이 프로토콜은 폐경 전 또는 폐경 후 인간 질 조직에서 일차 섬유아세포를 분리하는 신뢰할 수 있고 효과적인 기술을 보여줍니다. 질 섬유아세포 분리를 위한 기존 프로토콜은 노화 조직에서 세포 분리의 문제를 고려하지 않습니다. 질 조직은 골반 장기 탈출증 수술 후 여성으로부터 얻었다.
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이 프로토콜은 폐경 전 또는 폐경 후 인간 질 조직에서 일차 섬유아세포를 분리하는 신뢰할 수 있고 효과적인 기술을 보여줍니다. 질 섬유아세포 분리를 위한 기존 프로토콜은 노화 조직에서 세포 분리의 문제를 고려하지 않습니다. 질 조직은 골반 장기 탈출증 수술 후 여성으로부터 얻었다.
골반 장기 탈출증은 여성의 삶의 질에 심각한 영향을 미치는 질환입니다. 근육과 인대가 약해지고 골반 장기가 골반 아래쪽으로 떨어지면서 질이 부풀어 오를 때 발생합니다. 골반 장기 탈출증을 교정하기 위한 수술이 주요 치료법입니다. 최근에는 세포 수준에서 탈출증이 있는 환자의 조직 구성을 연구하는 것에 대한 관심이 높아지고 있습니다.
현재 세포 기반 요법에 대한 기증자 또는 환자 연령의 영향에 대해서는 거의 합의된 바가 없습니다. 질 섬유아세포 분리를 위해 현재 발표된 프로토콜은 폐경 전 조직에 집중하거나 기증자 조직의 나이에 대한 언급을 소홀히 합니다. 대부분의 기존 프로토콜은 동물 모델을 사용합니다. 인간 질 조직의 일관성은 대부분의 프로토콜에 사용되는 조직보다 밀도가 높습니다. 이 연구에서 인간의 질 조직은 주로 나이가 많은 기증자로부터 얻어졌는데, 이는 기존 프로토콜의 실패에 기여했을 가능성이 있습니다.
이 연구의 목적은 기증자의 연령과 폐경기 상태에 관계없이 인간 질 섬유아세포를 안정적으로 획득하기 위한 표준 프로토콜을 설명하는 것입니다. 결과는 골반 장기 탈출증 수술을 받은 9명의 개별 기증자의 조직을 사용하여 재현되었습니다. 6명의 환자는 폐경 후였으며 최고령 기증자는 78세였습니다. 조직 기증자의 평균 연령은 59세였다.
여기에서는 단일 기증자로부터 여러 질 생검의 효소 및 기계적 해리와 세포 현탁액 풀링의 조합을 사용하여 섬유아세포가 풍부한 단일 세포 현탁액을 생성하는 신뢰할 수 있는 방법을 설명합니다. 인간 질 원발성 섬유아세포의 신뢰할 수 있는 분리는 골반 장기 탈출증 및 마이크로바이옴-숙주 상호 작용 연구에 유용할 수 있습니다.
과학 및 연구 분야에서의 성별 불균형은 지속적인 문제입니다. 주로 여성에게 영향을 미치는 장애에 대한 연구는 자금이 부족하다1. 골반 장기 탈출증은 여성의 성별과 밀접한 관련이 있는 질환입니다. 근육과 인대가 약해지고 골반 장기가 골반 아래쪽으로 떨어지면서 질이 부풀어 오를 때 발생한다2. 이 병태생리학의 맥락에서 세포 상호 작용에 대해서는 알려진 바가 거의 없으며, 조직 수준 요인이 외과적 중재의 성공에 어떤 영향을 미치는지에 대해서는 알려진 바가 거의 없다3.
세포주보다는 일차 세포가 생리학적 관련성을 더 많이 제공하는 중개 임상 연구에 필수적인 것으로 널리 인식되고 있다4. 일차 세포는 관심 있는 신체 조직에서 직접 채취하며 보다 정확하게 생체 내 생리학을 모방할 수 있습니다. 인간 질에서 원발성 섬유아세포를 분리하는 것은 연령 및 폐경기 상태와 같은 주요 기증자 특성을 고려하여 골반 장기 탈출증의 생물학적 메커니즘 및 질병 모델링을 연구하는 데 유용할 수 있습니다.
골반 장기 탈출증은 일반적으로 노인이나 폐경 후에 발생합니다. 이 질환을 연구하는 데 있어 일차 섬유아세포 세포의 분리 및 증식은 세포 개체수 감소와 고령기증자의 클론생성 능력으로 인해 까다롭다5. 우리의 경험에 비추어 볼 때, 질 조직의 해리를 위해 이전에 설명된 프로토콜을 사용해도 표준 1cm2 조직 생검에서 섬유아세포를 추출하지 못했습니다.
