-1::1
Simple Hit Counter
Skip to content

Products

Solutions

×
×
Sign In

PL

EN - EnglishCN - 简体中文DE - DeutschES - EspañolKR - 한국어IT - ItalianoFR - FrançaisPT - Português do BrasilPL - PolskiHE - עִבְרִיתRU - РусскийJA - 日本語TR - TürkçeAR - العربية
Sign In Start Free Trial

RESEARCH

JoVE Journal

Peer reviewed scientific video journal

Behavior
Biochemistry
Bioengineering
Biology
Cancer Research
Chemistry
Developmental Biology
View All
JoVE Encyclopedia of Experiments

Video encyclopedia of advanced research methods

Biological Techniques
Biology
Cancer Research
Immunology
Neuroscience
Microbiology
JoVE Visualize

Visualizing science through experiment videos

EDUCATION

JoVE Core

Video textbooks for undergraduate courses

Analytical Chemistry
Anatomy and Physiology
Biology
Calculus
Cell Biology
Chemistry
Civil Engineering
Electrical Engineering
View All
JoVE Science Education

Visual demonstrations of key scientific experiments

Advanced Biology
Basic Biology
Chemistry
View All
JoVE Lab Manual

Videos of experiments for undergraduate lab courses

Biology
Chemistry

BUSINESS

JoVE Business

Video textbooks for business education

Accounting
Finance
Macroeconomics
Marketing
Microeconomics

OTHERS

JoVE Quiz

Interactive video based quizzes for formative assessments

Authors

Teaching Faculty

Librarians

K12 Schools

Biopharma

Products

RESEARCH

JoVE Journal

Peer reviewed scientific video journal

JoVE Encyclopedia of Experiments

Video encyclopedia of advanced research methods

JoVE Visualize

Visualizing science through experiment videos

EDUCATION

JoVE Core

Video textbooks for undergraduates

JoVE Science Education

Visual demonstrations of key scientific experiments

JoVE Lab Manual

Videos of experiments for undergraduate lab courses

BUSINESS

JoVE Business

Video textbooks for business education

OTHERS

JoVE Quiz

Interactive video based quizzes for formative assessments

Solutions

Authors
Teaching Faculty
Librarians
K12 Schools
Biopharma

Language

pl_PL

EN

English

CN

简体中文

DE

Deutsch

ES

Español

KR

한국어

IT

Italiano

FR

Français

PT

Português do Brasil

PL

Polski

HE

עִבְרִית

RU

Русский

JA

日本語

TR

Türkçe

AR

العربية

    Menu

    JoVE Journal

    Behavior

    Biochemistry

    Bioengineering

    Biology

    Cancer Research

    Chemistry

    Developmental Biology

    Engineering

    Environment

    Genetics

    Immunology and Infection

    Medicine

    Neuroscience

    Menu

    JoVE Encyclopedia of Experiments

    Biological Techniques

    Biology

    Cancer Research

    Immunology

    Neuroscience

    Microbiology

    Menu

    JoVE Core

    Analytical Chemistry

    Anatomy and Physiology

    Biology

    Calculus

    Cell Biology

    Chemistry

    Civil Engineering

    Electrical Engineering

    Introduction to Psychology

    Mechanical Engineering

    Medical-Surgical Nursing

    View All

    Menu

    JoVE Science Education

    Advanced Biology

    Basic Biology

    Chemistry

    Clinical Skills

    Engineering

    Environmental Sciences

    Physics

    Psychology

    View All

    Menu

    JoVE Lab Manual

    Biology

    Chemistry

    Menu

    JoVE Business

    Accounting

    Finance

    Macroeconomics

    Marketing

    Microeconomics

Start Free Trial
Loading...
Home
JoVE Journal
Medicine
Badanie rozpadu bariery jelitowej w żywych organoidach

Research Article

Badanie rozpadu bariery jelitowej w żywych organoidach

DOI: 10.3791/60546

March 26, 2020

Marco Bardenbacher1, Barbara Ruder2, Natalie Britzen-Laurent1, Elisabeth Naschberger1, Christoph Becker2, Ralph Palmisano3, Michael Stürzl*1, Philipp Tripal*1,3

1Division of Molecular and Experimental Surgery, Department of Surgery, Translational Research Center,Friedrich-Alexander-Universität (FAU) Erlangen-Nürnberg and Universitätsklinikum Erlangen, 2Department of Medicine 1,Friedrich-Alexander-Universität (FAU) Erlangen-Nürnberg and Universitätsklinikum Erlangen, 3Optical Imaging Centre Erlangen (OICE),Friedrich-Alexander-Universität (FAU) Erlangen-Nürnberg

Cite Watch Download PDF Download Material list
AI Banner

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

In This Article

Summary Abstract Introduction Protocol Representative Results Discussion Disclosures Acknowledgements Materials References Reprints and Permissions

Erratum Notice

Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice

Retraction Notice

The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice

Summary

Tutaj opisujemy technikę ilościowego określania integralności bariery organoidów jelita cienkiego. Fakt, że metoda opiera się na żywych organoidach, umożliwia sekwencyjne badanie różnych substancji modulujących integralność bariery lub ich kombinacji w sposób rozdzielczy w czasie.

