W niniejszym opracowaniu przedstawiono demonstracyjną, udoskonaloną metodę perfuzji wątroby oraz oczyszczania/wzbogacania hepatocytów i komórek śródbłonka zatokowego (SEC), zawierającą szczegółowe wskazówki dotyczące optymalnego oczyszczania/wzbogacania komórek, podobnie jak w innych raportach opisanych w przywołanym przeglądzie 5. Krytyczne kroki decydujące o powodzeniu oczyszczania komórkowego zależą od sposobu prowadzenia i szczegółów technicznych procedury perfuzji kolagenazą, które zostały opisane w niniejszym protokole. Układ aparatury jest dość prosty i ekonomiczny, oparty na standardowym wyposażeniu laboratoryjnym, w przeciwieństwie do innych opublikowanych systemów11 (Rycina 1). W tym układzie taca z myszą spoczywa na łaźni wodnej, a część nadmiarowych przewodów znajduje się w łaźni w celu utrzymania temperatury płynów perfundujących wątrobę. Przedstawiona tutaj aparatura może być stosowana zarówno u myszy, jak i u szczurów, przy czym perfuzja wątroby szczura wymaga nieco innej geometrii układu12 (Rycina 2).
W tej procedurze perfuzja wątroby odbywa się przez żyłę wrotną zamiast żyły głównej (która jest inną popularną drogą perfuzji) ze względu na łatwość dostępu do niej w obrębie jamy brzusznej oraz fakt, że żyła ta doprowadza krew bezpośrednio do wątroby. Należy pamiętać, że żyła wrotna posiada kilka małych odgałęzień, które mogą powodować przecieki perfuzatu, dlatego w celu uzyskania optymalnych rezultatów cewnik należy wprowadzić poza te odgałęzienia13 (Rysunek 3). Po zidentyfikowaniu żyły wrotnej za pomocą zakrzywionej pęsety przeciąga się szew chirurgiczny lub nitkę poliestrową pod żyłą wrotną, pomiędzy wątrobą a górną żyłą trzustkowo-dwunastniczą. Pęsety służą również do wyprostowania żyły wrotnej, w której panuje dodatnie ciśnienie krwi (Rysunek 4A). Igłę wewnątrz cewnika należy ustawić równolegle i obok żyły (Rysunek 4B), a ścięcie igły delikatnie wprowadzić do światła żyły (Rysunek 4C). Prawidłowe umieszczenie igły zostanie zasygnalizowane przez pojawienie się krwi wzdłuż cewnika. Po wycofaniu igły cewnik należy ustabilizować, zawiązując na nim nitkę, co spowoduje, że ciśnienie krwi wypchnie ją przez cewnik. Zaleca się podłączenie cewnika do drenu pompy przed wypłynięciem krwi (Rysunek 4D). Po podłączeniu drenu pompy należy natychmiast przeciąć duże naczynie krwionośne, takie jak żyła główna lub aorta abdominalis, aby umożliwić odpływ krwi/płynów (Rysunek 5A). Zazwyczaj konieczne jest nacięcie bocznej ściany jamy brzusznej myszy w celu zapewnienia wystarczającego drenażu, ponieważ gromadzenie się krwi w brzuchu utrudnia wizualizację procesu perfuzji, a krew może przedostać się do etapu oczyszczania komórek (Rysunek 5B). Gdy PBS zacznie perfundować wątrobę, organ ten zblednie wskutek usunięcia krwi (Rysunek 5C). Jeśli zblednie tylko kilka płatów, prawdopodobną przyczyną jest zbyt głębokie wprowadzenie cewnika do wątroby; należy go wówczas powoli wycofać. Po potwierdzeniu prawidłowego umiejscowienia cewnika, należy zabezpieczyć dren za pomocą wodoodpornej taśmy maskującej. Zwykła taśma laboratoryjna jest zazwyczaj niewystarczająca. Aby potwierdzić prawidłowe umieszczenie cewnika, należy ścisnąć przecięte naczynie krwionośne, aby zatrzymać drenaż, i zaobserwować wzrost ciśnienia w wątrobie. Pomoże to w wypłukaniu krwi z wątroby (Rysunek 5D). Czynność tę należy powtórzyć również w momencie wprowadzania roztworu kolagenazy do wątroby, aby upewnić się, że wszystkie płaty są wystawione na działanie kolagenazy. Po zakończeniu podawania roztworu kolagenazy, oznaką prawidłowego trawienia kolagenazą jest oddzielenie torebki Glissona od miąższu.
