Waiting
로그인 처리 중...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Medicine

Um modelo de esteatose experimental in vitro: cultura celular hepatocitada em meio lipídidamente condicionado

Published: May 18, 2021 doi: 10.3791/62543

Summary

Este protocolo pretende ser uma ferramenta para estudar a esteatose e as alterações moleculares, bioquímicas, celulares produzidas pela exposição excessiva de hepatócitos a lipídios in vitro.

Abstract

A doença hepática gordurosa associada à disfunção metabólica (MAFLD), anteriormente conhecida como doença hepática gordurosa não alcoólica (NAFLD), é a doença hepática mais prevalente em todo o mundo devido à sua relação com obesidade, diabetes tipo 2 e dislipidemia. Esteatose hepática, o acúmulo de gotículas lipídicas no parnchyma hepático, é uma característica fundamental da doença que precede a inflamação observada na esteatohepatite, fibrose e doença hepática em estágio terminal. O acúmulo de lipídios em hepatócitos pode interferir com o metabolismo adequado de xenobióticos e moléculas endógenas, bem como induzir processos celulares que levem ao avanço da doença. Embora o estudo experimental da esteatose possa ser realizado in vivo,abordagens in vitro para o estudo da esteatose são ferramentas complementares com diferentes vantagens. A cultura hepatocito em meio lipídico-condicionado é uma excelente opção reprodutível para o estudo da esteatose hepática que permite a identificação de processos celulares relacionados ao acúmulo de lipídios, como estresses oxidativos e reticulares, autofagia, proliferação, morte celular, etc, bem como outros testes, incluindo eficácia de drogas, e testes toxicológicos, entre muitas outras aplicações possíveis. Aqui, teve como objetivo descrever a metodologia da cultura celular hepatocitada em meio lipídios condicionados por sobrecarga. As células hepG2 foram cultivadas em RMPI 1640 médio condicionado com palmitato de sódio e oleato de sódio. É importante ressaltar que a razão desses dois lipídios é crucial para favorecer o acúmulo de gotículas lipídicas, mantendo a proliferação celular e uma taxa de mortalidade moderada, como ocorre no fígado durante a doença. A metodologia, a partir da preparação dos estoques de solução lipídica, mistura, além do meio, e cultura hepatócida é mostrada. Com essa abordagem, é possível identificar gotículas lipídicas nos hepatócitos que são prontamente observáveis pela mancha O vermelha-óleo, bem como curvas de taxas de proliferação/mortalidade.

Introduction

Fígado gorduroso associado à disfunção metabólica é altamente prevalente em todo o mundo1,2; estima-se que até 25% da população seja afetada3. Esta doença anteriormente conhecida como doença hepática gordurosa não alcoólica (NAFLD), atualizou sua nomenclatura para disfunção metabólica associada à doença hepática gordurosa (MAFLD) para refletir com precisão a patogênese relacionada à obesidade, resistência à insulina, diabetes tipo 2 e dislipidemia, bem como os possíveis manejos da doença3,4.

Independentemente do nome, a doença inclui um amplo espectro de alterações histopatológicas caracterizadas pelo acúmulo anormalmente alto de lipídios no fígado (>5% de gordura nos hepatócitos5) e pode progredir através do acúmulo lipídudo tipicamente encontrado em esteatose simples à esteatohepatite, o que por sua vez pode levar ao desenvolvimento de fibrose, cirrose, carcinoma hepatocelular e insuficiência hepática5,6,7,8. Devido à sua crescente prevalência, espera-se que o MAFLD se torne a primeira indicação de transplante hepático e a principal causa do carcinoma hepatocelular9.

Embora tenha sido considerada como uma forma benigna ou leve de doença hepática gordurosa, a esteatose hepática é de fato a chave metabólica no MAFLD10. Diferentes vias metabólicas são afetadas pelo acúmulo de lipídios no fígado, incluindo, mas não se limitando à síntese lipídica, exportação e metabolismo10. Resistência à insulina, estresse oxidativo, estresse reticular e disfunção celular estão fortemente associados à lipotoxicidade hepática11,12. Por outro lado, hepatócitos gordurosos são alvo de espécies reativas de oxigênio, tornando metabólitos como peróxidos lipídicos, carbonilas proteicas e adutos de ácidos nucleicos13. No nível celular, hepatócitos gordurosos podem sofrer danos mitocondriais14, senescência celular15, apoptose16,pioptose12e autofagia17,entre outros eventos.

