ここでは、3D懸濁液培養における表皮スフェロイドの系統的培養のためのプロトコルについて説明する。このプロトコルは、様々な上皮組織タイプで使用し、いくつかのヒト疾患および状態のモデリングのための幅広い用途を有する。
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ここでは、3D懸濁液培養における表皮スフェロイドの系統的培養のためのプロトコルについて説明する。このプロトコルは、様々な上皮組織タイプで使用し、いくつかのヒト疾患および状態のモデリングのための幅広い用途を有する。
上皮調節不全は、慢性創傷、炎症、およびすべてのヒト癌の80%以上を含む様々なヒトの状態および病気のためのノードである。ライニング組織として、皮膚上皮はしばしば損傷を受け、損傷した組織を修復するために必要な細胞可塑性を獲得することによって進化的に適応している。長年にわたり、in vitroおよびex vivo細胞ベースのモデルを用いて上皮可塑性を研究するためにいくつかの努力がなされてきた。しかし、これらの取り組みは、上皮細胞可塑性の様々な段階を再現する能力が限られている。ここでは、原発性新生児ヒトケラチノサイトから3D表皮スフェロイドおよび表皮スフェロイド由来細胞を生成するためのプロトコルについて説明する。このプロトコルは、ケラチノサイト生成可塑性の異なる段階を機能的にモデル化する表皮スフェロイド培養の能力を概説し、表皮スフェロイド再めっきが、integrinα6hi/EGFRlo ケラチノサイト亜集団の不均種正常ヒトケラチノサイト(NHKc)培養を増強できることを示している。我々の報告書は、皮膚角化細胞の可塑性および表皮再生の研究のための高スループットシステムの開発および維持について述べている。
哺乳類の階層化上皮は、すべての生活システムにおいて最も複雑な上皮アーキテクチャであり、ほとんどの場合、損傷および損傷を受ける。保護組織として、階層化上皮は複雑で効果的な組織損傷応答を生成するように進化した。損傷を受けた細胞は、系統可塑性プログラムを有効にする必要があり、これを使用して損傷した部位に移行し、修復1、2、3を実行できるようにする必要があります。この多面的な応答は、よく理解されていないいくつかの連続したステップで発生します。
上皮再生の複雑なプロセスを研究する上の主要な障害は、細胞再生の定義された段階で動的な細胞活動をキャプチャすることができる高スループットモデルシステムの枯渇にあります。in vivoマウスモデルは創傷治癒に関する関連する洞察を提供し、人間の再生プロセスを最も密接に再現しますが、その開発には手間のかかる労力と大幅なコストが必要であり、スループット能力が制限されます。したがって、高スループットスケールでヒト上皮組織再生の機能調査を可能にするシステムを確立する上で重要なニーズが存在する。
近年、スケーラビリティの課題に対応するために、いくつかの試みが行われています。これは、インビボ再生コンテキストを密接に模倣する革新的なin vitroおよびex vivo細胞ベースのモデルの大きな拡大を通じて見られます。これには、オルガンオンチップ4、スフェロイド5、オルガノイド6、オルガノイド文化7の進歩が含まれます。これらの3D細胞ベースのシステムは、それぞれ独自の利点を提供し、独特の実験的限界を提示します。現在までに、スフェロイド培養は、最も費用対効果が高く、広く使用されている3D細胞培養モデルです。また、いくつかの報告では、スフェロイド培養物を皮膚幹細胞の特性を研究するために使用できることが示されているが、これらの研究は主に動物組織8、9、または皮膚線維芽細胞10で行われ、ヒト表皮スフェロイド培養物の再生特性を徹底的に特徴付ける報告はほとんどない。本プロトコルでは、通常ヒトケラチノサイト(NHKc)由来の表皮スフェロイド培養物の機能開発、培養、維持について詳述する。我々は、このシステムの有用性を同様に、表皮再生およびケラチノサイト幹細胞可塑性の逐次相を試験的にモデル化する。
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皮膚標本の採取と取り扱い、ヒトケラチノサイトの分離に関するプロトコルは、サウスカロライナ大学(UofSC)IRBによってレビューされ、「ヒト被験者を含まない研究」に分類され、包皮標本は定期的な外科的処置(新生児の男の子の割礼)の間に作製された外科的廃棄であり、識別情報を完全に欠いていた。この議定書は、UofSCバイオセーフティ委員会によって定期的に審査および承認され、すべての研究室職員が実験室のバイオセーフティトレーニングを受けました。すべての手続きは、UofSCの安全と倫理基準に合わせて行われました。
1. 新生児包皮組織からのヒトケラチノサイトの分離と培養
2. 皮膚表皮培養物の生成
表皮スフェロイド再めっきアッセイ
4.3D蛍光細胞追跡
5. FACS によるスフェロイド由来(SD)サブ集団の特性評価
