장내 신경교세포는 장 항상성 및 수술 후 합병증을 포함한 질병 진행에 대한 역할로 점점 더 인식되고 있습니다. 응급 탐색적 개복술에서 회복 중인 말 환자는 수술 후 염증성 질환의 위험이 높기 때문에 연구를 위해 반복 가능한 말 장 신경교세포 배양을 확립하는 것이 중요합니다.
방법 논문
장내 신경교세포는 장 항상성 및 수술 후 합병증을 포함한 질병 진행에 대한 역할로 점점 더 인식되고 있습니다. 응급 탐색적 개복술에서 회복 중인 말 환자는 수술 후 염증성 질환의 위험이 높기 때문에 연구를 위해 반복 가능한 말 장 신경교세포 배양을 확립하는 것이 중요합니다.
수술 후 염증성 질환인 말 산통(급성 복부)은 고객 비용, 환자의 불편함 및 입원 시간을 증가시킬 뿐만 아니라 많은 경우 생명을 위협하는 것으로 입증되었습니다. 장 세포의 독특한 집단인 장아교세포(enteric glia)는 위장 환경을 감지하고 주변 세포 유형과 소통하는 역할로 점점 더 인정받고 있습니다. 장아교세포와 장 상피 사이의 상호작용은 말 장아교세포가 어떻게 점막 장벽을 변화시켜 건강과 배앓이의 염증을 조절할 수 있는지를 규명하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.
이 상호작용을 연구하기 위해, 우리는 말 jejunum에서 일차 말 장 신경교세포(primary equine enteric glial cultures)를 확립하고 배양균을 배앓이에 존재하는 것으로 알려진 염증성 상태에 노출시키는 방법을 제시합니다. 1차 장 신경교세포(Primary enteric glial cultures)는 배앓이와 관련이 없는 이유로 안락사된 성체 말에서 얻었다. 장 융모와 lamina propria를 미세 절개하여 점막하를 노출시켰습니다. 분리된 점막하층은 콜라겐분해효소, 프로테아제, 소 혈청 알부민으로 2-3시간 동안 효소 소화를 거쳤다. 다음으로, 원심분리, 피펫팅 및 세포 여과기(40-100 μm)를 포함한 기계적 분해를 통해 ~400,000 cells/300 μL의 배지 농도로 0.05 mg/mL 폴리-L-라이신 코팅 웰에 도금하는 데 사용되는 펠릿을 수득했습니다.
합류 및 첫 번째 통과 후, 장 신경교세포는 그런 다음 말 재조합 IL-1β(0, 10, 25ng)에 24시간 동안 노출되었습니다. 배앓이 시 상피-신경교세포 상호작용을 모델링하기 위해, 대조군 또는 처리된 장내 신경교세포에 의해 조절된 배지를 이중 전극 EndOhm 챔버를 사용하여 경상피 전기 저항(TEER)을 측정하면서 합류 말 jejunal 단층에 직접 추가되었습니다. 이러한 데이터는 말 장신경교세포(equine enteric glial culture)의 많은 잠재적 영향력 있는 응용 분야 중 하나일 뿐입니다.
말 배앓이는 응급 상담을 위한 가장 흔한 의학적 증상입니다1. 말의 최대 17%가 외과적 교정이 필요하기 때문에 수술 후 결과를 높이기 위한 노력이 말 의학 연구의 최전선에 있어야 합니다2. 현재 수술 후 산통 환자는 패혈증/내독소혈증 쇼크(환자의 12.3%)와 수술 후 장폐색증(환자의 13.7%)을 포함하여 생명을 위협하는 여러 질환의 위험이 높습니다3. 수술 후 합병증에 대한 치료의 진전에도 불구하고 이러한 상태를 예방하거나 치료하기 위한 고급 치료법의 필요성은 계속되고 있습니다.
최근 연구에서는 배앓이 환자의 국소 및 전신 염증 상태를 강조하고 있다4. 예를 들어, 종양괴사인자(tumor necrosis factor, TNF) 알파, 인터루킨 1β(IL-1β), 인터루킨 6(interleukin 6, IL-6), 단핵구 화학유인 단백질(monocyte chemoattractant protein-1)과 같은 전염증성 단백질은 모두 정상 장 조직에 비해 배앓이 장 점막에서 발현이 유의하게 증가하는 것으로 나타났습니다4. 전신적 관점에서, 장 조직의 TNF 알파 증가는 수술 후 비위 역류의 위험 증가와 2 L 이상의 상관관계가 있음이 입증되었으며, 이는 수술 후 운동성 장애의 일반적인 측정치이다4. 또한 인터루킨 IL-1β 및 TNF 알파를 투여하면 패혈성 쇼크의 임상 징후를 유발할 수 있는 것으로 알려져 있다5.