Hepatocitas são altamente responsáveis pelo metabolismo, desintoxicação e síntese de uma ampla gama de moléculas. Muitas dessas funções podem ser comprometidas pelo acúmulo lipídudo observado na esteatose. Portanto, é de grande importância ter ferramentas reprodutíveis que permitam uma avaliação precisa da esteatose. Nesse sentido, os modelos in vitro são prontamente aplicáveis e altamente reprodutíveis. Esteatose in vitro tem sido usada com diferentes gols16,18,19. As células HepG2 são amplamente utilizadas como linha celular hepatocitte. Tem vantagens como ser fácil de cultivar e bem caracterizado. Talvez, a única desvantagem das células HepG2 seja o fato de ser uma linha celular cancerígena, por isso isso deve ser considerado ao analisar os desfechos. Aqui, mostra-se a aplicação de uma mistura de ácidos graxos amplamente utilizados na cultura celular: ácido palmítico (PA) e ácido oleico (OA). Tanto o PA quanto o OA oferecem resultados diferentes na cultura20. Pa (C 16:0) é o ácido graxo saturado mais comum obtido da dieta16. A AF é considerada biomarcadora da lipogênese de-novo,um passo crucial no desenvolvimento do NAFLD21. Pa é mostrado como altamente tóxico22; portanto, pode não ser recomendado induzir esteatose in vitro. OA (C 18:1) é um ácido graxo monoinsaturado. Em contraste com a AF, foi sugerido que a OA possui propriedades anti-inflamatórias e antioxidantes, sendo capaz de neutralizar a PA12. Tanto a AF quanto a OA são os principais ácidos graxos presentes nos triglicérides, independentemente da condição de saúde ou doença16. A Tabela 1 fornece exemplos da cultura hepatocitte com PA, OA e sua mistura, bem como os resultados relatados12,23,24,25,26,27. Outros ácidos graxos também têm sido utilizados na cultura hepatocita, incluindo ácido esteárico (C 18:0)28,29,30, ácido linoleico (C 18:1)28,30,31 e seus conjugados (CLA)28,32, ácido palmitoleico (C 16:1)29. No entanto, seu uso é menos frequentemente relatado na literatura, talvez porque sua abundância hepática é menor que a PA e OA16.

Em conjunto, ambos os ácidos graxos se assemelham à esteatose in vitro,proporcionando células proliferadoras, com maior morte celular e menor viabilidade em comparação com as condições de controle. Vale ressaltar que os respectivos sais desses ácidos graxos estão disponíveis e também podem ser usados. Um dos principais problemas na avaliação da sobrecarga lipídica na cultura celular hepatocitte é dado na diferenciação entre modelos toxicológicos e um modelo que melhor representa a esteatose. Muitos modelos podem ser contabilizados no primeiro caso. De fato, o uso apenas de PA pode ser considerado entre eles, e a alta mortalidade é o desfecho mais evidente12,16,23,24,25,26,27. O uso de altas doses mesmo no caso de OA também pode ser considerado como um modelo toxicológico. O protocolo aqui mostrado está em maior conformidade com o desenvolvimento da esteatose, pois mostra baixa mortalidade em comparação com o observado em outros modelos e permite que seja seguido durante vários dias com acúmulo progressivo de lipídios como ocorre na NAFLD. A possibilidade de avaliar esteatose leve e grave por meio de condições experimentais é considerada outra vantagem.

Ácidos graxos Condições Resultados Referência
PAPAI Concentração: 200 μM Acúmulo de lipídios Yan et al, 201925.
Exposição de tempo: 24 h Dano à hepatocita
Elevação de transminases
PAPAI Concentração: 50, 100 e 200 μM Acúmulo de lipídios Xing et al, 201924.
Exposição de tempo: 24 h
PAPAI Concentração: 250 μM , 500 μM, 750 μM e 1.000 μM Acúmulo de lipídios Wang et al, 202026.
Exposição de tempo: 24 h Redução progressiva da viabilidade celular
Mistura de OA/PA Concentração: 1 mM Acúmulo de lipídios Xiao et al, 202027.
Exposição de tempo: 24 h Não relata lipotoxicidade
Taxa: 2OA:1PA
Mistura de OA/PA Primeiro estimulação com 200 μM e 400 μM de PA e depois segundo estímulo com 200 μM de OA Acúmulo de lipídios. Zeng et al, 202012.
Concentração:400 μM PA: 200 μM OA A evidência de lipotoxicidade induzida pela AF foi reduzida por estimulação de OA.
Taxa: 2PA:1OA
Exposição de tempo: 24 h
Mistura de OA/PA Concentração: 400 μM PA: 200 μM OA Acúmulo de lipídios Chen et al, 201823.
Taxa: 2PA:1OA
Exposição de tempo: 24 h
Mistura de OA/PA Concentração :50 e 500 μM Geração de dois tipos de esteatose: esteatose leve e
esteatose grave.
Campos e Guzmán 2021
Taxa: 2PA:1OA Simula exposição crônica de sobrecarga lipídica
Exposição de tempo: 24h, 2 dias,3 dias e 4 dias.