Abstract

Organoidy i trójwymiarowe (3D) hodowle komórkowe pozwalają na badanie złożonych mechanizmów biologicznych i regulacji in vitro, co wcześniej nie było możliwe w klasycznych monowarstwach hodowli komórkowych. Co więcej, jednowarstwowe hodowle komórkowe są dobrymi systemami modelowymi in vitro, ale nie reprezentują złożonych procesów i funkcji różnicowania komórkowego, które opierają się na strukturze 3D. Do tej pory było to możliwe tylko w eksperymentach na zwierzętach, które są pracochłonne, czasochłonne i trudne do oceny za pomocą technik optycznych. W tym miejscu opisujemy test do ilościowego określenia integralności bariery w czasie w żywych organoidach myszy z jelita cienkiego. Aby zweryfikować nasz model, zastosowaliśmy interferon gamma (IFN-γ) jako pozytywną kontrolę niszczenia bariery i organoidy pochodzące z receptora IFN-γ 2 nokautującego myszy jako kontrolę negatywną. Test pozwolił nam określić wpływ IFN-γ na integralność bariery jelitowej i indukowaną przez IFN-γ degradację białek połączeń ścisłych klaudyny-2, -7 i -15. Test ten może być również wykorzystany do zbadania wpływu związków chemicznych, białek, toksyn, bakterii lub sond pochodzących od pacjentów na integralność bariery jelitowej.

Introduction

Integralność bariery nabłonkowej jest utrzymywana przez kompleks połączeń wierzchołkowych (AJC), który składa się z białek złącza ścisłego (TJ) i połączenia adherencji (AJ)1. Spolaryzowana struktura AJC ma kluczowe znaczenie dla jego funkcji in vivo. Rozregulowanie AJC występuje w różnych chorobach i podejrzewa się, że jest ważnym czynnikiem wyzwalającym patogenezę nieswoistych zapaleń jelit. Utrata funkcji bariery jelitowej stanowi zdarzenie inicjujące chorobę. Następujące translokacje bakterii komensalnych i reakcje zapalne są bolesnymi konsekwencjami2.

Różne modele in vitro i in vivo zostały opracowane w celu zbadania regulacji AJC. Test Transwell opiera się na dwuwymiarowych (2D) monowarstwach komórek, które pochodzą z linii komórek nowotworowych. Systemy te są dobre do oceny metodami optycznymi i biochemicznymi i umożliwiają analizę wielu próbek w tym samym czasie, ale brakuje im wielu cech komórek pierwotnych i procesów różnicowania zachodzących in vivo. Badanie integralności bariery jest również możliwe w modelach zwierzęcych. W eksperymentach terminalnych można określić ilościowo wpływ określonych zabiegów in vivo na przepuszczalność całego jelita. Modele te wymagają jednak dużej liczby zwierząt i nie pozwalają na szczegółową wizualizację leżących u ich podstaw procesów molekularnych. Obecnie dostępne są ulepszone modele 3D in vitro, które dokładnie podsumowują procesy różnicowania komórek, polaryzację komórek i reprezentują strukturę krypty i kosmków jelita3. Zastosowanie organoidów jelitowych 3D do analiz funkcjonalnych wymaga adaptacji dostępnych metod z modeli 2D. W tym miejscu opisujemy model do badania integralności bariery jelitowej w żywych organoidach myszy z jelita cienkiego. Test został opracowany w celu zbadania wpływu IFN-γ na integralność bariery i odpowiednie białka połączeń ścisłych8.

W przeciwieństwie do techniki stosowanej przez Leslie4, Zietek5, lub Pearce6, która mierzy fluorescencję po usunięciu żółcieni lucyferowej (LY) z podłoża, nasze podejście pozwala na ilościowe określenie absorpcji światła przez fluorofor w czasie. W związku z tym wynik reprezentuje kinetykę wychwytu dynamicznego, a nasz test umożliwia zastosowanie dodatkowych bodźców lub inhibitorów w trakcie trwania eksperymentu. Fakt, że oba testy mierzą wychwyt od zewnętrznej strony podstawno-bocznej do wewnętrznej powierzchni wierzchołkowej, wyraźnie kontrastuje z sytuacją in vivo. W modelu opisanym przez Hilla i wsp.7, temat ten został zgłębiony. Po mikrowstrzyknięciu fluoroforu do światła organoidu, fluorescencję określono ilościowo. Kierunek dyfuzji reprezentuje kierunek obecny in vivo. Wysiłek techniczny związany z mikroiniekcją wyraźnie zmniejsza przepustowość tej metody. W przeciwieństwie do opisywanego tu modelu, metoda mikroiniekcji umożliwia pomiar efektów wymagających aktywacji biologicznej na powierzchni nabłonka wierzchołkowego.

