Name: 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 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-05-05T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 56 s
Description: 学ぶヒトオルガノイドと臓器オンチップ技術の統合による腸領域特異的機能モデル。薬物動態予測や薬物相互作用、腸上皮バリア機能障害の研究に応用可能です。

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腸生検由来オルガノイドを提供してくれたMark Donowitz教授と、チップ、ポータブル、培養モジュールの科学的なイラストレーションをデザインしてくれたBrett Clairに感謝します。残りの科学イラストはすべてBioRenderを使用して生成されました。

<ol><li>Fritz, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Expression+of+clinically+relevant+drug-metabolizing+enzymes+along+the+human+intestine+and+their+correlation+to+drug+transporters+and+nuclear+receptors%3A+An+intra-subject+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Basic+and+Clinical+Pharmacology+and+Toxicology%22%5BJournal%5D)">Expression of clinically relevant drug-metabolizing enzymes along the human intestine and their correlation to drug transporters and nuclear receptors: An intra-subject analysis.</a> Basic and Clinical Pharmacology and Toxicology. 124 (3), 245-255 (2019).</li>
<li>Okumura, R., Takeda, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Maintenance+of+intestinal+homeostasis+by+mucosal+barriers%5BTitle%5D)+AND+%22Inflammation+and+Regeneration%22%5BJournal%5D)">Maintenance of intestinal homeostasis by mucosal barriers.</a> Inflammation and Regeneration. 38 (1), 1-8 (2018).</li>
<li>Delgado, M. E., Grabinger, T., Brunner, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+death+at+the+intestinal+epithelial+front+line%5BTitle%5D)+AND+%22FEBS+Journal%22%5BJournal%5D)">Cell death at the intestinal epithelial front line.</a> FEBS Journal. 283 (14), 2701-2719 (2016).</li>
<li>Mestas, J., Hughes, C. C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Of+mice+and+not+men%3A+Differences+between+mouse+and+human+immunology%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Immunology%22%5BJournal%5D)">Of mice and not men: Differences between mouse and human immunology.</a> The Journal of Immunology. 172 (5), 2731-2738 (2004).</li>
<li>Sun, H., Chow, E. C. Y., Liu, S., Du, Y., Pang, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Caco-2+cell+monolayer%3A+Usefulness+and+limitations%5BTitle%5D)+AND+%22Expert+Opinion+on+Drug+Metabolism+and+Toxicology%22%5BJournal%5D)">The Caco-2 cell monolayer: Usefulness and limitations.</a> Expert Opinion on Drug Metabolism and Toxicology. 4 (4), 395-411 (2008).</li>
<li>Yu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+contributions+of+human+mini-intestines+to+the+study+of+intestinal+physiology+and+pathophysiology%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">The contributions of human mini-intestines to the study of intestinal physiology and pathophysiology.</a> Annual Review of Physiology. 79, 291-312 (2017).</li>
<li>Sato, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single+Lgr5+stem+cells+build+crypt-villus+structures+in+vitro+without+a+mesenchymal+niche%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Single Lgr5 stem cells build crypt-villus structures in vitro without a mesenchymal niche.</a> Nature. 459 (7244), 262-265 (2009).</li>
<li>Sato, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+expansion+of+epithelial+organoids+from+human+colon%2C+adenoma%2C+adenocarcinoma%2C+and+Barrett%E2%80%99s+epithelium%5BTitle%5D)+AND+%22Gastroenterology%22%5BJournal%5D)">Long-term expansion of epithelial organoids from human colon, adenoma, adenocarcinoma, and Barrett’s epithelium.</a> Gastroenterology. 141 (5), 1762-1772 (2011).</li>
<li>Spence, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Directed+differentiation+of+human+pluripotent+stem+cells+into+intestinal+tissue+in+vitro%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Directed differentiation of human pluripotent stem cells into intestinal tissue in vitro.</a> Nature. 470 (7332), 105-110 (2011).</li>
<li>Durel, J. F., Nerurkar, N. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanobiology+of+vertebrate+gut+morphogenesis%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Opinion+in+Genetics+and+Development%22%5BJournal%5D)">Mechanobiology of vertebrate gut morphogenesis.</a> Current Opinion in Genetics and Development. 63, 45-52 (2020).</li>
<li>Gayer, C. P., Basson, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effects+of+mechanical+forces+on+intestinal+physiology+and+pathology%5BTitle%5D)+AND+%22Cellular+Signalling%22%5BJournal%5D)">The effects of mechanical forces on intestinal physiology and pathology.</a> Cellular Signalling. 21 (8), 1237-1244 (2009).</li>
<li>Xu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanical+stimulation+activates+Piezo1+to+promote+mucin2+expression+in+goblet+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Gastroenterology+and+Hepatology+%28Australia%29%22%5BJournal%5D)">Mechanical stimulation activates Piezo1 to promote mucin2 expression in goblet cells.</a> Journal of Gastroenterology and Hepatology (Australia). 36 (11), 3127-3139 (2021).</li>
<li>Navabi, N., McGuckin, M. A., Lindén, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gastrointestinal+cell+lines+form+polarized+epithelia+with+an+adherent+mucus+layer+when+cultured+in+semi-wet+interfaces+with+mechanical+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Gastrointestinal cell lines form polarized epithelia with an adherent mucus layer when cultured in semi-wet interfaces with mechanical stimulation.</a> PLoS One. 8 (7), 68761(2013).</li>
<li>Kasendra, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+primary+human+Small+Intestine-on-a-Chip+using+biopsy-derived+organoids%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports%22%5BJournal%5D)">Development of a primary human Small Intestine-on-a-Chip using biopsy-derived organoids.</a> Scientific Reports. 8 (1), 1-14 (2018).</li>
<li>Kasendra, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Duodenum+intestine-chip+for+preclinical+drug+assessment+in+a+human+relevant+model%5BTitle%5D)+AND+%22eLife%22%5BJournal%5D)">Duodenum intestine-chip for preclinical drug assessment in a human relevant model.</a> eLife. 9, 50135(2020).</li>
<li>Apostolou, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+microphysiological+colon+platform+to+decipher+mechanisms+driving+human+intestinal+permeability%5BTitle%5D)+AND+%22Cellular+and+Molecular+Gastroenterology+and+Hepatology%22%5BJournal%5D)">A novel microphysiological colon platform to decipher mechanisms driving human intestinal permeability.</a> Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology. 12 (5), 1719-1741 (2021).</li>
<li>Jalili-Firoozinezhad, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Author+correction%3A+A+complex+human+gut+microbiome+cultured+in+an+anaerobic+intestine-on-a-chip%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Author correction: A complex human gut microbiome cultured in an anaerobic intestine-on-a-chip.</a> Nature Biomedical Engineering. 3 (7), 583(2019).</li>
<li>Yin, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fluid+shear+stress+enhances+differentiation+of+jejunal+human+enteroids+in+Intestine-Chip%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Physiology-Gastrointestinal+and+Liver+Physiology%22%5BJournal%5D)">Fluid shear stress enhances differentiation of jejunal human enteroids in Intestine-Chip.</a> American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology. 320 (3), 258-271 (2021).</li>
