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Research Article
Marissa A. Scavuzzo1, Jessica Teaw2,3,4, Diane Yang2,3,4, Malgorzata Borowiak1,2,3,4,5
1Program in Developmental Biology,Baylor College of Medicine, 2Center for Cell and Gene Therapy, Texas Children's Hospital, and Houston Methodist Hospital,Baylor College of Medicine, 3Molecular and Cellular Biology Department,Baylor College of Medicine, 4Stem Cell and Regenerative Medicine Center,Baylor College of Medicine, 5McNair Medical Institute,Baylor College of Medicine
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
여기, 선물이 해리 했다 부동성 e10.5 췌 장 창시자와 관련된 mesenchyme 3D murine pancreatoids을 표현 하는 인슐린을 생성 하는 프로토콜.
췌 장 혈액 포도 당 항상성 및 소화를 함께 작동 하는 많은 다른 세포 유형의 구성 하는 복잡 한 기관 이다. 이 셀 형식 효소를 은닉 포상 세포는 arborized ductal 시스템 본질적인, 그리고 호르몬 생산 하는 내 분 비 세포에 효소의 수송에 대 한 책임을 포함합니다.
내 분 비 하는 베타 세포는 낮은 혈액 포도 당 수준에 인슐린을 생성 하는 본문에 유일한 셀 유형입니다. 당뇨병, 손실 또는 베타 세포의 기능 장애를 특징으로하는 질병 전염병 비율에 도달입니다. 따라서, 파생 약물 및 세포 기반 치료제 심사 목적으로 사용할 수 있는 베타 세포 개발 조사를 프로토콜을 확립 필수적 이다. 마우스 개발의 실험 조사는 필수, vivo에서 학문은 힘들고 시간이 많이 소요. 배양된 세포 검사;에 대 한 더 편리한 플랫폼을 제공 그러나, 그들은 세포 다양성, 건축, 조직과 세포 상호 작용 발견 유지할 수 없습니다 vivo에서. 따라서, 췌 장 organogenesis 및 생리학 조사 하는 새로운 도구를 개발 하는 것이 필수적입니다.
세포 구성 하 고 복잡 한, 순수 유능한 성인 기관으로 분화 췌 장 상피 세포는 organogenesis의 발병에서 mesenchyme와 가까운 협회에서 개발. 췌 장 mesenchyme 내 분 비 개발에 대 한 많은 이해 되지 않는다 잘 아직, 따라서 생체 외에서 문화 동안 정리 하기 어려운 중요 한 신호를 제공 합니다. 여기, 우리 유지 mesenchyme, pancreatoids 라고 하는 문화 3 차원, 셀룰러 복잡 한 마우스 organoids에 프로토콜을 설명 합니다. E10.5 murine 췌 장 새싹은 해 부, 해리, 및 비 계 없는 환경에서 경작. 이러한 셀을 떠 자기 mesenchyme 개발 pancreatoid 및 내 분 비 베타 세포에는 포상 및 덕트 세포 개발의 강력한 수 포와 함께 조립. 이 시스템은 organogenesis, 또는 약물 이나 작은 분자, 유전자 검사에 대 한 세포 운명 결정, 구조, 조직과 morphogenesis, 세포-세포 상호 작용을 공부 하 사용할 수 있습니다.
정상적인 개발 및 생리의 메커니즘을 묘사 하는 것은 질병 병 인을 이해 하 고 궁극적으로 치료 방법을 육성에 답해야 합니다. 배양 및 분화 줄기 세포 개발의 신속 하 고 높은 처리량 분석을 수 있습니다, 그것은 기존의 신체의 세포 운명 조절 메커니즘에 관한 지식에 의해 제한 됩니다 고 인위적으로 개발에이 상대적으로 균질 성, 2 차원 상태1,2. 뿐만 아니라 vivo에서 개발 틈새와 환경에서 서로 다른 세포 유형으로 외부 영향에 의해 영향을 받는 paracrine 신호 및 조직 지원 organogenesis, 가이드를 제공 하는 있지만 이러한 세포의 기능에 의존 하 고 또한 그들의 주변 지도3,,45. 이러한 외부 단서의 중요성, vivo에서 마우스 모델의 힘 드는 자연과 분화 프로토콜의 한계를 감안할 때, 새로운 시스템 기본 개발 프로세스 및 생리학을 실험적으로 조사 필요 합니다.
Organogenesis, 생리학, 약물 효능 및 심지어 pathogenesis. 을 편리 하 고 적합 한 시스템을 제공 하는 3 차원, 복잡 한 organoids를 생성 하는 프로토콜의 출현 대 위6 과 대 장7 다른 시스템 organogenesis에 대 한 우리의 이해를 확장 했다 murine organoids를 설립, 연구 개발 복잡성 vivo에서 보다 적게 제한 하는 도구를 제공 하 그리고 생체 외에서 모델입니다. Murine organoid이 진보 때문 형성과 인간 만능의 출현 줄기 세포, 인간의 장8, 망막9, 신장10,11, 그리고 대뇌12 organoids 생산 되어,이 레 퍼 토리만 개발 메커니즘에 관한 기존의 지식에 의해 제한 됩니다.
질병의 무수 한 재앙 다른 췌 장 세포 유형, 외 분 비 췌 장 불충분13,14, 췌 장 염 포상 세포에에서 포상 세포와 덕트를 포함 한 췌 장 organoids의 생성은 특별 한 관심의 고 15당뇨병 베타 세포입니다. 이러한 서로 다른 세포 유형의 개발에 관한 지식을 얻고 고 또한, 맞춤된 약물 검사 또는 이식에 대 한 플랫폼 역할을 할 수, 있습니다. 그들의 병 리를 이해에 도움이 수 있습니다. 이전, Greggio 외. 만들 murine 췌 장 organoids morphogenesis vivo에서 정리 하 고 모든 주요 췌 장 상피 세포의 구성 하는 조직, 3 차원, 복잡 한 구조를 개발 하는 방법 개발 유형16,17. 이것은 췌 장 분야에서 앞으로 중요 한 단계 이다, 특히 만드는 세포에 생체 외에서 베타 세포 개발의 생물 학적 조사를 설정할 수 있습니다. 그러나, 내 분 비 세포의 부족은 organoids 조직, 틈새 상호 작용 수 및 교육용 신호17제공으로 이식 했다 하지 않는 한이 프로토콜에서 형성 했다. 틈새 시장, 무 겁 게 내 분 비 박 등 차별화3,4, 후기에 organogenesis의 초기 단계에서 개발 상피를 뒤 덮 었의 가장 큰 부분을 구성 하는 mesenchyme 18. 개발 췌는 mesenchyme의 상호작용은 아직 외부 신호 및 생체 내에서 세포 복잡성을 유지의 중요성 organogenesis 연구의 또 다른 예.
여기, 우리는 3 차원 췌 장 organoids, pancreatoids, 해리 e10.5 murine 췌 장 창시자에서 불리를 생성 하는 방법을 설명 합니다. 이러한 pancreatoids 네이티브 mesenchyme 유지, 부동성 조건에서 자기 조립 및 내 분 비 하는 베타 세포19의 강력한 수를 포함 한 모든 주요 췌 장 세포 종류를 생성. 이 방법은 이전 프로토콜 강력한 내 분 비 차별화 부족으로 내 분 비 발달의 분석을 위해 가장 적합 하다. 그러나, 췌 장 organoids에 대 한 프로토콜을 사용 하 여 Greggio 외. 췌 장의 상피 분기 및 morphogenesis의 분석에 대 한 더 적합에 의해 설명 된 대로 분기로 더 제한 됩니다 pancreatoids.
이 방법에 설명 된 모든 동물 실험 기관 동물 관리 및 사용 위원회의 베일 러 대학의 약에 의해 승인 되었다.
1. 마우스 배아 일 10.5 췌 장 창시자의 준비
그러나 참고:이 프로토콜 않습니다 필요가 없습니다 2 단계까지 무 균 조건 하에서 지켜질 해 부 도구를 소독 하 고 사용 하기 전에 70% 에탄올 스프레이에 최적입니다.
2. 경작 Pancreatoids를 형성 하기 위하여 해리 창시자
참고: 다음는 표준 살 균 절차를 사용 하 여 표준 조직 문화 후드에 메 마른 분위기에서 수행 합니다.
3. 처리 Pancreatoids Immunofluorescent 이미징
4. 대 본 분석에 대 한 Pancreatoids에서 RNA의 격리
마우스 배아 자 궁 경적에서 e10.5에서의 주의 해 부 추가 해 부 (그림 1A)에 대 한 PBS에 손상 되지 않은 배아 항복 한다. 위장은 배아 (그림 1B), 내장 및 위 (그림 1C F)의 교차점에서 등 쪽 췌 장 새싹의 분별을 허용에서 효율적으로 제거할 수 있습니다. E10.5 췌 장 새싹 이전 특징 되었습니다; 창시자는 Pdx1, Sox9, Ptf1a, 및 Hes120,21,,2223을 표현 한다. 조직 처리 단계에 따라 천연된 췌 장 단일 세포 또는 세포의 작은 그룹 가벼운 현미경 검사 법 (그림 1G H)에 의해 구상 될 수 있다.
Organogenesis 미디어에서 이러한 부동성, 비 계 없는 셀 자체 조립 하 고과 문화 (그림 2A)에서 적어도 10 일 동안 계속 성장 하는 3 차원 pancreatoids로 구성. pancreatoids vivo에서 췌 장, 분기 morphogenesis 발생과 형태학 유사성이 있다. 유전자 변형 쥐를 사용 하 여, 실시간으로 다른 세포 유형 또는 과정을 모니터링할 수 있습니다. 예를 들어 Ins1 eGFP24 마우스를 사용 하 여 내 분 비 하는 베타 세포의 형성을 표시를 pancreatoids 수 수 몇 군데 베타 셀 개발 (그림 2B)을 시각화 하기 위해 매일. 또한, 문화 조건 변경, 추가 작은 분자, 약물, 또는 게놈을 조작, 뿐만 아니라 세포 운명 결정 평가 될 수 있다 그러나 구조 및 형태학에 있는 변화는 또한 조사 수 있습니다. 여기에 우리가 높은 농도에서 키 니 아 제 C 활성 제 단백질 phorbol myristate 12 13-아세테이트 (PMA)의 응용 프로그램 표시 (160 nM), 상피 세포를 연결 하 고 분기 증가 pancreatoids, 느슨하게 이어지는 개발의 형태를 변경 19 (그림 2C).
췌 장의 상피 세포와 췌 장 mesenchyme 조직의 협회 평가, immunostaining 각 조직의 표식에 대 한 수행할 수 있습니다. 덕트 마커, DBA25,26, 내 분 비 표식, Chga27및 핵 DAPI에 의해 표시의 Immunostaining pancreatoids (그림 3A)에서 멀티 혈통 형성 공개. Mesenchyme 마커, Vimentin, 공동 췌 장의 조상 표식으로 물 (약 e15.5 e9.0)에서 Pdx1, 보여준다는 mesenchyme pancreatoid (그림 3B) 봉투. Immunostaining는 또한 종류의 세포의 다른 마커 뿐 아니라 Pdx1 공개 분기 구조, 형태를 검사 하 사용할 수 있습니다. 그림 3C, 우리는 상피 마커 Pdx1 및 베타 세포 마커 기능 사용 하 여 정량 분석, 창시자의 녹취 록에 대 한 얼룩 및 세포 분화에 의해 베타 셀 개발을 시각화 한 조상 유전자 등 평가 Pdx1 와 Hes1, 그리고 차별화 된 마커 Prss1, Prss3, Hnf6, Isl1, Nkx6-1, 및 Ins1 (그림 4).

그림 1: 해 부, 분리, 및 pancreatoid 세대에 대 한 e10.5 췌 장 창시자의 도금의 개요. (A) e10.5 배아의 명시 이미지. (B) 왼쪽 상단에서 시작 해 부 절차의 회로도 빨간색, 파선 영역 잘라내기, 녹색 지역은 위장을 나타냅니다. 첫째, 머리 forelimb 새싹의 제거 및 유기 체의 측면의 개통 다음 제거 됩니다. (C) 위장은 신중 하 게 제거, 관의 복 부 지역에서 튀어나와 심장과 간 싹. 복 부, 등 쪽 췌 장 새싹 및 장 수 될 시각, 대물 이미지와 같이. (D) 심장 및 간 새싹의 제거. 회로도 왼쪽에 고 명시 이미지 오른쪽에 있습니다. 등 쪽 췌 장 새싹의 주위 조직 (E) Pinching 버드 해 부에 대 한 노출 회로도 왼쪽에 고 명시 이미지 오른쪽에 있습니다. (F)는 위장 요로 명시 야 현미경 아래 등 쪽 췌 장 새싹으로. 왼쪽에 있는 이미지, 소장에서 벤드는 표시, 척추 지역에서 위장 분리 때 집게를 배치 될 수 있습니다. 오른쪽에 고배율 대물 이미지 모두 등 쪽과 복 부 췌 장 새싹을 보여 줍니다. (G) 등 쪽 췌 장 새싹 및 조직의 분리, organogenesis 미디어 물의 resuspension 전에 처리 및 도금의 제거. (H) 대물 이미지 도금 직후 해리 셀을 보여 줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 2 : Pancreatoids 시간이 지남에 모니터링. (A) 주 1, 주 2, 및 3 일에서 pancreatoids의 명시 이미지. 바 규모 = 100 um. (B) 췌 장 morphogenesis 조사 문화 조건의 조작. 여기, PMA의 높은 레벨의 추가 하루 1과 2에서 명시 야 현미경 검사 법에 의해 시각으로 불린된 상피 구조와 증가 분기를 지도 한다. 스케일 바 하루 4, 5 일, 6 일, 하루 7, 및 eGFP 녹색에서으로 표시 된 베타 세포의 개발 일 9, 100 µ m. (C) Ins1-eGFP 마우스 pancreatoids =. 바 규모 = 100 µ m. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 3 : Pancreatoids의 Immunostaining. (A) Immunostaining pancreatoid 녹색, 및 핵 DAPI에서 파란색으로 표시 Chga 여 빨간색, 내 분 비 세포에서 DBA에 의해 덕트를 표시 하려면 5 일에. (B) Immunostaining pancreatoid Pdx1 여 녹색에서 빨간색과 췌 장 창시자에 의해 Vimentin mesenchyme 표시 하려면 7 일에. (B) Immunostaining pancreatoid Pdx1 여 녹색에서 빨간색과 췌 장 창시자에 의해 인슐린 베타 세포를 7 일에. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

그림 4 : 대 본 분석. 창시자와 차별화 세포의 표식에 대 한 하루 7 pancreatoids의 양이 많은 PCR Vivo에서 murine 조직 비교 Scavuzzo 외 에 표시 됩니다. (2017). 결과 Gapdh으로 정규화 됩니다. N = 2, 스케일 바는 SEM. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
| 구성 요소 | 약어 | 최종 농도 |
| 페니실린-스 | P/S | 1% |
| FBS-무료 미디어 보충 | 10% | |
| 베타-Mercaptoethanol | 공학 | 0.1 m m |
| Phorbol Myristate 12 13-아세테이트 | PMA | 16 nM |
| Y-27632 또는 바위 억제제 | RI | 10 음 |
| 표 피 성장 인자 | EGF | 25 ng/mL |
| R-Spondin1 | - | 500 ng/mL |
| 산 성 섬유 아 세포 성장 인자, 섬유 아 세포 성장 인자 1 | aFGF, FGF1 | 25 ug/mL |
| 헤 파 린 나트륨 소금 | 헤 파 린 | 2 U/mL |
| 섬유 아 세포 성장 인자 10 | FGF10 | 100 ng/mL |
| Dulbecco의 수정이 글 매체/영양소 혼합 F-12 | DMEM/F12 | 5 mL를 |
표 1입니다. Organogenesis 미디어입니다.
저자는 공개 없다.
여기, 선물이 해리 했다 부동성 e10.5 췌 장 창시자와 관련된 mesenchyme 3D murine pancreatoids을 표현 하는 인슐린을 생성 하는 프로토콜.
프로토콜 및 원고에 관한 유용한 토론에 감사 Jolanta Chmielowiec 하 고. 우리는 또한 confocal 현미경에 접근을 위한 벤자민 Arenkiel 감사합니다. 이 작품은 NIH (P30-DK079638 M.B.)와 T32HL092332-13 마스와 M.B., 맥 네 어 의료 재단 (M.B.), 및 BCM 지적 발달 장애 연구 센터에서 confocal 코어에 의해 지원 되었다 (NIH U54 HD083092는 유 니스에서 케네디 슈 라이버 국립 연구소의 건강 그리고 인간 발달).
| 2-메르캅토에탄올 | Sigma-Aldrich | M6250 | |
| 보정 미세모세관 피펫용 흡인기 튜브 어셈블리 | Sigma-Aldrich | A5177 | |
| BarnStead NanoPure 뉴클레아제가 없는 물 | ThermoFisher | D119 | |
| 붕규산 모세관 | 셔터 기기 | GB1007515 | O.D. 1mm, I.D. 0.75mm, 1.5cm 길이 |
| CaCl2 | ,Sigma-Aldrich | C5080 | |
| 세포 기피제, 96웰 마이크로플레이트, | Greiner Bio-One, | 650970 | ,U-바닥 |
| 원심분리기, 5424 R | ,Eppendorf | 5401000013 | |
| 클로로포름 | ,Sigma-Aldrich | 233306 | |
| Chromogranin-A 항체 | ,Abcam | ab15160 | |
| 소형, 모듈식 스테레오 현미경 M60 | 라이카 | ||
| Countess 자동 세포 계수기 | Invitrogen | C10310 | |
| Countess 세포 계수기 슬라이드 | Invitrogen | C10312 | |
| CryoStar NX70 | ThermoFisher | 957000L | |
| D-(+)-글루코스 | 시그마-알드리치 | G7528 | |
| DAPI(4',6-디아미딘-2'-페닐린돌-디하이드로클로라이드) | 로슈 | 10 236 276 001 | 분말 |
| DBA 항체 | Vector Lab | RL-1032 | |
| Dispase II, 분말 | Gibco | 17105041 | |
| DMEM/F-12, HEPES | Gibco | 11330032 | |
| Dnase I | Invitrogen | 18068-015 | |
| Dumont #5 집게 | 정밀 과학 도구 | 11251-10 | 0.05 x 0.02 mm; 타이타늄; 생물학 팁 |
| EGF (표피 성장 인자) | Sigma-Aldrich | E9644 | |
| Ethanol, 200 Proof | Decon Laboratories | 2716 | |
| Forma Steri Cycle CO2 Incubators | ThermoFisher | 370 | |
| Fluoromount-G | Southern Biotech | OB10001 | |
| Heparin sodium salt from porcine intestinal mucosa | Sigma-Aldrich | H3149-10KU | |
| INSM1 항체 | Santa Cruz BioTechnology | sc-271408 | 다클론 마우스 IgG |
| 이소프로판올 | 피셔 | a4164 | |
| 이소테시아 이소플루란, USP | Henry Schein | 11695-6776-2 | |
| 인슐린 항체 | Dako | A056401 | Polyclonal Guinea Pig |
| KAPA SYBR FAST Universal | KAPA Biosystems | KK4618 | |
| KCl | KaryoMax | 10575090 | |
| 녹아웃 세럼 교체 | Invitrogen | 10828028 | |
| Leica TCS SPE 고해상도 스펙트럼 컨포칼 | Leica | ||
| MgCl2 | Sigma-Aldrich | 442615 | |
| 마우스 C-펩타이드 ELISA | ALPCO | 80-CPTMS-E01 | |
| 마우스 초민감 인슐린 ELISA | ALPCO | 80-INSMSU-E01 | |
| MX35 마이크로톰 블레이드 | ThermoFisher | 3052835 | |
| NaCl | 시그마-알드리치 | S7653 | |
| NaHCO3 | 시그마-알드리치 | S3817 | |
| NaH2PO4 | 시그마-알드리치 | ||
| 노멀 당나귀 혈청 | 잭슨 면역 연구 | 017-000-121 | |
| 파라포름알데히드 | 시그마-알드리치 | 158127 | |
| PBS 1X | Corning | 21-040-CV | |
| Pdx1 항체 | DSHB | F6A11 | 단클론 마우스 MIgG1 |
| Peel-A-Way 일회용 임베딩 금형 | VWR | 15160-157 | |
| 페니실린-스트렙토마이신 용액 | Corning | MT30002CI | |
| PMA (Phorbol 12-Myristate 13- 아세테이트) | Sigma-Aldrich | P1585 | |
| Protein LoBind microcentrifuge tubes | Eppendorf | 22431081 | 1.5mL 용량 |
| 재조합 인간 FGF-10 단백질 | R& D 시스템 | 345-FG | |
| 재조합 인간 FGF-산성 | Peprotech | 100-17A | |
| 재조합 인간 R-Spondin I 단백질 | R& D Systems | 4546-RS | |
| BenchRocker 2D | 벤치마크 | BR2000 | |
| 설탕 500g | Sigma-Aldrich | S0389 | |
| SuperFrost Plus 현미경 슬라이드 | Fisher Scientific | 12-550-15 | |
| Super Pap Pen | 전자 현미경 과학 | 71310 | |
| Thermomixer R | Eppendorf | 05-412-401 | |
| Tissue Tek O.C.T. 컴파운드 | 사쿠라 | 4583 | |
| 트리톤 X-100 | 시그마-알드리치 | T8787 | |
| TRIzol 시약 | 인비트로겐 | 15596018 | |
| TrypLE Express | 인비트로겐 | 12604039 | (1x), 페놀 없음 |
| 레드 트리판 블루 스테인 | 인비트로겐 | 15250061 | 세포 계수 슬라이드용 |
| 트립신-EDTA (0.05% | )Corning | 25-052-CI | |
| Trypsin-EDTA (0.25%) | Gibco | 25200072 | Phenol Red |
| Ultra-Low Attachment 24-Well Plate | Corning | 3473 | |
| Ultra-Low Attachment 스페로이드 플레이트 96-Well | Corning | 4520 | |
| Vimentin 항체 | EMD Millipore | AB5733 | Polyclonal Chicken IgY |
| Vortex Genie | BioExpres | S-7350-1 | |
| Y-27632 디하이드로클로라이드 | R& D Systems | 1254 | :ROCK 억제제라고도 함 |
| Zeiss 710 컨포칼 현미경 | Zeiss |