Prezentowany tutaj model integralności bariery organoidowej opiera się na mikroskopii żywych komórek i umożliwia analizę dynamicznych zmian w regulacji AJC w czasie. Zestaw może być stosowany do badania farmakologicznego wpływu substancji indukujących i hamujących integralność bariery jelitowej. Co więcej, modele oparte na organoidach pomagają zmniejszyć liczbę zwierząt wykorzystywanych do badań farmakologicznych.

Protocol

Wszystkie kroki zostały wykonane zgodnie ze wszystkimi odpowiednimi wytycznymi regulacyjnymi i instytucjonalnymi dotyczącymi opieki nad zwierzętami.

1. Poszycie organoidów

  1. Wyizoluj organoidy zgodnie z wcześniejszym opisem3. Procedura została pokrótce opisana poniżej.
    1. Zbierz jelito cienkie od myszy.
    2. Otwórz jelito cienkie wzdłużnie i usuń końcówki kosmków, zeskrobując wewnętrzną tkankę jelitową szkiełkiem nakrywkowym.
    3. Pokrój tkankę jelitową na małe kawałki za pomocą nożyczek.
    4. Umyj kawałki 5x w zimnym roztworze soli fizjologicznej buforowanej fosforanami (PBS), pipetując kawałki 10x w górę i w dół za pomocą pipety o pojemności 25 ml.
    5. Inkubować kawałki tkanek w zimnym roztworze EDTA o stężeniu 2 mM na lodzie przez 30 minut na poziomej platformie wstrząsającej. Pozwól, aby kawałki tkanki opadły.
    6. Zastąp roztwór EDTA buforem PBS, gdy kawałki tkanki osiądą na dnie. Odrzucić sklarowany osad i dodać 20 ml PBS.
    7. Uwolnij krypty jelitowe z tkanki, energicznie pipetując 10 razy w górę i w dół za pomocą pipety o pojemności 10 ml.
    8. Zebrać supernatant w probówkach wirówkowych i sprawdzić go za pomocą mikroskopii z kontrastem fazowym. Aby to zrobić, dodaj kroplę supernatantu do 96-dołkowej płytki do hodowli komórkowej. Trzymaj probówki wirówkowe na lodzie.
    9. Powtarzaj kroki 1.1.6–1.1.8, aż liczba krypt jelitowych w pobranym supernatancie zmniejszy się.
    10. Przepuść frakcje zawierające najwięcej krypt przez sitko komórkowe o wielkości 70 μm.
    11. Odwirować zawiesinę krypty w temperaturze 300 x g, 4 °C przez 5 min.
    12. Odrzucić supernatant i ponownie zawiesić osad w zimnym PBS w celu umycia krypt. Następnie powtórzyć etap wirowania zgodnie z opisem w ppkt 1.1.11.
    13. Zawiesić osad w sumie 25 μl na studzienkę mieszaniny roztworu macierzy komórkowej i mysiej pożywki do hodowli organoidów w stosunku 1:1 i umieścić organoidy na 48-dołkowych płytkach do hodowli komórkowych.
    14. Inkubować organoidy w temperaturze 37 °C, 5% CO2 przez 20 minut, aby umożliwić zestalenie się roztworu macierzy komórkowej.
    15. Przykryj organoidy 300 μl mysiego podłoża organoidowego na studzienkę.
    16. Hodować organoidy w temperaturze 37 °C, 5% CO2 , zmieniając pożywkę co 2–3 dni.
    17. Użyj organoidów do eksperymentów po 7 dniach hodowli.
  2. Przygotować organoidy do pomiaru integralności bariery.
    1. Wszystkie probówki wirówkowe, które będą używane do przechowywania organoidów podczas procesu posiewu, należy wstępnie pokryć albuminą surowicy bydlęcej (BSA), dodając wystarczającą ilość 0,1% roztworu BSA do PBS, aby pokryć wszystkie powierzchnie z tworzywa sztucznego. Następnie ponownie usuń roztwór BSA i przechowuj probówki wirówkowe na lodzie.
    2. Rozmrozić roztwór macierzy komórkowej i pożywkę do hodowli organoidów na lodzie.
