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免疫成分を用いた基本的な3次元(3D)腸管モデルシステム

DOI:

10.3791/65484

September 1st, 2023

In This Article

Summary

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$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ここでは、基本的な3次元(3D)腸細胞株モデルシステムの構築と、固定された腸当等物の光学顕微鏡的評価のためのパラフィン包埋プロトコルについて説明します。選択したタンパク質を染色することで、1回の実験で複数の視覚的パラメータを解析し、前臨床薬物スクリーニング研究に活用することができます。

Abstract

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炎症性腸疾患の病態生理学の研究、潜在的に有益な物質の薬理学的スクリーニング、および潜在的に有害な食品成分の毒性研究のために、 in vivo および in vitro 腸モデルの使用が増加しています。関連して、動物モデルに代わる細胞ベースの in vitro モデルの開発が現在求められています。ここでは、細胞株を使用した基本的な「健康な組織」の三次元(3D)腸と同等モデルのプロトコルが、実験のシンプルさ(標準化され、容易に再現可能なシステム)と生理学的複雑さ(U937単球とL929線維芽細胞の支持免疫成分を持つCaco-2腸細胞)の両方を提供するという二重の利点を備えています。このプロトコルには、固定腸当量物の光学顕微鏡評価のためのパラフィン包埋も含まれており、それによって1回の実験から複数の視覚パラメータを分析するという利点を提供します。ヘマトキシリンとエオシン(H&E)で染色した切片は、対照処理でCaco-2柱状細胞がタイトで規則的な単層を形成していることを示すもので、実験システムとしてのモデルの有効性を検証するために使用されます。グルテンを炎症誘発性食品成分として使用し、切片から分析したパラメータには、単層の厚さの減少、基礎となるマトリックス(H&E)からの破壊と剥離、オクルージン染色(統計的に定量化可能)から示されるようなタイトジャンクションタンパク質発現の減少、分化クラスター14(CD14)染色とCD11b関連のマクロファージへの分化から証明される遊走U937細胞の免疫活性化が含まれます。リポ多糖類を用いて腸の炎症をシミュレートすることによって示されるように、測定可能な追加のパラメータは、粘液染色の増加および固定前に培地から抽出することができるサイトカイン発現(ミッドカインなど)である。基本的な3次元(3D)腸粘膜モデルと固定切片は、複数の視覚的に定量化可能なパラメータを分析する可能性を備えた炎症状態とバリアの完全性の研究に推奨できます。

Introduction

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腸管上皮関門は、異なる種類の上皮細胞を含む1細胞厚の内層であり、身体の外部環境と内部環境との間の最初の物理的防御障壁または界面を構成する1,2。円柱型腸細胞は、上皮細胞の中で最も豊富なタイプを構成します。これらは、タイトジャンクション(TJ)を含むいくつかのバリアコンポーネント間の相互作用を通じて上皮バリアの完全性を維持する役割を担っており、バリアの引き締めに重要な役割を果たしています1,3。TJ構造は、閉塞帯帯(ZO)やシングリンなどの細胞内プラークタンパク質からなり、オクルージン、クローディン、接合接着分子(JAM)などの膜貫通タンパク質と協働して、隣接する細胞を緊密につなぐジッパー状の構造を形成します3,4。膜貫通型タンパク質は、低分子化合物の受動的な傍細胞拡散を調節し、有毒な高分子を排除します。

潜在的に有毒な食品化合物や食品汚染物質は、炎症性サイトカイン産生を刺激し、上皮透過性を破壊し、免疫細胞を活性化し、慢性的な腸組織の炎症を引き起こします5,6,7。対照的に、さまざまな抗酸化および抗炎症性植物化学物質は、TJタンパク質の発現と組み立ての回復を通じて、炎症性サイトカインの発現を減少させ、腸のTJバリアの完全性を高めることが報告されています4,6,8。したがって、有益な化合物と有害な化合物の両方による上皮バリアの完全性の調節により、医薬品スクリーニングおよび毒性試験のための腸管バリアを模倣することを目的としたin vivoおよびin vitroモデルの両方の使用が増加しています。これは、腸管疾患(IBD)、壊死性腸炎、および癌の病態生理学を理解することへの関心が高まっていることを考えると、特に関連性があります8,9,10