<li>Sontheimer-Phelps, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+colon-on-a-chip+enables+continuous+in+vitro+analysis+of+colon+mucus+layer+accumulation+and+physiology%5BTitle%5D)+AND+%22Cellular+and+Molecular+Gastroenterology+and+Hepatology%22%5BJournal%5D)">Human colon-on-a-chip enables continuous in vitro analysis of colon mucus layer accumulation and physiology.</a> Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology. 9 (3), 507-526 (2020).</li>
<li>Tovaglieri, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Species-specific+enhancement+of+enterohemorrhagic+E.+coli+pathogenesis+mediated+by+microbiome+metabolites%5BTitle%5D)+AND+%22Microbiome%22%5BJournal%5D)">Species-specific enhancement of enterohemorrhagic E. coli pathogenesis mediated by microbiome metabolites.</a> Microbiome. 7 (1), 43(2019).</li>
<li>Huh, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfabrication+of+human+organs-on-chips%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Protocols%22%5BJournal%5D)">Microfabrication of human organs-on-chips.</a> Nature Protocols. 8 (11), 2135-2157 (2013).</li>
<li>Fujii, M., Matano, M., Nanki, K., Sato, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+genetic+engineering+of+human+intestinal+organoids+using+electroporation%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Protocols%22%5BJournal%5D)">Efficient genetic engineering of human intestinal organoids using electroporation.</a> Nature Protocols. 10 (10), 1474-1485 (2015).</li>
<li>Kim, H. J., Huh, D., Hamilton, G., Ingber, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+gut-on-a-chip+inhabited+by+microbial+flora+that+experiences+intestinal+peristalsis-like+motions+and+flow%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Human gut-on-a-chip inhabited by microbial flora that experiences intestinal peristalsis-like motions and flow.</a> Lab on a Chip. 12 (12), 2165-2174 (2012).</li>
<li>Sarna, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Colonic+motility%3A+From+bench+side+to+bedside%5BTitle%5D)+AND+%22Morgan+%26+Claypool+Life+Sciences%22%5BJournal%5D)">Colonic motility: From bench side to bedside.</a> Morgan & Claypool Life Sciences. , San Rafael (CA). (2010).</li>
<li>Basson, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Paradigms+for+mechanical+signal+transduction+in+the+intestinal+epithelium+-+category%3A+Molecular%2C+cell%2C+and+developmental+biology%5BTitle%5D)+AND+%22Digestion%22%5BJournal%5D)">Paradigms for mechanical signal transduction in the intestinal epithelium - category: Molecular, cell, and developmental biology.</a> Digestion. 68 (4), 217-225 (2003).</li>
<li>Wang, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interferon-gamma+and+tumor+necrosis+factor-alpha+synergize+to+induce+intestinal+epithelial+barrier+dysfunction+by+up-regulating+myosin+light+chain+kinase+expression%5BTitle%5D)+AND+%22The+American+Journal+of+Pathology%22%5BJournal%5D)">Interferon-gamma and tumor necrosis factor-alpha synergize to induce intestinal epithelial barrier dysfunction by up-regulating myosin light chain kinase expression.</a> The American Journal of Pathology. 166 (2), 409-419 (2005).</li>
<li>Nava, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interferon-%CE%B3+regulates+intestinal+epithelial+homeostasis+through+converging+%CE%B2-Catenin+signaling+pathways%5BTitle%5D)+AND+%22Immunity%22%5BJournal%5D)">Interferon-γ regulates intestinal epithelial homeostasis through converging β-Catenin signaling pathways.</a> Immunity. 32 (3), 392-402 (2010).</li>
<li>Madara, J. L., Stafford, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interferon-%CE%B3+directly+affects+barrier+function+of+cultured+intestinal+epithelial+monolayers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Clinical+Investigation%22%5BJournal%5D)">Interferon-γ directly affects barrier function of cultured intestinal epithelial monolayers.</a> Journal of Clinical Investigation. 83 (2), 724-727 (1989).</li>
<li>Bruewer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proinflammatory+cytokines+disrupt+epithelial+barrier+function+by+apoptosis-independent+mechanisms%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Immunology%22%5BJournal%5D)">Proinflammatory cytokines disrupt epithelial barrier function by apoptosis-independent mechanisms.</a> The Journal of Immunology. 171 (11), 6164-6172 (2003).</li>
<li>Jones, S. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adhesion+molecules+in+inflammatory+bowel+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Gut%22%5BJournal%5D)">Adhesion molecules in inflammatory bowel disease.</a> Gut. 36 (5), 724-730 (1995).</li>
<li>Uhlar, C. M., Whitehead, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Serum+amyloid+A%2C+the+major+vertebrate+acute-phase+reactant%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Biochemistry%22%5BJournal%5D)">Serum amyloid A, the major vertebrate acute-phase reactant.</a> European Journal of Biochemistry. 265 (2), 501-523 (1999).</li>
<li>Pérez-González, C., Ceada, G., Matejčić, M., Trepat, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digesting+the+mechanobiology+of+the+intestinal+epithelium%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Opinion+in+Genetics+%26+Development%22%5BJournal%5D)">Digesting the mechanobiology of the intestinal epithelium.</a> Current Opinion in Genetics & Development. 72, 82-90 (2022).</li>
<li>In, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enterohemorrhagic+escherichia+coli+reduces+mucus+and+intermicrovillar+bridges+in+human+stem+cell-derived+colonoids%5BTitle%5D)+AND+%22Cellular+and+Molecular+Gastroenterology+and+Hepatology%22%5BJournal%5D)">Enterohemorrhagic escherichia coli reduces mucus and intermicrovillar bridges in human stem cell-derived colonoids.</a> Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology. 2 (1), 48-62 (2016).</li>
<li>Grassart, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bioengineered+human+organ-on-chip+reveals+intestinal+microenvironment+and+mechanical+forces+impacting+shigella+infection%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Host+and+Microbe%22%5BJournal%5D)">Bioengineered human organ-on-chip reveals intestinal microenvironment and mechanical forces impacting shigella infection.</a> Cell Host and Microbe. 26 (3), 435-444 (2019).</li>
<li>Kerns, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+immunocompetent+organ-on-chip+platforms+allow+safety+profiling+of+tumor-targeted+t-cell+bispecific+antibodies%5BTitle%5D)+AND+%22eLife%22%5BJournal%5D)">Human immunocompetent organ-on-chip platforms allow safety profiling of tumor-targeted t-cell bispecific antibodies.</a> eLife. 10, 67106(2021).</li>
<li>Bhatia, S. N., Ingber, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+organs-on-chips%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Microfluidic organs-on-chips.</a> Nature Biotechnology. 32 (8), 760-772 (2014).</li>
<li>Ingber, D. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reverse+engineering+human+pathophysiology+with+organs-on-chips%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Reverse engineering human pathophysiology with organs-on-chips.</a> Cell. 164 (6), 1105-1109 (2016).</li>
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Gauri Kulkarni、Athanasia Apostolou、Lorna Ewart、Carolina Lucchesi、Magdalena Kasendraは、Emulate Inc.の現在または以前の従業員であり、株式を保有する可能性があります。Emulate Inc.は、オルガンチップデバイスを製造する会社であり、この記事に記載されている作業に関連する特許を公開しています。