배앓이 장 조직의 염증 상태와 수술 후 합병증과의 연관성에 대한 잠재적인 설명은 장 상피 장벽입니다. 건강에서, 장관을 둘러싸고 있는 원주형 상피의 단일 층을 연결하는 단단한 접합 복합체는 내강 함량과 박테리아 성분이 점막하 공간과 혈류에 도달하는 것을 제한하는 기능적 장벽을 제공합니다. 그러나 수술 중 배앓이와 관련된 장 폐색과 장 조작으로 인한 팽창과 손상은 이 장 장벽 기능을 방해할 수 있습니다.
장 벽의 기능적 구성 요소 전체와 관련하여, 장 신경계 내의 점막하 장내 신경교세포망은 염증 경로와 관련된 수술 후 합병증의 병태생리학적 발달에 중요한 것으로 나타났으며, 특정 치료 표적을 제공할 수 있다 6,7,8,9 . 장신경교세포는 위장관 전체에 존재할 뿐만 아니라 장 환경의 센서 역할을 하고, 장벽의 수많은 세포 유형을 통해 신호 전달에 영향을 미치며, 장 장벽을 직접 조절한다6. 그러므로, 장의 이러한 강력한 센서들이 부상과 염증에 의해 활성화될 것이고, 장벽 투과성의 변화와 같은 급성 반응을 일으킬 수 있을 것이라고 가정하는 것이 타당하다.
이 연구는 말 장아교세포의 배양, 보다 구체적으로는 염증성 말 장아교세포가 장 장벽 기능에 미치는 역할을 설명한 최초의 연구입니다. 여기에서는 말 점막하 장내 신경교세포의 1차 배양 방법과 염증성 IL-1β 노출에 대한 반응, IL-1β 노출 후 장내 신경교세포가 말 장세포 단층의 투과성에 미치는 영향 평가, 말 혈청 적용을 통한 봉쇄 가능성을 제시합니다.
말 장내 신경교세포(Equine enteric glial) 1차 배양균은 이 연구와 관련이 없는 이유로 바르비투르산염을 과다 투여하여 인도적으로 안락사시킨 세 마리의 말에서 얻었다. 배양 연구를 위해 선택된 말은 현재 위장 질환의 병력이 없는 성체 말이었다.
1. 점막하 말 장내 신경교세포 1차 배양
2. 면역형광 세포학
3. 점막하 말 장내 신경교세포 1차 배양 IL-1β 노출
4. 장세포 단층 생산을 위한 말 오가노이드 배양
참고: 2018년에 발표된 Stewart et al. 프로토콜에 따라, 냉동 은행된 은행 말 장 크립트 및 새싹이 2D 장내 검사를 위해 확장되었습니다10.
5. 염증성 사이토카인(inflammatory cytokine) 및 말 장내 신경교세포(equine enteric glial products)에 노출된 후 말 장세포 단층 투과성
6. 통계
효소 및 기계적 소화를 추가로 진행하여 점막하층(그림 1)에 말 jejunum을 미세해부하면 말 장아교세포의 생존 가능한 세포 배양을 생성할 수 있습니다. 세포는 다른 종의 장내 신경교세포(enteric glia)와 일치하는 방추형 세포의 우세를 가진 다형성(pleomorphism)을 보여주었습니다(그림 2A). 배양 결과, 선택적 신경교세포 마커인 신경교세포(glial fibrillary acidic protein, GFAP)에 대해 양성이었으며, 섬유아세포 오염이 적었습니다(alpha SMA, 그림 2B). 일부 경우에는 점막하층의 미세해부가 충분히 제어되지 않았으며, 섬유아세포 마커 평활근 액틴의 면역형광을 통해 관찰된 높은 비율의 섬유아세포로 배양물이 오염되었습니다(그림 3).