  3. Aby oddzielić organoidy, ostrożnie wyjmij pożywkę hodowlaną i ponownie zawieś organoidy z jednego dołka 48-dołkowej płytki w 1 ml zimnego PBS. Rozpuść macierz komórkową przez energiczne pipetowanie. Zawiesinę organoidów należy zawsze przechowywać w probówkach wirówkowych wstępnie pokrytych BSA i zawsze przechowywać na lodzie.
    nuta: Na gęstość, rozmiar i położenie organoidów w komorowym szkiełku nakrywkowym ma wpływ współczynnik podziału, stężenie roztworu matrycy komórkowej i obchodzenie się z zawiesiną matrycy organoid-komórka. Zaleca się wcześniejsze przećwiczenie obchodzenia się z roztworem macierzy komórkowej. Zwykle do testu nadaje się osiem szklanych szkiełek nakrywkowych z dobrze komorą. Organoidy pochodzące z jednego dołka z 48-dołkowej płytki konfluentnej można podzielić na dwie studzienki z ośmiokomorowym szkiełkiem nakrywkowym (40 μl osadu matrycy organoidowo-komórkowej na studzienkę).
  4. Odwirować zawiesinę organoidów o sile 300 x g w temperaturze 4 °C przez 5 minut.
  5. Ostrożnie wyrzucić sklarowany osad i ponownie zawiesić osad z 1 ml zimnego PBS.
  6. Odwirować zawiesinę organoidów w temperaturze 300 x g, 4 °C przez 5 min.
  7. Całkowicie odrzucić supernatant i ponownie zawiesić organoidy pochodzące z jednego dołka z płytki 48-dołkowej w 40 μl zimnego podłoża. Rozdrobnić duże struktury organoidowe, pipetując zawiesinę organoidu 5x przez końcówkę pipety o pojemności 10 μl, aby zebrać struktury o wielkości 40–60 μm do wysiewu.
    nuta: Użyj końcówki 10 μl na końcówce do pipety o pojemności 100 μl do fragmentacji struktur organoidowych i przećwicz wcześniej krok 1.7, aby zapewnić spójne wyniki. Kontrolować wielkość organoidów za pomocą mikroskopii z kontrastem fazowym w probówce wirówkowej. Upewnij się, że nie ma już wielogałęziowych organoidów i że fragmenty organoidów mają około 40–60 μm długości.
  8. Gdy organoidy osiągną pożądaną wielkość, wymieszaj je z 40 μl roztworu macierzy komórkowej (podłoże: roztwór matrycy komórkowej = 1:1).
    nuta: Stosunek roztworu pożywki do roztworu macierzy komórkowej musi być utrzymywany na stałym poziomie, aby osiągnąć spójne wyniki. Rozcieńczenie roztworu macierzy komórkowej zmniejsza sztywność plamy organoidowej i wpływa na jej właściwości dyfuzyjne. Użyć wstępnie schłodzonych końcówek pipet (-20 °C) do wszystkich zawiesin zawierających roztwór matrycy komórkowej.
  9. Umieścić 40 μl zawiesiny roztworu matrycy komórek organoidowych na środku każdego dołka szkiełka nakrywkowego z 8 doładowaniami.
  10. Trzymaj szkiełko na woreczku z lodu przez 5 minut. Pozwala to zachować płynną zawiesinę organoidów macierzy komórkowej i grawitacyjnie zwiększa stężenie organoidów na powierzchni szkiełka nakrywkowego.
  11. Inkubować przez 20 minut w temperaturze 37 °C i 5% CO2 w celu umożliwienia polimeryzacji pęcherzyka macierzy organoidowo-komórkowej.
  12. Dodać 150 μl pożywki do hodowli organoidów na basenik i inkubować przez 24 godziny w temperaturze 37 °C i 5% CO2 przed przystąpieniem do poddania działaniu substancji eksperymentalnej.
    1. Wykorzystaj ten okres do traktowania organoidów i modulowania ich integralności bariery zgodnie z odpowiednią hipotezą naukową. W celu kontroli pozytywnej należy traktować organoidy przez 48 godzin IFN-γ w celu zbadania związanej z IFN-γ degradacji złączy ścisłych i wzrostu przepuszczalności. Stymulować kontrolę pozytywną za pomocą 10 U/ml (10 ng/ml) rekombinowanego mysiego IFN-γ. Pozostawić organoidy jednego z nich dobrze nieleczone.
  13. Hodowla organoidów w temperaturze 37 °C i 5 % CO2 przez okres do 48 godzin.