臓器オンチップ技術と腸オルガノイドの組み合わせは、ヒトの腸内生理学および病態生理学の正確なモデリングに有望である。ここでは、マイクロ流体デバイスで共培養された生検由来小腸または結腸上皮と腸微小血管内皮細胞を含む腸チップの樹立のためのシンプルで堅牢なステップバイステッププロトコル( 図1に概説)を提供する。このチップベースのヒト腸のシミュレーションには、生理学的、内腔的、血管の流れと蠕動運動のような動きが組み込まれています。さらに、十二指腸チップの薬物代謝や結腸チップのバリア機能など、重要な腸機能を評価するための手順についても説明します。
腸内膜恒常性の維持、したがってチップ上の腸組織の正確なモデリングに不可欠な上皮 - 内皮細胞相互作用を再現するためには、PDMS膜の両側に機能的で無傷の細胞単層を確立することが重要です。チップシーディングを成功させるための第一歩は、PDMS表面とECMタンパク質との間の安定した結合の発達を可能にするPDMS表面の化学的活性化である。不適切な活性化は、細胞の付着を妨げ、不完全な細胞単分子層の...

人間の腸は、自己再生が可能な複雑でマルチタスクの器官です。それは小腸と大腸に分かれています。小腸の主な機能は、胃から来る食物をさらに消化し、すべての栄養素を吸収し、残渣を大腸に渡して水と電解質を回収することです。小腸はさらに、解剖学的に異なる複数の領域(十二指腸、空腸、回腸)に分割され、それぞれが特定の機能を実行するように適応されています。例えば、十二指腸は、空腸内のタンパク質、炭水化物、ビタミン、ミネラルを含む栄養素の適切な吸収を可能にするために、粥(胃の内容物)の分解を助けます。小腸のこの近位部は、腸管の薬物吸収および代謝の主要な部位でもあり、回腸および結腸1におけるそれらの発現と比較して、薬物代謝酵素(例えば、CYP3A4)の発現が高いことを特徴とする。栄養素の消化吸収におけるその主な役割に加えて、腸はまた、病原性微生物、微生物代謝産物、食事性抗原、および毒素などの潜在的に有害な管腔内容物に対する効果的な障壁でもある2,3。ヒトの結腸には、栄養、代謝、および免疫に多くの利点を提供する人体の全細胞のそれをはるかに超える多数の微生物が生息していることは注目に値する。したがって、腸上皮細胞によって形成される粘膜障壁の完全性の維持は、腸内微生物叢と宿主細胞との間の共生関係を物理的に分離して不必要な免疫細胞活性化を回避することを可能にするために重要である2。さらに、プログラムされた腸細胞死は、感染細胞が持続または増殖するのを防ぎ、それによって潜在的な病原体3を播種するのを防ぐ自己保護メカニズムとして重要な役割を果たし、4〜7日ごとに腸上皮の継続的な自己複製は、バリアの完全性および組織恒常性を保証する細胞喪失を補う。栄養吸収、バリア完全性、または腸細胞死および自己複製における不均衡を含む記載された腸機能の障害は、栄養失調および炎症性腸疾患(IBD)を含む様々な胃腸障害の発症をもたらし得る2,3。
これまで、動物モデルおよび形質転換癌由来腸細胞株は、ヒト腸組織の生理学的および病態生理学的機能を研究するために使用されてきた。しかし、2つの種の間に著しい格差が存在することによって引き起こされる、動物研究のヒトへの翻訳可能性に関するますます顕著な懸念は、ヒトに関連する代替方法の必要性を強調した4。一般的に使用される インビトロ 腸細胞株には、T84、Caco−2、およびHT29細胞が含まれる。それらは、腸管障壁機能および膜輸送の特定の態様を模倣するが、薬物代謝酵素5、表面受容体、およびトランスポーター4の発現の変化によって特徴付けられる。さらに、それらは腸セグメント特異性を欠いており、腸上皮の複雑さを再現することができず、各モデルは腸内に存在する5つの上皮細胞型のうちの1つしか含まない6。
最近、小腸および結腸7,8の新鮮な生検から確立されたヒト腸管オルガノイド培養物または人工多能性幹細胞(iPSC)9が、将来的に動物実験を補完し、減少させ、そしておそらく置き換える可能性のある代替実験モデルとして導入された。iPS細胞は非侵襲的な方法で入手することができますが、iPS細胞からオルガノイドを確立するには、複雑で長いプロトコル(いくつかの実験ステップを含む)を使用する必要があり、ヒト胎児組織に似た培養物を生成します。対照的に、生検由来オルガノイドは、腸組織の固有の再生能力を利用することができ、インビトロで無期限に継代および伝播することができるため、高度にスケーラブルである。重要なことに、生検由来オルガノイドは、それらが発達した一次組織の疾患および腸領域特異的特性を維持し、腸上皮の細胞多様性をエミュレートする。オルガノイドは、インビトロで患者固有のアバターとして使用して、さまざまな胃腸障害の生物学および病因を解明し、治療管理を改善することができます。腸オルガノイドは印象的な程度の生理学的機能を達成しているが、血管、結合組織、末梢神経、免疫細胞などの重要な間質成分の欠如や機械的刺激のために、天然の臓器の複雑さを再現できない。流れ、剪断応力、伸張、圧力などの機械的パラメータは、インビボでの組織形態形成および恒常性に影響を及ぼすことが知られており、インビトロでの細胞の成熟を改善することが以前に示されていた10、11、12、13。オルガノイド系のさらなる重要な欠点は、内腔、したがって上皮の頂端側にアクセスできないことである。これは、イオンおよび薬物トランスポーターの分極発現、宿主-マイクロバイオーム相互作用、および医薬品毒性試験に関連する様々なメカニズムを調査するための課題を提示する。最後に、オルガノイド培養物は、in vitro自己組織化プロセスおよび細胞運命の選択の確率的性質のために、サイズ、形態、および機能においてかなりのばらつきに苦しんでいる。したがって、疾患モデリング、薬物スクリーニング、再生医療における腸オルガノイドの可能性を最大限に引き出すためには、オルガノイド発生の変動性を低減し、管腔へのアクセスを改善し、欠損している細胞間相互作用を組み込む新しい戦略を探求する必要があります。
オルガンオンチップ技術は、インビトロで腸細胞培養物に機械的力および流体の流れを組み込むための多くの技術を導入している。しかし、初期の概念実証研究のほとんどは、十分な細胞多様性を示さなかった癌由来細胞株を使用していたため、これらの系の関連性は疑問視されてきた。最近、我々は腸オルガノイドと臓器オンチップ技術を相乗的に組み合わせ、各アプローチの最良の特徴を1つのin vitroシステムに組み込んだ14、15、16。得られた腸チップは、腸上皮の多細胞構造、上皮 - 内皮組織界面の存在、および流体の流れと伸張の機械的力を再現し、インビトロでの臓器レベルの機能のエミュレーションを可能にする。さらに、一次組織由来オルガノイド(ヒト腸のさまざまな領域からサンプリング可能)を出発材料として使用すると、ヒト十二指腸、空腸、回腸、結腸を表すチップを同様の播種および培養手順に従って確立できるため、このモデルの汎用性が向上します。重要なことに、腸チップは、腸バリアの完全性のリアルタイム評価を可能にします。ブラシ境界および薬物代謝酵素の活性;ムチンの生産;サイトカインの分泌;以前に発表された報告書で実証されているように、腸細胞と病原性および共生微生物との相互作用。特に、異なる個人の組織から生成されたオルガノイドを使用して腸チップが確立されたとき、これらのモデルは、様々な薬物および治療に対する機能的応答における予想されるドナー間変動性を捉えた。全体として、オルガノイドをOrgan-on-a-Chip技術とマージすることで、in vitro所見の生理学的関連性と精度、およびヒトへの外挿を改善できる、より高度でパーソナライズされたin vivo関連モデルへの扉が開かれます。ここでは、腸チップを確立し、2つの腸セグメントの生理学的機能の研究におけるその応用、すなわち十二指腸および結腸を確立するための詳細なプロトコルを提示する。まず、十二指腸チップ中の薬物代謝酵素CYP3A4の活性を評価するための方法、ならびにリファンピシンおよびビタミンD3などの原型化合物によるその誘導が記載されている。第二に、結腸チップの「リーキーガット」をモデル化するために必要なステップは、IBDの病因に関与する特徴的なサイトカインを使用して上皮障壁の破壊が行われているプロトコルに概説されている。簡単に述べると、ヒト生検に由来するオルガノイドは、インビトロで増殖させ、酵素消化を行い、チップの上部チャネルに導入する。成長因子富化培地との連続灌流の存在下で、それらは3Dアーキテクチャおよび容易にアクセス可能な頂端細胞表面を有するコンフルエントな上皮単分子層に発達する。底部には、「血管」チップコンパートメントが、小腸または大腸から単離された微小血管内皮細胞で播種される。上皮と内皮は多孔質の伸縮性膜によって分離されており、2つの組織間のパラクリン相互作用を促進し、周期的な変形を受けると、ヒト腸の蠕動運動様の動きをエミュレートする。共培養は、適切な細胞培養培地との管腔および血管灌流によって生じる動的流動条件下で維持される。最後に、オンチップまたはサンプリングされた細胞培養廃液から直接実行できる多数のタイプのアッセイおよびエンドポイント分析について説明します。

