여기에서, 우리는 장 장벽 기능, 투과성 및 수송을 연구하기 위한 인간 오가노이드 유래 장 상피 단층의 제조를 기술한다. 오가노이드가 외부 자극에 대한 원래의 상피 조직 반응을 나타내기 때문에, 이들 모델은 세포주의 확장성과 일차 조직의 관련성 및 복잡성의 이점을 결합한다.
여기에서, 우리는 장 장벽 기능, 투과성 및 수송을 연구하기 위한 인간 오가노이드 유래 장 상피 단층의 제조를 기술한다. 오가노이드가 외부 자극에 대한 원래의 상피 조직 반응을 나타내기 때문에, 이들 모델은 세포주의 확장성과 일차 조직의 관련성 및 복잡성의 이점을 결합한다.
과거에는 장 상피 모델 시스템이 형질전환 세포주 및 일차 조직으로 제한되었습니다. 이들 모델 시스템은 전자가 원래의 조직 생리학을 충실하게 나타내지 않기 때문에 내재적인 한계를 가지며, 후자의 이용가능성은 제한된다. 따라서 그들의 응용 프로그램은 기초 및 약물 개발 연구를 방해합니다. 성인 줄기 세포 기반 오가노이드 (이하 오가노이드라고 함)는 그들이 파생 된 정상 또는 병든 상피 조직의 미니어처입니다. 이들은 상이한 위장관 (GI) 관 영역에서 매우 효율적으로 확립될 수 있고, 장기간의 확장성을 가지며, 시험관내 치료에 대한 조직 및 환자 특이적 반응을 시뮬레이션할 수 있다. 여기서, 장 유래 오가노이드 유래 상피 단층의 확립은 상피 장벽 완전성, 투과성 및 수송성, 항균 단백질 분비 및 조직학을 측정하는 방법과 함께 입증되었다. 또한, 장 유래 오가노이드 단층은 증식하는 줄기 및 경이 증폭 세포뿐만 아니라 주요 분화 된 상피 세포로 농축 될 수 있습니다. 따라서, 이들은 표적 세포에 대한 화합물의 효과 및 그들의 작용 방식을 연구하도록 맞춤화될 수 있는 모델 시스템을 나타낸다. 오가노이드 배양은 세포주보다 기술적으로 더 까다 롭지 만, 일단 확립되면 생체 내 상피 복잡성과 환자 간 이질성을 진정으로 나타내기 때문에 약물 개발의 후기 단계에서 실패를 줄일 수 있습니다.
장 상피는 장의 발광 함량과 기저 조직 사이의 물리적 장벽 역할을합니다. 이 장벽은 인접한 세포 사이에 강한 세포 간 연결을 확립하는 단단한 접합에 의해 연결되는 주로 흡수성 장세포의 단일 상피층을 포함한다. 이 세포들은 장의 정점 (루멘)과 기저변을 분리하는 편광 상피 내막을 형성하면서 동시에 소화 된 영양소와 대사 산물의 부세포 수송을 조절합니다. 장세포 이외에, 잔, 파네스 및 장내분비 세포와 같은 다른 중요한 상피 세포도 점액, 항균 펩티드 및 호르몬을 각각 생산함으로써 장 항상성에 기여한다. 장 상피는 류신이 풍부한 반복 함유 G-단백질 결합 수용체 5 양성 (LGR5+) 줄기 세포를 장내 크립트의 바닥에 나누어 지속적으로 보충하여 위쪽으로 이동하여 다른 세포 유형으로 분화되는 트랜스 증폭 (TA) 세포를 생산합니다1. 식품 알레르겐, 의약 화합물 및 미생물 병원균에 대한 노출과 같은 유전 적 및 환경 적 요인에 의한 장 상피 항상성의 붕괴는 장 장벽 기능의 중단으로 이어집니다. 이러한 상태는 염증성 장 질환 (IBD), 체강 질환 및 약물 유발 GI 독성2를 포함한 여러 장 질환을 유발합니다.