Mesa 1. Cultura hepatocita em condições esteatogênicas. A tabela apresenta o tipo de ácido graxo utilizado, as condições mantidas e os desfechos observados na cultura hepatócica. Pa: Ácido palmítico. Ácido oleico.

Por fim, este modelo é aplicável não apenas ao estudo da esteatose e fígado gorduroso, mas também às vias hepáticas metabólicas, sintéticas e desintoxicação no contexto da esteatose. Além disso, a esteatose in vitro induzida pode fornecer evidências para a identificação de potenciais marcadores da doença, bem como alvos terapêuticos.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Preparação média padrão e condicionada

  1. Para preparar o RPMI padrão 1640, suplemente o meio de cultura RPMI 1640 com 10% (v/v) de soro bovino fetal (FBS, anteriormente inativado) e 1% (v/v) da solução penicilina-estreptomicina. Armazene o meio a 4 °C.Esterilizar usando filtros de 0,22 μm.
  2. Para preparar a solução de estoque palmitato, prepare uma solução de 50 mM de palmitato no RPMI padrão 1640 previamente suplementado com 1% de albumina de soro bovino (livre de lipídios). Um volume de 5-10 mL deste estoque será suficiente. Esterilize a solução de estoque utilizando filtros de 0,22 μm. Armazene a 4 °C protegido da luz por até 1 mês.
  3. Para preparar a solução de estoque oleate, prepare uma solução de 50 mM de oleate no RPMI padrão 1640 previamente suplementado com 1% de albumina de soro bovino (livre de lipídio). Um volume de 10 mL será suficiente. Esterilize a solução de estoque utilizando filtros de 0,22 μm. Armazene a -20 °C protegido contra luz por até 1 mês.
  4. Para preparar o meio esteatogênico dos estoques previamente preparados, prepare um palmitato de 1 parte: meio esteatogênico oleatogênico de 2 partes em dois níveis possíveis: esteatose leve e grave.
    1. Steatosis leve: Prepare 100 mL de uma palmitate de 1 parte: mistura de oleato de 2 partes (50 μM) no RPMI padrão 1640. Esterilize usando filtros de 0,22 μm. Guarde a 4 °C por até 1 semana.
    2. Steatosis grave: Prepare 100 mL de uma palmitate de 1 parte: mistura de oleato de 2 partes (500 μM) no RPMI padrão 1640. Esterilize usando filtros de 0,22 μm. Guarde a 4 °C por até 1 semana.
    3. Preparação alternativa para as soluções de estoque.
      1. Prepare ambas as soluções de estoque usando os respectivos ácidos graxos usando albumina lipídica gratuita, conforme indicado acima.
      2. Quando não ter albumina lipídica livre, use palmitato e sais de oleato.
        1. Dissolva palmitato ou oleate em 2 mL de etanol absoluto e, em seguida, misture no volume final do RPMI padrão 1640 (5-10 mL). Dissolva oleate diretamente mexendo no meio de cultura RPMI padrão 1640.
        2. Permitir a evaporação do etanol incubando em um banho de água a 70 °C; Homogeneizar.
      3. Em todos os casos, esterilize ambas as soluções de estoque usando filtros de 0,22 μm. Armazene a solução de estoque palmitate a 4 °C e a solução de estoque oleate a - 20 °C. Proteja ambas as soluções da luz. Essas soluções estão estáveis por 1 mês.

2. Pré-cultura

  1. Semente 100.000 células HepG2 por poço em uma placa de 24 poços. Adicione 1 mL de RPMI padrão 1640.
  2. Pré-incubação a 37 °C e 5% de CO2 por 24 h, permitindo a fixação celular.

3. Cultura esteatogênica

  1. Após a pré-cultura, descarte o meio RPMI padrão 1640 e adicione o meio esteatogênico em conformidade.
  2. Descarte o supernasal e adicione meio esteatogênico fresco a cada 24 horas.

4. Avaliação de viabilidade e mortalidade

  1. Semente 100.000 células HepG2 por poço em uma placa de 24 poços. Adicione 1 mL de RPMI padrão 1640.
  2. Pré-incubação por 24h a 37 °C e 5% de CO2.
  3. Alterar o meio RPMI padrão 1640 para o meio esteatogênico.
  4. Incubar por 24h, 2 dias, 3 dias e 4 dias refrescando o meio esteatogênico a cada 24h.
  5. Após o tempo apropriado, descarte o supernatante.
  6. Despemar células do poço adicionando 500 μL de 0,05% Trypsin-EDTA. Incubar por 5 min a 37 °C e 5% de CO2.
  7. Colete as células resuspended em um microtubo.
  8. Centrifugar a 300 x g e descartar o supernatante.
  9. Adicione 200 μL de RPMI padrão 1640 e resuspense as células.
  10. Adicione 15 μL de solução azul Trypan de 0,4% em um microtubo fresco. Misture com 15 μL da suspensão anterior da célula.
  11. Conte as células manchadas e não manchadas em um hemócito.
  12. Calcule as taxas de viabilidade e mortalidade em conformidade.
    Viabilidade =
    Equation 1
    Mortalidade =
    Equation 2