基礎幹細胞マーカーの表皮球の蛍光と染色
表皮圏培養の転写解析
8. SD-NHKcコロニー形成効率の評価
9. SD-NHKcの人口倍増を決定する
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皮膚表皮球アッセイの間、NHKc培養物は96ウェルプレートのアガロースコーティングされたウェルに播種される(図1A)。球状形成細胞は48時間以内に自己凝集するべきである。自律回転楕円体形成は、標準の反転位相コントラスト顕微鏡を用いて、早くも24時間評価することができる。表皮組織形成および再めっきアッセイは、表皮組織再生の様々な相をモデル化する(図1B)。図2は、3D培養における表皮スフェロイド形成能についてアッセイした各種NHKc株の高解像度画像を示す。これは自発的な回転楕円体形成の特徴であるため、細胞の密な球体凝集を調べることが重要です。我々は、適切な自発的な凝集を確実にするために2 x 104以上の細胞を使用する必要があることがわかった。株2Aに見られるような非球形細胞凝集は、十分な表皮形成とは考えられない。2D単層培養で非スフェロイド形成細胞懸濁液をめっきすると、生じるNH...
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3Dスフェロイド培養システムの使用は、細胞幹細胞性を評価する上で幅広い有用性を有している。これらのシステムは、組織幹細胞13の濃縮を増強することが実証されているが、ヒト表皮幹細胞の研究に有用性は限られたものであった。ここでは、3D培養技術を用いてヒトケラチノサイト幹細胞を濃縮する戦略について述べています。このシステムでは、NHKcは、KSFM-scmを含むアガロースベッドの上に懸濁されたいくつかのケラチノサイトサブタイプで構成される自己集合型多細胞スフェロイド懸濁液として栽培される。このプロトコルのセットアップは、寒天が室温で急速に重合するので時間に敏感です。予熱血清ピペット、マイクロピペットチップ、寒天/細胞混合チューブ、および42°Cの培地は、早期重合を劇的に低減することができます。我々は、寒天/培地ミックスを井戸に添加した直後に96ウェルプレートを4°Cに置くことで、重合を大幅にスピードアップし、その後の細胞の播種に対して寒天クッションが十分に固くなるのを観察した。重合プロセス中は常にプレート)レベルを維持することが重要であり、寒天/培地ミックスの重合不良は細胞の播種または軟寒天の内...
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著者は開示する財務上の関係を持っていません。
UofSC医学部計装資源施設(IRF)は、イメージングおよび細胞選別装置へのアクセスと技術支援を提供しました。この作業は、グラント 1R21CA201853 によって部分的にサポートされました。MCF および IRF は、NIH グラント P20GM103499 SC INBRE から部分的なサポートを受けます。MCF は、NIH グラント P20GM109091 からのサポートも受けています。イヴォン・ウォッピは、NIH助成金2R25GM066526-06A1(PREP)とR25GM076277(IMSD)、UofSCのグレース・ジョーダン・マクファデン教授プログラムによるフェローシップによって部分的にサポートされました。ジェラルディン・エゼカとジャスティン・ヴェルチェリーノは、UofSCでNIH助成金2R25GM066526-10A1(PREP)によってサポートされました。ショーン・M・ブロースは、UofSCで2016マゼラン学者賞を受賞しました。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| Affymetrixプラットフォーム | Affymetrix | マイクロアレイ実験用 | |
| Affymetrix's HuGene-2_0-st ライブラリファイル | Affymetrix | Process | |
| Agilent 2100 Bioanalyzer | Agilent | マイクロアレイ実験用 | |
| All Prep DNA/RNA Mini Kit | Qiagen | 80204 | RNA単離に使用 |
| 分析コンソール ソフトウェアバージョン3.0.0.466 | 方向の被験者間分散分析を使用して、細胞タイプ特異的な転写応答を解析します | ||
| BD FACSAria II フローサイトメーター | ベックマン | フローサイトメトリー用 | |
| コンソール ソフトウェア version 3.0.0.466/Expression console Software | Affymetrix/Thermo Fisher Scientific | データ品質の確認用 | |
| サイトケラチン 14 | Santa Cruz Biotechnology | sc-53253 | 1:200 希釈 |
