Name: デュアルチャンバー透過性サポートシステム内の犬腸オルガノイド (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-03-02T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 11 s
Description: 学ぼう、デュアルチャンバーシステムを用いた犬腸オルガノイド培養法。薬物透過性予測の信頼性向上に貢献し、創薬研究や微生物学研究への応用が期待されます。

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アイオワ州立大学の獣医診断研究所の職員、すなわちヘイリー・ランバート、エミリー・ラヘ、ロザリン・ブラナマン、ビクトリア・グリーン、ジェニファー・グロエルツ・ツグミのサンプルのタイムリーな処理に感謝の意を表したいと思います。また、透過性実験のための材料を提供してくれたJodi SmithとBethann Valentineにも感謝します。また、図 9 の協力をしてくれた David Diaz-Reganon にも感謝します。図6を除き、すべての図は BioRender.com で作成した。著者らは、Faculty Startup、ISU VPR Miller Award、ISU VPR Miller Award、NSF SBIR SubawardのISU # 1912948への支援に感謝したいと考えている。

K. Allenspachは、LifEngine Animal Health and 3D Health Solutionsの共同設立者です。彼女はCeva Animal Health、Bioiberica、LifeDiagnostics、Antech Diagnostics、Deerland Probiotics、Marsのコンサルタントを務めています。J.P. Mochelは、LifEngine Animal Health and 3D Health Solutionsの共同設立者であり、Ceva Animal HealthおよびEthos Animal Healthのコンサルタントを務めています。この記事は著者の見解を反映しており、食品医薬品局(FDA)の支持、見解、または方針を表すものと解釈されるべきではありません。他の著者は、宣言する利益相反を持っていません。

