Hier presenteren we een niet-genetische methode om menselijke autologe leversferoïden te genereren met behulp van mononucleaire cellen geïsoleerd uit steady-state perifeer bloed.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Hier presenteren we een niet-genetische methode om menselijke autologe leversferoïden te genereren met behulp van mononucleaire cellen geïsoleerd uit steady-state perifeer bloed.
Menselijke levercellen kunnen een driedimensionale (3D) structuur vormen die in staat is om enkele weken in cultuur te groeien, waardoor hun functionele capaciteit behouden blijft. Vanwege hun aard om te clusteren in de kweekschalen met lage of geen kleefeigenschappen, vormen ze aggregaten van meerdere levercellen die menselijke leversferoïden worden genoemd. De vorming van 3D-leversferoïden is afhankelijk van de natuurlijke neiging van levercellen om te aggregeren in afwezigheid van een kleefbaar substraat. Deze 3D-structuren hebben betere fysiologische reacties dan cellen, die dichter bij een in vivo omgeving staan. Het gebruik van 3D-hepatocytenculturen heeft tal van voordelen in vergelijking met klassieke tweedimensionale (2D) culturen, waaronder een meer biologisch relevante micro-omgeving, architecturale morfologie die natuurlijke organen opnieuw samenstelt, evenals een betere voorspelling met betrekking tot de ziektetoestand en in vivo-achtige reacties op geneesmiddelen. Verschillende bronnen kunnen worden gebruikt om sferoïden te genereren, zoals primair leverweefsel of onsterfelijke cellijnen. Het 3D-leverweefsel kan ook worden gemanipuleerd door menselijke embryonale stamcellen (hESCs) of geïnduceerde pluripotente stamcellen (hiPSC's) te gebruiken om hepatocyten af te leiden. We hebben menselijke leversferoïden verkregen met behulp van van bloed afgeleide pluripotente stamcellen (BD-PSC's) gegenereerd uit ongemanipuleerd perifeer bloed door activering van menselijk membraangebonden GPI-gebonden eiwit en gedifferentieerd tot menselijke hepatocyten. De van BD-PSC's afgeleide menselijke levercellen en menselijke leversferoïden werden geanalyseerd door lichtmicroscopie en immunofenotypering met behulp van menselijke hepatocytenmarkers.
In de afgelopen jaren zijn driedimensionale (3D) sferoïde cultuursystemen een belangrijk hulpmiddel geworden om verschillende gebieden van kankeronderzoek, medicijnontdekking en toxicologie te bestuderen. Dergelijke culturen wekken grote belangstelling omdat ze de kloof overbruggen tussen tweedimensionale (2D) celkweek monolagen en complexe organen1.
Bij afwezigheid van een kleefoppervlak, in vergelijking met de 2D-celcultuur, is de vorming van sferoïden gebaseerd op de natuurlijke affiniteit van deze cellen om in 3D-vorm te clusteren. Deze cellen organiseren zich in groepen bestaande uit een of meer soorten volwassen cellen. Vrij van vreemde materialen, deze cellen interageren met elkaar zoals in hun oorspronkelijke micro-omgeving. De cellen in 3D-cultuur zijn veel dichter bij elkaar en hebben een goede oriëntatie op elkaar, met een hogere extracellulaire matrixproductie dan 2D-culturen, en vormen een dicht bij natuurlijke omgeving 2.
Diermodellen worden al heel lang gebruikt om menselijke biologie en ziekten te bestuderen3. In dit opzicht zijn er intrinsieke verschillen tussen mens en dier, waardoor deze modellen niet helemaal geschikt zijn voor extrapolatieve studies. 3D-cultuursferoïden en organoïden vormen een veelbelovend hulpmiddel om weefselachtige architectuur, interactie en overspraak tussen verschillende celtypen te bestuderen die in vivo voorkomen en kunnen bijdragen aan het verminderen of zelfs vervangen van diermodellen. Ze zijn van bijzonder belang voor het bestuderen van de pathogenese van leverziekten en voor het screenen van geneesmiddelen4.
3D-sferoïdecultuur is van bijzonder belang voor kankeronderzoek omdat het de discontinuïteit tussen de cellen en hun omgeving kan elimineren door de behoefte aan trypsinisatie of collagenasebehandeling te verminderen die nodig is voor het voorbereiden van de tumorcelmonolagen voor 2D-culturen. Tumorsferoïden maken het mogelijk om te bestuderen hoe de normale versus kwaadaardige cellen signalen uit hun omgeving ontvangen en erop reageren5 en zijn een belangrijk onderdeel van tumorbiologische studies.
In vergelijking met de monolaag lijken 3D-culturen bestaande uit verschillende celtypen op tumorweefsels in hun structurele en functionele eigenschappen en zijn daarom geschikt voor het bestuderen van metastase en invasie van tumorcellen. Daarom dragen dergelijke sferoïde modellen bij aan het versnellen van kankeronderzoek6.
