上皮細胞が3-D細胞凝集体の形成をもたらす生理的条件下で成長することができ、回転細胞培養システムが記載されています。凝集体は、ディスプレイを生成のような特性は、従来の培養モデルで観察され、科学的な調査の多数のためのより正確な器官のモデル系としては機能しません。
方法論記事
上皮細胞が3-D細胞凝集体の形成をもたらす生理的条件下で成長することができ、回転細胞培養システムが記載されています。凝集体は、ディスプレイを生成のような特性は、従来の培養モデルで観察され、科学的な調査の多数のためのより正確な器官のモデル系としては機能しません。
身体の経験、そのアーキテクチャに影響を与える環境条件、細胞間の通信、および全体的な関数の細胞や組織。 in vitroでの細胞培養モデルで正確に目的の組織を模倣するためには、文化の発展環境が考慮すべき重要な側面です。一般的に使用される従来の細胞培養システムのフラット2次元(2-D)不浸透性の表面に上皮細胞を伝播します。多くの従来の細胞培養系から学んだされていますが、多くの知見は、潜在的に生理学的に関連する微小環境の欠如の結果として、人間の臨床試験または組織外植片で再現可能ではありません。
ここでは、革新的な回転壁容器(RWV)バイオリアクター技術を用いて、2次元細胞培養の培養条件の境界の多くを克服する培養系を説明します。我々と他の器官RWVから派生したモデルはstructurを再現することが示されている同様に人間の外植組織1-6外部からの刺激への電子、機能、本物の人間の反応。 RWVバイオリアクターは、低生理流体剪断条件下で上皮細胞の増殖を可能にする懸濁培養システムです。バイオリアクターは、2つの異なる形式で、高アスペクト回転容器(HARV)または彼らは曝気ソースによって異なっている低速回転側容器(STLV)に来る。上皮細胞は、多孔質、コラーゲンコートしたマイクロビーズ(図1A)との組み合わせで、選択したバイオリアクターに追加されます。細胞がバイオリアクターの定数自由落下(図1B)の間に成長の足場としてビーズを利用しています。バイオリアクターによって提供された微小環境は細胞は、しばしば標準的な2-D培養条件(図1D)の下で観察されなかっ生体に似た特性で表示(3-D)は、3次元凝集体を形成することができます。これらの特性は、タイトジャンクション、MUCが含まれていin vivoでのタンパク質の局在化、およびその他の上皮細胞型固有のプロパティで私たちの生産、基底/心尖部の向き、。
完全に分化した3-D集計に上皮細胞の単層からの進行は、細胞の1型、7月13日に基づいて変わります。バイオリアクターからの定期的なサンプリングでは、上皮細胞凝集体形成、細胞分化マーカーと生存率(図1D)のモニタリングが可能になります。一度細胞分化および凝集体形成が確立され、細胞がバイオリアクターから採取され、2-D細胞について行った同様のアッセイは、いくつかの考慮事項(図1E-G)で3-D集約に適用することができます。本研究では、我々はどのようにRWVバイオリアクターシステムと潜在的なアッセイおよび3-D集計を実行することができます分析の様々な文化の3-D上皮細胞凝集体への詳細な手順について説明します。これらの分析は含まれていますが、M /構造が、これらに限定されないorphological分析(共焦点、走査型および透過型電子顕微鏡)、サイトカイン/ケモカインの分泌と細胞内シグナル伝達(サイトメトリービーズアレイおよびウェスタンブロット解析)、遺伝子発現解析(リアルタイムPCR)、薬物/毒物分析と宿主 - 病原体相互作用。これらのアッセイの利用は、メタボロミクス、トランスクリプトミクス、プロテオミクス、他のアレイ·ベースのアプリケーションなど、より詳細なと広大な研究のための基盤を設定します。私たちの目標は、多様な科学的興味を持つ研究者によって使用されるように容易な、堅牢なシステムでは、 生体組織の人間を再現器官の3次元モデルを生成するために、培養ヒト上皮細胞の非従来型の手段を提示することである。
すべての手順は、層流フードでBSL-2の条件下で実行する必要があります。
1。 STLVバイオリアクターを準備する
2。マイクロキャリアビーズを準備する
3。 STLVバイオリアクターへの上皮細胞とビーズを播種
4。文化の培養、サンプリング、フォトドキュメント
5。集約を転送し、収穫
6。集計を含む実施可能性の分析、アプリケーションとアッセイ