<table><tbody><tr><td>小腸 ヒト腸微小血管内皮細胞</td><td>AlphaBioRegen</td><td>ALHE15</td><td>0.5 cells M/ml ; 凍結保存された</td></tr><tr><td>結腸 ヒト腸微小血管内皮細胞</td><td>AlphaBioRegen</td><td>ALHE16</td><td>0.5 cells M/ml ; 凍結保存された</td></tr><tr><td>生検由来のヒト十二指腸オルガノイド</td><td>ジョン・ホプキンス大学</td><td></td><td>オルガノイドは、Mark Donowitz教授(Institutional Review Board Number:NA_00038329)によって提供されました。</td></tr><tr><td>生検由来のヒト結腸オルガノイド</td><td>ジョン・ホプキン大学</td><td>-</td><td>オルガノイドは、Mark Donowitz教授(Institutional Review Board Number:NA_00038329)によって提供されました。</td></tr><tr><td>ゾウムル;CM-1&トレード;&nbsp;Culture Module</td><td>Emulate&nbsp;Inc. (英語)</td><td>-</td><td>培養モジュール</td></tr><tr><td>Orb-HM1&trade;&nbsp;Hub Module</td><td>Emulate&nbsp;Inc. (英語)</td><td>-</td><td>5%のCO2、真空ストレッチ、および電源</td></tr><tr><td>Chip-S1&trade;Stretchable Chip</td><td>Emulate&nbsp;Inc. (英語)</td><td>-</td><td>オルガンチップ</td></tr><tr><td>ポッド&貿易;ポータブルモジュール</td><td>エミュレート&nbsp;Inc.</td><td>・</td><td>ポータブルモジュール</td></tr><tr><td>UVライトボックス</td><td>エミュレート&nbsp;Inc.</td><td>●</td><td></td></tr><tr><td>チップクレードル</td><td>エミュレート&nbsp;株式会社</td><td>-</td><td>1平方培養皿1個につき</td></tr><tr><td>Steriflip&reg;-HV</td><td>フィルターEMDミリポア</td><td>SE1M003M00</td><td>0.45&nbsp;&mu;m&nbsp;PVDFフィルター</td></tr><tr><td>スクエア細胞培養ディッシュ(120 x 120 mm)</td><td>VWR</td><td>82051-068</td><td>-</td></tr><tr><td>ハンドヘルド&nbsp;掃除機&nbsp;吸引器</td><td>Corning</td><td>4930</td><td>&nbsp;-</td></tr><tr><td>吸引&nbsp;ピペット</td><td>Corning / Falcon</td><td>357558</td><td>2 mL,&nbsp;ポリスチレン、個別&nbsp;ラッピング</td></tr><tr><td>吸引のヒント</td><td>&nbsp;-</td><td></td><td>滅菌済み(オートクレーブ済み)</td></tr><tr><td>血清学的&nbsp;ピペット</td><td></td><td>&nbsp;-</td><td>2 mL、5 mL、&nbsp;10 mL、&nbsp;および&nbsp;25mL&nbsp;低エンドトキシン、滅菌</td></tr><tr><td>ピペット</td><td></td><td></td><td>P20、P200、&nbsp;P1000&nbsp;および標準のマルチチャンネル</td></tr><tr><td>ピペット&nbsp;ヒント&nbsp;</td><td></td><td></td><td>P20、P200、&nbsp;および&nbsp;P1000です。</td></tr><tr><td>コニカルチューブ&nbsp;(タンパク質&nbsp;LoBind&reg;チューブ)</td><td>エッペンドルフ</td><td>0030122216;&nbsp;0030122240</td><td>15 mL、50 mLチューブ</td></tr><tr><td>エッペンドルフ&nbsp;チューブ&reg;&nbsp;lo-bind</td><td>Eppendorf</td><td>022431081</td><td>1.5 mL tubes</td></tr><tr><td>96 wells black walled plates</td><td>-</td><td>-</td><td>上皮透過性分析用</td></tr><tr><td>顕微鏡(カメラ付き)</td><td>-</td><td>-</td><td>明視野用&nbsp;イメージング</td></tr><tr><td>ウォーターバス(またはビーズ)</td> <td>-</td><td></td> <td>37°に設定します。C</td></tr><tr><td>バキュームのセットアップ</td><td>&nbsp;-</td><td>-</td><td>最小&nbsp;圧力: -70 kPa</td></tr><tr><td>細胞スクレーパー</td><td>バイオチウム</td><td>220033</td><td></td></tr><tr><td>T75 フラスコ</td><td>BD ファルコン</td><td>353136</td><td>細胞培養フラスコ</td></tr><tr><td>エミュレート試薬-1&nbsp;(ER-1)</td><td>株式会社エミュレート</td><td>-</td><td>チップコーティング液</td></tr><tr><td>Emulate Reagent-2&nbsp;(ER-2)</td><td>エミュレート株式会社</td><td>-</td><td>チップコーティング液</td></tr><tr><td>ダルベッコのPBS&nbsp;(DPBS)</td><td>Corning</td><td>21-031-CV</td><td>1X</td></tr><tr><td>細胞培養グレード 水</td><td>Corning</td><td>MT25055CV</td><td></td></tr><tr><td>Trypan blue</td><td>Sigma</td><td>93595</td><td>細胞計数用</td></tr><tr><td>TryplE&nbsp;エクスプレス</td><td>サーモフィッシャー&nbsp;科学</td><td>12604013</td><td>オルガノイド&nbsp;解離&nbsp;および内皮細胞&nbsp;分遣隊&nbsp;ソリューション</td></tr><tr><td>Advanced DMEM/F12</td><td>ThermoFisher&nbsp;科学</td><td>12634028</td><td>媒体</td></tr>腸<tr><td>カルト&貿易;オルガノイド増殖培地(ヒト)</td><td>幹細胞技術</td><td>06010</td><td>オルガノイド増殖培地</td></tr><tr><td>内皮細胞増殖培地 MV 2</td><td>プロモセル</td><td>C-22121</td><td>内皮培地</td></tr><tr><td>ウシ胎児血清 (FBS)</td><td>シグマ</td><td>F4135</td><td>血清</td></tr><tr><td>プリモシン&貿易;&nbsp;</td><td>InvivoGen</td><td>ANT-PM-1</td><td>抗菌剤</td></tr><tr><td>Attachment Factor&trade;</td><td>Cell