透過性支持装置における犬腸オルガノイド培養物は、従来の薬物透過性アッセイ40 を新規 なin vitro 犬モデル41と結びつけるユニークな概念である。さまざまな種類の犬腸オルガノイドを使用し、最小限の調整で実験の目的に基づいて評価することができます。1グループあたり3〜4ウェルで目的の薬物の複数の濃度を試験することが推奨される。濃度は、薬物の予想される腸内濃度に基づいてもよい。さらに、以前の研究を使用することは、研究デザインの適切な時点を決定するのに役立つ場合があります。再現性を高め、トラブルシューティングを支援するために、試験デザインの適切な文書化がなされるべきである。
この技術には、方法42の新規性のためにいくつかの制限があり、主に実験計画の標準化の欠如と実験室間でのプロトコルの実行によるものです。この標準化の欠如は他のグループ43によって認められており、犬の3Dオルガノイド単層プロトコルは実験室間の再現性につながり、このシステムに標準化を導入するでしょう。データ分析への標準化されたアプローチは、再現性を向上させ、異なる実験室にわたる透過性サポートシステムの犬オルガノイドを使用した予備薬物検査の結果を強化することができます。犬の3Dオルガノイドモデルには、Caco-2細胞44,45,46と同様に、モデル薬物のin vitro Pアプリ値を既知のヒトまたは犬のインビボ腸内吸収と比較するデータセットも欠けている。このようなデータが生成されると、この犬オルガノイドモデルは、医薬品開発中の腸透過性を評価するために利用され得る。
オルガノイドを透過性支持系に播種する際には、適切に解離した細胞の十分に高い密度を播種するように注意が払われることが重要です。システムのTEER値は、厳密な単層で成長させると、より信頼性が高く、再現性があります。単層の長期培養は、腸の生理学的値からさらに到達するTEER値の指数関数的な増加をもたらし得る。このような3D構造のH&amp;Eセクションは、膜に近い腸細胞の構造が変化した状態で、細胞のいくつかの層が互いに重なっていることを示しています。
犬腸オルガノイド単層の拡張に成功した後、薬物の見かけの透過係数(Papp)式44を計算することによって、従来の2D細胞アッセイと同じ方法で結果を分析することができます。Pアプリ 値(Eq(2)参照)は、セルラー単分子膜47を横切る輸送速度を記述する。
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/63612/63612eq02.jpg" style="margin: auto;"> (2)
は<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/63612/63612eq03.jpg" style="margin: auto;">、濃度と時間曲線の初期傾き(例:nmol/s)です。Aはインサートの面積(cm2)であり、C0はドナーチャンバ37内の薬物または化合物の初期濃度である。単層の完全性の信頼性の高い認識は、標準化を必要とする透過性アッセイの重要な部分です。透過性サポートシステム内のイヌオルガノイドを評価し、実験の正しいタイミングを決定するのに役立つように、光学顕微鏡およびTEER測定が推奨されます。さらに、ゼロ分子透過性マーカー(例えば、FITC−デキストラン、ルシファーイエロー、PEG−400)を使用して、オルガノイド単分子膜完全性を機能的に評価することができる。試験した化合物がトランスポーターの影響を受けている場合は注意が必要です。P-糖タンパク質(P-gp)は、一般的な排出ポンプ例として用いられる。周知のP-gpプローブ基板と比較して、流出比(Pアプリ、BL-AP/Pアプリ、AP-BL)を生成する必要があります。
光学顕微鏡(プレーンまたは位相コントラストで強化)は、細胞の過増殖の可能性を評価しながら、2Dまたは3D単分子膜とフィルターインサートの完全性をチェックするための非常に貴重な方法です。 図7は 、健康なイヌ腸管オルガノイド細胞培養物を認識するためのガイドとして役立つことができる。TEER値は、細胞間接合部の形成およびオルガノイド培養物の無傷の腸上皮への分化の重要な尺度である。犬の腸オルガノイドは腸細胞と杯細胞に分化する(図6)。これらの粘液産生細胞は、従来の2D細胞培養物を用いて達成することが困難であった薬物-粘液相互作用の研究を可能にする48。腸内分泌細胞の存在は、Chandraらによって犬腸オルガノイドにおいて以前に確認されている33。
TEMを用いた空腸、回腸、および結腸オルガノイドに由来する犬オルガノイド単層のさらなる特徴付けが提供される。TEM画像は、タイトジャンクションおよび微小絨毛形成を含む細胞マイクロアーキテクチャを示し、翻訳医療におけるこれらのオルガノイドモデルの複雑さおよび有用性をさらに示す。実験結果に基づいて、透過性支持体上のオルガノイド培養物は、播種後11日目から13日目の間に実験の準備が整った(図9)。この時点でのTEER値は1,500〜2,500Ω.cm2の範囲であった。TEER値のプラトー段階は、TEER値がゆっくりと低下し始める前に実験を開始する必要がある非常に限られた時間枠の間持続します。TEER値は、一部の薬物または医薬品賦形剤が単分子層(タイトジャンクションなど)と相互作用する可能性があるため、TEER値の読み出しに大きな影響を与える可能性があるため、重要な実験結果を表示する上で重要な部分でもあります。これだけでも、実験のデータとして使用できます。
デュアルチャンバー細胞培養装置における犬腸オルガノイドは、得られる細胞単層のユニークなアーキテクチャのために経口薬物透過性以外の分野に適用することができる。例えば、それらは、微生物学研究(例えば、GI微生物叢の変化の影響)、ウイルス取り込み研究、薬物−薬物相互作用、および薬物輸送機構において使用され得る49。ドナーチャンバは、典型的には、選択された試験薬物または化合物で満たされ、そして、レシーバチャンバからのアリコートは、様々な時点で採取される。これらのアリコートは、高速液体クロマトグラフィー、質量分析、酵素結合免疫吸着アッセイ、またはその他の技術を使用して分析し、溶質が単分子膜を透過する量および速度を決定することができる。
これらの研究は、薬物透過性を正確に評価するために無傷の単分子膜を必要とする。これは通常、使用できない井戸を説明するために必要なものを超えて単層を成長させる必要があります。オルガノイド細胞単層はまた、ウイルスの細胞取り込みを検出するための抗体を利用する免疫蛍光アッセイを含む読み出しを用いて、単層の頂端側または基底側のいずれかからウイルスの取り込みを測定するために使用され得る。最後に、複数の薬物(すなわち、基質および阻害剤)をドナーチャンバーに適用して、トランスポーターベースの薬物−薬物相互作用を同定することができる。
現在の観察に基づいて、これらの方法は、培養インサート中のイヌオルガノイドに適用できるだけでなく、他の獣医種および器官系にも適しており、選択した種または器官モデルに最も適したわずかな修正が必要である。犬腸オルガノイド増殖のためのプロトコルは、培養物のユニークな特性に基づいて調整されなければならなかった。したがって、プロトコルは別の種に調整することができますが、プロトコルに微妙な変更が必要になります。改変は、細胞播種密度の変化から始まり、目的のオルガノイドを適切に分化するための培地組成物の変化に拡大し得る。
標準化、実験手順の詳細な文書化、および細胞単層の一貫したモニタリングは、透過性サポートアッセイ全体で必要な重要なプラクティスであり、犬系に限定されません。これらの可能な種または器官の改変は、この分野におけるさらなる進歩のために文書化および報告するために重要である。このモデルには、いくつかの制限、例えば、そのコスト要件、実験室間の変動性、および インビボでの腸内吸収を予測する能力に関する限られたデータがある。イヌは、場合によっては、ヒト50とは異なる薬物トランスポーターおよび代謝酵素を有する。
さらに、犬オルガノイド系は、そのようなモデルの適合性を決定するために、他の製造業者からの様々な他のデュアルチャンバー装置上で試験されなければならない(例えば、異なるフィルター膜組成物の適合性を決定しなければならない)。もう1つの欠点は、原稿の薬物透過性実験の部分が前の部分よりも説明的ではないことです。これは、このフィールドの過剰な情報が原因です。原稿のこの部分の目標は、これらの実験の礎石の端を切らずに、これらの方法を修正可能な方法で記述することでした。透過性実験に関するより詳細な情報は、Hubatschらによって収集されている37。さらに、透過性インサートは、共培養、細胞遊走、および浸潤アッセイ実験4において使用することができる。
結論として、デュアルチャンバー培養装置における犬腸オルガノイドは、生物医学分野やトランスレーショナル医療など、幅広い用途に使用される可能性を秘めています。このプロトコルは、実験を計画し、生物学の分野にわたるオルガノイドモデルの実験室間データの信頼性を促進するためのいくつかの戦略を作成します。