7。代表的な結果
の例STLVバイオリアクターシステムに成長し分化したヒト上皮細胞集合体は、 図2で見ることができます。 SEM像、TEM像はmicroridges、陥入、細胞内の分泌小胞、および頂端表面上の微絨毛が観察できる39日間STLVで育った人間の膣細胞から収集されます。バイオリアクターで増殖させた上皮細胞の in vivoのような特性の更なるデモはムチン(MUC1)を発現する3-D膣細胞の共焦点蛍光顕微鏡画像( 図3)および上皮細胞に特異的なマーカー(ESA)と分化することによって観察することができ(インボルクリン、INV)。
に示すように、3次元凝集体が組織に類似した超微細構造の特徴を表示するには、しかし、彼らは多くの生理学的に関連する表現型はまた、化合物の毒性を評価するための優れたプラットフォームとして機能します。 MTTアッセイ、一般的に使用される細胞の生存率を測定するアッセイ、代謝またはproliferaのるには、様々な化学物質及び化合物( 図4)への毒性を測定するために使用することができます。トリトンX-100、細胞膜を破壊する洗剤は、MTTアッセイを検証するためのポジティブコントロールとして使用されていました。試験化合物による治療後の毒性を測定するための追加の方法は、トリパンブルー排除( 図5)です。ノノキシノール-9(N-9)で処理した後、膣の凝集体は、単2、16に比べて子宮頸植モデルに似た毒性応答が、異なるプロファイルを示した。
in vivoでの組織に機能し、同様に通知するバイオリアクターで増殖させた上皮細胞の能力を実証する追加の研究は、 図6に観察することができます。 Toll様受容体(TLR)によって認識される微生物由来分子で刺激すると、凝集体は応答してIL-6 1を含む炎症性サイトカインを分泌する。プロゲステロン受容体(PR)の発現、ホルモン刺激に応答する受容体は、また、両方のRNAとタンパク質レベル( 図7および図8は、それぞれ)で膣の細胞で観察することができます。 3-Dの集計にのみ病原体とホルモン分子に応答する能力を持っているだけでなく、機能的に単純ヘルペスウイルス2型(HSV-2)感染症をサポートすることができません。 HSV-2感染した3-D膣の凝集体の共焦点顕微鏡像( 図9)は感染を示しています。並列2-D膣上皮細胞の培養は、HSV-2感染によって引き起こされる重篤な細胞破壊の結果として表示されません。 RWV由来の3-D集計は、9、それぞれ8、細胞の成長曲線とプラークアッセイを介して細菌やウイルスの複製を定量化するために使用されている。最後に、集合内の個々の細胞の物理的および機能的特性は、フローサイトメトリーにより定量することができる。 exampのためにLEは、個々の膣細胞( 図10)上にMUC1表面発現を測定するフローサイトメトリーアッセイを採用しています。膣の3-D集合体は単層(67.2%)と比較してMUC1の割合が低い(27.7%)を表明した。単層に比べて3-D集約表面上にMUC1の低い割合が膣管17、18で観察された細胞から分泌されているMUC1の過半数の結果であるかもしれません。

図1。 RWV由来の凝集体を用いて培養RWVにおけるヒト上皮細胞や潜在的なアプリケーションのための模式図)。上皮細胞は当初、組織培養フラスコ中の単層として栽培されています。一度コンフルエントに、細胞をフラスコから除去し、STLVバイオリアクターにおけるマイクロキャリアビーズと結合されます。スケールバー:80μmのB)STLVは、低fの定数自由落下環境を作成するためのプラットフォーム上で回転させるLUIDのせん断、細胞が付着し、それによって目に見える細胞の凝集体を形成するビーズ上に成長することができます。C)96時間後、STLVのメディアは、細胞代謝に対応するために変更する必要があります。メディア側のポートから注がれ、新鮮なメディアが接続された10 mLの注射器(プランジャーは削除)を介して置換され、シリンジのプランジャを交換して押し出すの泡に使用されます。Dは)〜5日後(d)の凝集体は形成され始める。完了する凝集体形成と細胞分化が発生した凝集体は、7日ごとにサンプリングし、その発達の進行を(3-Dヒト上皮膣細胞の20倍の倍率)を監視する光顕微鏡により撮像された。E)、集計はバイオリアクターから採取されており、 pote 50mLのコニカルチューブに移す。F)の集計を1.5 mLのチューブや実験解析およびアッセイを行うためのマルチウェルプレートフォーマットに播種することができます。G)の概要集約を実施することができますntialアッセイと分析。分析のこの代表的なリストは、すべての潜在的なダウンストリームアプリケーションの徹底的なカタログであることを意味していません。