2. Test przepuszczalności organoidu

  1. Doprowadzić komorę inkubacyjną mikroskopu do temperatury 37 °C co najmniej 2 godziny przed rozpoczęciem eksperymentu w celu zmniejszenia dryftu termicznego podczas obrazowania organoidów.
  2. Przygotować 100 mM roztwór LY w PBS. Przechowywać na lodzie chronionym przed światłem.
  3. Przygotować 200 mM roztwór EGTA w PBS. Przechowuj go na lodzie.
  4. Przenieść szkiełko nakrywkowe z komorą wraz z organoidami do komory inkubacyjnej odwróconego mikroskopu konfokalnego i włączyć inkubację CO2 (5%). Upewnij się, że szkiełko nakrywkowe z komorą jest szczelnie zablokowane w stoliku mikroskopu.
  5. Używając organoidów w jednym dołku jako odniesienia, dostosuj ustawienia obrazowania mikroskopu. Dodać LY (3 μL ze 100 mM LY w 150 μL pożywki), aby uzyskać końcową objętość 1 mM LY w 300 μL pożywki. Inkubować pod mikroskopem przez 1 godzinę i dostosować ostrość do obrazowania światła organoidów. Określ wymaganą energię lasera dla wzbudzenia LY (488 nm) i odpowiednią czułość wykrywania instrumentu i spróbuj zobrazować fluorescencję LY przy 30–40% dostępnego zakresu dynamiki używanego instrumentu.
    nuta: Dostosuj energię wzbudzenia lasera i skuteczność wykrywania na organoidach niepoddanych działaniu substancji 70 minut po dodaniu LY. Upewnij się, że energia wzbudzenia jest wystarczająco wysoka, aby uzyskać dobrze naświetlony obraz. Aby uniknąć nasycenia fluorescencji LY w obrazach mikroskopowych, zaleca się dostosowanie tych ustawień po osiągnięciu stanu ustalonego przez dyfuzję LY.
  6. Określ położenie organoidów za pomocą obrazowania na żywo z kontrastem interferencyjnym różnicowym (DIC). Spróbuj zobrazować organoidy o porównywalnych średnicach (80 ± 30 μm) i skup się na centralnym wycinku organoidów, aby zobrazować ich światło. Zdefiniuj około 10 organoidów na studzienkę i spróbuj zobrazować tylko organoidy znajdujące się blisko powierzchni szkiełka nakrywkowego o kulistej strukturze.
    nuta: Liczba organoidów, które można zobrazować w jednym przebiegu, zależy od prędkości mikroskopu. Zaleca się obrazowanie organoidów w odstępie 5 minut. W zwykłym laserowym mikroskopie skaningowym 40 pozycji to rozsądny punkt wyjścia.
  7. Zapisać DIC i fluorescencję LY w każdej pozycji, aby udokumentować kształt organoidu i autofluorescencję przed dodaniem LY do studzienek, wykorzystywanych do oznaczania integralności bariery.
  8. Nie należy obrazować organoidów, które wykazują wysoką autofluorescencję. Wynika to z nagromadzenia martwych komórek w świetle organoidu, a wyniki organoidów autofluorescencyjnych są trudne do późniejszej analizy.
  9. Rozcieńczyć 3 μl przygotowanego roztworu LY (100 mM LY w 150 μl pożywki) i dodać go ostrożnie do każdej studzienki, nie dotykając szkiełka nakrywkowego z komorą. Zalecane stężenie LY na studzienkę wynosi 1 mM. Ostateczna objętość na studzienkę powinna wynosić 300 μl.
  10. Szybko sprawdź ostrość zdefiniowanych pozycji i skoryguj w razie potrzeby.
    nuta: LY szybko dyfunduje przez macierz komórkową. Dlatego obrazowanie konfokalne należy rozpocząć w ciągu 3 minut po dodaniu fluoroforu.
  11. Rozpocznij obrazowanie poklatkowe pod mikroskopem. Wykonuj obraz fluorescencyjny każdej pozycji co 5 minut, co daje łącznie 70 minut.
    nuta: Organoidy obrazowano w odstępach 5-minutowych, aby zobrazować wychwyt LY w czasie. Aby zmierzyć przerwanie bariery jelitowej, wystarczy zarejestrować fluorescencję przed i 60 minut po dodaniu LY oraz ponownie 10 minut po dodaniu EGTA.
  12. Dodać 3 μl przygotowanego roztworu EGTA do studzienki, nie dotykając szkiełka nakrywkowego z komorą. Zalecane stężenie w komorowym szkiełku nakrywkowym EGTA wynosi 2 mM. Całkowita objętość na studzienkę powinna wynosić 300 μl.
  13. Rozpocznij drugi film poklatkowy. Ponownie zarejestrować fluorescencję określonych organoidów w odstępie 5 minut, co daje łącznie 30 minut.
  14. Wyrzuć wszystko zgodnie z lokalnymi przepisami bezpieczeństwa.
    nuta: W tym miejscu protokół można wstrzymać.