透過性支持システムは、典型的には、腸上皮障壁1,2を通る治療薬候補の見かけの透過性を決定するために使用される。また、細胞分泌3、細胞遊走4、および薬物毒性5を評価するためにも使用することができる。インビトロ経口薬物透過性アッセイは、創薬および開発プロセス2における重要なステップであり、個々の薬物候補は薬物R&amp;Dライフサイクルの初期段階でテストされています6。この透過性支持システムは、マルチウェルプレートに入れられた半多孔膜を備えたインサートからなるデュアルチャンバー細胞培養装置である。このシステムは、インサート7で増殖した細胞単層の頂端側および底辺側への直接アクセスを可能にする。これらの系で使用される単層は、典型的には、胃腸上皮細胞(例えば、ヒト結腸直腸腺癌Caco−2細胞株)に由来する8。細胞培養物は、腸上皮細胞の自然なマイクロアーキテクチャを模倣した分極状態で増殖し、さらなる細胞分化、同様のミクロ解剖学および機能を可能にする7。透水性サポートインサートの詳細については、図1を参照してください。インサートの2D細胞培養物による播種は、伝統的に腸管薬物透過性を評価するために使用され、比較的手頃な価格で培養が容易である9。これらの系は、治療薬候補10、11の腸内代謝を予測する能力が限られていることを含む、いくつかの主要な限界を提示する。これは、上皮細胞間のタイトジャンクションを通る受動的吸収、流出による能動的な経皮吸収、または取り込みトランスポーター(例えば、P-糖タンパク質、モノカルボキシレートトランスポーター1)、および腸細胞によって代謝される薬物など、薬物吸収のすべてのメカニズムに当てはまる。
犬は人間と共通の環境と食事を共有しています12.犬の腸の解剖学とマイクロバイオームの組成は、過去36,000年にわたる家畜化と共有食に起因するとされてきたヒト13の組成によく似ています14。残念なことに、これらの類似性は、疾患発症の一般的な原因/引き金にもなり得る。イヌは、肥満15、炎症性腸疾患16、結腸直腸腺癌17、胃腸間質腫瘍(GIST)18、およびそれらの相対的長寿に関連する様々な他の病状19など、ヒトと同様の慢性罹患率を発症する。したがって、イヌオルガノイドは、One Health Initiative20の精神において、これらの慢性多因子疾患の逆トランスレーショナル研究に首尾よく使用される可能性がある。
Caco−2細胞は、薬物経口吸収アッセイ21に最も使用される細胞株である。これらの細胞は現在、インビトロ腸透過性アッセイのための「ゴールドスタンダード」モデルと考えられている2、22、23。Caco-2細胞株は、異なる発現レベルであるが、ヒト腸管に見られる流出および取り込みトランスポーターを発現する24、25、26。Caco−2細胞はまた、薬物が腸流出トランスポーターの基質または阻害剤であるかどうかを決定するためのモデルとしても広く使用されている22、27。Caco-2細胞は結腸起源であるが、腸細胞を模倣する。残念なことに、Caco−2細胞は、小腸9の上皮層からの1つの細胞型のみを表しており、複雑な腸上皮細胞型組成物を正確に再現することができない。例えば、粘液産生専用の杯細胞はCaco−2培養物から欠如しており、粘液−薬物相互作用は他の細胞株28との共培養なしには評価できない。さらに、Caco−2培養物は、プレグナンX受容体(PXR)、ステロイドX受容体(SXR)、および構成的アンドロスタン受容体(CAR)29など、腸内に典型的に存在する重要な核内受容体のいくつかを発現しない29。その結果、Caco-2培養物は、これらの受容体の誘導因子である特定の薬物(例えば、リファンピン)による薬物輸送体および酵素の誘導をモデル化できない30。
3D腸オルガノイド技術は、これらの制限のいくつかに対処します19。オルガノイドは、成体幹細胞に由来する自己組織化構築物であり、マイクロ侵襲的技術を用いて採取された組織サンプルから樹立することができる20。ヒト誘導多能性幹細胞は、腸透過性モデル31、32に採用されている。イヌオルガノイドは、ヒト幹細胞研究が倫理的問題によって制限されているため、ヒトオルガノイドに関連する代替手段を提供する33。さらに、犬オルガノイドは、犬の薬物透過性、代謝、能動輸送、および薬物-薬物相互作用を探索するための in vitro システムを提供する。この技術ギャップに対処するために、透過性支持系における犬腸オルガノイドの一貫したかつ確実な成長が記載されている34。犬腸オルガノイドを用いた透過性アッセイは、現在使用されているアッセイ(Caco-2)と比較して、犬腸透過性および低分子薬物分子の代謝を潜在的に予測する可能性がある。これらの極めて重要な特徴の確認は、この新規 なin vitro システムを、細胞内代謝および能動的輸送に対する誘導物質の潜在的な影響を探求する将来の研究に役立てる。