| ディスパーゼ | Sigma-Aldrich | D4818 | 細胞培地用 |
| FITC標識抗インテグリン&α;6 | Abcam | ab30496 | FACS解析用 |
| GeneChip Command Console 4.0 software | Affymetrix/Thermo Fisher Scientific | データ品質の確認用 | |
| GeneChip Fluidics Stations 450 (Affymetrix/Thermo Fisher Scientific) | Affymetrix/Thermo Fisher Scientific | ハイブリダイズアレイの洗浄と染色用 | |
| GeneChip HuGene 2.0 ST アレイ | Affymetrix/Thermo FisherScientific | 全RNAのハイブリダイゼーションと増幅に | |
| GeneChip Hybridization Oven 640 | Thermo Fisher Scientific | 全RNAのハイブリダイゼーションと増幅に |標識サンプルの増幅 | |
| GeneChip Hybridization Wash, and Stain Kit(Affymetrix/Thermo Fisher Scientific)。 | Affymetrix/Thermo Fisher Scientific | ハイブリダイズアレイの洗浄および染色用 | |
| GeneChip Scanner 3000 7G system | Affymetrix/Thermo Fisher Scientific | ハイブリダイズアレイのスキャン | |
| GeneChip WT PLUS 試薬キット | Affymetrix/Thermo Fisher Scientific | オチン化全RNAの増幅用 | |
| ヒト塩基性線維芽細胞増殖因子 (hFGF basic/FGF2) | Cellシグナル伝達技術 | 8910 | 細胞培地用 |
| ヒト上皮成長因子 (hEGF) | 細胞シグナル伝達技術 | 8916 | 細胞培地用 |
| ヒトインスリン | ミリポア Sigma | 9011-M | 細胞培地用 |
| iQ SYBR Green Supermix (Bio-Rad) | バイオ・ラッド | 1708880 RT-qPCR に使用 | |
| iScript cDNA 合成キット | Bio-Rad | 1708890 | に使用RT-qPCR |
| KSFM | ThermoFisher Scientific | の17005041 | 1% ペニシリン/ストレプトマイシン、20 ng/ml EGF、10 ng/ml 塩基性線維芽細胞成長因子、0.4% ウシ血清アルブミン (BSA)、および 4 µg/ml インスリン |
| KSFM-scm | サーモフィッシャー サイエンティ | 17005042 | 1% ペニシリン/ストレプトマイシン、20 ng/ml EGF、10 ng/ml 塩基性線維芽細胞成長因子、0.4% ウシ血清アルブミン (BSA)、および 4 µg/ml インスリン |
| MCDB 153-LB 基礎培地 | Sigma-Aldrich | M7403 | MCDB 153-LB 基礎培地 HEPES バッファー付き |
| NEST Scientific 1-Well Cell Culture Chamber Slide, BLACK Walls on Glass Slide, 6/PK, 12/CS | Stellar Scientific | NST230111 | 免疫染色用 |
| P63 | Thermo Scientific | 703809 | 1:200 希釈 |
| PE-conjugated anti-EGFR ( San Jose, CA; カタログ番号 ) | BD Pharmingen | 555997 | FACS分析用 |
| pMSCV-IRES-EGFP プラスミドベクター | Addgene | 20672 | トランスフェクション用 |
| Promega TransFastキット | Promega | E2431 | トランスフェクション用 |
| Qiagen RNeasy Plus マイクロキット | Qiagen | マイクロアレイ実験用 | |
| Thermo Scientific™滅菌済みシングルユース真空フィルターユニット | Thermo Scientific | 09-740-63D | 細胞培地用 |
| Zeiss Axionvert 135 蛍光顕微鏡 | Zeiss | Axiovision Rel. 4.5 ソフトウェアと併用 |
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