3. Analiza danych

  1. Analizuj tylko wyniki organoidów, które przyjęły LY po dodaniu EGTA.
  2. Wyniki można określić ilościowo za pomocą Fiji ImageJ.
  3. Otwórz zestaw danych w ImageJ, klikając Plik |Otwórz i wybierz dane obrazu. W następującym oknie dialogowym Opcje importu formatów biologicznych wybierz pozycję Wyświetl stos z: Hyperstack.
  4. Otwórz menedżera obszaru zainteresowania (ROI), klikając pozycję Analizuj | Narzędzia | Menedżer zwrotu z inwestycji.
  5. Narysuj owalny zwrot akcji, klikając przycisk Owalny wybór na pasku menu ImageJ. Narysuj zaznaczenie zawierające wewnętrzne światło organoidu. Następnie naciśnij Dodaj w Menedżerze ROI.
  6. Powtórz kroki dla trzech reprezentatywnych obszarów poza organoidem.
  7. Kliknij Analizuj na pasku menu i wybierz Ustaw pomiary. Włącz tylko średnią wartość szarości i wyłącz wszelkie inne pomiary. Następnie kliknij przycisk OK.
  8. Upewnij się, że wszystkie ROI są zaznaczone w Menedżerze ROI. W Menedżerze zwrotu z inwestycji kliknij Więcej | Wiele miar. W oknie dialogowym opcji wybierz opcję Zmierz wszystkie wycinki [...] i Po jednym wierszu na wycinek. Następnie kliknij przycisk OK.
  9. Zaznacz wszystkie wartości w oknie Wyniki i skopiuj je do aplikacji arkusza kalkulacyjnego w celu dalszej analizy.
    nuta: Jeśli pozycja organoidu przesunęła się podczas obrazowania poklatkowego, zwrot z inwestycji musi być odpowiednio dostosowany. W tym celu należy wybrać właściwy zwrot z inwestycji w menedżerze zwrotu z inwestycji i przenieść go na nową pozycję. Następnie kliknij przycisk Aktualizuj w menedżerze zwrotu z inwestycji. Wykonaj pomiar dla każdego punktu czasowego indywidualnie, klikając opcję Zmierz w menedżerze zwrotu z inwestycji, a następnie przełącz się na następny punkt czasowy w oknie obrazu, korzystając z paska na dole. Zbierz wszystkie pomiary w arkuszu kalkulacyjnym. Indywidualny kształt i ruch organoidów w okresie obrazowania wymaga ręcznej analizy danych.
  10. Obliczyć średnią wartość intensywności trzech ROI poza organoidem dla każdego punktu czasowego.
  11. Podziel intensywność ROI wewnątrz światła organoidu przez średnią intensywność ROI na zewnątrz i średnią intensywność wewnątrz organoidu.
  12. Aby obliczyć względny wzrost fluorescencji organoidów świetlnych, podziel względną fluorescencję (patrz krok 3.11) w każdym obrazowanym punkcie czasowym przez minimalną fluorescencję względną.
    nuta: Użyj minimalnej fluorescencji względnej, ponieważ czasami dyfuzja fluoroforu może być powolna na początku eksperymentu.

Representative Results

Aby zweryfikować zastosowanie 3D organoidów myszy z jelita cienkiego jako modelu do ilościowego określenia wpływu związków regulujących integralność bariery jelitowej, zastosowaliśmy IFN-γ. Aby to zrobić, wyizolowaliśmy i wyhodowaliśmy organoidy pochodzące od myszy reagujących na IFN-γ typu dzikiego i IFN-γ-receptor-2, które nie reagują na IFN-γ8. Po leczeniu przez 48 godzin IFN-γ lub PBS (kontrola), wszystkie organoidy wystawiono na działanie LY i zobrazowano za pomocą konfokalnej mikroskopii żywych komórek z wirującym dyskiem w odstępach 5-minutowych przez okres 70 minut. Funkcjonalna integralność bariery jelitowej w tym modelu skutkowała wykluczeniem LY ze światła organoidu, podczas gdy wewnątrzświetlne nagromadzenie LY oznaczało zniszczenie TJ. Reprezentatywne obrazy mikroskopowe fluorescencji po 70 minutach inkubacji z LY wyraźnie pokazują, że wewnątrzświetlna fluorescencja LY była widoczna tylko w organoidach od zwierząt typu dzikiego traktowanych IFN-γ. W niestymulowanych (PBS) kontrolach ani w organoidach pochodzących od zwierząt nokautujących (IFN-γR2ΔIEC, Rysunek 1), po 70 minutach nie stwierdzono wewnątrzświetlnej fluorescencji LY.

Dodanie EGTA powoduje niespecyficzne załamanie integralności bariery jelitowej poprzez sekwestrację kofaktorów TJ. Ta kontrola była zawsze wykorzystywana pod koniec eksperymentu, aby zademonstrować zdolność odpowiedniego organoidu do przyjmowania LY (Rysunek 1). Jeśli po leczeniu EGTA nie wykryto wewnątrzświetlnej fluorescencji LY, organoid został wykluczony z eksperymentu.

Dla ilościowej oceny wyników mikroskopowych, zmierzono fluorescencję LY w świetle organoidu i poza nim. Obliczono względne wartości intensywności (fluorescencja wewnątrz/ fluorescencja na zewnątrz + wewnątrz) i są one wyświetlane dla każdego zobrazowanego punktu czasowego. Zaleca się unikanie obrazowania organoidów o różnych rozmiarach. Zdecydowaliśmy się skupić na organoidach o średnicy 80 ± 30 μm (Rysunek 2). Schemat protokołu z reprezentatywnymi obrazami jest pokazany w Rysunek 3. Niektóre główne problemy i techniki rozwiązywania problemów są pokazane i omówione w Rysunek 4.