イヌオルガノイドは、腸の上皮層に典型的に存在する全ての細胞型から構成される。機能的および微小解剖学的観点から、それらは犬腸の上皮層の環境を確実に複製する19,35。さらに、粘液、犬特異的薬物トランスポーターおよび酵素の存在、ならびに犬腸オルガノイドにおける全体的な細胞分化は、イヌにおいてインビボで見られるものに匹敵する34。したがって、オルガノイドは、罹患した獣医患者から単離され、犬の経口薬物透過性に対する様々な疾患プロセス(例えば、慢性腸の炎症)の効果をモデル化するために使用することができる19、36。犬腸オルガノイド系は、薬物透過性実験以外の設定でも使用することができる。これらの3D構造はまた、炎症性腸疾患、結腸直腸腺癌、および胃腸間質腫瘍についてChandraらによって以前に記載されたように、罹患患者から単離することもできる19。
透過性サポート播種プロトコルは、インサート中に犬腸オルガノイド培養物を確立するための方法を記載している。この第1のプロトコールは、細胞外膜マトリックスに播種された確立されたイヌオルガノイド培養物を解離させる方法を概説する。さらに、コラーゲンIおよび細胞外膜マトリックスによるインサートのプレコーティングは、このプロトコールにおいて議論される。犬オルガノイドを透過性支持体インサートに埋め込むことも詳細に説明される。
2番目のプロトコルは単層維持プロトコルで、インサートにメッキされた犬の3Dオルガノイドの一般的な維持管理が含まれています。培養物をリフレッシュするために使用されるオルガノイド培地の頻度および体積、ならびに細胞培養の損傷を防止する方法を、上皮単層のコンフルエンシーを評価するための実験方法とともに、この第2のプロトコールに提示する。
最後に、透過性実験プロトコルは、透過性アッセイにおける犬腸3Dオルガノイドが実験的使用の準備ができているかどうかを判断する方法と、実験を実施する前に必要な検証手順に焦点を当てています。このセクションでは、透過性実験のセットアップと成功裏の実行、ならびに単層培養のチャンバー内での治療薬候補のインキュベーションとサンプリングについても説明します。単層の完全性を監視するための低透過性フルオレセインイソチオシアネート(FITC−デキストラン)の使用も議論される。最後に、実験終了後の結果を検証するための インビトロ 評価方法について説明する。透磁率実験は非常に広大なトピックであり、Hubatschらによって非常によく要約されています。プロトコルのワークフローを 図 2 にまとめます。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63612/63612fig01.jpg"> 図1:透過性サポートシステム上の犬腸オルガノイド。 透過性サポートインサートは、24ウェルプレートのウェルに配置される。微多孔性膜は、解離したイヌ腸オルガノイドの播種を可能にし、これらの細胞は最終的にオルガノイド2D単分子層を形成する。この技術により、単層の AP 側と BL 側の両方にアクセスできます。オルガノイド培地は、透過性支持体のAPチャンバーおよびBLチャンバーの両方に導入される。薬物候補の吸収(AP→BL)および分泌(BL→AP)ならびに薬物輸送の2つの可能な様式が例示される。略語: AP = 頂端;BL = 側底側。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63612/63612fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63612/63612fig02.jpg"> 図2:犬用オルガノイド透過性サポートプロトコルのワークフロー。 透過性支持体インサートを細胞外膜マトリックスとコラーゲンIとの混合物でプレコーティングし、1時間インキュベートした。インキュベーションプロセスの間、オルガノイド培養物は解離する。個々のオルガノイド細胞はインサートに播種され、播種直後に基底チャンバー内の培地が添加され、一方、頂端チャンバーに培地が播種プロセスが終了してから24時間後に添加される。オルガノイドの維持とモニタリングには、定期的な培地交換、TEER値測定、および単層の完全性を評価するための光学顕微鏡検査が含まれます。実験の前に、オルガノイドは、培地からROCK阻害剤およびGSKiβを除去することによって分化されなければならない。TEER値は実験当日に測定され、オルガノイド単層は光学顕微鏡で細胞への損傷がないか検査されます。次いで、培地を適切な緩衝液と交換し、実験前にインキュベートする。FITC−デキストランアッセイは、単層完全性のマーカーとして腸透過性実験39 の間に使用される。TEER測定は実験後に行われ、光学顕微鏡は24時間後に結果を検証します。略語:TEER =経上皮電気抵抗;ROCK = rho関連キナーゼ;GSKiβ=グリコーゲン合成酵素キナーゼβ;F = 蛍光。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63612/63612fig02large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>