장 상피에 대한 연구는 막 삽입물, 장기 온 칩 시스템, Ussing 챔버 및 장 링과 같은 여러 시험관 내 플랫폼 시스템을 사용하여 수행됩니다. 이들 플랫폼은 형질전환된 세포주 또는 일차 조직을 모델로서 사용하여 막의 정점 및 기저측 양쪽 모두에 접근할 수 있는 편광된 상피 단층을 확립하는데 적합하다. 대장(adeno)암종 세포주인 Caco-2, T84 및 HT-29와 같은 형질전환 세포주는 어느 정도 편광된 장내세포 또는 점액 생성 세포로 분화할 수 있지만, 이들은 여러 세포 유형이 누락되고 다양한 수용체 및 운반체가 비정상적으로 발현됨에 따라 생체내 상피를 대표하지 않는다3 . 또한, 세포주는 단일 공여체로부터 유래되기 때문에, 이들은 환자간 이질성을 나타내지 않으며 감소된 복잡성 및 생리학적 관련성을 겪는다. Ussing 챔버 및 장 고리로 사용되는 일차 조직은 생체 내 상황을 더 대표하지만, 제한된 가용성, 단기 생존력 및 확장성 부족으로 인해 고처리량 (HT) 연구를위한 매개체로 부적합합니다.
오가노이드는 장, 신장, 간, 췌장 및 폐와 같은 다른 기관으로부터 확립된 시험관내 상피 배양물이다. 그들은 장기적이고 안정적인 확장성뿐만 아니라 유전 적 및 표현형 안정성을 갖는 것으로 입증되었으므로 외부 자극에 충실한 반응을 보이는 원래 기관의 상피의 대표적인 생물학적 미니어처입니다 4,5,6,7,8,9. 오가노이드는 절제되거나 생검된 정상, 병, 염증 또는 암성 조직으로부터 효율적으로 확립되며, 이질적인 환자 특이적 반응10,11,12,13,14,15,16을 나타낸다. 이 논문은 오가노이드 문화에서 유래 된 장 상피 단층을 확립하는 방법을 보여줍니다. 단층은 소장뿐만 아니라 결장 및 직장 오가노이드 문화에서 성공적으로 확립되었습니다. 이 모델은 상피 세포가 약물에 대한 수송 및 투과성뿐만 아니라 상피에 대한 독성 학적 영향을 연구 할 수있는 기회를 창출합니다. 또한이 모델은 면역 세포 및 박테리아와의 공동 배양을 통해 장 상피와의 상호 작용을 연구 할 수 있습니다17,18,19. 또한,이 모델은 환자 특정 방식으로 치료법에 대한 반응을 연구하고 상피 장벽 중심의 치료제의 다음 물결을 찾기 위해 스크리닝 노력을 시작하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 접근법은 클리닉으로 확장 될 수 있으며 개인화 된 치료를위한 길을 닦을 수 있습니다.
이 프로토콜의 상피 단층은 인간 정상 장 오가노이드로부터 제조되지만, 프로토콜은 다른 오가노이드 모델에 적용되고 최적화될 수 있다. 상피 오가노이드 단층은 줄기 세포 증식을 지원하고 장내 크립트 세포 조성물을 나타내기 위해 Wnt를 함유하는 장내 오가노이드 확장 배지에서 배양된다. 장내 오가노이드는 Wnt, Notch 및 표피 성장 인자 (EGF) 경로를 조절함으로써 장내분비 세포, 파네스, 잔 및 장내분비 세포와 같은 상이한 장 상피 운명을 갖도록 농축될 수 있다. 여기서, 확장 배지에서 단층의 확립 후에, 이들은 이전에 기술된 바와 같이 더 분화된 장 상피 세포,20,21,22,23,24,25로 구동된다. 스크리닝 목적을 위해, 관심있는 화합물의 작용 모드, 그의 표적 세포, 및 실험 조건에 따라, 단층은 관련 기능적 판독을 갖는 화합물의 효과를 측정하기 위해 선택된 세포 조성을 향해 구동될 수 있다.