Rysunek 1
Rycina 1: Integralność bariery jelitowej można analizować w organoidach myszy. Organoidy jelitowe z IFN-γR2WT i IFN-γR2ΔIEC hodowano w obecności IFN-γ przez 48 godzin lub pozostawiono bez leczenia. Aby zbadać integralność bariery jelitowej, dodano LY (457 Da) i wykonano konfokalne obrazy fluorescencyjne w odstępach 5-minutowych, w sumie przez 70 minut. Pokazane są reprezentatywne obrazy w punkcie czasowym 0 min, 70 min i po dodaniu EGTA (zielony = Lucyfer żółty; Podziałka = 20 μm). Ten rysunek został zmodyfikowany z Bardenbacher et al.8. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2
Rycina 2: Model integralności bariery organoidowej jelita cienkiego dostarcza wyników ilościowych. (A) Fluorescencję LY określono wewnątrz i na zewnątrz organoidu. Obliczono względne wartości intensywności (wewnątrz/fluorescencja na zewnątrz + wewnątrz) w stosunku do początkowej intensywności względnej + SEM i są one wyświetlane dla każdego punktu czasowego. (B) Rozkład wielkości analizowanych organoidów. Aby zmniejszyć odchylenie standardowe i błędy wynikające ze zmian stosunku powierzchni do objętości, analizowaliśmy tylko organoidy o średnicy 80 ± 30 μm. Średnie wartości odpowiednich średnic organoidów są pokazane + SD (IFN-γR2WT, n = 20; IFN-γR2ΔIEC, n = 18). Średnie wartości średnicy nie różniły się istotnie między różnymi grupami (jednoczynnikowa ANOVA). (C) Przepuszczalność organoidów określono 70 minut po dodaniu LY. Określono go, dzieląc natężenia fluorescencji wewnątrzświetlnej po 70 minutach przez minimalne względne natężenia fluorescencji zmierzone w okresie obserwacji. Każdy słupek reprezentuje wartości średnie + SD, mierzone w 10 organoidach pochodzących z dwóch niezależnych eksperymentów (IFN-γR2WT, n = 20; IFN-γR2ΔIEC, n = 18). IFN-γ istotnie zwiększał wychwyt LY tylko w organoidachWT IFN-γR2. Wartość p <0,001 w teście t-Studenta. Ten rysunek został zmodyfikowany z Bardenbacher et al.8. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3
Rysunek 3: Schematyczny protokół z reprezentatywnymi obrazami. (A) Schematyczny opis głównych kroków protokołu. (B) Reprezentatywne zdjęcia głównych etapów protokołu. (B1) Obraz mikroskopowy DIC centralnego wycinka przez odpowiedni organoid, który został wybrany do analizy przepuszczalności. Linia przerywana reprezentuje szerokość 89 μm. (B2) Obraz z mikroskopii fluorescencyjnej tego samego organoidu w (B1) przed dodaniem LY. Obraz przedstawia autofluorescencję organoidu. (B3) Organoid 70 minut po dodaniu LY. Przedstawiony organoid nie wykazuje wychwytu LY, a zatem nienaruszoną funkcję barierową. Linie przerywane pokazują zwrot z inwestycji do dalszej analizy. Zaznaczone jest wewnętrzne światło organoidu i trzy reprezentatywne obszary wokół organoidu. (B4) Organoid po dodaniu EGTA. Organoid nadaje się do dalszej analizy, ponieważ wykazuje wychwyt LY po leczeniu EGTA. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 4
Rysunek 4: Rozwiązywanie typowych problemów. (A) Tabela z typowymi problemami i rozwiązaniami. (B) Przykładowe zdjęcia. (B1) Obraz DIC dużego wielogałęziowego organoidu, który nie nadaje się do tego testu. (B2). Konfokalny obraz organoidu wykazującego wysoką autofluorescencję przed dodaniem LY do pożywki. Organoid został wyłączony z oceny ilościowej. (B3) Konfokalny obraz organoidu wykazującego niską autofluorescencję przed dodaniem LY do pożywki. W tym przypadku fluorescencję określono ilościowo. (B4) Organoid niewykazujący wychwytu LY z pożywki 30 minut po dodaniu EGTA i w związku z tym wyłączony z oznaczania ilościowego. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Discussion

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Disclosures

Tutaj opisujemy technikę ilościowego określania integralności bariery organoidów jelita cienkiego. Fakt, że metoda opiera się na żywych organoidach, umożliwia sekwencyjne badanie różnych substancji modulujących integralność bariery lub ich kombinacji w sposób rozdzielczy w czasie.