5. Mancha lipídica com O-Vermelho-Óleo

  1. Coloque uma cultura celular em cada poço em uma placa de 24 poços.
  2. Sementes 100.000 células HepG2 por poço. Adicione 1 mL de RPMI padrão 1640.
  3. Pré-incubação a 37 °C e 5% de CO2 por 24 h.
  4. Alterar o meio RPMI padrão 1640 para o meio esteatogênico.
  5. Incubar por 24h, 2 dias, 3 dias e 4 dias, refrescando o meio esteatogênico a cada 24h.
  6. Após o tempo apropriado, descarte o supernatante.
  7. Lave com 1 mL de salina tamponada de fosfato (PBS). Descarte o supernatante.
  8. Corrija com 1 mL de 4% de paraformaldeído em PBS.
  9. Incubar por 1h à temperatura ambiente.
  10. Descarte o excesso de paraformaldeído.
  11. Enxágüe as células com 1 mL de água destilada.
  12. Adicione 1 mL de isopropanol de 70% e incubar por 5 min.
  13. Descarte o excesso de isopropanol. Uma lavagem pbs não é necessária neste momento.
  14. Adicione 1 mL de solução O vermelho-óleo e incubar por 30 min.
  15. Descarte o excesso da solução O vermelho-óleo.
  16. Enxágüe com 1 mL de água destilada.
  17. Adicione 500 μL de solução de hematoxilina. Incubar por 3 min.
  18. Descarte o excesso de solução de hematoxilina.
  19. Enxágüe com 1 mL de água destilada.
  20. Observe sob o microscópio em uma ampliação de 400x (Objetivo 40x, Ocular 10x).

6. Avaliação morfométrica do conteúdo lipídudo

  1. Selecione e capture aleatoriamente fotografias de 10 campos ópticos da área completa do poço. Repita para cada poço.
  2. Avalie a porcentagem de área manchada de vermelho utilizando a ferramenta Limiar de Cor no software ImageJ de acordo com Ferreira e Rasband33.
  3. Compare a área manchada com a área completa do campo óptico utilizando a ferramenta Analisar Partículas no software ImageJ de acordo com Ferreira e Rasband33.
  4. Calcule a porcentagem média de cada poço.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Hepatócitos cultivados no meio esteatogênico apresentam crescimento em toda a superfície do poço; no entanto, hepatócitos gordurosos apresentam menor taxa de crescimento em comparação com células cultivadas no meio de controle. A proporção proposta e concentração de OA e PA, garantem a sobrevivência celular durante a cultura. Semear 1 x 105 células por poço em placas de 24 poços fornece confluência ideal como mostrado na Figura 1.

A viabilidade nas células cultivadas foi menor nos grupos esteatogênicos, Leves e Graves, em comparação com as condições de controle. De fato, a viabilidade diminuiu progressivamente à medida que o tempo da cultura aumentava, atingindo o menor de 60% aos 4 dias em esteatose grave(Figura 2A). Assim, a taxa de mortalidade foi maior nos hepatócitos cultivados nas condições esteatogênicas, e aumentou progressivamente com o tempo de exposição aos lipídios(Figura 2B). O número de células aumentou progressivamente como resultado da proliferação(Figura 2C). No entanto, a taxa de proliferação foi menor em esteatose leve em 3 dias e 4 dias. Em contrapartida, a esteatose grave foi associada à menor proliferação a partir de 24 h.

As células hepG2 cultivadas no protocolo proposto mostram a característica mais importante da esteatose, o acúmulo lipíduo intracelular. As células de coloração com Óleo Vermelho O permitiram observar pelo menos um aumento de duas vezes de gotículas lipídicas em células cultivadas sob condições esteatogênicas, como mostrado na Figura 3 e Figura 4. A gordura intracelular aumentou de acordo com o tempo de exposição da cultura no meio esteatogênico (Figura 3). Em Leve esteatose, o conteúdo lipídudo foi aumentado a partir do dia 2, enquanto em esteatose grave, eles foram significativamente elevados a partir de 24 h.