動物実験における「3R」の目的を達成するために、細胞ベースのin vitroモデルの開発が求められています。これらには、動物の使用に代わる代替手段、使用される動物の数の削減、および苦痛を軽減する方法の採用の改良が含まれます11,12,13さらに、ヒトモデルとマウスモデル(げっ歯類が最も広く使用されている種)の根底にある分子、細胞、および生理学的メカニズムは独特であり、ヒトの応答における予測因子としてのマウスモデルの有効性に関する論争につながっています12,13in vitroヒト細胞株モデルの多くの利点には、標的制限実験、直接観察、および連続分析が含まれます13

2次元(2D)培養における単細胞型単分子膜は、強力なモデルとして役立っています。しかし、これらはヒト組織の生理学的複雑さを正確に再現することはできない8,13,14。その結果、次世代のリスク評価ツールボックスとして、健康な腸組織と病気の腸組織の両方の生理学的複雑さを再現するために、ますます改善された3D培養システムが開発されています13,14。これらのモデルには、多様な細胞株を備えた3Dトランズウェルスキャフォールド、オルガノイド培養物、細胞株とオルガノイド(健康な組織と病気の組織の両方に由来する)の両方を使用したマイクロ流体デバイス(腸管オンチップ)が含まれます8,13,14

本研究で提示された3D「健康な組織」腸と同等のプロトコルは、生理学的複雑さと実験の単純さのバランスをとることに基づいていました13。このモデルは、3つの細胞株(腸細胞[ゴールドスタンダードの結腸腺癌Caco-2株]と支持免疫成分[U937単球およびL929線維芽細胞])で構成され、腸上皮バリアの完全性と免疫応答に関心のある食物分子の予備スクリーニングに適用可能な標準化された再現性のあるシステムを構成する3Dトランズウェルスキャフォールドの代表例です。プロトコルは固定腸の等量を使用して上皮障壁の完全性の光学顕微鏡評価のためのパラフィンの埋め込みを含んでいる。本アプローチの利点は、1回の実験で複数のパラメータについて、包埋組織の多数の切片を染色することができることである。

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Protocol

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1. 基本的な3D再建腸粘膜モデルの作成

注意: 手順全体は、滅菌層流フードで実行する必要があります。細胞インキュベーターの使用を含む手順のすべてのステップは、培養物が5%CO2 を含む加湿雰囲気中で37°Cでインキュベートされることを意味します(プロトコルに別段の記載がない限り)。