문헌 검토를 통해 우리는 유사한 연구가 murine6과 같은 동물 모델과 인간 모델 7,8의 두 그룹으로 세분화된다는 것을 발견했습니다. 마우스 프로토콜을 따를 때, 인간 질 조직의 조직 처리를 위해 가위를 사용하면 기계적 소화가 부적절했습니다. 쥐 조직 및 다른 조직 부위9를 이용한 프로토콜의 외삽은 성공하지 못했다.
인간의 질 샘플을 사용한 대부분의 논문은 골반 장기 탈출증이 있는 폐경 전 개인의 조직을 활용했다 7,10. 몇몇 논문에서 폐경 전과 폐경 후 모두의 샘플을 사용했다고 보고했지만11 나이가 많거나 폐경 후 기증자로부터 섬유아세포를 성공적으로 분리하는 데 사용되는 프로토콜에 대해 충분히 자세히 설명하지 않았습니다. 폐경 후 조직에서 섬유아세포를 이용한 분리 및 질병 모델링은 골반 장기 탈출증의 세포 병태생리를 이해하는 데 필수적일 수 있는데, 이는 골반 장기 탈출증이 폐경 후 10년 동안 개인에서 가장 많이 발생하기 때문이다12.
우리는 기계적 및 효소적 해리의 조합을 사용하여 인간 질 조직에서 섬유아세포 농축 단세포 현탁액을 분리하고 배양하는 방법을 설명합니다. 이 기사는 폐경 후 또는 노화하는 인간 질 섬유아세포를 획득하는 방법에 대한 신뢰할 수 있는 프로토콜에 대해 설명합니다. 비멘틴(vimentin), F-액틴(F-actin) 및 α-평활근 액틴(α-SMA)의 발현을 평가하기 위해 위상차 현미경 및 면역형광(IF)을 사용한 형태학적 검사를 통해 분리된 세포가 섬유아세포임을 확인했습니다.
질 조직은 골반 장기 탈출증 수술을 받은 여성으로부터 얻었다. 수술 후 채취한 질 조직은 폐기물로 간주되어 폐기되었습니다. 이 연구는 기관 지침에 따라 수행되었으며 매사추세츠 일반 브리검의 기관 검토 위원회의 승인을 받았습니다.
1. 환자로부터 질 조직 채취
2. 조직 가공 및 소화
3. 세포 배양
골반 장기 탈출증 수술을 받은 10명의 독립적인 기증자로부터 질 조직을 수집했습니다. 설명된 프로토콜을 사용하여 세포를 인간 질 조직으로부터 분리했습니다. 세포 집단은 특징적으로 길쭉하고 평평하며 방추형 모양을 가졌습니다. 다른 연구와 마찬가지로, 우리는 기증자의 나이가 증가함에 따라 섬유아세포의 세포 두배가 용량이 현저히 느려지고 클론생성 능력이 감소하는 것을 관찰했습니다. 이러한 차이는 고령자(75-78세)에서 분리한 섬유아세포와 젊은 개인(35-47세)에서 분리한 섬유아세포를 비교할 때 두드러졌습니다. 중년 기증자의 세포는 중간 프로필(56-61세)을 나타냈습니다. 세포 증식 속도는 초기에 알려진 것과 동일한 파종 밀도를 가진 위상차 현미경을 사용하여 직접 시각화하여 추정했습니다.

그림 1: 프로토콜의 다이어그램 표현. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 1은 dissociation and isolation 프로토콜의 다이어그램 표현을 보여줍니다. 이러한 단계에 따라 이 프로토콜은 세포를 과배양할 수 있는 충분한 세포 수를 가진 기증자 10명 중 9명에서 1차 섬유아세포 분리의 90% 성공률을 보였습니다. 기증자의 평균 연령은 59세였다.
| 프로토콜(저자, 연도) | 원래 프로토콜의 기증자 조직 | 기증자 수 | 기증자 연령(년) | 얻어진 섬유아세포(Fibroblasts) | 형태학 |
| Ruiz-Zapata 외, 2013 | 인간의 질 | 3 | 56-78 | 아니요 | 해당 없음 |
| 칸 외, 2016 | 쥐의 귀와 꼬리 | 2 | 48-65 | 아니요 | 해당 없음 |
| Waise 외, 2019 | 인체 조직 | 3 | 56-75 | 아니요 | 해당 없음 |
| 나달루티 외, 2020 | 인간의 포피 | 1 | 65 | 아니요 | 해당 없음 |
| 전류 | 인간의 질 | 10 | 35-79 | 예 | 스핀들 모양 |
표 1: 인간 질 섬유아세포의 성공적인 분리를 위한 프로토콜 비교. 기존의 다른 프로토콜을 우리의 프로토콜과 비교하고 형태 학적 결과로 입증되었습니다.