Figure 1
Figura 1: Crescimento celular. Hepatócitos hepG2 em controle (Figura 1A-D) e condições esteatogênicas leves(Figura 1E-H). Fotografias mostram crescimento de 1 a 4 dias de cultura. Barra de escala = 500 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: Taxas de viabilidade e mortalidade. (A) Viabilidade. (B) Mortalidade. (C) Número de celular. A cultura hepG2 hepatócitos em controle e as condições esteatogênicas foram avaliadas para as taxas de viabilidade e mortalidade pela coloração azul trypan. Mean ± SD. Dois experimentos independentes em triplicado por tempo de cultura. Círculos: condições de controle; Quadrados: esteatose leve; Triângulos: esteatose grave. A ANOVA unidirecional foi utilizada para comparar entre condições e tempo de cultura para a mesma condição. p < 0,05 foi considerado significativo: "*"- controle vs esteatose grave; "§"- controle vs esteatose leve; "¶"- esteatose leve vs grave. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3: Acúmulo de lipídios. A cultura hepatócitos hepG2 no controle e as condições esteatogênicas foram avaliadas para o conteúdo lipídudo por manchas oleosas vermelhas O seguidas de uma análise morfométrica usando o software ImageJ (NIH, EUA). A porcentagem de lipídios refere-se à porcentagem de área manchada por O -Vermelho-Óleo (lipídios) considerando 100% como a área completa de cada campo óptico analisado. Mean ± SD. Dois experimentos independentes em triplicado por tempo de cultura. Círculos: condições de controle; Quadrados: esteatose leve; Triângulos: esteatose grave. A ANOVA unidirecional foi utilizada para comparar entre condições e tempo de cultura para a mesma condição. p < 0,05 foi considerado significativo: "*"- controle vs esteatose grave; "§"- controle vs esteatose leve; "¶"- esteatose leve vs grave. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4: Esteatose in vitro. HepG2 hepatócitos cultura em controle (Figura 4A-D),esteatogênica leve(Figura 4E-H), e severas condições esteatogênicas(Figura 4I-L) foram avaliadas para o conteúdo lipídico pela coloração O vermelha do óleo. As fotografias mostram gotículas lipídicas hepatócicas das 24h às 4 horas. Barra de escala = 50 μm. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Este protocolo destina-se a fornecer uma estratégia para estudar esteatose in vitro. A cultura celular é uma ferramenta poderosa para estudar aspectos celulares, moleculares, bioquímicos e toxicológicos das células expostas a diferentes condições. Com essa abordagem, a esteatose pode ser visualizada não apenas como um estágio da doença complexa que é a MAFLD, mas também como a superexposição hepatocita aos lipídios e os possíveis desfechos resultantes dessa exposição. Portanto, sua aplicação não se restringe à fisiopatologia do MAFLD, mas ao fato de que pacientes com fígado gorduroso estão expostos a drogas terapêuticas, contaminantes, entre outras condições que podem ser afetadas pela esteatose. Assim, esse protocolo possui aplicações potenciais em toxicologia, farmacologia e identificação de alvos terapêuticos para o tratamento da doença.

No desenvolvimento deste protocolo, uma das etapas mais críticas é a preparação da mistura esteatogênica: 1 parte do palmitato: 2 partes de oleato, que induz a esteatose do dia 2 (Figura 3, Figura 4), permitindo que os hepatócitos se proliferem - apesar de uma modesta diminuição na taxa de viabilidade e aumento da taxa de mortalidade(Figura 2). No entanto, a diminuição da viabilidade não deve exceder 30%-40%, uma vez que isso pode representar um efeito tóxico em vez de um que possa ser seguido a longo prazo. Esteatose hepática é o resultado de uma superexposição a longo prazo para lipídios. Nesse sentido, os lipídios se acumulam, a princípio, com afetos leves nos hepatócitos, como observado neste modelo. Outra característica é o perfil de gotícula lipídica. Em esteatose leve, observa-se um aumento do tamanho das gotículas lipídicas durante a progressão da cultura (Figura 4E-H). Em esteatose grave, o tamanho da gotícula é consideravelmente maior em comparação com a esteatose leve(Figura 4I-L),enquanto os controles não apresentam alterações no tamanho da gotícula lipídica(Figura 4A-D).

É preferível armazenar a mídia esteatogênica leve e grave a 4 °C por até uma semana. Posteriormente, recomenda-se preparar meio esteatogênico fresco. No entanto, o estoque de OA pode ser preservado a -20 °C por até um mês, enquanto o estoque de PA pode ser armazenado a 4 °C por até um mês. O uso dessas soluções de estoque após o tempo sugerido pode representar um risco de degradação dos ácidos graxos. Para garantir a adequada concentração das soluções antes de cada uso, recomenda-se medir as concentrações de ácidos graxos por um kit de ensaio de ácidos graxos não esterificados (NEFA).

Pa e OA, bem como seus respectivos sais, têm sido utilizados separadamente para induzir o acúmulo de lipídios; no entanto, são observadas diferenças para cada ácido graxo16,20. Por um lado, palmitato usado sozinho é um bom indutor de esteatose. Induz morte celular, resistência à insulina hepática, disfunção mitocondrial, estresse reticular16,34,35,36. No entanto, a palmitato é altamente tóxica16,34, e os desfechos esperados de usá-lo sozinho na cultura incluem menor viabilidade e maior mortalidade em comparação com a mistura de PA e OA16,20. Por outro lado, o oleate também induz a esteatose. Induz de nova lipogênese, resistência à insulina37,38e hiperproliferação38. No entanto, os desfechos observados com oleato são muitas vezes mais leves em comparação com palmitato e a mistura16,20. Isso pode estar relacionado ao seu papel protetor. O oleato é o principal componente do azeite de oliva, um ingrediente-chave na dieta mediterrânea, uma das estratégias bem sucedidas bem-sucedidas contra o MAFLD39.