Systems</td><td>4Z0-210</td><td>フラスコ用コーティング溶液</td></tr><tr><td>マトリゲル - 成長因子 還元</td><td>コーニング</td><td>356231</td><td>可溶化基底膜マトリックス</td></tr><tr><td>コラーゲン IV</td><td>シグマ</td><td>C5533</td><td>ECM 成分</td></tr><tr><td>フィブロネクチン</td><td>コーニング</td><td>356008</td><td>ECM 成分</td></tr><tr><td>Y-27632</td><td>幹細胞技術</td><td>72304</td><td>オルガノイド培地サプリメント</td></tr><tr><td>CHIR99021</td><td>リプロセル</td><td>04-0004-10</td><td>オルガノイド培地サプリメント</td></tr><tr><td>細胞回収ソリューション</td><td>コーニング</td><td>354253</td><td>地下室 メブレーンマトリックス解離液</td></tr><tr><td>ウシ血清アルブミン (BSA)</td><td>シグマ</td><td>A9576</td><td>30%、滅菌細胞</td></tr><tr><td>培養グレード 水</td><td>コーニング</td><td>MT25055CV</td><td>滅菌、水</td></tr><tr><td>DMSO</td><td>シグマ</td><td>D2650</td><td>溶剤</td></tr><tr><td>3KDa デキストランカスケード</td><td>ブルー Invitrogen</td><td>D7132</td><td>10 mg 粉末</td></tr><tr><td>リファンピシン (RIF)</td><td>Sigma</td><td>Cat# R3501</td><td>CYP 誘導剤</td></tr><tr><td>テストステロン水和物</td><td>Sigma</td><td>T1500</td><td>CYP 基質</td></tr><tr><td>1,25-ジヒロキシ ビタミン D3 (VD3)</td><td>Sigma</td><td>Cat# D1530</td><td>CYP 誘導剤</td></tr><tr><td>アセトニトリルと 0.1% (v/v) ギ酸</td><td>Sigma</td><td>159002</td><td>LCMSストップソリューション</td></tr><tr><td>IFN&gamma;</td><td>Peprotech</td><td>300-02</td><td></td></tr><tr><td>4% パラホルムアルデヒド (PFA)</td><td>EMS</td><td>157-4</td><td>固定剤</td></tr><tr><td>Triton-X 100</td><td>Sigma</td><td>T8787</td><td></td></tr><tr><td>ノーマル ドンキー セラム (NDS)</td><td>Sigma</td><td>566460</td><td></td></tr><tr><td>抗オクルージン</td><td>サーモフィッシャー&nbsp;Scientific</td><td>33-1500</td><td>タイトジャンクションマーカー</td></tr><tr><td>アンチクローディン 4</td><td>ThermoFisher&nbsp;科学</td>的な<td>36-4800</td><td>タイトジャンクションマーカー</td></tr><tr><td>抗E-カドヘリン</td><td>Abcam</td><td>ab1416</td><td>上皮付着ジャンクションマーカー</td></tr><tr><td>抗VE-カドヘリン</td><td>Abcam</td><td>ab33168</td><td>内皮付着ジャンクションマーカー</td></tr><tr><td>抗Zonula Occludens 1(ZO-1)</td><td>サーモフィッシャー</td><td>339194</td><td>タイトジャンクション</td></tr><tr><td>マーカーDAPI</td><td>サーモフィッシャー&nbsp;Scientific</td><td>62248</td><td>核染色</td></tr><tr><td>2-メルカプトエタノール</td><td>Sigma</td><td>M6250</td><td></td></tr><tr><td>PureLink RNA Mini Kit</td><td>Invitrogen</td><td>12183020</td><td>RNA 溶解、分離、精製キット</td></tr><tr><td>SuperScript&trade;IV VILO&trade;マスターミックス</td><td>Invitrogen 11756050</td><td></td><td>逆転写酵素キット</td></tr><tr><td>TaqMan&trade;Fast Advanced Master Mix</td><td>Applied Biosystems</td><td>4444557</td><td>qPCR reagent</td></tr><tr><td>QuantStudio&trade; 5 リアルタイムPCRシステム</td><td>Applied Biosystems</td><td>A28573</td><td>リアルタイムPCRサイクラー</td></tr><tr><td>18S プライマー</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>Hs99999901_s1</td><td>真核生物 18S rRNA</td></tr><tr><td>CYP3A4 プライマー</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>Hs00604506_m1</td><td>シトクローム&nbsp; ファミリー 3 サブファミリー Aメンバー4</td></tr>ピア<tr><td>ス&トレード;Coomassie Plus (Bradford) アッセイキット</td><td>サーモフィッシャーサイエンティフィック</td><td>23236</td><td>タンパク質定量キット</td></tr><tr><td>MSD Tris溶解バッファー</td><td>メソスケール診断</td><td>R60TX-3</td><td>タンパク質溶解バッファー</td></tr><tr><td>切断/全カスパーゼ-3 全細胞溶解物キット</td><td>メソスケール診断</td><td></td>キット <td>K15140Dカスパーゼ3検出キット</td></tr><tr><td>V-PLEX 血管損傷パネル2 ヒトキット</td><td>メソスケール診断</td><td>K15198D</td><td></td></tr><tr><td>V-PLEX ヒト炎症誘発性パネル II (4-PLEX)</td> <td>メソスケール診断</td><td>K15053D</td><td></td></tr><tr><td>ツァイス LSM 880</td><td>ツァイス</td><td>-</td><td>共焦点顕微鏡</td></tr><tr><td>ツァイス LD plan-Neofluar 20x/0.40 Korr M27</td><td>ツァイス</td><td>-</td><td>20X 長距離対物レンズ</td></tr><tr><td>ツァイス AXIOvert.A1</td><td>ツァイス</td><td>-</td><td>明視野顕微鏡</td></tr><tr><td>ツァイス LD A-Plan 10X/0.25 Ph1</td><td></td><td>Zeiss-10X対物レンズ</td><td></td></tr></tbody></table>