<table><tbody><tr><td>オルガノイド培地</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&nbsp;ROCK阻害剤(Y-27632)</td><td>EMDミリポア(株)</td><td>SCM 075</td><td></td></tr><tr><td>[Leu15]-ガストリン I ヒト</td><td>Sigma</td><td>G9145-.5MG</td><td></td></tr><tr><td>A-83-01</td><td>PeproTech</td><td>9094360</td><td></td></tr><tr><td>Advanced DMEM/F12</td><td>Gibco</td><td>12634-010</td><td></td></tr><tr><td>B27 supplement</td><td>Gibco</td><td>17504-044</td><td></td></tr><tr><td>FBS</td><td>Corning</td><td>35-010-CV</td><td></td></tr><tr><td>Glutamax</td><td>Gibco</td><td>35050-061</td><td>グルタミン代替品</td></tr><tr><td>HEPES</td><td>VWR ライフサイエンス</td><td>J848-500ML</td><td></td></tr><tr><td>ヒト R-Spondin-1</td><td>PeproTech</td><td>120-38-500UG</td><td></td></tr><tr><td>マウス EGF</td><td>PeproTech</td><td>315-09-1MG</td><td></td></tr><tr><td>マウス Noggin</td><td>PeproTech</td><td>250-38-250UG</td><td></td></tr><tr><td>マウス Wnt-3A</td><td>PeproTech</td><td>315-20-10UG</td><td></td></tr><tr><td>N2サプリメント</td><td>Gibco</td><td>17502-048</td><td></td></tr><tr><td>N-アセチル-L-システイン</td><td>Sigma</td><td>A9165-25G</td><td></td></tr><tr><td>ニコチンアミド</td><td>Sigma</td><td>N0636-100G</td><td></td></tr><tr><td>プリモシン</td><td>InvivoGen</td><td>ant-pm-1</td><td></td></tr><tr><td>SB202190 (P38 inhibitor)</td><td>Sigma</td><td>S7067-25MG</td><td></td></tr><tr><td>Stemolecule CHIR99021 (GSK3&beta;)</td><td>リプロセル</td><td>04-0004-base</td><td></td></tr><tr><td>TMS (トリメトプリ</td>ム硫酸塩)<td>Sigma</td><td>T7883-5G</td><td></td></tr><tr><td>試薬</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>酢酸、氷河</td><td>フィッシャーケミカル</td><td>A38-500</td><td></td></tr><tr><td>α-D(+)-グルコース、99+%、無水</td><td>Acros Organics</td><td>170080010</td><td></td></tr><tr><td>Cell Recovery Solution</td><td>Corning</td><td></td><td></td>354253</tr><tr><td>コラーゲン I、ラットテール 3 mg/mL</td><td>Gibco</td><td>A10483-01</td><td></td></tr><tr><td>FITC-CM-デキストラン</td><td>ミリポア Σ</td><td>68059-1G</td><td></td></tr><tr><td>ホルムアルデヒド (37%)</td><td>フィッシャーケミカル</td><td>F79P-4</td><td></td></tr><tr><td>グルタルアルデヒド溶液</td><td>ΣG5882</td><td></td><td></td></tr><tr><td>HBSS (1x)</td><td>Gibco</td><td>14025-076</td><td></td></tr><tr><td>マトリゲル基底膜マトリックスオルガノイド培養</td><td>Corning</td><td>356255</td><td>Extracellular Membrane Matrix</td></tr><tr><td>Paraformaldehyde, 97%</td><td>Alfa Aesar</td><td>A11313</td><td></td></tr><tr><td>PBS, 1x (Phosphate-Buffered Saline)</td><td>Corning</td><td>21-040-CM</td><td></td></tr><tr><td>TrypLE Express</td><td>Gibco</td><td>12604-021</td><td>Trypsin-like Protease</td></tr><tr><td>Materials and Equipment</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>15 mL遠心分離チューブ</td><td>Corning</td><td>430766</td><td></td></tr><tr><td>9" Pasteur Pipets</td><td>Fisherbrand</td><td>13-678-6B</td><td></td></tr><tr><td>Corning Transwell 6.5 mm ポリエステル メンブレン インサート 24 ウェル培養プレートにプリロード、細孔サイズ: 0.4 & マイクロ;m、滅菌</td><td>コーニング</td><td>3470</td><td>透過性サポート</td></tr><tr><td>ミリセル ERS (プローブ)</td> <td>ミリポア シグ</td><td>マ MERSSTX01</td><td></td></tr><tr><td>ミリセル ERS-2 ボルトフメーター</td><td>ミリポア シグマ</td><td>MERS00002</td><td></td></tr><tr><td>パナソニック インキュベーター</td><td></td><td>パナソニック MCO-170ML-PA</td><td></td></tr><tr><td>パラフィルム M ラッピング フィルム</td><td>Bemis Company Inc</td><td>PM996/EMD</td><td>フレキシブル ラボ フィルム</td></tr><tr><td>ティッシュカルチャープレート24ウェルフィ</td><td>ッシャーブランド</td><td>FB012929</td><td></td></tr></tbody></table>