Este protocolo pode ser considerado como uma boa ferramenta para estudar esteatose devido à sua reprodutibilidade e ao pouco tempo necessário para obter resultados. Isso é comparado com o uso de modelos experimentais de MAFLD, acrescentando que não implica as questões éticas inerentes ao uso de modelos de roedores. Este protocolo permite ser seguido por vários dias, desde que o meio esteatogênico seja atualizado a cada 24 horas. Este modelo também é econômico e possui uma ampla gama de aplicações. Também pode ser ajustado para outras linhas celulares, não apenas hepatócitos, mas uma ampla gama de células afetadas pela superexposição lipídica durante a obesidade. Uma das limitações deste protocolo é o uso de células HepG2. Uma vez que esta é uma linha celular cancerígena, pode esconder ou aumentar alguns resultados. No entanto, a aplicação de células HepG2 nesses tipos de estudos é amplamente aceita devido à sua semelhança no metabolismo lipídico com hepatócitos saudáveis40. O uso da mistura PA:2OA também pode ser controverso, uma vez que não se assemelha totalmente aos perfis de NEFA observados no sangue dos pacientes NAFLD/MAFLD41. Outros ácidos graxos, incluindo ácidos linolenicos ou esteáricos, podem ser incluídos em outras modificações e melhorias deste protocolo. Outra limitação é o fato de que apenas um tipo de célula, hepatócitos, é estudado, sem a interação com outras células hepáticas presentes no fígado, incluindo endotelial sinusoidal, Kupffer, células estelares hepáticas, etc., que estão engajadas na progressão do MAFLD. Além disso, trata-se de um modelo para induzir a esteatose exclusivamente, sem progressão à esteatohepatite e fibrose.

Em conclusão, o estudo fornece um protocolo in vitro de esteatose hepatocitte fácil de implementar, reprodutível e com uma ampla gama de aplicações no estudo da esteatose, bem como a função hepatócito no contexto do fígado gorduroso.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Os autores não têm nada a revelar.