다음으로, 말 장내 신경교세포의 유용성에 대한 예로, IL-1β에 노출된 장내 신경교세포가 장 상피장벽 기능에 미치는 영향을 평가하였다. 24시간 동안 10 ng 및 25 ng IL-1β에 노출된 말 점막하 장내 신경교세포의 배지에 대한 기저측 노출은 투과성을 유의하게 증가시켰다(p=0.05 및 0.04, 대조 배지의 평균 = 0.9, 신경교세포의 평균 10 ng IL-1β 그룹 = 0.8, 95% 신뢰 구간 = -0.2 - 0.02, 신경교의 평균 25 ng IL-1β 그룹 = 0.8, 95% 신뢰 구간 = -0.1995 - 0.01060, n = 3-4) (그림 4A). 그러나 IL-1β에 노출된 장내 신경교세포에 의해 생성되고 설치류 모델12에서 장세포 투과성 증가를 유도하는 것으로 입증된 염증성 사이토카인인 기저외측 10-25 ng 말 IL-6에 말 상피 단층이 노출된 경우, 말 장세포 단층 투과성은 유의하게 증가하지 않았습니다(그림 4B)

그림 1: 미세해부와 효소 및 기계적 소화에 의한 말 jejunum에서 장내 신경교세포의 분리. (A) 제주눔은 항간막 경계를 따라 절단하고 점막 쪽을 위로 핀으로 고정하였다. (B) 장 융모를 현미경으로 시각화하고 희미한 lamina propria가 시각화될 때까지 부드럽게 긁어내어 제거했습니다. (C) 그런 다음 평활근 섬유가 반투명 점막하를 통해 보일 때까지 라미나 프로프리아층을 제거했습니다. (D) 점막하층을 텐트로 덮고 근육층에서 벗겨내어 필요에 따라 섬유질 태그를 절단했습니다. 이미지는 10x 해부 현미경(B,C)으로 획득했습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2: 말 점막하 장내 신경교세포 배양의 이미징. (A) 말 장내 신경교세포의 성상(화살표), 방추형(열린 화살촉) 및 신경절(닫힌 화살촉) 형태는 위상차 현미경으로 평가되었습니다. (B) 배양물의 순도는 GFAP에 대한 염색으로 평가되었으며, 섬유아세포 마커에 대한 평활근 액틴 스케일 바 = 100mm(A), 400mm(B)에 대해 평가했습니다. 약어 : GFAP = glial fibrillar acidic protein; DAPI = 4', 6-디아미디노-2-페닐린돌. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3: 실패한 말 점막하 장내 신경교세포 배양(equine submucosal enteric glia cultures)의 이미징. 배양물의 순도는 GFAP(빨간색)와 섬유아세포 마커인 평활근 액틴(녹색)에 대한 염색으로 평가되었으며, 이는 섬유아세포 오염의 많은 비율을 보여주었습니다. 노란색 화살촉은 GFAP를 나타내고 흰색 화살촉은 평활근 작용을 나타냅니다. 눈금 막대 = 400mm. 약어: GFAP = 신경교 섬유소 산성 단백질. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 염증성 사이토카인 및 염증성 신경교세포(inflammatory glial products) 노출에 따른 말 상피 단층 TEER. (A) 24시간 동안 10ng 및 25ng의 IL-1β에 노출된 말 점막하장 신경교세포의 배지에 대한 기저측 노출은 투과성을 유의하게 증가시켰습니다(*p = 0.05 및 0.04, 각각 n = 3-4). (B) IL-1β의 기저외측 25ng 및 말 IL-6의 10-25ng에 대한 말 장세포 단층 급성 노출은 말 상피 단층 투과성을 유의하게 증가시키지 않았습니다(n = 2-4). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
표 1: 분리 및 배양용 시약. 다음 시약을 사용하여 말 장 신경교 분리, 장 신경 교양 및 말 장 상피 줄기 세포 배양을 위한 배지를 제형화했습니다. 이 표를 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.
이 연구의 목적은 말 점막하 장신경교세포의 반복 가능한 1차 배양 방법을 개발하고 배앓이 시 상피-신경교세포 상호작용을 모델링하는 데 적용하는 것을 입증하는 것이었습니다. 말에서 새로운 장 신경교세포 분리 및 배양은 돼지 및 설치류 모델과 인간의 장 질환 경로를 이해하는 데 도움이 되는 것으로 입증되었습니다 6,7,13,14. 이 세포 집단을 연구하는 것은 장 환경의 상피하 센서로서의 역할뿐만 아니라 장 벽 내의 주변 세포와 상호 작용하고 통신하는 능력 때문에 잠재적으로 중요합니다. 이들의 예리한 감지 능력으로, 장 조직이 팽창, 허혈 및 잠재적으로 외과적 조작으로 인해 스트레스를 받는 말 산통에서 신경교세포의 잠재적으로 중요한 역할을 상상하는 것은 어렵지 않다6.