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

Combining Human Organoids and Organ-on-a-Chip Technology to Model Intestinal Region-Specific Functionality

腸粘膜は、無数の重要な機能を果たす複雑な物理的および生化学的障壁である。それは微生物叢との共生関係を促進し、微生物の侵入を制限しながら、栄養素および生体異物の輸送、吸収および代謝を可能にする。様々な細胞型とその物理的および生化学的環境との間の機能的相互作用は、腸組織恒常性を確立し維持するために不可欠である。これらの複雑な相互作用と統合された腸内生理学を in vitroで モデル化することは、新しい治療標的および薬物候補の発見および開発方法を変革する可能性を秘めた手ごわい目標です。
オルガノイドとオルガン・オン・ア・チップ技術が最近組み合わされ、腸生理学および病態生理学の機能的側面を インビトロで研究するのに適したヒト関連腸チップが生成されました。小腸(十二指腸)および大腸の生検に由来するオルガノイドは、臓器チップの上部区画に播種され、各腸領域の明確な細胞、分子、および機能的特徴を維持しながら、単層として正常に拡張される。ヒト腸管組織特異的微小血管内皮細胞は、オルガンチップの底部区画に組み込まれ、上皮・内皮界面を再現する。この新規プラットフォームは、栄養素、薬物、および微生物への管腔曝露を容易にし、腸内輸送、透過性、および宿主 - 微生物相互作用の研究を可能にする。
ここでは、ヒト十二指腸(十二指腸チップ)および結腸(colon chip)を表す腸チップの樹立、ならびに連続的な流れおよび蠕動運動様変形下でのそれらのその後の培養のための詳細なプロトコルが提供される。我々は、プロトタイプ誘導物質および基質を用いて十二指腸チップにおける薬物代謝およびCYP3A4誘導を評価するための方法を示す。最後に、大腸チップ内のインターフェロンガンマ(IFNγ)媒介性バリア破壊(リーキーガット症候群)の in vitro モデリングのためのステップバイステップ手順を提供し、副細胞透過性の変化、サイトカイン分泌の変化、およびチップ内の細胞のトランスクリプトームプロファイリングを評価する方法を含む。

図1D は、腸チップ培養のタイムラインを要約し、チップ上に播種する前および播種時の腸内皮細胞およびオルガノイドを示す。さらに、十二指腸チップと結腸チップとの間の明確な形態学的差異を示し、十二指腸チップにおける絨毛様の形成の存在によって強調され、小腸アーキテクチャの代表である。
図3A、Bは、3つの異なるオルガノイドドナーからの十二指腸チップにおけるフォールドCYP3A4誘導応答を示す。チップを20 μM RIFまたは100 nM VD3に48時間曝露し、CYP450酵素のmRNAレベル(A)および/またはフォールド触媒活性(B)を評価するために使用した。テストステロン代謝産物のレベルの増加は、6βヒドロキシテストステロン(6β−OH−T)、RIFおよびVD3に曝露された十二指腸チップにおいて観察されたCYP3A4 mRNA遺伝子発現の上昇と一致し、試験した3人のド...