표 1 은 본 연구에서 질 섬유아세포 분리를 시도하기 위해 다른 프로토콜을 사용한 결과를 보여줍니다. 우리는 질 점막 및 고령 기증자로부터 원발성 섬유아세포를 분리하기 위한 표준 프로토콜을 개발했다5.
우리는 표 1에 나열된 프로토콜을 포함하여 몇 가지 확립된 프로토콜을 테스트했으며 연구에서 이러한 프로토콜을 사용하여 세포 분리에 성공하지 못하는 것을 관찰했습니다. 우리는 그들의 한계에 대해 다음과 같은 이유를 제안합니다.
Ruiz et al.3 이 발표한 프로토콜은 근막을 긁어내고 조직을 작은 조각으로 자르는 것을 포함합니다. 우리의 경험상 근막을 구별하기 어렵고 긁어내려고 시도하면 세포 수율이 크게 감소할 수 있습니다. 이 방법은 간단하지만 중요한 세부 정보가 부족하여 일반화 가능성이 제한됩니다. 또한, 이 프로토콜의 기계적 소화는 더 조밀한 경향이 있는 폐경 후 조직에 충분하지 않은 것으로 보입니다.
Khan et al.9 및 Waise et al.13 에 의해 발표 된 프로토콜은 메스 기술에 비해 상당한 다방향 전단력을 도입하지 않는 조직 분쇄를 위해 가위를 사용합니다. 우리의 경험에 따르면 가위 방법도 효과적으로 작동하지 않았습니다.
마지막으로, 이식 방법을 사용한 Nadalutti et al.14 프로토콜은 우리 손에 섬유아세포를 성공적으로 생성하지 못했습니다. 이 방법은 폐경 후 조직의 특성으로 인해 효과가 떨어질 수 있으며, 섬유아세포를 성공적으로 해리하기 위해 보다 적극적인 기계적 및 효소적 처리가 필요할 수 있습니다.

그림 2: 0일째 부유 세포의 위상차 이미지. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2는 프로토콜을 사용하여 0일째에 중단된 세포를 보여줍니다.

그림 3: 3회의 1cm2 조직 생검의 통합 세포 현탁액에서 100x 배율로 배양 14일째 질 원발 섬유아세포의 위상차 이미지. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3 은 1cm² 크기의 조직 생검 3회의 풀링 셀 현탁액에서 100배 배율로 1차 섬유아세포를 보여줍니다.
섬유아세포 식별은 앞서 설명한 바와 같이 면역형광 기법에 의해 약간의 수정을 가하여 조사하였다. 원발성 질 세포의 세포 기원을 확인하기 위해 면역형광 염색을 통해 섬유아세포 기원의 특정 바이오마커를 사용했습니다. 세포는 폐경 전 및 폐경 후 조직 샘플에서 채취한 vimentin(그림 4), F-actin 및 α-SMA의 양성 염색을 기반으로 섬유아세포로 확인되었습니다(그림 5). 섬유아세포는 실험에 사용하기 위해 높은 생존율(>90%)로 증식하도록 배양되었습니다.

그림 4: 질 섬유아세포의 비멘틴(vimentin)의 양성 염색. 분리된 폐경 전 및 폐경 후 조직의 일차 섬유아세포를 IF 분석하고 이미지를 200배 확대하여 촬영했습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5: 질 섬유아세포의 F-actin 및 α-SMA의 양성 염색. IgG 대조군과 비교한 단백질 발현 결과. 이미지는 200x 배율로 수집되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
이전의 많은 연구에서는 인간의 질에서 일차 섬유아세포를 분리하는 방법을 보고했습니다 3,7. 몇몇 연구에서는 골반 장기 탈출증이 있는 폐경 전 개인의 인간 질 조직을 사용했다. 몇몇 논문에서 폐경 전 및 폐경후 개인의 조직 사용을 보고했지만7,11 나이가 많거나 폐경 후 기증자로부터 섬유아세포를 성공적으로 분리하는 데 사용되는 프로토콜에 대해 충분히 자세히 설명하지 않았습니다. 생식기 탈출증이 있는 폐경 후 여성의 질벽은 폐경 전 여성보다 더 두꺼우며, 이는 이 인구에서 고립의 어려움이 증가하는 원인일 수 있다13. 골반저 질환은 폐경 후 또는 그 이상의 연령대에서 가장 흔하기 때문에 폐경 후 기증자로부터 성공적으로 격리하는 것은 질병 모델링 및 조사에 필수적입니다.
우리는 35-78세의 기증자로부터 인간 질 섬유아세포를 성공적이고 일관되게 채취하고 배양하기 위한 프로토콜을 수립했습니다. 일차 질 세포의 세포 기원은 면역형광 염색을 통해 섬유아세포 기원의 바이오마커에 의해 확인되었습니다.