Acknowledgments

Este trabalho foi financiado pelo Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt, CB-221137). Adriana Campos é doutoranda no Programa de Doutorado em Ciencias Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México, e foi apoiada pela Conacyt (CVU: 1002502).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Biosafety cabinet ESCO Airstream AC2-452+C2:C26 Class II Type A2 Biological Safety Cabinet
Bottle top filter Corning, US 430513  Non-pyrogenic, polystyrene, sterile. 1 filter/Bag. 0.22 μm, 500 mL.
Bovine serum albimun (BSA) Gold Biotechnology, US A-421-10 BSA Fatty Acid Free for cell culture
Culture media RPMI 1640 ThermoFisher-Gibco, US 31800-022 -
Fetal Bovine Serum (FBS) ThermoFisher-Gibco, US A4766801 -
Hemocytometer Marienfeld, DE 640010 -
HepG2 cell line ATCC, US HB-8065 Hepatocellular carcinoma human cells.
Humidified incubator Thermo Electronic Corporation,US Model: 3110 Temperature (37 °C ± 1 °C), humidity (90% ± 5%) , CO2 (5% ± 1%)
Inverted microscope Eclipse NIKON, JPN Model: TE2000-S -
Isopropanol Sigma-Aldrich, US I9030-4L -
Oil Red O Kit Abcam, US ab150678 Kit for histological visualization of neutral fat.
Paraformaldehyde Sigma-Aldrich, US P6148-500G -
Penicillin/streptomycin ThermoFisher-Gibco, US 15140-122 Antibiotics 10,000 U/mL Penicillin, 10,000 μg/mL Streptomycin
pH meter Beckman, US Model: 360 PH/Temp/MV Meter -
Phosphate buffered saline ThermoFisher-Gibco, US 10010-023 -
Serological Pipettes Sarstedt, AUS 86.1253.001  Non-pyrogenic, sterile, 5 mL
Serological Pipettes Sarstedt, AUS  86.1254.001  Non-pyrogenic, sterile, 10 mL
Sodium bicarbonate Sigma-Aldrich, US S5761-1KG Preparation of culture media
Sodium oleate Santa Cruz Biotechnology, US sc-215879A -
Sodium palmitate Santa Cruz Biotechnology, US sc-215881 -
Syring filter Corning, US 431219  Non-pyrogenic, sterile, 28 mm, 0.2 μm.
Trypan Blue Sigma-Aldrich, US T6146-25G -
Trypsin 0.05% /EDTA 0.53 mM Corning, US 25-052-Cl -
24 well cell culture cluster Corning, US 3524 Flat bottom with lid. Tissue culture treated. Nonpyrogenic, polystyrene, sterile. 1/Pack.
96 well cell culture cluster Corning, US 3599 Flat bottom with lid. Tissue culture treated. Nonpyrogenic, polystyrene, sterile. 1/Pack.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Younossi, Z. M. Non-alcoholic fatty liver disease - a global public health perspective. Journal of Hepatology. 70 (3), 531-544 (2019).
  2. Younossi, Z., et al. Global perspectives on nonalcoholic fatty liver disease and nonalcoholic steatohepatitis. Hepatology. 69 (6), 2672-2682 (2019).
  3. Eslam, M., et al. A new definition for metabolic dysfunction-associated fatty liver disease: An international expert consensus statement. Journal of Hepatology. 73 (1), 202-209 (2020).
  4. Eslam, M., Sanyal, A. J., George, J. MAFLD: A consensus-driven proposed nomenclature for metabolic associated fatty liver disease. Gastroenterology. 158 (7), 1999-2014 (2020).
  5. Chalasani, N., et al. The diagnosis and management of nonalcoholic fatty liver disease: Practice guidance from the American association for the study of liver diseases. Hepatology. 67 (1), 328-357 (2018).
  6. Calzadilla Bertot, L., Adams, L. A. The natural course of non-alcoholic fatty liver disease. International Journal of Molecular Science. 17 (5), 774 (2016).
  7. Reccia, I., et al. Non-alcoholic fatty liver disease: A sign of systemic disease. Metabolism. 72, 94-108 (2017).
  8. Tomita, K., et al. Free cholesterol accumulation in hepatic stellate cells: Mechanism of liver fibrosis aggravation in nonalcoholic steatohepatitis in mice. Hepatology. 59 (1), 154-169 (2014).
  9. Byrne, C. D., Targher, G. Nafld: A multisystem disease. Journal of Hepatology. 62, 1 Suppl 47-64 (2015).
  10. Ipsen, D. H., Lykkesfeldt, J., Tveden-Nyborg, P. Molecular mechanisms of hepatic lipid accumulation in non-alcoholic fatty liver disease. Cellular and Molecular Life Sciences. 75 (18), 3313-3327 (2018).
  11. Diehl, A. M., Day, C. Cause, pathogenesis, and treatment of nonalcoholic steatohepatitis. New England Journal of Medicine. 377 (21), 2063-2072 (2017).
  12. Zeng, X., et al. Oleic acid ameliorates palmitic acid induced hepatocellular lipotoxicity by inhibition of ER stress and pyroptosis. Nutrition and Metabolism. 17, London. 11 (2020).
  13. Ore, A., Akinloye, O. A. Oxidative stress and antioxidant biomarkers in clinical and experimental models of non-alcoholic fatty liver disease. Medicina (Kaunas). 55 (2), 26 (2019).
  14. Paradies, G., Paradies, V., Ruggiero, F. M., Petrosillo, G. Oxidative stress, cardiolipin and mitochondrial dysfunction in nonalcoholic fatty liver disease. World Journal of Gastroenterology. 20 (39), 14205-14218 (2014).
  15. Aravinthan, A., et al. Hepatocyte senescence predicts progression in non-alcohol-related fatty liver disease. Journal of Hepatology. 58 (3), 549-556 (2013).
  16. Gomez, M. J., et al. A human hepatocellular in vitro model to investigate steatosis. Chemico Biological Interactions. 165 (2), 106-116 (2007).
  17. Wu, W. K. K., Zhang, L., Chan, M. T. V. Autophagy, NAFLD and NAFLD-related HCC. Advances in Experimental Medicine and Biology. 1061, 127-138 (2018).