図2。電子顕微鏡を用いた3次元上皮細胞凝集体の形態学的および構造的特性を調べる。()3-Dヒト上皮膣細胞集合体の電子顕微鏡(SEM)画像をスキャンしています。スケールバー:200μmの(100)、100μmの(200倍)、50ミクロン(500分)。 (B)細胞内の分泌小胞と絨毛または(C) "細胞プロセス"を指す矢印の付いた3-Dヒト上皮膣細胞集合体の透過型電子顕微鏡(TEM)画像。スケールバー:2μm以下(イェルムらから変更2010年)2。
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図3。のために(B)抗体は、特定の、固定の32日後、バイオリアクターから採取した人間の3-D膣細胞は、3-D上皮細胞凝集体における接合部の分化と蛋白質マーカーを同定するために使用され、()ムチン抗体MUC1で染色し共焦点蛍光顕微鏡上皮細胞、ESA、または分化した上皮細胞を認識する(C)抗インボルクリン(INV)抗体。集計は、間接的にアレクサ488二次抗体(緑)で標識した。スケールバー:60μmの(イェルムらから変更2010年)2。

図4。 MTTアッセイは、細胞生存率を測定するために使用されています。人間の3-D膣集計は24ウェルプレートに播種し、37℃で培地単独(未処理)、または0.01%、0.1%または1.0%のTriton X-100で1時間洗浄剤で処理した° C. Followinグラム処理、メディアが削除されたとMTTアッセイは、細胞生存率を測定するために行われた。 ** P <0.001を表します。片側スチューデントt-検定は、未処理コントロールにトリトンX-100処理した細胞を比較します。

図5。画面の化合物の毒性に3-D上皮細胞凝集体を利用。()ノンオキシノール-9(N-9)用量依存性の生存曲線の24時間に比べて3-Dのヒト膣上皮細胞モデル(赤線/バー)の後処理コンフルエントな単層(黒線/バー)として成長した同じ細胞型。1.5時間、4時間、8時間、24時間後の治療では、膣上皮細胞の培養()の(B)N-9 TC 50のレベル。 * P <0.05を表す。片側スチューデントt-検定各露光時間で3-D細胞への単分子膜を比較します。 (イェルムらから変更され、2010年)2。
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図6。 Toll様受容体(TLR)アゴニスト刺激に応答して3-D上皮細胞のサイトカイン産生の解析。三次元の人間の膣細胞は、FSL-1(TLR2 / 6)、PIC(TLR3)、FLAG(TLR5)で刺激した、24 hと分泌サイトカインのCL097(TLR7 / 8)フローサイトメトリービーズアレイにより測定した。 IL-6が生成し、測定の代表的炎症性サイトカインとして表示されます。 * P <0.05を表す。PBS群に刺激されたサンプルを比較片側スチューデントt-検定を。 (イェルムらから変更され、2010年)2。

図7。 3-D上皮細胞の監視の遺伝子発現。 プロゲステロン受容体の半定量的RT-PCR解析(PR)単分子層(ML)または3-Dのヒト膣上皮細胞での発現。GAPDHをローディングコントロールとして表示されます。増幅産物示すように、30サイクルのPCR後に発生した転写産物の発現の結果である。 矢印は3-Dのサンプルで発生したPRのバンドにポイントを率いている。

図8。 3-D上皮細胞のタンパク質発現解析。単層および3-Dのヒト膣上皮細胞の全細胞溶解物(30μg)のウェスタンブロット分析は、抗プロゲステロン受容体(PR)抗体でプローブした。 β-チューブリンは、コントロールをロードするためのプローブとして使用されていました。

図9。三次元ヒト上皮細胞モデルでは、生産的なウイルス感染をサポートしています。HSV-2に感染した3-Dのヒト膣上皮細胞集合体の共焦点蛍光顕微鏡画像が。細胞は2時間、洗浄し、固定の24時間後の感染症(4%PFA)のMOI 1.0で感染し、HSV-2固有のVP5 Cで染色したapsid抗体(緑)と核染色DAPI(青)。スケールバー:50μmである。

