Met een ex vivo explant-model worden kleine stukjes van het rostrale deel van visceraal wit vetweefsel van magere muizen 7–10 dagen gekweekt, waardoor ontsteking in vetweefsel tijdens vetrijke voeding kan worden geïnduceerd en bestudeerd.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
* These authors contributed equally
Met een ex vivo explant-model worden kleine stukjes van het rostrale deel van visceraal wit vetweefsel van magere muizen 7–10 dagen gekweekt, waardoor ontsteking in vetweefsel tijdens vetrijke voeding kan worden geïnduceerd en bestudeerd.
Dit protocol beschrijft een ex vivo muismodel dat geselecteerde cellulaire en inflammatoire kenmerken recapituleert die zijn waargenomen in visceraal vetweefsel (VAT) na voeding met een hoog vetdieet (HFD), zonder dieetinterventie in vivo. Kleine VAT-explanten van magere muizen worden 7–10 dagen gekweekt, waarin ze spontaan een inflammatoire fenotype ontwikkelen dat sterk lijkt op dat van VAT bij HFD-gevoede dieren. Belangrijk is dat het model de vetweefsel (AT)-architectuur behoudt, waardoor ontstekingsprocessen in een fysiologisch relevante context onderzocht kunnen worden. Tijdens de kweek komen belangrijke kenmerken van obesitas-gerelateerde ontstekingen naar voren, waaronder de vorming van kroonachtige structuren (CLS), de ophoping van metabolisch geactiveerde macrofagen (MMes) en verhoogde productie van inflammatoire cytokinen. Ondanks adipocytdood kunnen andere oorzaken van obesitasgerelateerde ontstekingen, waaronder metabole stressfactoren zoals verzadigde vetzuren, veranderde lipidenbeheersing, glucoseoverschot, oxidatieve stress, hypoxie, adipokine-onevenwicht en paracriene adipocyt–immuuncelsignalering, gedeeltelijk in het model worden weergegeven. Het systeem ondersteunt een breed scala aan downstream toepassingen, waaronder live imaging, flowcytometrie, kwantitatieve PCR, ELISA, immunokleuring en bulk- of single-cell RNA-sequencing. Daarnaast kunnen farmacologische en cytokine-gebaseerde behandelingen worden toegepast om signaalroutes en celtype-specifieke responsen te onderzoeken. Dit gemakkelijk aanpasbare model sluit aan bij de 3R-principes door het gebruik van dieren voor in vivo voedingsstudies te verminderen. Het model is reproduceerbaar, kosteneffectief en eenvoudig te implementeren, en biedt een veelzijdig platform voor het bestuderen van adipocytendood, de dynamiek van immuuncellen en therapeutische strategieën bij AT-ontsteking.
Adiposweefsel (AT) is een metabolisch actief orgaan dat bestaat uit ongeveer 20% adipocyten en een heterogene mix van immuuncellen, fibroblasten, voorlopercellen en vaatcellen bij mensen1. AT wordt ingedeeld in uniloculair wit vetweefsel (WAT), multiloculair bruin vetweefsel (BAT) en intermediair beige vetweefsel, wat een weerspiegeling is van heterogeniteit in samenstelling, functie en anatomische locatie. WAT is verdeeld over subcutane (SCAT), viscerale (VAT), perivasculaire en mergvet vetdepots, die verschillen in ontwikkelingsoorsprong, genexpressieprofielen en metabole functie. Naast zijn rol in lipidenopslag functioneert AT als een endocrien orgaan door cytokines, hormonen en adipokinesaf te scheiden. In vergelijking met SCAT is VAT metabolisch actiever en rijker in ontstekingscellen, waardoor het bijzonder relevant is voor studies naar AT-ontstekingen en stofwisselingsziekten zoals type 2 diabetes 3,4,5.
AT is een belangrijke regulator van de metabole gezondheid en speelt een centrale rol bij obesitas, die geassocieerd wordt met tal van comorbiditeiten. Obesitas bevordert adipocytenhypertrofie, hyperplasie en proliferatie6, terwijl AT-uitbreiding en ontsteking sterk correleren met hyperglykemie, hyperinsulinemie, hypertriglyceridiemie en verminderde glucosetolerantie3. De AT-uitbreiding wordt vermoedelijk gepaard gegaan met een verhoogde adipocytsterfte, met ongeveer 10% celomzet per jaar.7, wat macrofagenwerving activeert die essentieel is voor weefselverwijdering en remodellering8. Omdat adipocyten aanzienlijk groter zijn (100–200 μm) dan macrofagen, is efficiënte fagocytose door deze ongeveer vijf keer kleinere cellen een uitdaging, waardoor de weefselhomeostase wordt verstoord en chronische AT-ontsteking9 wordt bevorderd. Vetweefselmacrofagen (ATM's) bemiddelen de verwijdering van overgrote stervende adipocyten, hetzij door te fuseren tot multinucleaire reuzencellen (MGC's) of door kroonachtige structuren (CLS) rond dode adipocyten te vormen en deze af te breken via lysosomale exocytose 10,11,12. De overvloed van CLS correleert met obesitas-geassocieerde ontsteking11,13.