Sferoïden helpen ook bij het ontwikkelen van de technologie om menselijke organoïden te maken, omdat weefsel- en orgaanbiologie zeer uitdagend zijn om te bestuderen, vooral bij mensen. Vooruitgang in stamcelkweek maakt het mogelijk om 3D-culturen zoals organoïden te ontwikkelen die bestaan uit stamcellen en weefselvoorlopers, evenals verschillende soorten volwassen (weefsel) cellen van een orgaan met enkele functionele kenmerken zoals een echt orgaan dat kan worden gebruikt om orgaanontwikkeling, ziekten te modelleren, maar ze kunnen ook als nuttig worden beschouwd in regeneratieve geneeskunde7.
Primaire menselijke hepatocyten worden meestal gebruikt voor het bestuderen van in vitro biologie van menselijke hepatocyten, leverfunctie en geneesmiddel-geïnduceerde toxiciteit. Culturen van menselijke hepatocyten hebben twee belangrijke nadelen, ten eerste de beperkte beschikbaarheid van primair weefsel zoals menselijke hepatocyten, en ten tweede de neiging van hepatocyten om snel te dedifferentiëren in 2D-cultuur, waardoor hun specifieke hepatocytenfunctie verlorengaat 8. 3D-leverculturen zijn in dit opzicht superieur en zijn onlangs gemaakt van gedifferentieerde menselijke embryonale stamcellen (hESCs) of geïnduceerde pluripotente stamcellen (hiPSC's)9. Bioengineered hepatische 3D-sferoïden zijn van bijzonder belang voor het bestuderen van ontwikkeling, toxiciteit, genetische en infectieziekten van de lever, evenals bij het ontdekken van geneesmiddelen voor de behandeling van leverziekten10. Ten slotte hebben ze ook het potentieel om klinisch te worden gebruikt, wetende dat acute leverziekten een sterftecijfer van bijna 80% hebben, bio-kunstmatige lever en / of leversferoïden kunnen deze patiënten mogelijk redden door een gedeeltelijke leverfunctie te bieden totdat een geschikte donor kan worden gevonden11.
We hebben een protocol opgesteld voor het genereren van menselijke leversferoïden met behulp van bloedafgeleide pluripotente stamcellen (BD-PSC's) om sferoïden van verschillende grootte te bereiden die 4000 tot 1 x 106 cellen bevatten en deze geanalyseerd door middel van lichtmicroscopie en immunofluorescentie. We hebben ook het vermogen van hepatocyt-specifieke functie getest, waarbij we de expressie van cytochroom P450 3A4 (CYP3A4) en 2E1 (CYP2E1) enzymen beoordeelden die behoren tot de cytochroom P450-familie die een belangrijke rol spelen in cellulair en geneesmiddelmetabolisme door het proces van ontgifting12.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Ethische goedkeuring werd verkregen (ACA CELL Biotech GmbH/25b-5482.2-64-1) voor het uitvoeren van deze experimenten en geïnformeerde toestemming werd ondertekend door alle donoren vóór bloedextractie in overeenstemming met institutionele richtlijnen.
1. Bereiding van mononucleaire cellen (MNC's) uit menselijk perifeer bloed (PB)
2. Dedifferentiatie van MNC's bij activering met humaan GPI-verankerd glycoproteïne
3. Sorteren van nieuw gegenereerde gededifferentieerde cellen
4. Voorbereiding van glazen dekplaten voor het genereren van menselijke hepatocyten
5. Celkweekplaten coaten met biolaminine voor 2D hepatische differentiatie van BD-PSC's
6. Bereiding van hepatocytendifferentiatiemedia
7. Het kweken van levercellen gedifferentieerd van BD-PSC's
8.3D sferoïde leverdifferentiatie
9. Immunofluorescentieanalyse van nieuw gegenereerde 2D-levercelculturen
10. Levende kleuring van nieuw gevormde leversferoïden
11. Onderzoek van sferoïden met behulp van een fluorescentiemicroscoop
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
We hebben met succes menselijke BD-PSC's gedifferentieerd in endoderm / hepatische voorlopercellen en hepatocyten door een tweestappenprotocol toe te passen. Morfologische veranderingen tijdens het leverdifferentiatieproces zijn weergegeven in figuur 1. BD-PSC's differentiëren in hepatocyten die drie verschillende stadia doorlopen. De eerste fase vertegenwoordigt de differentiatie in endodermale cellen L4, de tweede, differentiatie naar levervoorlopercellen (hepatoblast) L8, met een typische...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De lever is een belangrijk orgaan in het menselijk lichaam met veel essentiële biologische functies, zoals de ontgifting van metabolieten. Als gevolg van ernstig leverfalen zoals cirrose en / of virale hepatitis, zijn er wereldwijd bijna 2 miljoen sterfgevallen per jaar. Levertransplantaties staan wereldwijd op de tweede plaats in solide orgaantransplantaties, maar slechts aan ongeveer 10% van de huidige behoefte wordt voldaan22.
Primaire menselijke hepatocyten (PHH) wo...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De corresponderende auteur verklaart dat zij een octrooihouder is met betrekking tot novel human GPI-linked protein. Ze is medeoprichter van en werkt samen met ACA CELL Biotech GmbH. De andere auteurs verklaren dat er geen sprake is van belangenverstrengeling.
De auteurs zijn vooral dankbaar voor de technische assistentie van Oksana en John Greenacre. Dit werk werd ondersteund door ACA CELL Biotech GmbH Heidelberg, Duitsland.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| Albumine antilichaam | Sigma-Aldrich | SAB3500217 | geproduceerd in kip |
| Albumine Fraction V | Carl Roth GmbH+Co. KG | T8444.4 | |
| Alpha-1 Fetoproteïne | Proteintech Germany GmbH | 14550-1-AP | konijn polyklonaal IgG |
| Biolaminine 111 LN | BioLamina | LN111-02 | menselijk recombinant |
| CD45 MicroBeads | Miltenyi | 130-045-801 | nano-grootte magnetische kralen |
| Cell Strainer | pluriSelect | 43-10040-40 | |
| CellSens | Olympus | beeldvormingssoftware | |
| Centrifugebuizen 50 mL | Greiner Bio-One | 210270 | |
| CEROplate 96 wel | OLS OMNI Life Science | 2800-109-96 | |
| CKX53 | Olympus | ||
| Commercieel verkrijgbaar wasmiddel | Procter & Gamble | nonionisch wasmiddel | |
| CYP2E1-specifiek antilichaam | Proteintech Germany GmbH | 19937-1-AP | konijn polyklonaal antilichaam IgG |
| CYP3A4 | Proteintech Germany GmbH | 67110-1-lg | muis monoklonaal antilichaam IgG1 |
| Cytokeratine 18 | DakoCytomation | M7010 | muis monoklonaal antilichaam IgG1 |
| DMSO | Sigma-Aldrich | D8418-50ML | |
| DPBS | Thermo Fisher Scientific | 14040091 | |
| FBS | Merck Millipore | S0115/1030B | Niet meer verkrijgbaar. Beschikbaar onder: TMS-013-B |
| Glazen dekseltjes 14 mm | R. Langenbrinck | 01-0014/1 | |
| GlutaMax 100x Gibco | Thermo Fisher Scientific | 35050038 | L-glutamine |
| Glutaraldehyde 25% | Sigma-Aldrich | G588.2-50ML | |
| Geit anti-muis IgG Cy3 | Antibodies online | ABIN1673767 | polyklonaal |
| Geit anti-muis IgG DyLight 488 | Antibodies online | ABIN1889284 | polyklonaal |
| Geit anti-konijn IgG Alexa Fluor 488 | Life Technologies | A-11008 | |
| HCl | Sigma-Aldrich | 30721-1LGL | |
| HepatoZYME-SFM | Thermo Fisher Scientific | 17705021 | hepatocyten rijpingsmedium |
| HGF | Thermo Fisher Scientific | PHG0324 | menselijk recombinant |
| HNF4α antilichaam | Sigma-Aldrich | ZRB1457-25UL | kloon 4C19 ZooMAb Rbmono |
| Hydrocortison 21-hemisuccinaat (natriumzout) | Biomol | Cay18226-100 | |
| Knock out Serum Replacement - Multi Species Gibco | Fisher Scientific | A3181501 | KSR |
| KnockOut DMEM/F-12 | Thermo Fisher Scientific | 12660012 | Niet meer verkrijgbaar. Beschikbaar onder Catalogusnr. 10-828-010 |
| MACS Buffer | Miltenyi | 130-091-221 | |
| MACS MultiStand | Miltenyi | 130-042-303 | magnetische standaard |
| MEM NEAA 100x Gibco | Thermo Fisher Scientific | 11140035 | |
| Mercaptoethanol | Thermo Fisher Scientific | 31350010 | 50mM |
| MiniMACS kolommen | Miltenyi | 130-042-201 | |
| Nunclon Multidishes | Sigma-Aldrich | D6789 | 4 welpjes platen |
| Oncostatin M | Thermo Fisher Scientific | PHC5015 | menselijk recombinant |
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | 158127 | |
| PBS steriel | Carl Roth GmbH+Co. KG | 9143.2 | |
| Penicilline/Streptomycine | Biochrom GmbH | A2213 | 10000 U/ml |
| PS 15ml buizen steriel | Greiner Bio-One | 188171 | |
| Konijn anti-kip IgG Texas rood | Antibodies online | ABIN637943 | |
| Roti Cell Iscoves MDM | Carl Roth GmbH+Co. KG | 9033.1 | |
| Roti Mount FluorCare DAPI | Carl Roth GmbH+Co. KG | HP20.1 | |
| Roti Sep 1077 menselijk | Carl Roth GmbH+Co. KG | 0642.2 | |
| Transthyretine antilichaam | Sigma-Aldrich | SAB3500378 | geproduceerd in kip |
| Triton X-100 | Thermo Fisher Scientific | HFH10 | 1% |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.