Ogólna procedura oczyszczania komórek przedstawiona jest na Rysunku 6 oraz Rysunku 7, w których hepatocyty są zbierane na wczesnym etapie procedury podczas wirowania z niską prędkością i wykazują wysoką czystość po 4 przemyciach w buforach zawierających BSA (Rysunek 8). SEC są współoczyszczane z KC na gradiencie PVP (Rysunek 9A), a następnie rozdzielane poprzez selektywną adhezję na pokrytej kolagenem polistyrenowej szalce Petriego. Czystość SEC uzyskana tą metodą wynosi 83–90% i zależy w dużej mierze od ogólnej skuteczności trawienia kolagenazą (Rysunek 9B). Pomiary ilościowe z wykorzystaniem mikroskopii świetlnej (ponieważ zarówno hepatocyty, jak i SEC posiadają cechy odróżniające je od innych komórek) wykazują, że w reprezentatywnej preparacji hepatocyty są niemal w 100% czyste, a SEC w nieco ponad 89% (Tabela 1). Alternatywnie, wyższy stopień wzbogacenia SEC można uzyskać poprzez separację na kolumnie magnetycznej po gradiencie PVP, choć wykracza to poza zakres niniejszego protokołu. Więcej informacji na temat separacji magnetycznej SEC i KC można znaleźć w pracy Meyer et al.9 oraz Liu et al.14. Należy pamiętać, że żywotność hepatocytów gwałtownie spada w niedostatecznie strawionej wątrobie, jednak nie musi to być prawdą w przypadku NPC. Niedostatecznie strawione wątroby produkują również więcej zanieczyszczeń komórkowych, które nie są całkowicie usuwane w etapach wirowania.

Rysunek 1: Schematyczny przedstawienie zestawu do perfuzji. Kolby są utrzymywane w miejscu za pomocą zacisków (niewidoczne); zamiana przewodów z cieczą z kolby 1 L do kolby 125 mL w trakcie procedury jest przedstawiona czerwoną linią przerywaną. Należy zauważyć, że dopływ tlenu nie bąbelkuje bezpośrednio do roztworów w kolbach. Korki powinny być również nacięte, aby umożliwić przepływ cieczy w obiegu zamkniętym z przewodami włożonymi w nacięcie. Jest to kluczowe podczas rozgrzewania przewodów oraz w celu usunięcia całego powietrza z przewodów. Odpowietrznik składa się z łącznika T, który jest połączony z przewodami Tygon oraz zaciskami do szybkiego otwierania i zamykania układu. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 2: Zestaw do perfuzji podczas perfuzji wątroby myszy. Taca z myszą jest umieszczona na narożniku łaźni wodnej. Tlen jest odłączony od roztworu kolagenazy, ponieważ został on uprzednio natleniony podczas podgrzewania. Położenie elementów: A) linie tlenowe, B) kolba 1 L zawierająca PBS, C) kolba 125 mL zawierająca bufor 2 z kolagenazą, D) pompa, E) sterownik pompy, F) pułapka pęcherzyków powietrza, G) linia płynowa biegnąca z kolby, przez pompę do myszy. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 3: Obraz układu naczyniowego jamy brzusznej myszy. Cewnik należy wprowadzić tuż poniżej złączy żył żołądkowej i trzustkowej odchodzących od żyły wrotnej (zielona kropka), a jego końcówkę umieścić w pobliżu lewej i prawej żyły wrotnej wątroby (żółta kropka), która rozwidla się w stronę głównych płatów wątroby. Po osiągnięciu prawidłowego położenia cewnik należy ustabilizować nicią, wykonując zwykły węzeł nadgarstkowy. K = nerka, L = wątroba, SI = jelito cienkie. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 4: Umieszczenie cewnika w żyle wrotnej. (A) Pinceta służy do zapewnienia przekrwienia żyły wrotnej oraz do jej wyprostowania w celu umieszczenia cewnika. (B) Cewnik jest ustawiony równolegle do żyły wrotnej, z otworem igły skierowanym do góry. (C) Otwór igły znajdującej się w cewniku jest wprowadzany do wnętrza żyły, a nie przez jej ścianki na wylot. (D) Igła cewnika jest wycofana, a krew zaczyna cofać się przez cewnik, co jest wskazane końcówką pincety. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 5: Prawidłowa perfuzja wątroby. (A) Po umieszczeniu cewnika, żeński koniec Luer cewnika jest łączony z męskim końcem Luer (odciętym od strzykawki 1 mL) rurki pompy. (B) Po przecięciu jednego z głównych zstępujących naczyń krwionośnych, krew i PBS są odprowadzane z jamy brzusznej poprzez nacięcie boku myszy nożyczkami. (C) Wątroba powinna zblednąć podczas wypłukiwania krwi i (D) napuchnąć pod wpływem ciśnienia po zaciśnięciu przeciętego naczynia krwionośnego pęsetą. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 6: Schematyczna analiza oczyszczania hepatocytów i izolacji NPC. Większość etapów wirowania ma na celu oddzielenie żywych i martwych hepatocytów od komórek nieparenchymalnych. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 7: Schematyczny zarys wzbogacania i oczyszczania SEC. Komórki NPC są rozdzielane za pomocą gradientu PVP, a następnie poddawane separacji SEC poprzez krótkotrwałą adhezję do standardowej płytki polistyrenowej. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Rysunek 8: Oczyszczone hepatocyty. Hepatocyty wysiano na płytki hodowlane pokryte kolagenem w pożywce DMEM + 8% FBS + Pen/Strep i inkubowano przez 6 h, po czym wykonano zdjęcia za pomocą mikroskopu przy powiększeniu 400X. Odcinek skali odpowiada 20 µm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 9: Oczyszczanie metodą SEC. (A) Komórki SEC i KC zostały zebrane z interfazy 25/50% PVP (żółte strzałki) i przemyte medium bezsurowiczym. (B) Komórki SEC oddzielono od KC poprzez selektywną adhezję na standardowych szalkach Petriego, przemyto i wysiano na naczynia do hodowli tkankowej pokryte kolagenem w pożywce RPMI + 5% FBS. Zdjęcia wykonano za pomocą odwróconego mikroskopu EVOS przy powiększeniu 400X. Pasek skali odpowiada 20 µm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 10: Skaningowa mikroskopia elektronowa anatomii wątroby myszy. Wątrobę myszy perfundowano PBS, a następnie utrwalaczem (100 mM kodylanu sodu, 12 mL 25% glutaraldehydu, 15,6 mL 16% paraformaldehydu, 2,65 mM chlorku wapnia, 180,2 mM sacharozy, zmieszanych w 100 mL roztworu) z prędkością 1 mL/min przez 4 min. Tkanki pocięto i przygotowano do skaningowej mikroskopii elektronowej. Obrazy zarejestrowano za pomocą SEM z emisją polową przy powiększeniu 10 000X. Żółte strzałki wskazują mikrokosmki między hepatocytami. Pasek skali odpowiada 5 µm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.

Rycina 11: Wizualizacja martwych i żywych hepatocytów. Po dwukrotnym przemyciu Buforem 1 stosunek żywych do martwych hepatocytów w osadzie można ocenić wzrokowo. Jaśniejszy osad (po lewej) wskazuje, że co najmniej połowa hepatocytów jest martwa. Ciemniejszy osad po prawej jest bardziej ściśle zbity na dnie probówki i składa się w ponad 90% z żywych komórek. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
| Tabela 1: Oczyszczanie komórek |
| Typ komórek | % komórek docelowych | % pozostałych komórek |
| Hepatocyty | 99 | 1 |
| Komórki śródbłonka zatokowego | 89.1 | 10.9 |
Tabela 1: Ocena czystości komórek za pomocą mikroskopii świetlnej.