  1. 腸管モデル系で使用する細胞株の事前調製
    1. 2 mM L-グルタミン、10%ウシ胎児血清(FBS)、および1%ペニシリン-ストレプトマイシン(Pen-Strep)を含むダルベッコ改変イーグル培地(DMEM)5 mLの濃度でL929マウス線維芽細胞をF25フラスコに播種し、腸モデルの構築の4日前にインキュベーターで培養します。48時間後、ピペットを使用して培地を取り除きます。次に、新鮮な培地(5 mL)を加え、細胞をさらに48時間インキュベートします。
      注:セルは、使用する前に80%コンフルエントである必要があります。
    2. Caco-2細胞(濃度2 x 106)を10 mLのDMEM培地(10%FBSおよび1%Pen-Strepを含む)のF75細胞フラスコに播種し、腸粘膜モデルを構築する4日前にインキュベーターで培養します。48時間後、ステップ1.1.1の説明に従って培地を交換し、さらに48時間インキュベートしてコンフルエントが80%になります。
      注:細胞は活発な増殖期にある必要があります:まばらすぎず、コンフルエントすぎない。50〜60%のコンフルエンスが推奨されます。モデルを作る前日に細胞を播種してはいけないのは、細胞の増殖能力が遅くなり、再構築された3Dモデルに完全に根付かなくなるからです。
    3. 懸濁液中で増殖するU937細胞(濃度1 x 106)を、モデルセットアップの2日前にF75細胞フラスコに10 mLのRoswell Park Memorial Institute(RPMI)培地(2 mM L-グルタミン、1%ピルビン酸ナトリウム、10%FBS、および1%ペン連鎖球菌を含む)に加え、インキュベーターに48時間置きます。
  2. トランズウェル共培養プレートインサートの調製
    1. 0.4 μmフィルター付きインサートを含む24ウェルプレートをお選びください。
      注:0.4 μmフィルターは、薬物輸送研究における標準的な選択肢です。3 μmおよび8 μmのフィルターサイズは、コラーゲン包埋細胞の損失を防ぐために推奨されません。
    2. ピペットを使用して、トランズウェルフィルター(以下、メンブレンインサートと呼ぶ)を、フィルターインサートの上下に500 μLのハンクス平衡塩溶液(HBSS)で水和させます。
    3. マルチウェルプレートを閉じ、インキュベーターに最低2時間入れます。
      注意: メンブレンインサートは、HBSSに最大24時間留置できます。この操作は、モデルを構築する前日に実行できます。メンブレンインサートが完全に水和し、フィルターが乾燥しないことが重要であると、サンプルが適切に付着しにくくなる可能性があります。
    4. 2時間(または24時間)後にインキュベーターからプレートを取り外します。ピペットを使用してメンブレンインサートの上下からHBSSを注意深く吸引し、10分間乾燥させます。
  3. 基本3D腸管モデルシステムの無細胞コラーゲン固有層の作製(1日目)
    1. 10%ウシ胎児血清(FBS)、200 mM L-グルタミン、1%重炭酸ナトリウム、1.35 mg/mLタイプ1ラット尾部コラーゲンを含む氷上の50 mL滅菌チューブで無細胞コラーゲン溶液を調製します。
      注:これらのコンポーネントはすべて氷上に保管し、冷却したピペットチップでDMEMに追加する必要があります。タイプ1ラットテールコラーゲンは、温度とpHの上昇とともに重合するため、最後に添加する必要があります。調製される無細胞コラーゲン溶液の量は、必要な腸当量の数によって異なります。
    2. 250 μLの溶液を各プレートインサート(メンブレンフィルターの上)に、選択した腸当量の数だけ添加し、マルチウェルプレートの上に蓋を置きます。コラーゲン溶液を層流フード下で室温(RT)で重合させます。
      注:より固相への移行とは別に、重合は黄色からピンクへの色の変化からも明らかです。重合は通常10〜15分以内に完了します。