図10。フローサイトメトリーによる3次元ヒト上皮細胞モデル内の個々の細胞分析。 (A)単層または(B)3-Dのヒト膣上皮凝集体は、FITCコンジュゲートMUC1抗体(青)、アイソタイプコントロール(緑)、またはPBS(赤)で標識し、EDTAで解離し、そしてFITC式がによって定量したフローサイトメトリー。数字はアイソタイプコントロール染色した細胞からのバックグラウンド蛍光アウトゲーティング後に残ったムチン抗体が陽性に染色されている細胞の割合を表しています。不均一なピークは、これらの細胞の表面上のglycosolationパターンとMUC1の様々なレベルの多数の結果である。
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ここに提示RWVバイオリアクター技術の活用は、より生理学的に関連する器官の細胞培養モデルに、現在の細胞培養系を前進させる能力を研究者に提供することがあります。 RWVバイオリアクター細胞培養システムは、タイトジャンクション、ムチン産生、細胞外のプロセス(すなわち微)、および細胞の極性を含む生体のような特性にして3-Dの細胞凝集体を形成する細胞を可能にする低剪断の微小環境を提供します。ここで提示されたデータと例の大半はRWVシステムに成長した膣上皮細胞を使用しているしかし、RWVシステムも小腸および大腸、肺、膀胱、肝臓、扁桃上皮細胞を含む培養他の上皮細胞の種類に使われている3-D器官モデル1、7-13、18を形成する 。さらに、このシステムは、上皮細胞以外の培養細胞の種類に使用されており、複雑な、multicelの現在開発中lular器官培養モデルは、進行中の2、18である。
ここで説明するプロトコルは、ガイドとして使用することを意図されており、目的の細胞タイプに基づいて変更する必要...
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著者らは、開示することは何もありません。
著者は、彼のタンパク質分析のための彼女の技術的専門知識とアンドリュー·ラーセンのためにブルックイェルムに感謝します。この作品は、代替の研究開発財団(MMHK)グラントとNIH NIAID性感染症と局所殺ウイルス剤共同研究センターIU19 AI062150-01(MMHK)によって一部で賄われていた。我々は感謝して図の再利用のための生殖の生物学を認める。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 試薬の名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
| のAlexa Fluor®488 | インビトロジェン | A21131 | 1:500希釈で使用 |
| FACSDiva | BD | フローサイトメーター | |
| β-tublin抗体 | カルビオケム | 654162 | 1:5000希釈で使用 |
| バイオプレックス2000 | BioRad社 | 171-000205 | V5ソフトウェア |
| バイオリアクターとコンポーネント | Synthecon | RCCS-4 | |
| セルストレーナー | BDファルコン | 352340 | 40μmの細孔径 |
| コニカルチューブ(50ml)に | コーニング | 5-538-60 | |
| カバースリップ | VWR | 48366067 | |
| サイトカインビーズアレイキット | BioRad社 | カスタム人間キット | |
| Cytodexビーズ | シグマ | C3275 | |
| DPBS | ギブコ | 14190 | |
| EDTA | シグマ | ED-500G | エチレンジアミン四酢酸 |
| 上皮に特異的な抗体(ESA) | ケミコン | CBL251 | 1:50希釈で使用 |
| ウシ胎児血清(FBS) | ギブコ | 10438 | 不活化熱 |
| HARV(使い捨て) | Synthecon | D-405 | |
| 塩酸 | シグマ | 258148 | 37パーセント |
| インボルクリン抗体 | シグマ | 私は9018 | |
| 顕微鏡スライド | VWR | 16004-368 | |
| MTT試薬 | MPバイオメディカル、LLC | 194592 | 3 - (4,5 - Dimethylthiazolyl 1-2)-2,5 - ジフェニルテトラゾリウムブロミド |
| MUC1抗体(顕微鏡) | サンタクルス | SC-7313 | 1:50希釈で使用 |
| MUC1抗体(フローサイトメトリー) | BD Pharmingen社 | 559774 | また、CD227と呼ばれる、テストあたり20μLを使用し |
| パラホルムアルデヒド | 電子顕微鏡学 | 15710 | DPBSで4%に希釈し |
| ペトリ皿(小) | BDファルコン | 353002 | |
| フィルタ付きポリスチレンチューブ | BDファルコン | 352235 | |
| ポリスチレンフローチューブ | BDファルコン | 352058 | |
| PR抗体 | DAKO | M3569 | 1:100希釈で使用 |
| ゴールドを長引かせる | インビトロジェン | P36931 | DAPIと取り付けメディア |
| RNeasyミニキット | キアゲン | 74903 | |
| ドデシル硫酸ナトリウム | シグマ | 71725 | |
| 滅菌袋 | VWR | 11213-035 | |
| コック(片道) | メデックス | MX5061L | |
| シリンジ(10ml)に | BD | 309604 | ルアーロックチップ |
| シリンジ(5mL)を | BD | 309603 | ルアーロックチップ |
| トリパンブルー | インビトロジェン | T10282 | |
| VP5抗体 | サンタクルス | SC-13525 | HSV-2抗体クローン6F10、1:5000希釈で使用 |
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