여기에 제시된 인간 질 섬유아세포 분리 절차는 일차 섬유아세포 세포의 분리 및 배양을 가능하게 합니다. 우리의 경험에 따르면, 일차 세포의 해리를 위해 동물9및 인간 3,14,16 조직에 대해 이전에 발표된 프로토콜을 사용한 경우, 이 연구에서 인간 질 샘플에서 섬유아세포를 추출하지 못했습니다14.
우리는 인간 질 조직에서 세포 해리가 발생하는 문제에 대한 두 가지 가능한 이유에 대한 가설을 세웠다: (1) 점막의 피부 두께는 고령 기증자에서 더 크고, 고령 기증자의 비점막 조직과 비교할 때 세포 해리를 더 어렵게 만든다13,17 (2) 섬유아세포의 밀도는 고령 개인에서 현저하게 감소할 수 있다17.
이러한 문제를 감안할 때 이 프로토콜에는 수정해서는 안 되는 몇 가지 중요한 단계가 있습니다. 첫 번째 중요한 단계는 매우 엄격한 기계적 소화를 구현하는 것입니다. 여기에서는 두 개의 메스 기술을 사용합니다. 우리의 경험에 비추어 볼 때, 조직을 다지기 위해 가위로 대체하면 인간 질 조직에서 섬유아세포를 분리할 만큼 충분히 작은 조각이 생성되지 않습니다.
또 다른 중요한 단계는 세포 현탁액을 풀링하고 단일 기증자로부터 3-4개의 전체 두께 생검(1cm2)을 풀링하는 것입니다. 이것은 지속적인 배양을 위한 충분한 세포를 얻기 위해 필요합니다. 모든 경우에서1cm2 보다 훨씬 더 많은 조직을 채취했는데, 이는 과도한 질 상피가 골반 장기 탈출증 수술의 필수적인 부분으로 다듬어지기 때문입니다. 이 연구에서는 다양한 기증자 간의 세포 특성과 증식을 조사하고 구별하기 위해 동일한 기증자로부터 유래한 세포 현탁액만 통합했습니다.
당사의 프로토콜은 뚜렷한 장점이 있습니다: 기계적 및 효소적 분해는 폐경 후 조직의 수율을 향상시키지만, 폐경 전 샘플에 부정적인 영향을 미치지 않습니다.
우리는 프로토콜에 대한 몇 가지 제한 사항을 인정합니다. 질 탈출증 수술이 수행되지 않는 상황에서는 인간 질 조직에 접근하는 것이 어려울 수 있습니다. 여러 조직 생검 샘플의 세포 현탁액을 풀링해야 하는 필요성도 제한 사항이 될 수 있습니다.
결론적으로, 인간 질 섬유아세포를 획득하기 위한 이 프로토콜은 골반저 질환, 특히 폐경 후 개인에 대한 향후 연구에 유용한 도구가 될 뿐만 아니라 여성 건강 연구에 중요한 추가 사항이 될 것입니다.
우리는 공개할 이해 상충이 없습니다.
매사추세츠 종합병원(Massachusetts General Hospital)의 빈센트 생식생물학 센터(Vincent Center of Reproductive Biology)의 모든 구성원과 빈센트 메모리얼 병원 재단(VIncent Memorial Hospital Foundation)의 아낌없는 지원에 감사드립니다. 귀중한 제안과 실험실 장비를 빌려준 Bo Rueda 박사와 그의 연구실에 특별한 감사를 드립니다.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| Amphotericin B | Bio Techne | B23192 | |
| 세포 여과기 (100 μ m) | ThermoFisher Scientific | 22363549 | |
| 원뿔형 원심분리기 튜브(15mL) | Fisher Scientific | 14-959-53A | |
| DMEM/F12 | ThermoFisher Scientific | 11320033 | |
| Feather 일회용 메스 No. 15 | Socorex | FB.15 | |
| Fetal Bovine Serum | Sigma Aldrich | NC1983075 | |
| High Clarity Conical Centrifuge Tubes (50 mL) | Fisher Scientific | 14-432-22 | |
| HulaMixer 샘플 믹서 | ThermoFisher Scientific | 15920D | |
| 인간 피브로넥틴 듀오셋 ELISA | R& D 시스템 | DY1918-05 | |
| 휴먼 프로 콜라겐 I 알파 1 듀오셋 ELISA | R& D Systems | DY6220-05 | |
| Liberase Research Grade | Sigma Aldrich | 05 401 119 001 | |
| 페니실린/스트렙토마이신(5000U/ml) | ThermoFisher Scientific | 15070063 | |
| 페트리 접시, 폴리스티렌(100 mm x 20 mm) | Millipore Sigma | P5606 | |
| 혈청 피펫(10 mL) | ThermoFischer Scientific | 170356N | |
| 멸균 주사기 (5 mL) | Fischer Scientific | 14-955-458 |
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