  4. 線維芽細胞(L929)および単球(U937)細胞のモデルシステムへの調製、細胞計数、および添加(DAY 1)
    1. L929細胞培養(ステップ1.1.1)をインキュベーターから取り出します。真空ポンプを使用して培地を吸引し、5 mLの滅菌リン酸緩衝生理食塩水(PBS、CaおよびMgを含まない)と交換し、細胞をすすぎます。
    2. 真空ポンプでPBSを吸引します。調製済みのトリプシン-EDTA溶液(PBS中の0.05%トリプシンおよび0.02%EDTA)2 mLを加え、インキュベーターに3〜5分間入れます。
    3. 倒立顕微鏡(Eclipse Ts2、Nikonなど)を使用して、細胞が接着面から剥離しているかどうかを確認します。これが発生した場合は、直ちに2 mLのDMEM(10%FBSを含む)を添加してトリプシン反応をブロックし、細胞をすすぎます。
    4. 細胞溶液を滅菌済みの15 mLチューブに移し、645 x g で5分間遠心分離します。真空ポンプを用いて、上澄み液を吸引する。
      注意: ペレットを乱さないように注意する必要があります。DMEMの効果はL929およびU937細胞で試験され、増殖に悪影響を及ぼすことは示されませんでした。
    5. 1 mLのDMEMをペレットに加え、細胞を懸濁します。
      注:細胞は溶液中で均一に懸濁されている必要があります。
    6. DMEMで20 μLの細胞を除去し、20 μLのトリパンブルー溶液を加えます。20 μLの混合物を除去し、細胞計数チャンバーを使用して細胞密度を顕微鏡で評価します。
    7. U937細胞培養(ステップ1.1.3)をインキュベーターから取り出します。細胞溶液を645 x g で5分間遠心分離します。真空ポンプを使用して、ペレットを乱さないように上澄み液を吸引します。
    8. 細胞を1 mLのRPMIに懸濁します。L929細胞と同様に、細胞が溶液中に均一に懸濁されていることを確認してください。
    9. 同様に、ステップ 1.4.6 で報告したようにセル密度を確立します。
    10. ステップ1.3.1の説明に従ってコラーゲン溶液を調製します。
      注:作製する溶液の量は、各インサート(またはモデル)で450 μLを考慮する必要があります。
    11. 構築する腸当量モデルごとに、それぞれ50,000個のL929細胞と15,000個のU937細胞を50μLの容量で含むDMEM溶液を調製します。
      注:セルの数は重要な要素です。両方の細胞タイプが多すぎると、適切に組織化されていない細胞で過度に満たされた固有層になります。線維芽細胞(コラーゲンを生成する)の数が少ないと、固有層がコンパクトになりにくくなり、単球が少なすぎると刺激に対する免疫応答が妨げられます。各 50 μL アリコート内に正しい数の細胞が存在する場合、各 24 ウェルプレートに存在する 12 個のフィルターインサートに対して総容量 600 μL を調製できます。
    12. ステップ1.4.10で、細胞を含む各50μLのアリコートを450μLのコラーゲン溶液に加えます。よく混ぜます。
    13. プレコートされた無細胞コラーゲン固有層に、各モデルについて500 μLのコラーゲン含有細胞溶液を重ね合わせます。
      注:各インサートにボリュームを迅速に追加することが重要であるため、再建された腸粘膜モデルの数を一度に12個以下に制限することをお勧めします。
    14. プレートを閉じ、インキュベーターに2時間入れて溶液を固まらせます。
  5. 上皮Caco-2細胞の調製、細胞計数、および腸モデルへの追加(DAY 1)
    1. Caco-2細胞培養液(ステップ1.1.2)をインキュベーターから取り出します。10 mLのPBSを使用して、手順1.4.1の手順を繰り返して予備すすぎます。次に、事前に調製したトリプシン-EDTA溶液(CaおよびMgフリーPBS中の0.05%トリプシンおよび0.02%EDTA)5 mLを加え、インキュベーターに5〜8分間置きます。
    2. ステップ 1.4.3 から 1.4.6 まで繰り返して (ただし、トリプシン反応をブロックするために 5 mL の DMEM を使用)、細胞計数チャンバーを使用して細胞をカウントします。
    3. 50 μL中に150,000個のCaco-2細胞を含むDMEM溶液を調製します。
      注: 使用されるセルの数は重要なポイントです。150,000細胞を超えると、コンパクトで無秩序な上皮層になる可能性がありますが、少なすぎる(100,000未満)と、細胞は成長に苦労し、基底膜を適切に覆わず、不連続な腸上皮層を形成します。セルが効果的に懸濁されていることを確認してください。200 μLピペットのチップを使用して、均一な分布を確保できます。常時12個のモデルを構築できるため、600μLの細胞溶液を調製できます。
    4. ステップ1.4.14で必要な2時間後、DMEMに懸濁したCaco-2細胞50 μLを各基底膜の中央に加えます。マルチウェルプレートの蓋を閉めます。
    5. 滅菌層流フードの下で10分間インキュベートします。その後、インキュベーターに30分間移します。
    6. 10%FBSおよび1%ペン/連鎖球菌を含むDMEM溶液を調製します。
      注:モデルごとに 1 mL の容量を使用するのに十分な溶液を調製します。
    7. 再構成モデルの上に培地を500 μL、フィルターの下に500 μLを加えます。
      注意: フィルターの上に培地を追加するときは、細胞が剥がれたりストレスがかかったりしないように注意が必要です。
    8. マルチウェルプレートシステムを閉じ、インキュベーターに入れます。
  6. モデルの準備/形成と使用(2日目から6日目)
    1. 2日目:ピペットを使用して、再構築されたモデルの上とフィルターの下の両方から溶液を慎重に取り除きます。フィルターの上下にそれぞれ、新鮮な 500 μL の新鮮な DMEM(10% FBS および 1% Pen/Strep)と交換します。
    2. 3日目:上記の手順1.6.1で繰り返します。
    3. 4日目:上記の手順1.6.1で繰り返します。
      注:この腸モデルは静的な細胞モデルです。したがって、分子の放出と細胞の成長と刺激を促進するためには、培地を毎日交換することが非常に重要です。
    4. 5日目:この時点で、モデルは完全に形成/開発されています。これらのモデルを使用して、さらに調査を行います。
      注意: モデルを使用するのに最適な時期は5日です。細胞はインキュベーターで長期間維持できますが、時間が経過するほど、上皮細胞が制御不能に増殖する可能性が高くなり、組織化されていないコンパクトな層になり、使用が困難になります。
    5. 5 日目に、目的とする毒性成分 (グルテンまたはリポ多糖類 [LPS]) または有益な成分 (ポリフェノール) のいずれかでモデルをインキュベートします。これらを、DMEM培地に吊り下げた再構成モデルの上部に追加します。
      注:対象となる各成分の適切な濃度を計算し、DMEM培地に懸濁する必要があります。DMEM培地のみを含む未処理のコントロールは、実験モデルとの比較のために設定する必要があります。
    6. コントロールモデルと実験モデルをインキュベーターで24時間インキュベートします。
    7. 6日目:フィルターの上下の培地をピペットで取り除きます。
      注:培地は、炎症性サイトカインの放出を測定するためのその後の酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)タイプのテストのために保存できます。この目的のために、培地を滅菌バイアルに添加し、さらなる分析のために-20°Cで保存しなければならない。

2. 再建された腸粘膜モデルのパラフィン包埋

注意: 手順全体は、化学ヒュームフードの下で実行する必要があります。各ステップとそれぞれの時間配分を厳守する必要があります。このため、すべての試薬を事前に準備しておくことが重要です。

  1. パラフィンマシンを58°Cに設定して、使用できる状態にします。
  2. メンブレンインサートを、滅菌済み24ウェルプレートのペンチを使用して洗浄ウェルに移します。
  3. PBS中の37%緩衝ホルマリン500 μLをフィルターの上に、1 mLをフィルターの下に添加します。蓋を閉め、室温で薬液ヒュームフードの下に2時間放置します。
    注:別の方法として、4%緩衝ホルマリンを室温で1時間使用できます。
  4. ホルマリンを取り除き、フィルターの上と下の両方にHBSS溶液を追加します。次に、HBSSを取り外します。
  5. 固有層をメンブレンインサートから取り外します。
    注:腸粘膜の細胞は、通常、膜インサートに付着していないため、メンブレンインサートから非常に簡単に剥離します。さらに、2つのサンプルコンパートメント(頂端と基底部)は取り付けられたままで、3D構造が保持されます。何らかの理由で腸粘膜が容易に剥離しない場合は、滅菌された使い捨てメスの刃を使用して、膜インサートから腸粘膜を除去することが重要になります。メンブレンインサートを切断して、プラスチックから取り外すことができます。メスでサンプルに触れないように注意してください。コラーゲン包埋細胞からメンブレンインサートを除去する動機は、このフィルターがその後の固定またはパラフィン包埋段階で剥離し、腸粘膜モデル間の比較が不均衡になる可能性があるためです。さらに、埋め込まれた切片内のメンブレンインサートは、切片形成を妨げる可能性のある異なる粘稠度を持っています。
  6. 100 mLビーカーを化学ヒュームフードの下に置き、それぞれに調査中の1つの再建された腸粘膜モデルシステムを含むように正しくラベル付けします。各ビーカーに25 mLの35%ETOHを加え、再建された腸粘膜を追加します。10分間インキュベートします。
  7. 35%エタノールを25 mLの50%エタノールに置き換え、10分間インキュベートします。
  8. 50%エタノールを25 mLの70%エタノールと交換し、10分間インキュベートします。
  9. 70%エタノールを25 mLの80%エタノールに置き換え、10分間インキュベートします。
  10. 80%エタノールを25 mLの95%エタノールに置き換え、10分間インキュベートします。
  11. 95%エタノールを25 mLの100%エタノールに置き換え、10分間インキュベートします。
  12. 100%エタノールを100%エタノールの別の25 mL交換物と交換し、10分間インキュベートします。
  13. 100 mLビーカーをドラフトの下に置き、それぞれに調査中のモデルが1つ含まれるように正しくラベル付けします。50 mLのキシレンまたは組織学的透明化剤を10〜20分間加えます。
    注:Histo-Clear(組織学的透明化剤)は、好酸性染色の透明度と鮮やかさを高めるため、推奨されます。除去時間は、再建された腸粘膜サンプルごとに異なる可能性があり、2〜3分ごとに外観の透明性をチェックする必要があります。
  14. サンプルが透明になったらすぐに、金属製のティッシュカセットホルダーに入れ、加熱された機械内で流動パラフィンに45分間浸します。
  15. パラフィンを交換し、サンプルを加熱した機械内にさらに45分間放置します。
  16. ティッシュカセットホルダーを取り外し、氷の上に置いて冷まします。冷却されたサンプルブロックが金属ホルダーから外れると、室温でさらに冷却できます。
  17. ブロックを RT に保存します。
    注意: 目的が切片をすぐに準備することであるならば、ブロックは使用時にそれらが十分に冷却されるように4°Cに置くことができる。
  18. ミクロトームを用いて4μm切片を切断する。
  19. 切断した部分をスライドに置き、37°Cのオーブンで24時間乾燥させます。
  20. スライドを使用する準備が整いました。H&E組織学的染色または免疫組織化学反応染色(抗原抗体型)を行うまで、室温で保存してください。
    1. 免疫組織化学的染色では、目的の抗体(オクルジンなどのTJタンパク質の研究、または単球の活性化、遊走、分化)を選択し、市販のキットを使用して発現を(染色を介して)検出します。
    2. 同様に、アルシアンブルーおよび過ヨウ素酸シッフ(PAS)染色キットを使用して粘液を測定します。
    3. 顕微鏡で採取した顕微鏡写真上の陽性ピクセルの割合を計算することにより、オクルジンなどの目的の染色されたTJタンパク質を定量します。
    4. 画像解析ソフトウェア(ImageJ2ソフトウェア[Wayne Rasband、バージョン2.9.0/1.53t]など)を使用して細胞の画像を解析します。
      1. ピクセルの解析を実行するには、デジタル画像を 300 ピクセル/インチに処理し、8 ビットに変換します。次に、 Color Deconvolution プラグインでバイナリ画像を処理し、目的のタンパク質の染色(この場合はオクルージンの永久赤色染色)を分析します。
      2. 選択した画像をtiffとして保存し、グラフィックエディタ(Adobe PhotoshopCC [バージョン20.0.4]など)でアーティファクトを排除するための「クリーンアップ」手順を実行します。
      3. その後、ImageJ2の Analyze Particle Analyze アプリケーションで対象分野をすべて測定し、そのデータを画素数として報告します。
        注:各実験は、各反復に対して3つの内部複製フィールドを分析して、3回に分けて実行する必要があります。粘液の定量化には、ピクセルを測定するのと同じ原理を、紫色マゼンタ色に染色された中性ムチンと明るい青色に染色された酸性粘液の画像にそれぞれ適用できます。