Bij gezonde AT zijn geldautomaten voornamelijk ontstekingsremmende M2-achtige macrofagen, terwijl obesitas een verschuiving naar een pro-inflammatoire M1-achtige fenotype 14,15 bevordert. Er ontstaan aanvullende mechanistisch onderscheidende macrofagensubsets, waaronder metabolisch geactiveerde macrofagen (MMes) en lipid-geassocieerde macrofagen (LAM's), die een belangrijke rol spelen bij het verwijderen van dode adipocyten via lysosomale exocytose 16,17,18.
Om AT-ontsteking te onderzoeken in een fysiologisch relevante meercellige omgeving, stelde het protocol een ex vivo muismodel op gebaseerd op organotypische explantatieculturen van VAT, afkomstig van magere muizen. VAT-explanten die 7–10 dagen zijn gekweekt, ontwikkelen een ontstekingsfenotype vergelijkbaar met dat waargenomen na minstens 12 weken vetrijk dieet (HFD) voeding met betrekking tot CLS-vorming, macrofaagfenotype en inflammatoire cytokineproductie 9,19. Belangrijk is dat deze aanpak het gebruik van dieren vermindert, de noodzaak van goedkeuringen voor dieetinterventies elimineert en bijdraagt aan de 3R-principes door de afhankelijkheid van langetermijnstudies over dieetinterventies te verminderen. In vergelijking met conventionele tweedimensionale (2D) celkweeksystemen, zoals enkelcelkweekmodellen (bijv. 3T3-L1-cellen of primaire adipocytenculturen), behoudt deze methode weefselcomplexiteit en cellulaire diversiteit, waardoor het onderzoek mogelijk is naar fysiologische cel-celinteracties, inclusief die tussen immuuncellen en adipocyten.
Gekweekte AT-explants zijn compatibel met een breed scala aan analytische benaderingen. Live confocale beeldvorming maakt monitoring mogelijk van ATM-accumulatie, CLS-vorming en MGC-vorming 9,19. Collagenase-digestie maakt isolatie van de stromale vasculaire fractie (SVF) mogelijk voor flowcytometrische analyses, waaronder proliferatie-assays en de bepaling van M1-achtige, M2-achtige of MMe-fenotypes12. Genexpressie-analyses, waaronder kwantitatieve PCR (qPCR) en RNA-sequencing, kunnen worden uitgevoerd op hele explants, SVF-cellen of gesorteerde macrofagen9. Eiwitexpressie en enzymatische activiteit kunnen worden beoordeeld met Western blotting of ELISA12,20,21, terwijl weefselarchitectuur en markerexpressie kunnen worden weergegeven door whole-mount kleuring en immunofluorescentie 9,22. Daarnaast zijn farmacologische en genetische interventies, waaronder ATM-uitputting en cytokinebehandeling, gemakkelijk haalbaar 21,23,24.
Samenvattend maakt dit ex vivo muismodel van HFD-achtige AT-ontsteking onderzoek naar adipocytsterfte, directe in situ observatie van cellulair gedrag en farmacologische of genetische manipulaties relevant voor AT-immunologie mogelijk (Figuur 1).

Figuur 1: Grafisch overzicht van de workflow. Visceraal vetweefsel (AT) wordt geïsoleerd uit muizen, in kleine explants gesneden en 7–10 dagen gekweekt. Tijdens de kweekperiode ontwikkelen explants een inflammatoire fenotype, waardoor vetweefselontsteking onder gecontroleerde ex vivo omstandigheden bestudeerd kan worden. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Dierproeven werden uitgevoerd volgens institutionele en nationale richtlijnen en goedgekeurd door de bevoegde regelgevende instanties. Csf1r-eGFP-Adipoq-ERT2-Cre-CAG-tdTomatenmuizen ("MacFat", RRID: Csf1r-eGFP: RRID:IMSR_JAX:018549, Adipoq-iCreERT2: RRID:IMSR_JAX:025124, CAG-tdTomaten: RRID:IMSR_JAX:007914)27,28 werden gebruikt voor representatieve microscopie-experimenten. Deze reporterlijn maakt visualisatie mogelijk van macrofagen door GFP-expressie en adipocyten met tdTomato-expressie. Omdat tdTomato-expressie verloren gaat na adipocytsterfte, kan de levensvatbaarheid van adipocyten tijdens de kweek worden gemonitord. Csf1r-eGFP reportermuizen ("MacGreen", RRID:IMSR_JAX:018549)28 werden gebruikt voor macrofagenvisualisatie en flowcytometrie-analyses. C57BL/6J-muizen (RRID:IMSR_JAX:000664) werden gebruikt voor niet-beeldvormende experimenten, waaronder scRNA-seq en qPCR-analyses. Alle transgene lijnen werden onderhouden als heterozygote muizen op een C57BL/6J-achtergrond.
Dierproeven volgden de 'Principes van de laboratoriumverzorging' (NIH-publicatie nr. 85e23, herzien 1985) en specifieke nationale wetten en werden goedgekeurd door de lokale autoriteiten van de deelstaat Saksen: Landesdirektion in Leipzig, Duitsland (dierproeven: TV11-21-MEZ). Volgens lokale autoriteiten vormen de beschreven experimenten geen dierproeven, aangezien er staat: "als een gewerveld dier uitsluitend wordt gedood met het doel zijn organen of weefsels wetenschappelijk te gebruiken, wordt dit niet beschouwd als dierproeven onder § 7(2) van de Animal Welfare Act (TierSchG), maar eerder als doding onder § 4(3) van de Animal Welfare Act (TierSchG)." Het doden van de dieren moet worden gerapporteerd in een 'dierenrapport'. Dit rapport is opgenomen in de aanvraag voor dierproeven. De ethische commissie van de Faculteit Geneeskunde van de Universiteit van Leipzig heeft de onderzoeksprojecten eveneens goedgekeurd. Volgens de richtlijnen van de dierproevende toepassing TV11-21-MEZ worden de muizen geëuthanaseerd door een overdosis inhalatieanestheticum isofluran. Een effectieve gasconcentratie (5% in O₂-dragergas) wordt geleverd via een isofluranverdamper. De euthanasieprocedure is voltooid wanneer definitieve bloedstilstand (afwezigheid van ademhaling [veertest] en hartslag [palpatie]) is bevestigd.
Muizen werden gehuisvest in een temperatuurgecontroleerde (22 ± 2 °C), specifiek pathogegeervrije faciliteit aan de Universiteit van Leipzig, in broergroepen van 3–5 dieren onder een licht/donkercyclus van 12 uur. Dieren hadden ad libitum toegang tot water en een standaard chow-dieet (9% kcal vet; Sniff GmbH, Duitsland). Representatieve experimenten werden uitgevoerd met mannelijke en vrouwelijke muizen. De reagentia, chemicaliën en kits die in het protocol worden gebruikt, staan vermeld in de Materiaaltabel.
1. Voorbereidingen
2. Isolatie van vetweefsel (Figuur 2)

Figuur 2: Isolatie en kweek van viscerale vetweefselexplantaties. (A,B) Het openen van de buikholte en het blootleggen van visceraal vetweefsel. (C, D) Isolatie van epididymale vetweefsel van mannelijke muizen, vet wordt gehecht aan de epididymis (rode cirkels) en de testis (blauwe cirkels). (E, F) Isolatie van gonadale vetweefsel van vrouwelijke muizen, vet wordt gehecht aan de baarmoederhoorn (groene cirkels) en eierstokken. (G, H) Voorbereiding en trimmen van vetweefselexplantas. (I, J) Overbrengen van explants in kweekputten en plaatsing van celkweekinserts. (K, L) Representatieve beelden van explants tijdens kweek in platen met 6 putjes. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
3. Bereiding en teelt van de explant
4. Downstream-analyses
5. Statistische analyse
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De algemene levensvatbaarheid van het weefsel bleef gedurende de hele kweekperiode gehandhaafd en werd gemonitord met verschillende complementaire benaderingen. De levensvatbaarheid van het weefsel kan worden beoordeeld met confocale microscopie met gebruik van levensvatbaarheidskleurstoffen zoals Calcein25, antilichaamkleuring tegen Perilipin om de integriteit van het adipocytmembraan 17,26 te evalueren, ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Gezien de toenemende wereldwijde prevalentie van metabole ziekten en diabetes, blijft het begrijpen van de mechanismen achter ontsteking van vetweefsel (AT) een belangrijk onderzoeksdoel. Om aan deze behoefte te voldoen, werd een ex vivo explantkweeksysteem ontwikkeld dat de inductie en analyse van AT-ontsteking onder gecontroleerde experimentele omstandigheden mogelijk maakt.
Een cruciale vereiste van deze methode is het behoud van de levensvatbaarhe...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs verklaren geen concurrerende belangen.
De auteurs bedanken Constance Hobusch en Florian Kirmse voor uitstekende technische ondersteuning. Flowcytometrie-analyses werden uitgevoerd bij de Core Unit Fluorescence Technologies van de Universiteit van Leipzig, met technische ondersteuning van Kathrin Jäger en Pia Glöckner. Dit werk werd ondersteund door de Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Duitse Onderzoeksstichting), Projectnummer 209933838 – SFB 1052 (Project B09).
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| BD OptEIA Mouse TNF ELISA Kit | BD Biosciences | 560478 | |
| Bodipy 558/568 C12 | Flow cytometry: 1:10000; Staining: 1:2000 | Invitrogen | D3835 |
| Bovine Serum Albumin | 3% | Sigma | A9647 |
| CD107a (LAMP1) – AF647 | Staining: 1:100; Flow cytometry: 1:200 | BioLegend | 121610 |
| CD11c – BV605 | Flow cytometry: 1:100 | BioLegend | 117334 |
| CD16/32 | Flow cytometry: 1:100 | Invitrogen | 14-0161-82 |
| CD301 – AF647 | Flow cytometry: 1:50 | Bio-Rad | MCA2392A647 |
| CD36 – PE | Flow cytometry: 1:400 | BioLegend | 102606 |
| CD45 – PE | Flow cytometry: 1:100 | BD Pharmingen | 555483 |
| Click-iT Plus EdU Alexa Fluor 350 Flow Cytometry Assay Kit | EdU: 5 µM | Invitrogen | C10632 |
| Clodronate Liposomes | 500 µg/ml clodronate | Liposoma | |
| Collagenase Type 2 | 1 mg/ml, 315 U/mg | Worthington | LS004176 |
| CyQUANT LDH Cytotoxicity Assay Kit | Invitrogen | C20301 | |
| DAPI | Flow cytometry: 0.2 µg/ml | Thermo Fisher | 62248 |
| Ethanol | 70% | Carl Roth | T913.1 |
| F4/80 – AF647 | Flow cytometry: 1:100 | Invitrogen | MF48021 |
| F4/80 – PE-Cy7 | Flow cytometry: 1:200 | Invitrogen | 25-4801-82 |
| Fetal Calf Serum | 1.10 | Gibco | 10270106 |
| Fetal Calf Serum | 1.20 | Gibco | 10270106 |
| HBSS (-Mg, -Ca) | Gibco | 14170138 | |
| HEPES | 13 mM | Roth | HN77.2 |
| Hoechst 33342 | 1:10,000 | Life Technologies | H3570 |
| LysoTracker – AF647 | Flow cytometry: 1:20000; Staining: 1:10000 | Invitrogen | H34477 |
| MAC-2 | Staining: 1:1000 | Cedarlane | CL8942AP |
| Millicell Cell Culture Insert, 30 mm, hydrophilic PTFE, 0.4 µm | Merck Millipore | PICM0RG50 | |
| PBS (-Mg, -Ca) | Gibco | 14190169 | |
| PBS (-Mg, -Ca) | Gibco | 14190169 | |
| Penicillin/Streptomycin (10,000 U/ml) | 0.111111111 | Gibco | 11548876 |
| Penicillin/Streptomycin (10,000 U/ml) | 0.111111111 | Gibco | 11548876 |
| Perilipin | 2 µg/ml | Abcam | ab3526 |
| Plexxicon 5622 | 40 µM | Plexxicon Inc. | HY-114153 |
| RPMI-Media 1640 | with 11 mM glucose | Sigma Aldrich | R8758 |
| RPMI-Media 1640 | Sigma | R8758 | |
| TC-Insert for 6-well plates | Sarstedt | 83.3930.040 | |
| TPP tissue culture test plate 6 | TPP | 92006 | |
| Triton X-100 | 1% | Carl Roth | 3051.2 |
| Zinc chloride | 0.8 mM | Sigma | Z0152 |
| Zinc formaline | Polyscience | 21516-3.75 |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.