デュアルチャンバー透過性サポートシステム内の犬腸オルガノイド

Canine Intestinal Organoids in a Dual-Chamber Permeable Support System

透過性サポートシステムは、通常、新しい治療薬候補の経口透過性を評価するための in vitro ツールとして、従来の2次元(2D)細胞株と組み合わせて使用されます。しかしながら、これらの従来の細胞株の使用には、タイトジャンクションの発現の変化、部分的な細胞分化、および重要な核内受容体の欠如などの制限がある。これらの欠点にもかかわらず、Caco-2およびMDCKモデルは広く受け入れられており、ヒト のインビボ 経口透過性の予測のために検証されています。
イヌは、胃腸解剖学および腸内微生物叢とヒトとの類似性のために、生物医学研究に関連するトランスレーショナルモデルである。したがって、並行医薬品開発を支援するために、イヌおよびヒトの両方 におけるインビボ 薬物透過性特性を予測するための効率的かつ正確な インビ トロツールの精緻化が非常に望まれる。このようなツールは、イヌ腸オルガノイド系であり得、成体幹細胞に由来する三次元(3D)自己組織化上皮構造によって特徴付けられる。
(1)透過性支持体播種プロトコルは、インサート中のイヌオルガノイドを解離および播種するための実験方法を記載している。犬のオルガノイドの単離、培養、および収穫は、この特集号の別のプロトコルセットで以前に説明されています。犬腸オルガノイド単層の一般的な維持のための方法は、(2)単層維持プロトコルにおいて徹底的に議論されている。さらに、このプロトコルは、経上皮電気抵抗(TEER)測定および光学顕微鏡検査を介して単分子膜の構造的完全性を評価する方法を記載している。最後に、(3)透過性実験プロトコールは、実験結果の インビトロ 検証を含む、実験の直前のタスクを記述している。
全体として、犬オルガノイドモデルは、デュアルチャンバー細胞培養技術と組み合わせることで、2D実験モデルに関連する制限を克服し、それによって、犬およびヒト患者の両方における治療薬候補の見かけの経口透過性の予測の信頼性が向上する。