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Results

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最初の重要な側面は、実験目的で基本的な3D腸当量粘膜の受容性を決定することです。これは、組織学および組織病理学の研究室で最も広く使用されている染色、すなわちヘマトキシリン(核物質を濃い青紫色に染色)およびエオシン(ピンクのさまざまな色合いの細胞質物質を染色)で行います。H&E染色は、まず未処理のコントロールで行い、実験的処理と同じ条件と時間枠で培養します。細胞のパターン、形状、構造を可視化することで、この腸管細胞モデルシステムの成功は、5日後にCaco-2細胞が細胞外マトリックス(ECM)に富む固有層の上にタイトで規則的な単層を形成することによって決定されます(図1A)。さらなる分析に適さないと判断されるモデル系の例には、10日後に示されているように、上皮層が乱れて過剰に増殖するものが含まれます(図1B)。別の例としては、過剰なCaco-2細胞の播種または過度のインキュベーションによって引き起こされる、厚すぎて混乱した上皮層があります(図1C)。奇形(

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Discussion

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ここで紹介する基本的な再建腸粘膜モデルシステム(図6)は、生理学的複雑さ(線維芽細胞と単球を含むECMに富む固有層支持体を持つCaco-2単層を含む、より生理学的に関連性のある3D細胞培養)と実験の単純さ(市販のヒト細胞株を使用して標準化され、再現性のあるシステムを作製する)を兼ね備えています13.そのため、このモデルシステムは、潜在的な医薬品/食品成分が腸バリアの完全性に及ぼす影響を評価することを目的としたマウスモデルの適切な代替手段と見なされています。この点に関して、以前の論文は、潜在的に有益な化合物(および用量依存性)と有害な食品成分の両方をテストする上で、現在の細胞培養モデルの有効性を実証しています7,16,17。さらに、LPSまたは代替の炎症誘発性試薬(2,4,6-トリニトロベンゼンスルホン酸またはデキストラン硫酸ナトリウム)を現在の腸...

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Disclosures

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著者らは、利益相反がないことを宣言します。

Acknowledgements

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ウンベルト・ヴェロネージ財団の研究者活動を支援するフェローシップに感謝します。