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。

The intestinal mucosa is a complex physical and biochemical barrier that fulfills a myriad of important functions. It enables the transport, absorption, ...

このプロトコルは、生検由来の腸オルガノイドと臓器チップ技術を使用して生理学的に関連する腸チップを生成し、薬物動態と薬物間相互作用を予測し、腸上皮バリア機能障害を研究する方法を示しています。オルガノイドを臓器チップ技術に統合することで、腸上皮の複雑さを再現することができます。さらに、機械的手がかり、流れ分布、生化学的勾配の実験的制御も可能になります。この方法は、人間の腸の複雑な生理機能をエミュレートし、正常および病理学的腸機能の細胞および分子基盤をより深く理解します。これは、薬物動態と薬力学、および炎症性損傷を防ぐための潜在的な薬剤候補をより適切に予測するのに役立ちます。シードはプロトコルの重要なステップです。腸管オルガノイド断片の過度の断片化または不正確な播種密度は、上皮バリアの発達および分化を損なう可能性がある。まず、静的オルガノイド培養から培地を吸引します。ミリリットルあたり800万細胞の最終播種密度を達成するのに十分なウェルから培地を回収します。500マイクロリットルの氷冷BMM解離溶液を各ウェルに加え、可溶化BMMをウェル表面から付着させます。懸濁液を15ミリリットルの低タンパク質結合チューブに集め、氷の上に置きます。チューブを15分ごとに1時間静かに振ってください。摂氏4度で5分間Gの300倍で遠心分離し、オルガノイドペレットを得た。ペレットの上に透明なゲル層が観察される場合は、チューブから溶液を吸引する。ペレットを再懸濁し、等量のBMM解離溶液を加える。氷上で10分間インキュベートし、遠心分離します。可溶化されたBMM残基が存在しなくなるまで繰り返します。.その後、上清を捨て、ペレットを2ミリリットルのオルガノイド消化溶液に再懸濁します。チューブを摂氏37度で1〜3分間インキュベートし、8ミリリットルの高度なDMEM F12を加えて酵素反応を停止します。ペレットを遠心分離し、完全なオルガノイド増殖培地に再懸濁して、ミリリットルあたり800万細胞を達成します。滅菌1.5ミリリットルの低タンパク質結合チューブに360マイクロリットルを分注します。次に、コーティングされたチップの上部チャネルから培地を取り除き、30マイクロリットルの細胞懸濁液を追加します。チップを摂氏37度で一晩インキュベートし、オルガノイドフラグメントをメンブレンに接着させます。3ミリリットルの事前平衡化完全オルガノイド増殖培地を上部の入口リザーバーに追加し、3ミリリットルの事前平衡化された内皮細胞増殖培地を下部の入口リザーバーに追加します。同じ培地をそれぞれ上部と下部の出口リザーバーに300マイクロリットル追加します。ポータブルモジュールを運ぶトレイを培養モジュールに移します。培養モジュールで、チップを正常に接続するために十分な液滴が形成されるまで、プライムサイクルを繰り返し実行します。次に、チップキャリアをポータブルモジュールにスライドさせます。次に、2時間のレギュレーションサイクルを開始して、ポータブルモジュールとチップ内の培地を加圧した後、プログラムされた状態を再開します。次に、ストレッチ設定を変更し、培養モジュールを起動します。24時間後、10%ストレッチと同じ頻度でサイクルを繰り返します。投与培地またはビヒクルコントロールを調製するには、CYPインデューサーストック溶液またはDMSOを完全オルガノイド増殖培地および内皮細胞増殖培地で希釈します。培養モジュールを一時停止し、トレイをバイオセーフティキャビネットに持ち込みます。すべての入口および出口リザーバーの培地を、インデューサーまたは車両制御を備えた2ミリリットルの投与培地と交換します。ポータブルモジュールを培養モジュールに戻し、毎時30マイクロリットルでフローを再開します。24時間ごとに培地を新たに調製した誘導溶液と交換し、48〜72時間培養を継続します。次に、トレイをバイオセーフティキャビネットに持ち込み、すべてのリザーバーから投与培地を吸引します。上部のインレットリザーバーを洗浄し、温かい高度なDMEM F12培地で交換し、下部のリザーバーを内皮細胞増殖培地と交換します。洗浄媒体を1ミリリットルのプローブ基板溶液と交換します。チップを毎時1, 000マイクロリットルの高流量で5分間灌流し、上部と下部の両方の出口リザーバーを吸引します。チップを培養モジュールに戻し、毎時300マイクロリットルの一定流量下で1時間インキュベートします。1時間の治療後、流れを止めてトレイをバイオセーフティキャビネットに持ってきます。上部の出口リザーバーから100マイクロリットルの排水を収集し、200マイクロリットルの停止液を含むチューブに追加します。チューブをすぐにドライアイスの上に置き、サンプルを摂氏マイナス80度で保管します。両方のチャネルを200マイクロリットルの滅菌DPBSで洗浄します。次に、200マイクロリットルのフィルターピペットチップで下部チャネル出口をブロックします。50マイクロリットルの解離溶液をボトムチャネルに通し、室温で2分間インキュベートします。内皮細胞の完全な剥離を確実にし、ピペッティングによってチャネルから解離溶液を除去する。洗浄を繰り返します。次に、トップチャンネル出口をブロックし、75マイクロリットルのタンパク質溶解バッファーを灌流します。ピペットチップを挿入したまま、室温で5分間インキュベートします。細胞ライセートを5〜10回ピペッティングして1.5ミリリットルのチューブに集めます。灌流と採取を繰り返して細胞を完全に剥離させ、分析するまでライセートを摂氏マイナス80度で保存します。RNA溶解の場合は、150マイクロリットルのRNA溶解バッファーを使用しながら同じ手順に従います。まず、ストック溶液を脱気した内皮細胞増殖培地で希釈してインターフェロンガンマ投与溶液を調製する。バイオセーフティキャビネットで、下部チャネル入口リザーバーから培地を取り出し、毎日3ミリリットルの投与液と交換します。次にトレイを培養モジュールに入れ、チップを毎時1, 000マイクロリットルの高流量で5分間灌流します。流量を毎時60マイクロリットルに切り替えて、流体培養を続けます。ウェルあたり100マイクロリットルのDPBSを96ウェルの黒壁プレートに追加します。マルチチャンネルピペットを使用して、すべての貯水池からそれぞれの井戸に50マイクロリットルの排水を追加します。検量線を作製するには、DPBSで3キロダルトンデキストランカスケードブルーを1ミリリットルあたり100マイクログラム含む培地の3倍希釈を行う。次に、DPBSで内皮細胞増殖培地の3倍希釈を用いて連続妄想を行う。十二指腸チップと結腸チップの明確な形態学的特徴は、小腸の構造を表す十二指腸チップの絨毛様の形成の存在によって強調されました。シトクロムP450誘導物質リファンピシンとビタミンD3に曝露された十二指腸チップでは、薬物代謝酵素シトクロムP450 3A4のmRNA遺伝子発現の上昇とシトクロムP450酵素の触媒活性の増強があり、3つのオルガノイドドナーすべてで適切な誘導応答を示しました。結腸チップの上皮単層をインターフェロンガンマで処理すると、細胞形態の損なわれおよび柱状上皮の喪失が観察された。また、インターフェロンガンマによる処理は、ビヒクル対照と比較してタイトジャンクションタンパク質と接着ジャンクションタンパク質の細胞質シグナルの増加をもたらし、タイトジャンクションマーカーZO-1とクローディン4の変位、およびオクルジンとE-カドヘリンのインターナリゼーションを示しました。上皮傍細胞透過性の有意な増加は、結腸チップ上でのインターフェロンガンマ刺激の48時間後に観察された。同様に、インターフェロンガンマは、切断されたカスパーゼ3の細胞内含量の増加によって示されるアポトーシスの活性化を誘導する。インターフェロンガンマは、VCAM-1およびインターロイキン-6の基底外側分泌ならびにICAM-1および血清アミロイドタンパク質Aの頂端分泌によって示されるように、結腸チップにおける炎症誘発性分子の分極分泌を誘導した。腸管チップの確立に成功すると、腸管吸収、輸送、代謝、栄養素レベル、腸内ホルモン分泌、宿主微生物病原体相互作用、薬物の安全性と有効性、患者固有の疾患メカニズム、および治療への応答を研究することができます。