Lisowski et al.의 이전 연구는 배앓이 수술 시 말 장 조직의 염증 상태가 높아진 것을 보여주었습니다. 이러한 염증성 환경을 완화하는 것의 중요성은 장 장벽 기능을 방해할 수 있는 능력을 가진 제품을 합성할 수 있는 것으로 입증된 설치류 장아교세포(insent enteric glia) 배양에 의해 강조되고 있습니다 7,12. 장 내강 내용물이 장 벽으로 누출되면 염증 반응이 일어날 뿐만 아니라 순환계에 잠재적으로 침투하여 내독소 쇼크/패혈증을 유발할 수 있습니다. 불행히도 수술 후 말 배앓이 환자는 패혈증 및 수술 후 장폐색증을 포함한 수많은 염증성 수술 후 합병증에 시달리고 있으며, 이는 생존율과 환자의 편안함을 감소시킬 뿐만 아니라 고객 비용과 정서적 고통을 증가시킨다3. 배앓이 시 상피-신경교세포 상호작용 모델을 확립하면 배앓이에서 말 장 장벽 투과성의 잠재적 경로와 가능한 예방을 설명할 수 있습니다.
말 점막하 장아교세포의 배양은 종의 특성으로 인한 적응과 제한을 포함합니다. 가장 중요한 것은 효과적인 효소 분해에 필요한 시간을 적정해야 한다는 것입니다. 저자들은 37 °C에서 2-3 시간 동안 효소를 사용한 배양이 말 장 아교 세포의 성공적인 분리에 필요하다는 것을 발견했습니다. 또한, 패시에이징(passaging) 전에 말의 장내 배양이 80% 이상의 합류점에 도달하도록 허용하는 것은 배양 생존력에 해로운 것으로 보입니다. 이 날짜에 이 방법의 주요 제한 사항은 표본 크기입니다. 이 연구는 연구와 관련되지 않은 이유로 배앓이 수술 또는 안락사를 받는 말에서 얻은 조직/세포만을 대상으로 했습니다. 추가 피험자로부터 말 장아교세포의 지속적인 배양과 말 장아교세포의 동결 및 보관을 위한 프로토콜을 개발하는 것은 이 연구의 힘을 크게 증가시킬 것입니다.
이 연구는 말 배앓이 및 위장관 질환을 이해하는 데 도움이 되는 잠재적 방법론으로서 말 점막하 장염교세포 배양 및 말 장세포의 1차 배양의 새로운 유용성을 소개합니다. 또한, 고립된 장낭 및 오가노이드에서 성장한 말 상피 단층은 과거에 잘 확립되어 있었지만, 이 연구는 모델로서의 유용성을 계속 보여줄 뿐만 아니라 말 장 장세포 및 장 벽 내에서 발견되는 다른 세포 유형과의 상호 작용을 조사하는 추가 연구를 장려합니다.
이러한 세포 유형 간의 관찰된 상호 작용은 배앓이와 염증성 장 질환(IBD) 및 대장염과 같은 기타 염증성 위장 질환 모두에 대한 잠재적인 응용 프로그램을 포함합니다. 또한, 장아교세포(enteric glia) 및 장세포(enterocyte)에 대한 배양 방법의 지속적인 개선을 통해 향후 공동 배양 연구를 확립할 수 있을 것입니다. 또한, 본 연구는 상피 단층에 대한 근접성과 장 장벽 기능에 초점을 맞추기 때문에 점막하 장신경교세포에 초점을 맞추고 있지만, 장벽의 근장신경총에서 말 장신경교세포의 기능을 배양하고 평가하기 위한 추가 작업을 수행할 수 있으며, 이는 염증성 말 장신경교세포가 운동성에 미치는 영향을 결정하는 데 도움이 될 수 있다15.
저자는 공개할 이해 상충이 없습니다.
