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방법 논문

Neisseria meningitidis 유도만능줄기세포 유래 뇌내피세포의 감염

2.5K 조회수

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DOI:

10.3791/61400

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2020년 7월 14일

이 논문에서

정오 공지

Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice

요약

여기에 설명된 프로토콜은 유도만능줄기세포 유래 뇌유사 내피세포의 분화, 감염을 위한 Neisseria meningitidis 준비 및 기타 분자 분석을 위한 샘플 수집의 주요 단계를 강조합니다.

초록

수막구균성 뇌수막염은 나이세리아 수막염(Neisseria meningitidis , 수막구균, Nm)이 고도로 전문화된 뇌 내피 세포(BEC)에 침투하여 중추신경계(CNS)에 접근할 수 있을 때 발생하는 생명을 위협하는 감염입니다. Nm은 인간 특이적 병원체이기 때문에 강력한 in vivo 모델 시스템이 없기 때문에 Nm과 BEC 간의 숙주-병원체 상호 작용에 대한 연구가 어려워지고 네이티브 BEC를 모방하는 인간 기반 모델이 필요합니다. BEC는 복잡한 밀착 접합부와 높은 경내피 전기 저항(TEER)을 특징으로 하는 말초 내피 세포와 비교할 때 더 단단한 장벽 특성을 가지고 있습니다. 그러나 1차 BEC 및 불멸화된 BEC와 같은 많은 in vitro 모델은 기본 신경 미세환경에서 제거된 후 장벽 특성이 부족하거나 빠르게 손실됩니다. 최근 인간 줄기세포 기술의 발전으로 유도만능줄기세포(iPSC)에서 뇌와 유사한 내피세포를 유도하는 방법이 개발되어 다른 체외 인간 모델과 비교할 때 BEC를 더 잘 표현할 수 있습니다. Nm-BEC 상호작용을 모델링하기 위해 iPSC 유래 BEC(iPSC-BEC)를 사용하면 BEC 장벽 특성을 가진 인간 세포를 사용할 수 있다는 이점이 있으며, 장벽 파괴, 선천성 면역 활성화 및 박테리아 상호작용을 검사하는 데 사용할 수 있습니다. 여기서는 분석을 위한 박테리아 준비, 감염 및 샘플 수집 외에도 iPSC에서 iPSC-BEC를 도출하는 방법을 보여줍니다.

서론

혈액-뇌 장벽(BBB)과 수막 혈액-CSF 장벽(mBCSFB)은 중추신경계(CNS)에서 순환을 분리하는 매우 단단한 세포 장벽이며 주로 고도로 전문화된 뇌 내피 세포(BEC)로 구성되어 있습니다1,2. BEC는 뇌 안팎의 영양소와 노폐물을 조절하고 많은 독소, 약물 및 병원균을 배제하여 적절한 뇌 항상성을 유지합니다 1,2. 세균성 뇌수막염은 혈액 매개 박테리아가 BEC에 의해 형성된 장벽과 상호 작용하고 이를 뚫고 들어가 염증을 일으킬 때 발생합니다. Neisseria meningitidis(Nm, 수막구균)는 건강한 사람의 10-10%의 비염을 집락화하는 그람 음성 박테리아이지만 경우에 따라 심각한 전신 질환을 유발할 수 있습니다3. 영향을 받은 개인에서 Nm은 자반증을 유발할 수 있는 혈류에 접근할 수 있을 뿐만 아니라 BEC를 관통하여 뇌수막염을 유발하는 중추신경계에 접근할 수 있다3. Nm은 전 세계적으로 세균성 뇌수막염의 주요 원인이며, 백신 접종 노력에도 불구하고 여전히 ....

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프로토콜

참고: 모든 배지/시약 준비, 줄기 세포 유지 및 분화 단계는 Stebbins et al.22에서 채택되었습니다.

1. iPSC 배양 및 BEC 분화에 필요한 물질 준비.