犬オルガノイドの培養のための標準的な操作手順は以前に記載されており33、犬オルガノイドプロトコルもこの特別号38で詳細に議論されている。透過性支持体上で培養した犬腸オルガノイドを固定し、パラフィン包埋し、単層および細胞集団のミクロ解剖学を調べた。パラフィン包埋プロセスは、以前にGabrielらによって議論された38。日常的な染色(ヘマトキシリンおよびエオジン)が行われており、アルシアンブルー染色技術を使用して、犬のオルガノイド単層中の杯細胞を検出しました( 図7参照)。
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63612/63612fig07.jpg"> 図7:犬腸オルガノイド単層染色。透水性支持体中の結腸起源の犬腸オルガノイドは、パラフィン包埋され、H&amp;EおよびABで染色されている。H&amp;E染色は柱状上皮単層を明らかにし、細胞の頂端部分の微小絨毛を60倍の倍率で観察することができる。AB染色はさらに、犬腸オルガノイド単層における杯細胞(濃い青色)の存在を明らかにする。スケールバー = 20 μm (A), 50 μm (B).略語:H&amp;E =ヘマトキシリンおよびエオジン;AB = アルシアンブルー。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63612/63612fig07large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
透過性支持体上のオルガノイド培養物を、透過性実験の準備をするために10〜14日間増殖させるべきである。光学顕微鏡は、薬物候補の透過性試験のためのオルガノイド培養の準備を確認するために、TEER値測定と組み合わせて使用される。健常動物および罹患動物からの異なる犬腸オルガノイド単層の代表的な光顕微鏡画像を 図8に提示する。
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63612/63612fig08.jpg"> 図8:犬腸内オルガノイド単層顕微鏡。光学顕微鏡で見た成長単層の画像。健康なドナーに由来するオルガノイド単層は、空腸腸(10x;40x)およびコロノイド(20x;40x)培養によって表される。罹患ドナーのオルガノイド単層は、PLEと診断されたイヌ患者に由来する十二指腸(5x;10x)および回腸(5x;10x)エンテロイドによって表される。PLEオルガノイド培養物はいずれも、オルガノイドの播種中の不適切な細胞単離の例であり、これらの培養物は3Dオルガノイドの存在のために薬物透過性アッセイに使用することができなかった。単層涙(5倍)などの適切な単層形成からの逸脱の例は、生物学的サンプルの慎重な操作によって引き起こされます。オルガノイドの長期培養(10倍、20倍)は、オルガノイドが元の3D構造に似始めたときに、オルガノイドがインサート上に長時間維持されることによって引き起こされます。比較のために、薬物透過性研究に一般的に使用される透過性支持体上の従来の2D細胞株の画像を提示する(MDCK-10x;40x、およびCaco-2-10x;20x)。略語: PLE = タンパク質喪失腸症;MDCK = マディン・ダービー犬腎臓。スケールバー = 500 μm (5x)、200 μm (10x)、100 μm (20x)、50 μm (40x)。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63612/63612fig08large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
オルガノイド単層はまた、リン酸緩衝生理食塩水(PBS)中の3%パラホルムアルデヒド−3%グルタルアルデヒド中で固定した。透過型電子顕微鏡(TEM)は、透過性支持体上のオルガノイド培養物の超構造を特徴付けるために使用した。微小絨毛およびタイトジャンクションの微小解剖学的構造は、図9に見ることができる。
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/63612/63612fig09.jpg"> 図9:健康な犬腸オルガノイド単層のTEM画像。 TEMを用いて、空腸(A)、回腸(B)、および結腸(C)オルガノイド単層の細胞マイクロアーキテクチャを明らかにした。透過性支持体インサートの微多孔膜は黄色の矢印でマークされている。微小絨毛(青色矢印)およびタイトジャンクション(赤色矢印)の存在が画像に描かれている。略語:TEM=透過型電子顕微鏡。スケールバー = 5 μm (A), 2 μm (B, C). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63612/63612fig09large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
TEER測定と光学顕微鏡の両方を実行して、システムが透過性試験の準備ができていることを確認する必要があります。このアッセイは、TEERが定常状態に達するとすぐに使用できますが、光学顕微鏡はオルガノイドの損傷または過増殖を排除するのに役立ちます。犬空腸腸およびコロノイドからなる5つの群の典型的なTEER測定値の要約を 図6に提示する。
表1:オルガノイド培地およびFAAの組成。 CMGF+、CMGF+ R/G、およびFAAの完全な組成をこの表にまとめます。略語:ROCK = rho関連キナーゼ;GSKiβ=グリコーゲン合成酵素キナーゼβ;CMGF + R/G = ROCK阻害剤およびGSKiβで強化された成長因子を含む完全培地;CMGF+ = 成長因子を含むが、ROCK阻害剤またはGSKiβを含まない完全培地;FAA = ホルマリン - 酢酸 - アルコール;EGF =上皮成長因子。この表は 38から適応されています。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63612/Table%201%20(8).xlsx" target="_blank">この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>
補足表1:透水性支持系をイヌオルガノイドにメモを取るための表。 略語:TEER =経上皮電気抵抗;ROCK = rho関連キナーゼ;GSKiβ=グリコーゲン合成酵素キナーゼβ;CMGF + R/G = ROCK阻害剤およびGSKiβで強化された成長因子を含む完全培地;CMGF+ = 成長因子を含むが、ROCK阻害剤またはGSKiβを含まない完全培地。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/63612/Supplementary%20Table%201%20(1).xlsx" target="_blank">この表をダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>

ここでは、デュアルチャンバー透過性サポートシステムにおけるイヌ腸オルガノイドの培養を記述するプロトコルを提示する。透過性支持体におけるオルガノイド播種、単層維持、およびその後の薬物透過性実験が記載されている。

The permeable support system is typically used in conjunction with traditional two-dimensional (2D) cell lines as an in vitro tool for evaluating the oral ...