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1. 배양용 시약 준비
참고: 생물 안전 캐비닛 내부의 모든 단계를 수행하고 세포 배양 작업에 대한 표준 지침을 따르십시오. 자외선은 생물 안전 캐비닛을 시작하기 전에 10 분 동안 사용됩니다. 사용 전후에 생물 안전 캐비닛의 표면을 70 % 에탄올에 적신 티슈 페이퍼로 청소합니다. 세포외 매트릭스 (ECM)의 3차원 방울의 형성을 용이하게 하기 위해, 96-, 24-, 및 6-웰 플레이트의 예열 스톡을 37°C의 인큐베이터에서 준비된 상태로 유지한다.
2. 오가노이드 문화
3. 상피 단층 준비
4. 상피 단층 분석 판독
5. 멤브레인 인서트를 포함하는 96웰 플레이트로 업스케일링
참고: 멤브레인 인서트가 포함된 HTS 96-웰 플레이트를 사용하여 더 높은 처리량의 약물 스크리닝 또는 다중 중간 조건을 위해 상피 단층을 준비하십시오.
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도 1A는 이를 동결 상태로부터 해동시킨 후의 장내 오가노이드의 대표적인 밝은 필드 이미지를 도시한다. 최적의 회복을 보장하기 위해 오가노이드를 고밀도로 해동하는 것이 중요합니다. 오가노이드는 약 10μL의 ECM 돔에 있는 24웰 또는 6웰 플레이트에 도금됩니다(그림 1B). 대부분의 정상적인 장 오가노이드는 낭성 형태를 가지고 있습니다. 해동 과정에서 회복 된 후, 오가노이드는 더 큰 크기로 자라며 오가노이드 배양에 따라 3-7 일 후에 계대 될 준비가됩니다 (그림 1C). 오가노이드를 수확하고 ECM을 세척한 후(도 1D), 오가노이드는 기계적 전단에 의해 작은 크기로 파쇄될 수 있다. 오가노이드의 형태학(낭성 그림 1C, 신진 그림 1E)에 따라 오가노이드는...
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이 프로토콜은 장 오가노이드의 일반적인 조작 및 유지뿐만 아니라 이러한 오가노이드로부터 유래된 상피 단일층의 준비 및 가능한 응용을 기술한다. 현재까지, 단층은 십이지장, 장폐색 및 정상 뿐만 아니라 이전에 그리고 활발하게 염증을 일으킨 장 조직으로부터 유래된 결장 오가노이드의 상이한 영역으로부터 성공적으로 제조되었다(공개되지 않은 데이터). 환자 유래 오가노이드 단일층의 적용은 다양한 약물 치료에 대한 환자 특이적 반응의 연구뿐만 아니라 질병 및 환자 특이적 방식으로 장벽 기능의 연구를 용이하게 한다. 세포주는 장내 장세포 및 잔 유사 세포를 포함하는 분화되고 편광된 단층을 형성할 수 있지만, 이들 세포주에서 많은 상이한 효소 및 운반체가 비정상적으로 발현되어 복잡성 및 생리학적 관련성이 감소된다3,30. 오가노이드 배양은 세포 배양보다 기술적으로 더 까다롭고 힘들다. 그러나, 오가노이드는 생체내 상황을 더 대표하지만, 세...
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저자는 이해 상충이 없다고 선언합니다.