Acknowledgements

Ta praca była wspierana przez granty z Niemieckiej Fundacji Badawczej (DFG) [KFO257, projekt 4 dla M.S. i projekt 1 dla C.B.; FOR2438, projekt 2 na rzecz M.S. i E.N. oraz projekt 5 na rzecz C.B.; SFB1181 projekt C05 do C.B.; TRR241, projekt A06 do N.B.L. i M.S., projekt A03 do C.B., BR5196/2-1 do N.B.L. i BE3686/2 do C.B.]; Interdyscyplinarne Centrum Badań Klinicznych (IZKF) Centrum Klinicznego w Erlangen (do M.S., E.N. i M.B.), W. Lutz Stiftung (do M.S.) oraz Forschungsstiftung Medizin Centrum Klinicznego Erlangen (do M.S.). Niniejsza praca została wykonana w ramach (częściowego) spełnienia wymagań wymaganych do uzyskania stopnia doktora medycyny Marco Bardenbachera.

Materials

Laser wzbudzający nakrywkowe
Szkiełka 8-dołkowe 48-dołkoweThermo Fisher Scientific#150687
Ibidi#80826
96-dołkowa płytka hodowlanaGreiner Bio-One#655101
Axio Observer.Z1 - wirujący dyskZeiss488 nm / filtr emisyjny 525/25
Albumina surowicy bydlęcejSigma-AldrichA3059-100G
Sitko do komórekFalcon352350
Probówka wirówkowa 15 mlThermo Fisher Scientific11507411
Probówka wirówkowa 50 mlThermo Fisher Scientific10788561
EDTASigma-Aldrich431788-25g
EGTASigma-Aldrich431788
Lucyfer Żółta sól dilitowa CHSigma-AldrichL0259
Matrigel, zredukowany czynnik wzrostu, wolny od czerwieni fenolowejCorning356231Roztwór macierzy komórkowej
MyszyLaboratorium JacksonaM. musculus C57/Bl6
Szkiełkomikroskopu 24 mm x 60 mm
Organoid Growth Medium mysietechnologie komórek macierzystych#06005
Solanka buforowana fosforanemBiochromL182-05
Rekombinowana mysia IFN-γKot Biolegend#575304

References

  1. López-Posadas, R., Stürzl, M., Atreya, I., Neurath, M. F., Britzen-Laurent, N. Interplay of GTPases and Cytoskeleton in Cellular Barrier Defects during Gut Inflammation. Frontiers in Immunology. 8, 1240 (2017).
  2. Zhang, Y. Z., Li, Y. Y. Inflammatory bowel disease: pathogenesis. World Journal of Gastroenterology. 20 (1), 91-99 (2014).
  3. Sato, T., et al. Single Lgr5 stem cells build crypt-villus structures in vitro without a mesenchymal niche. Nature. 459 (7244), 262-265 (2009).
  4. Leslie, J. L., et al. Persistence and toxin production by Clostridium difficile within human intestinal organoids result in disruption of epithelial paracellular barrier function. Infection and Immunity. 83 (1), 138-145 (2015).
  5. Zietek, T., Rath, E., Haller, D., Daniel, H. Intestinal organoids for assessing nutrient transport, sensing and incretin secretion. Scientific Reports. 5 (1), 16831 (2015).
  6. Pearce, S. C., et al. Marked differences in tight junction composition and macromolecular permeability among different intestinal cell types. BMC Biology. 16 (1), 19 (2018).
  7. Hill, D. R., Huang, S., Tsai, Y. H., Spence, J. R., Young, V. B. Real-time Measurement of Epithelial Barrier Permeability in Human Intestinal Organoids. Journal of Visualized Experiments. (130), e56960 (2017).
  8. Bardenbacher, M., et al. Permeability analyses and three dimensional imaging of interferon gamma-induced barrier disintegration in intestinal organoids. Stem Cell Research. 35, 101383 (2019).
  9. Tomita, M., Hotta, Y., Ohkubo, R., Awazu, S. Polarized transport was observed not in hydrophilic compounds but in dextran in Caco-2 cell monolayers. Biological and Pharmaceutical Bulletin. 22 (3), 330-331 (1999).
  10. Turner, J. R. Intestinal mucosal barrier function in health and disease. Nature Reviews: Immunology. 9 (11), 799-809 (2009).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission

Play Video

Badanie rozpadu bariery jelitowej w żywych organoidach
JoVE logo
Contact Us Recommend to Library
Research
  • JoVE Journal
  • JoVE Encyclopedia of Experiments
  • JoVE Visualize
Business
  • JoVE Business
Education
  • JoVE Core
  • JoVE Science Education
  • JoVE Lab Manual
  • JoVE Quizzes
Solutions
  • Authors
  • Teaching Faculty
  • Librarians
  • K12 Schools
  • Biopharma
About JoVE
  • Overview
  • Leadership
Others
  • JoVE Newsletters
  • JoVE Help Center
  • Blogs
  • JoVE Newsroom
  • Site Maps
Contact Us Recommend to Library
JoVE logo

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. All rights reserved

Privacy Terms of Use Policies
WeChat QR code