저자들은 이 프로젝트에 자금을 지원해 준 모리스 동물 재단(Morris Animal Foundation)에 감사의 뜻을 전한다.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 1 M HEPES 버퍼 | Gibco | 15630-080 | |
| 10 mM HEPES | Life Technologies | 15630-106 | |
| 2 mM GlutaMAX | Life Technologies | 25050-061 | |
| 4' 6-Diaminidino-2-Phenylindol | Invitrogen | D3571 | |
| Advanced DMEM/F12 | Life Technologies | 12634-010 | |
| 알파 평활근 액틴 항체 | Abcam | 7817 | |
| Amphotericin B | Sigma | AA9529 | 4.4 g/mL 스톡 분취량, 최종 농도 1.1 &마이크로; g/mL |
| 항진균제 1x | Gibco | 15240-096 | |
| B27 | Gibco | 12587010 | |
| 혈청 알부민 | Sigma | AA3311 | |
| BSA 50mg/mL 원액 | Sigma | A3311 | |
| CaCL2 | ACROS 유기적 | 206791000 | Equine Ringer ' 의 구성 요소 s 스톡 1: 다른 성분과 결합한 다음 이 스톡 100mL를 눈금이 매겨진 실린더에 넣고 탈이온수로 1L로 희석합니다. 5% CO2. 로 pH를 7.4로 조정 Equine Ringer와 결합' s 재고 2 완료 " 링거' s Solution"을 참조하십시오. |
| Collagenase | Sigma | 9891 | |
| DMEM-F12 매체 | Thermo Fisher | 11320033 | |
| 당나귀 토끼 방지 IgG Alexa Fluor 594 | Invitrogen | 21207 | |
| EVOM EndOhm 이중 전극 TEER 측정 챔버 | World Precision Instruments | EVM-EL-03-01 | |
| EVOM Manual for TEER Measurement | World Precision Instruments | EVM-MT-03-01 | |
| G5 | Gibco | 17503012 | |
| 겐타마이신 용액 | Sigma | G1272 | 최종 농도 20 &마이크로; g/mL |
| GFAP 항체 | Abcam | 4674 | |
| 염소 안티 마우스 IgG Alexa Fluor 488 | Invitrogen | 28175 | |
| IL-1β ELISA | Thermo Fisher | ESIL1B | |
| KCl | Thermo Fisher | P330-500 | Equine Ringer 구성 요소 s 스톡 1: 다른 성분과 결합한 다음 이 스톡 100mL를 눈금이 매겨진 실린더에 넣고 탈이온수로 1L로 희석합니다. 5% CO2. 로 pH를 7.4로 조정 Equine Ringer와 결합' s 재고 2 완료 " 링거' s Solution"을 참조하십시오. |
| L-글루타민 용액 | Corning | 25-00-Cl | |
| Matrigel | BD Bioscience | 354277 | |
| MgCl2 | Thermo Fisher | M33-500 | Equine Ringer' 구성 요소 s 스톡 1: 다른 성분과 결합한 다음 이 스톡 100mL를 눈금이 매겨진 실린더에 넣고 탈이온수로 1L로 희석합니다. 5% CO2. 로 pH를 7.4로 조정 Equine Ringer와 결합' s 재고 2 완료 " 링거' s Solution"을 참조하십시오. |
| N2 | Gibco | 17502048 | |
| Na2HPO4 | Thermo Fisher | BP332-1 | Equine Ringer' 구성 요소 s 스톡 2: 다른 성분과 결합한 다음 이 스톡 100mL를 눈금이 매겨진 실린더에 넣고 탈이온수로 1L로 희석합니다. 5% CO2. 로 pH를 7.4로 조정 Equine Ringer와 결합' s 재고 1 완료 " 링거' s Solution"을 참조하십시오. |
| NaCl | Thermo Fisher | S271-10 | Equine Ringer의 구성 요소 s 스톡 1: 다른 성분과 결합한 다음 이 스톡 100mL를 눈금이 매겨진 실린더에 넣고 탈이온수로 1L로 희석합니다. 5% CO2. 로 pH를 7.4로 조정 Equine Ringer와 결합' s 재고 2 완료 " 링거' s Solution"을 참조하십시오. |
| NaH2PO4 | Thermo Fisher | BP329-500 | 말 링거의 구성 요소 s 스톡 2: 다른 성분과 결합한 다음 이 스톡 100mL를 눈금이 매겨진 실린더에 넣고 탈이온수로 1L로 희석합니다. 5% CO2. 로 pH를 7.4로 조정 Equine Ringer와 결합' s 재고 1 완료 " 링거' s Solution"을 참조하십시오. |
| NaHCO3 | Thermo Fisher | S637-212 | 말 링거의 구성 요소 s 스톡 2: 다른 성분과 결합한 다음 이 스톡 100mL를 눈금이 매겨진 실린더에 넣고 탈이온수로 1L로 희석합니다. 5% CO2. 로 pH를 7.4로 조정 Equine Ringer와 결합' s 재고 1 완료 " 링거' s Solution"을 참조하십시오. |
| 펜/스트렙 용액 | Gemini | 400-109 | |
| Poly-L-lysine | Sigma | P2636 | 0.5 mg/mL in 1x borate buffer |
| Prism 소프트웨어 | GraphPad | ||
| Protease | Sigma | P4630 | |
| 중탄산나트륨 용액 | Sigma | S8761 | 7.5% 원액 |