combining-human-organoids-organ-on-chip-technology-to-model

Research

JoVE Journal

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生体工学）

このプロトコルは腸のオルガノイドに人間の多能性セルの微分を可能にする。プロトコルは決定的な内胚葉、hindgutの内胚葉および次に腸の上皮の人口にセルを分化することによって正常な人間の開発をまねる。これにより、このプロトコルは、腸の発達と疾患モデリングアプリケーションの両方の研究に適しています。...

iPS細胞由来腸オルガノイドの作製による発生・疾患モデリングへの応用

ここでは、腸管固有の相互作用のモデリングを可能にする2つのプロトコルを提示する。オルガノイド由来の腸単層および空気液体界面(ALI)培養は、光とバソララルの両方からアクセス可能な十分に分化された上皮の生成を促進する一方で、極性逆腸器官は彼らの極性側を露出させ、高スループットアッセイに適している。...

腸オルガノイドモデルを用いたアプリカル特異的相互作用を研究する培養法

このプロトコルは、極性が逆の小腸炎を利用し、頂端表面へのアクセスを可能にする頂端外壊死性腸炎(NEC)-in-a-dishモデルを記述する。NEC関連上皮破壊を検出するための免疫蛍光染色プロトコールと、NECインディッシュプロトコルに供するアピカルアウトエンテロイドの生存率を決定する方法を提供します。...

インビトロ 壊死性腸炎の頂端外腸炎モデル

neuroHuMiXは、近位および代表的な共培養条件下での細菌、上皮細胞、および神経細胞の相互作用を研究するための高度なガットオンチップモデルです。このモデルにより、腸内細菌叢と神経系の間のコミュニケーションの根底にある分子メカニズムを解明することができます。...

腸内細菌叢-神経系軸を研究するためのGut-on-a-chipモデル

ここでは、ラット腸管オルガノイドを作製し、いくつかのダウンストリームアプリケーションで使用するためのプロトコルを紹介します。ラットはしばしば好ましい前臨床モデルであり、堅牢な腸オルガノイド系は、in vivo研究に付随するin...

ラット腸管オルガノイドの作製と操作

このプロトコルは病気の病因に機構の調査に使用することができる壊死性腸炎(NEC)の 生体外の モデルを記述する。ヒト新生児の腸、内皮細胞、および重度のNECの新生児の腸内細菌叢に由来する腸内エンテロイドをシードしたマイクロ流体チップを特徴としています。...

ヒト新生児腸管内腸内細菌叢と腸内細菌叢異常体を組み込んだ壊死性腸炎のマイクロ流体モデル

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

当社の詳細なプロトコルは、3D構造とさまざまな細胞タイプでヒトの腸粘膜をシミュレートし、微生物のコロニー形成に応答した免疫応答と細胞機能の詳細な分析を可能にする高度な腸オンチップモデルの作成と使用について概説しています。...

腸粘膜免疫応答を解析するための免疫適格腸内チップモデル

このプロトコルは、ヒト腸オルガノイド技術とシングルセルトランスクリプトーム解析を組み合わせて、これまで未踏の腸内生物学に関する重要な洞察を提供します。...

ヒト腸オルガノイドを使用して、単一細胞転写レベルでの小腸上皮の理解

ヒト腸オルガノイドは、天然のヒト腸の構造と機能をよりよく再現するために神経支配されなければなりません。ここでは、これらの構築物に腸神経系を組み込むための1つの方法を紹介します。...

ヒト腸オルガノイドの神経支配

学ぶヒトオルガノイドと臓器オンチップ技術の統合による腸領域特異的機能モデル。薬物動態予測や薬物相互作用、腸上皮バリア機能障害の研究に応用可能です。

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

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