이 작업은 Topsector Life Sciences & Health - Topconsortium voor Kennis en Innovatie Health~Holland (LSH-TKI) 공공 - 민간 파트너십 (PPP) 프로젝트 번호 LSHM16021 Organoids와 함께 네덜란드 LSH 부문의 수당을 Hubrecht Organoid Technology (HUB) 및 HUB 내부 자금 조달 질병 모델링 및 독성학 부서에 대한 독성학 모델링을위한 새로운 도구로 지원합니다. 우리는 Sabine Middendorp (소아 위장병학, Wilhelmina Children 's Hospital, UMC, Utrecht)와 Hugo R. de Jonge와 Marcel J.C. Bijvelds (위장병 및 간학과, Erasmus MC, Rotterdam)의 실험실에 멤브레인 삽입물에 단층을 설정하는 초기 기술 지원을 제공 한 것에 감사드립니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 100% 에탄올 | Fisher Emergo | 10644795 | |
| 1250, 300 및 20 µ L 저잔류 필터 팁 | Greiner bio-one | 732-1432 / 732-1434 / 732-2383 | |
| 15 mL 원뿔형 튜브 | Greiner bio-one | 188271 | |
| 24웰 세포 배양 플레이트 | Greiner bio-one | 662160 | |
| 24웰 HTS Fluoroblok 트랜스웰 플레이트(광밀) | Corning | 351156 | |
| 24웰 HTS 트랜스웰 플레이트(표 1) | Corning | 3378 | |
| Transwell 인서트가 있는 24웰 플레이트 | Corning | 3470 | |
| 40 µ m cell strainer | PluriSelect | 43-50040-01 | |
| 50 mL 코니컬 튜브 | Greiner bio-one | 227261 | |
| 6-well 세포 배양 플레이트 | Greiner bio-one | 657160 | |
| 96-well black plate transparent bottom | Greiner bio-one | 655090 | |
| 96-well fast thermal cycling plates | Life Technologies Europe BV | 4346907 | |
| 96웰 HTS 플루오로블록 트랜스웰 플레이트 | Corning | 351162 | |
| 96웰 HTS 트랜스웰 플레이트(표 1) | Corning | 7369 | |
| 96웰 투명 배양 플레이트 | Greiner bio-one | 655180 | |
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| Human Noggin | Peprotech | 120-10C | |
| Human Rspo3 | Bio-Techne Ltd | 3500-RS/CF | |
| IWP-2 | Miltenyi Biotec | 130-105-335 | |
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| 다채널 피펫 (200 µ L) | Gilson | ||
| N-아세틸시스테인 | 시그마-알드리치 | A9165 | |
| NGS Wnt | U-단백질 익스프레스 | N001-0.5mg | |
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| 광학 접착제 커버 | Life Technologies Europe BV | 4311971 | |
| PD0325901 | Stemcell Technologies | 72184 | |
| 페니실린/스트렙토마이신 | Life Technologies 유럽 BV | 15140122 | |
| 플레이트 쉐이커 | Panasonic | ||
| PowerUp, SYBR, 그린 마스터 믹스 | Fisher Emergo | A25776 | |
| Primocin | InvivoGen | ANT-PM-2 | 일차 세포용 항균 제형 |
| Qubit RNA HS Assay Kit | , Life Technologies Europe, BV | Q32852 | |
| 멀티채널 피펫용 시약 저장소 | Sigma-Aldrich | CLS4870 | |
| REMS AutoSampler(24-프로브 또는 96C-프로브 | 포함) WTI | ||
| Richard-Allan Scientific Alcian Blue/PAS 특수 염색 키트 | , Thermo scientific | 87023 | |
| RNase-Free DNase 세트 | Qiagen | 79254 | |
| RNeasy 미니 키트 | Qiagen | 74106 | |
| SB202190 | Sigma-Aldrich | S7076 | |
| 혈청학 피펫 | Greiner bio-one | 606180 / 607180 / 760180 | |
| 혈청학 피펫 (Pipet-Aid) | Drummond | ||
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| Superscript RT-PCR | Life Technologies Europe BV | 11904018 | |
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| TrypLE Express Enzyme (1x) | Life Technologies Europe BV | 12605-010 | 세포 해리 시약 1 |
| 수조 | Grant | ||
| Y27632 (ROCK 억제제) | AbMole | M1817 |
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