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
アルシアンブルー/PASキットサイテック・ラボラトリーズ社APS-1、APS-2免疫組織化学染色キット
ブルー・トリパン溶液サーモ・フィッシャー15250061細胞数解析
Caco-2 大腸腺癌細胞ATCCATCCHTB-37細胞株
シトロ・ヒスト・クリアリモネン系ヒストリン研究所R0050CITROパラフィン埋め込み用の試薬
ドゥルベッコ'改良型イーグル中型(DMEM)GIBCO11965092細胞コルチャー試薬
埋め込みセンターヒストリン研究所TEC2900パラフィン埋め込み用の装置
胎児用牛血清(FBS)GIBCOA5256701細胞コルチャー試薬
ハンクス'バランスソルトソリューション(HBSS)GIBCO12350039細胞コルチャー試薬
ヒューマン・ミドカインELISAキットコヘージョン・バイオサイエンスCEK1270キット・エリサ
逆立顕微鏡エクリプスTs2、ニコンMFA34100顕微鏡
L929マウス線維芽細胞ATCCATCC ®-CCL1細胞株
LC3-IIノバス・バイオロジカルズNB910-40752スーパーノーバスパック抗体
L-グルタミンGIBCOA2916801細胞コルチャー試薬
オクルディンノバス・バイオロジカルズNBP1-87402抗体
パラフィンラボ・O・ワックス PLUS 56 °C–58 °Cヒストリン研究所R0040プラスパラフィン埋め込み用の装置
ペニシリン・ストレプトマイシンGIBCO15070063細胞コルチャー試薬
ペニシリン・ストレプトマイシンGIBCO15070063細胞コルチャー試薬
ラットテールコラーゲンタイプIGIBCOA1048301細胞コルチャー試薬
ロズウェルパーク記念研究所ミディアム(RPMI)GIBCO21870076細胞コルチャー試薬
ピルビン酸ナトリウムGIBCO11360070細胞コルチャー試薬
サーモフィッシャー カウンテスII FL 自動セルカウンターサーモ・フィッシャーTF-CACC2FLセルカウント装置
トランスウェル共演者コーニング3413細胞結合のためのプラスチック
トリプシンGIBCO15090046細胞コルチャー試薬
U937は単球性のヒト骨髄性白血病細胞株ですATCCATCC CRL-1593.2細胞株
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  1. Chelakkot, C., Ghim, J., Ryu, S. H. Mechanisms regulating intestinal barrier integrity and its pathological implications. Experimental & Molecular Medicine. 50 (8), 1-9 (2018).
  2. Schoultz, I., Keita, ÅV. The intestinal barrier and current techniques for the assessment of gut permeability. Cells. 9 (8), 1909(1909).
  3. Bednarek, R. In vitro methods for measuring the permeability of cell monolayers. Methods and Protocols. 5 (1), 17(2022).
  4. Suzuki, T. Regulation of the intestinal barrier by nutrients: The role of tight junctions. Animal Science Journal. 91 (1), e13357(2020).
  5. Guibourdenche, M., et al. Food contaminants effects on an in vitro model of human intestinal epithelium. Toxics. 9 (6), 135(2021).
  6. Panwar, S., Sharma, S., Tripathi, P. Role of barrier integrity and dysfunctions in maintaining the healthy gut and their health outcomes. Frontiers in Physiology. 12, 715611(2021).
  7. Truzzi, F., et al. Pro-inflammatory effect of gliadins and glutenins extracted from different wheat cultivars on an in vitro 3D intestinal epithelium model. International Journal of Molecular Sciences. 22 (1), 172(2020).
  8. Fedi, A., et al. In vitro models replicating the human intestinal epithelium for absorption and metabolism studies: A systematic review. Journal of Controlled Release. 335, 247-268 (2021).
  9. De Fazio, L., et al. Necrotizing enterocolitis: Overview on in vitro models. International Journal of Molecular Sciences. 22 (13), 6761(2021).
  10. Jubelin, C., et al. Three-dimensional in vitro culture models in oncology research. Cell & Bioscience. 12 (1), 155(2022).
  11. Russell, W., Burch, R. The principles of humane experimental technique. Available online. , http://altweb.jhsph.edu/pubs/books/humane_exp/het-toc (2023).
  12. Ingber, D. E. Is it time for reviewer 3 to request human organ chip experiments instead of animal validation studies. Advanced Science. 7 (22), 2002030(2020).
  13. Jung, S. M., Kim, S. In vitro models of the small intestine for studying intestinal diseases. Frontiers in Microbiology. 12, 767038(2022).
  14. Nitsche, K. S., Müller, I., Malcomber, S., Carmichael, P. L., Bouwmeester, H. Implementing organ-on-chip in a next-generation risk assessment of chemicals: a review. Archives of Toxicology. 96 (3), 711-741 (2022).
  15. Kekilli, M., et al. Midkine level may be used as a noninvasive biomarker in Crohn's disease. Turkish Journal of Medical Sciences. 50, 324-329 (2020).
  16. Truzzi, F., et al. Spermidine-eugenol supplement preserved inflammation-challenged intestinal cells by stimulating autophagy. International Journal of Molecular Sciences. 24 (4), 4131(2023).
  17. Truzzi, F., et al. Are supplements safe? Effects of gallic and ferulic acids on in vitro cell models. Nutrients. 12 (6), 1591(2020).
  18. Buckley, A. G., et al. Visualisation of multiple tight junctional complexes in human airway epithelial cells. Biological Procedures. Online. 20, 3(2018).
  19. Ghosh, R., Gilda, J. E., Gomes, A. V. The necessity of and strategies for improving confidence in the accuracy of western blots. Expert Review of Proteomics. 11 (5), 549-560 (2014).

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