  18. Levy, G., Cohen, M., Nahmias, Y. In vitro cell culture models of hepatic steatosis. Methods in Molecular Biology. 1250, 377-390 (2015).
  19. Kanuri, G., Bergheim, I. In vitro and in vivo models of non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD). International Journal of Molecular Science. 14 (6), 11963-11980 (2013).
  20. Ricchi, M., et al. Differential effect of oleic and palmitic acid on lipid accumulation and apoptosis in cultured hepatocytes. Journal of Gastroenterology and Hepatology. 24 (5), 830-840 (2009).
  21. Lee, Y., et al. Serial biomarkers of de novo lipogenesis fatty acids and incident heart failure in older adults: The cardiovascular health study. Journal of the American Heart Association. 9 (4), 014119 (2020).
  22. Alnahdi, A., John, A., Raza, H. Augmentation of glucotoxicity, oxidative stress, apoptosis and mitochondrial dysfunction in Hepg2 cells by palmitic acid. Nutrients. 11 (9), 1979 (2019).
  23. Chen, X., et al. Oleic acid protects saturated fatty acid mediated lipotoxicity in hepatocytes and rat of non-alcoholic steatohepatitis. Life Sciences. 203, 291-304 (2018).
  24. Xing, J. H., et al. NLRP3 inflammasome mediate palmitate-induced endothelial dysfunction. Life Sciences. 239, 116882 (2019).
  25. Yan, H., et al. Insulin-like Growth Factor Binding Protein 7 accelerates hepatic steatosis and insulin resistance in non-alcoholic fatty liver disease. Clinical and Experimental Pharmacology and Physiology. 46 (12), 1101-1110 (2019).
  26. Wang, J., Hu, R., Yin, C., Xiao, Y. Tanshinone IIA reduces palmitate-induced apoptosis via inhibition of endoplasmic reticulum stress in Hepg2 liver cells. Fundamental and Clinical Pharmacology. 34 (2), 249-262 (2020).
  27. Xiao, Z., Chu, Y., Qin, W. IGFBP5 modulates lipid metabolism and insulin sensitivity through activating ampk pathway in non-alcoholic fatty liver disease. Life Sciences. 256, 117997 (2020).
  28. Avila, G., et al. In vitro effects of conjugated linoleic acid (CLA) on inflammatory functions of bovine monocytes. Journal of Dairy Science. 103 (9), 8554-8563 (2020).
  29. Malhi, H., Bronk, S. F., Werneburg, N. W., Gores, G. J. Free fatty acids induce JNK-dependent hepatocyte lipoapoptosis. The Journal of Biological Chemistry. 281 (17), 12093-12101 (2006).
  30. Oh, J. M., et al. Effects of palmitic acid on TNF-alpha-induced cytotoxicity in SK-Hep-1 cells. Toxicology In Vitro: An International Journal Published in Association with BIBRA. 26 (6), 783-790 (2012).
  31. Stellavato, A., et al. In vitro assessment of nutraceutical compounds and novel nutraceutical formulations in a liver-steatosis-based model. Lipids in Health and Disease. 17 (1), 24 (2018).
  32. Pachikian, B. D., et al. Implication of trans-11, trans-13 conjugated linoleic acid in the development of hepatic steatosis. PLoS One. 13 (2), 0192447 (2018).
  33. Ferreira, T., Rasband, W. Analyze. ImageJ User Guide. , Ch. 30 132-135 (2012).
  34. Geng, Y., Wu, Z., Buist-Homan, M., Blokzijl, H., Moshage, H. Hesperetin protects against palmitate-induced cellular toxicity via induction of GRP78 in hepatocytes. Toxicology and Applied Pharmacology. , 404 (2020).
  35. Geng, Y., et al. Protective effect of metformin against palmitate-induced hepatic cell death. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Basis of Disease. 1866 (3), 165621 (2020).
  36. Sarnyai, F., et al. Effect of cis- and trans-monounsaturated fatty acids on palmitate toxicity and on palmitate-induced accumulation of ceramides and diglycerides. International Journal of Molecular Science. 21 (7), 2626 (2020).
  37. Chen, J. W., et al. Tetrahydrocurcumin ameliorates free fatty acid-induced hepatic steatosis and improves insulin resistance in HepG2 cells. Journal of Food and Drug Analysis. 26 (3), 1075-1085 (2018).
  38. Burhans, M. S., et al. Hepatic oleate regulates adipose tissue lipogenesis and fatty acid oxidation. Journal of Lipid Research. 56 (2), 304-318 (2015).
  39. Abenavoli, L., Milanovic, M., Milic, N., Luzza, F., Giuffre, A. M. Olive oil antioxidants and non-alcoholic fatty liver disease. Expert Reviews in Gastroenterology and Hepatology. 13 (8), 739-749 (2019).
  40. Nagarajan, S. R., et al. Lipid and glucose metabolism in hepatocyte cell lines and primary mouse hepatocytes: A comprehensive resource for in vitro studies of hepatic metabolism. American Journal of Physiology - Endocrinology and Metabolism. 316 (4), 578-589 (2019).
  41. Hodson, L., Skeaff, C. M., Fielding, B. A. Fatty acid composition of adipose tissue and blood in humans and its use as a biomarker of dietary intake. Progress in Lipid Research. 47 (5), 348-380 (2008).

Tags

Medicina Edição 171
Um modelo de esteatose experimental <em>in vitro</em>: cultura celular hepatocitada em meio lipídidamente condicionado
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Campos-Espinosa, A., Guzmán, C. More

Campos-Espinosa, A., Guzmán, C. A Model of Experimental Steatosis In Vitro: Hepatocyte Cell Culture in Lipid Overload-Conditioned Medium. J. Vis. Exp. (171), e62543, doi:10.3791/62543 (2021).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter