביולוגית | סטרילגארד | ||
| אלבומין סרום בקר (BSA) | ייסן | 36101ES60 | חנות ב-4° C |
| עכברים C57BL/6J | מרכז חיות המעבדה של אוניברסיטת שיאמן | ||
| לוח תרבית תאים | LABSELECT | 11312 | 24 בארות |
| חממת תאים | אפנדורף | ||
| צנטריפוגה | אפנדורף | ||
| כלורופורם | הושי | 10006818 | אזהרה, ביצוע פעולות במכסה אדים |
| CO2 חממת טמפרטורה קבועה | אפנדורף | ||
| קולגנאז A | רוש | 10103586001 | חנות ב--20 & דרגה; C, המלאי ב-200 מ"ג/מ"ל, 100 פעמים |
| תמיסת מעכב טריפסין מוגדרת (DTI) | גיבקו | R007100 | |
| ערכת DermaLife K Keratinocyte Medium Complete (מדיום ללא סרום) | קו חיים | LL-0007 | חנות ב-4 & deg; C |
| די-הנקס | ביושארפ | BL559A | משמש לדילול Dispase II |
| דימתילסולפוקסיד (DMSO) | סיגמא | D4540 | משמש לדילול Y27632 ו-SB431542 |
| Dispase II | סיגמא | D4693 | חנות ב--20 & דרגה; C, המלאי ב-200 מ"ג/מ"ל, 100 פעמים |
| DMEM בסיסי (1X) | גיבקו | C11995500BT | |
| נוגדן משני מסוג חמור אנטי-ארנב IgG (H+L) בעל ספיגת צולב גבוהה, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-21206 | מדלל עם בופר דילול נוגדנים ב-1:300 |
| תמיסת מלח עם בופר פוספט של דולבקו (DPBS) | סרוויסביו | G4200 | |
| אתנול אבסולוטי | הושי | 10009218 | אזהרה, השתמש להכנת דילול אתנול נוסף |
| מיקרוטום קפוא | לייקה | ||
| מטחנה מהירה בטמפרטורות נמוכות | סרוויסביו | ||
| מיקרוסקופ פלואורסצנציה הפוך | לייקה | ||
| מיקרוסקופ הפוך | אולימפוס | ||
| איזופרופנול | הושי | 80109270 | |
| מיקרוסקופ קונפוקלי סורק בלייזר FV3000 | אולימפוס | ||
| צנטריפוגה במהירות גבוהה בטמפרטורות נמוכות | אפנדורף | ||
| ערכת בדיקת אימונוסורבנט (ELISA) עם קשר אנזימי LTF; | Elabscience | E-MSEL-M0047 | חנות ב--20 & דרגה; C |
| ג'ל מטריצה (Matrigel) | 82703 | מוגנגל | עליקווט וחנות ב-20- & דרגה; C |
| מיקרופיפטור | אפנדורף | ||
| קורא מיקרופלט | תרמו פישר סיינטיפיק | ||
| מים ללא נוקלאז | ביושארפ | BL510B | |
| תרכובת OCT | Scigen | 4586 | |
| PBS, 1× (pH7.4) | סרוויסביו | G4202 | |
| מגבר PCR | ביו-ראד | ||
| פניצילין-סטרפטומיצין | ביושארפ | BL505A | |
| פניצילין-סטרפטומיצין-אמפוטריצין | ביושארפ | BL142A | |
| ערכת PerfectStart Green qPCR SuperMix | טרנסג'ן ביוטכנולוגיה | AQ601-01-V2 | חנות ב--20 & דרגה; C |
| PerfectStart Uni RT& ערכת qPCR | טרנסג'ן ביוטכנולוגיה | AUQ-01 | חנות ב--20 & דרגה; C |
| Pilocarpine | אלדין | P424663 | חנות ב--20 & דרגה; C, 2500x |
| Primer AQP5 רצף: קדימה:CATGAACCCAGCCCGATC TT הפוך:CTTGCTCCCATCCCAT CC | סאנגון ביוטק | ||
| פריימר K14 רצף: קדימה:CCCACCTTTCATCTTCC CAATT הפוך: AAGCCTGAGCAGCATGTAGCAG | סאנגון ביוטק | ||
| מדריך K15 רצף: קדימה:GAGGTGGCGTCTAACACA GA הפוך:TCTGAGCCTCCATCTCAC AG | סאנגון ביוטק | ||
| פריימר K19 רצף: קדימה:ATTACTGCCCTGAGGAGC CA אחורה:TTCAGCTCCTCAATCCGA GC | סאנגון ביוטק | ||
| פריימר K5 רצף: קדימה:CTCAGAGCTGAGGAACAT GC אחורה: AGCTCCGCATCAAAGAAC AT | סאנגון ביוטק | ||
| Primer Ki67 רצף: קדימה:ACCATCATTGACCGCTCC TT אחורה: TTGACCTTCCCCATCAGG GT | סאנגון ביוטק | ||
| Primer LTF רצף: קדימה:CAGGAGCCAACAAATGTG CC אחורי:TTGTACTGGTCCCTCTCG GC | סאנגון ביוטק | ||
| פריימר P63 רצף: קדימה:ATGTCACCGAGGTTGTG AAA רוורס: GAATTCAGTGCCAACCTGTG | סאנגון ביוטק | ||
| פריימר SOX10 רצף: קדימה:ATCAGCCACGAGGTAATG TCCAAC הפוך:ACTGCCCAGCCGTAGCC | סאנגון ביוטק | ||
| פריימר &אלפא;-SMA רצף: קדימה:CTCCCTGGAGAAGAGCTA CG אחורה:CGCTGACTCCATCCCAAT GA | סאנגון ביוטק | ||
| מכשיר PCR כמותי בזמן אמת עם פלואורסצנציה | רוש | ||
| מבודד RNA מלא לחילוץ RNA | ואזימה | R401-01 | אזהרה, ביצוע פעולות במכסה אדים |
| SB431542 | אפקסביו | A8249 | חנות ב--20 & דרגה; C, מקור ב-20 מילימטר, 2000x |
| ספקטרופוטומטר ננודרופ 1000 | תרמו פישר סיינטיפיק | מדידת ריכוז RNA | |
| סוקרוזה | מקלין | S818046 | להמיס עם מים מזוקקים |
| טריטון X-100 | סולרביולוגיה | T8200 | |
| מערכת טיהור מים טהורה במיוחד | מיליפור | ||
| בופר דילול נוגדנים אוניברסלי | אפיזים | PS119 | חנות ב-4 & deg; C |
| Y27632 | אפקסביו | B1293 | חנות ב--20 & דרגה; C, מקור ב-20 מילימטר, 2000x |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