イヌオルガノイド技術とデュアルチャンバー透過性サポートシステムの組み合わせにより、生物医学研究モデルで従来使用されていた実験的な2D細胞株の限界を克服します。この技術は、イヌとヒトの両方の患者における治療薬候補の見かけの経口透過性の予測の信頼性を高めることができます。このシステムは、微生物学研究、ウイルス取り込み研究、薬物間相互作用、薬物輸送メカニズムなど、生物医学研究の他の分野にも適用できます。標準化、実験手順の詳細な文書化、および細胞単分子膜の一貫したモニタリングは、透過性サポートアッセイに必要な重要なプラクティスです。細胞外膜マトリックスを氷の上に置いて解凍を開始します。急激な融解を防ぎ、固化を避けるために氷に沈めます。冷蔵遠心分離機を4つに予冷します

canine-intestinal-organoids-in-a-dual-chamber-permeable-support-system

Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

免疫学と感染症

イヌの腸組織および肝組織から成体幹細胞を採取して3Dオルガノイド培養物を確立するための実験方法が記載されている。さらに、一貫した成長を確保し、イヌの腸および肝臓オルガノイド培養物を収穫、バイオバンク、および復活させるための標準的な操作手順を提供するための実験室技術が議論される。...

生物医学研究に使用するための3D犬肝および腸オルガノイド培養の標準化と維持

生検由来の腸オルガノイドと臓器オンチップ技術は、領域特異的な腸機能を再要約するためにミクロ生理学的プラットフォームに組み合わされます。...

ヒトオルガノイドと臓器オンチップ技術を組み合わせて腸領域特異的機能をモデル化

イヌ腸オルガノイドとGut-on-a-Chipマイクロ流体システムの統合により、ヒトの腸疾患に関連するトランスレーショナルモデルが提供されます。提示されたプロトコルは、腸の3D形態形成と動的 in vitro モデリングを可能にし、One...

炎症性腸疾患患者由来の腸管オルガノイドを用いたイヌ腸チップの3次元形態形成

この研究は、オルガノイドからウシ腸の2D単分子膜を生成するためのプロトコルを提示し、宿主と病原体の相互作用を研究するためのアクセスを改善します。これには、膜の完全性と機能性を評価する方法が含まれており、牛の胃腸生理機能を模倣した in vitro...

小腸および大腸単分子膜界面を用いたウシオルガノイド技術の進歩

この研究では、小腸と大腸に由来するブタオルガノイドの2D単層を生成するためのプロトコルを概説しています。これらの単層の成長は、TEER値の増加によって特徴付けられ、堅牢な上皮の完全性を示します。さらに、これらの単分子膜は、フォルスコリンの適用後のUssingチャンバー実験で生理学的分泌応答を示します。...

天然腸の生理学的特性を反映した二次元ブタ腸管オルガノイド

私達は中の負の選択シス​​テムの開発について報告する...

のための負の選択マーカーの開発赤痢アメーバ</em

私たちは、新生児の大脳皮質および成体脊髄から実行可能なミクログリアの効率的かつ迅速に分離/培養のための方法を概説します。皮質ミクログリアの解剖とメッキが行われて、その後のミクログリアの収穫で、90分以内に達成することができます〜初期切開後10日。...

新生児と大人の中枢神経系から培養ミクログリア

ここでは、収穫維持、および病原体関連分子パターン（のPAMPs）とリステリア菌でマウス小腸オルガノイドを治療するためのプロトコルが記載されているだけでなく、遺伝子発現やタンパク質のための適切な正規化技術を重視。...

ザ<em&gt; ex vivoで</emマウス腸オルガノイドの&gt;文化とパターン認識受容体刺激

ここでは、ケラチノサイト上のストレプトリシンS、A群連鎖球菌によって産生される分泌毒素の効果を研究するために透過性膜挿入に基づく感染系を用いる方法が、記載されています。このシステムは、容易に感染の間の種々の宿主細胞型の他の分泌された細菌タンパク質の研究に適用することができます。...

哺乳動物宿主細胞に分泌された細菌毒素の影響を研究するために、透過膜を挿入ベースの感染システムの実現

好中球細胞外トラップ（ネット）DNA、ヒストンおよび好中球のタンパク質のネットワークです。先天性免疫応答の成分が、ネットは自己免疫および血栓症に関与しています。このプロトコルは、イヌ好中球の単離およびマイクロプレート蛍光アッセイを用いてのNETの定量化のための単純な方法を記載しています。...

イヌ好中球細胞外トラップリリースの定量化のためのシンプルな蛍光アッセイ

学ぼう、デュアルチャンバーシステムを用いた犬腸オルガノイド培養法。薬物透過性予測の信頼性向上に貢献し、創薬研究や微生物学研究への応用が期待されます。

デュアルチャンバー透過性サポートシステム内の犬腸オルガノイド

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