  1. IMR90-4 iPSC 배양을 위한 조직 배양(TC) 플라스틱의 매트릭스 코팅
    1. 기저막 매트릭스 겔(예: Matrigel)을 2.5mg 분취액으로 추출하고 -20°C에서 보관합니다.
      알림: 매트릭스 겔과 부분 표본을 얼음 위에서 취급할 때는 4°C 이상의 겔을 형성하고 일단 응고되면 분취할 수 없으므로 신속하게 작업하십시오.
    2. TC 플라스틱을 코팅하려면 50mL 원뿔형 튜브에 있는 Dulbecco's Modified Eagle Medium(DMEM)/F12 배지 30mL에 매트릭스 겔 부분 표본 1개를 빠르게 추가합니다. 1mL의 배지를 냉동 매트릭스 겔에 추가하고 해동될 때까지 위아래로 피펫팅한 다음 나머지 배지와 함께 50mL 코니컬 튜브로 즉시 옮깁니다.
    3. 6웰 플레이트의 웰당 1mL의 이 매트릭스 겔 코팅 용액을 사용하고 T75 플라스크당 12mL를 사용합니다.
      알림: 매트릭스 젤 코팅 TC 플라스틱은 사용하기 최대 2주 전에 준비할 수 있습니다. ....

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결과

여기에 설명된 프로토콜은 Stebbins et al.에서 채택한 것으로, iPSC를 BBB 특성을 가진 뇌 유사 내피 세포로 분화하는 과정과 Nm19,22의 iPSC-BEC를 사용하는 감염 연구에 이 모델을 활용하는 방법을 강조합니다. iPSC-BEC는 적절하게 분화될 경우 TEER로 측정한 2000 Ω·cm2보다 큰 단단한 장벽 특성을 나타내며 VE-cadherin 및 CD31(PECAM)과 같은 내피 마커를 발현합니다(그림 1A\u2012C). 또한 긴밀한 접합 마커인 Claudin-5, Occludin, ZO-1(그림 1 D\u2012F)과 Glut-1(그림 1G)과 같은 수송체를 발현하고 위치를 파악합니다.

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토론

시험관 내 1차 및 불멸화된 인간 BEC는 강력한 장벽 표현형이 부족한 경향이 있기 때문에 BEC와 BBB를 모델링하는 데 어려움이 있었습니다. 인간 줄기 세포 기술의 출현으로 내피 마커, 단단한 접합 발현, 장벽 특성, 다른 CNS 세포 유형에 대한 반응 및 기능적 유출 수송체와 같은 예상되는 특징적인 BBB 표현형을 유지하는 iPSC 유래 BEC 유사 세포의 생성이 가능해졌습니다 12,13,14,15,22, 24 , 25. 이를 통해 연구자들은 in vivo BEC를 밀접하게 모방.......

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공개 사항

저자는 공개할 것이 없습니다.

감사의 글

L.M.E.는 A.S-U.에 수여된 "인간 병원체에 의한 미생물 감염 연구를 위한 3D 조직 모델"이라는 제목의 DFG 연구 교육 프로그램 GRK2157 지원을 받습니다. B.J.K.는 알렉산더 폰 훔볼트 재단(Alexander von Humboldt Foundation)의 박사후 연구원의 지원을 받고 있습니다. 또한, 문화 분야에서 iPSC-BEC를 생성하는 데 기술적 도움을 준 Lena Wolter에게 감사의 뜻을 전합니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
Accutase (1x)SigmaA6964효소 세포 해리 시약
아세트산SigmaA6283
All-trans retinoic acid (RA)SigmaR2625
Anti-CD31 (PECAM-1)Thermo Scientific (Labvision)RB-10333
Anti-Claudin-5Invitrogen4C3C2
Anti-Glut-1Thermo Scientific (Labvision)SPM498 (MA5-11315)
Anti-OccludinInvitrogen33-1500
Anti-VE-cadherinSanta Cruzsc-52751
Anti-ZO-1Invitrogen33-9100
Bacto Proteose PeptoneBD211684
b-MercaptoethanolMerck (Sigma-Aldrich)805740
세포 배양 플레이트 및 플라스크Sarstedt
원심분리기(Heraeus Megafuge 1.0R)Thermo Scientific
Class II 생물 안전 캐비닛NuaireNU-437-400E
CO2 인큐베이터(DHD Autoflow CO2 에어 재킷 인큐베이터)Nuaire
Collagen IVSigmaC5533
Columbia ager + 5 % sheep bloodBiomerieux43049
Costar Transwell 폴리 에스테르 필터 (12 또는 24 웰)Corning3460, 3470
D (+) - 포도Merck (Sigma-Aldrich)G8270
DAPIInvitrogenD1306
DMEM / F12Gibco31330-038
DMSOROTHA994.1
Dulbecco의 인산염 완충 식염수(DPBS)Gibco21600-069
STX 전극이 있는 상피 전압계(Millicell ERS-2)Merck(Millipore)MERS00002
Fe(NO3)3ROTH5632.1
FibronectinSigmaF1141
형광 현미경(Eclipse Ti)Nikon
Hemacytometer (Neubauer)A. HartensteinZK06
Human basic fibroblast growth factor (bFGF)PeproTech100-18B
Human Endothelial Serum Free Medium (hESFM)Gibco11111-044
Inverted microscope (Wilovert)Hund (Will Wetzlar)
iPS(IMR90)-4 cellsWiCell
Kellogg's supplement Kellogg's supplement110 ml를 준비하기 위해, 포도당 4 g/ml, 글루타민 0.1 g/ml, 피로인산 티아민 0.2 mg/ml 100 ml와 5 mg/ml Fe(NO3)3 10 ml를 준비하고, 용액을 결합한다. 필터는 -20°C에서 분주물을 살균하고 보관합니다.
녹아웃 세럼 대체품(KOSR)Gibco10828-028
L-글루타민(GlutaMAX)Invitrogen35050-038
LunaScript RT SuperMix KitNEBE3010LcDNA 합성 키트
, Matrigel MatrixCorning354230
메탄올ROTH4627.5
MgCl2ROTHKK36.1
마이크로피펫 (Research Plus)Eppendorf
NaHCO3ROTH6329
Nonessential amino acids (NEAA)Gibco11140-035
NucleoSpin RNA 분리 키트Machery-Nagel740955RNA 분리 키트
Pipette boy (Accu-Jet Pro)Brand
혈소판 불량 혈장 유래 혈청, 소 (PDS)Fisher50-443-029
PowerUp SYBR Green Master MixApplied BiosystemsA25742qPCR 마스터 믹스
qPCR 필름 (MicroAmp Optical Adhesive Film)Applied Biosystems4211971
qPCR 플레이트 (MicroAmp Fast 96-well)Applied Biosystems4346907
ROCK 억제제, Y27632 디하이드로클로라이드Tocris1254
RT-PCR thermo cycler (StepOnePlus)Applied Biosystems4376600
혈청학 피펫Sarstedt
StemFlex 기초 배지 + 50x StemFlex 보충제GibcoA3349401줄기세포 유지 배지
스윙 버킷 로터(Heraeus #2704)Thermo Scientific
티아민 피로인산시그마C8754-5G
트리판 블루 솔루션, 0.4%Gibco15250061
VerseneGibco15040-033비효소 세포 해리 시약(EDTA)
당 염

참고문헌

  1. Rua, R., McGavern, D. B. Advances in Meningeal Immunity. Trends in Molecular Medicine. 24 (6), 542-559 (2018).
  2. Abbott, N. J., Patabendige, A. A. K., Dolman, D. E. M., Yusof, S. R., Begley, D. J. Structure and function of the blood-brain barrier. Neurobiology of Disease. 37 (1), 13....

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재인쇄 및 허가

정오


Formal Correction: Erratum: Neisseria meningitidis Infection of Induced Pluripotent Stem-Cell Derived Brain Endothelial Cells
Posted by JoVE Editors on 10/12/2023. Citeable Link.

An erratum was issued for: Neisseria meningitidis Infection of Induced Pluripotent Stem-Cell Derived Brain Endothelial Cells Larvae. The Authors section was updated from:

Leo M. Endres1
Alexandra Schubert-Unkmeir1
Brandon J. Kim1,2
1Institute for Hygiene and Microbiology, University of Würzburg
2Department of Biological Sciences, University of Alabama

to:

Leo M. Endres1
Sarah F. Hathcock2
Alexandra Schubert-Unkmeir1
Brandon J. Kim1,2
1Institute for Hygiene and Microbiology, University of Würzburg
2Department of Biological Sciences, University of Alabama

태그

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