Ten protokół ma być narzędziem do badania stłuszczenia i molekularnych, biochemicznych, komórkowych zmian spowodowanych nadmierną ekspozycją hepatocytów na lipidy in vitro.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół ma być narzędziem do badania stłuszczenia i molekularnych, biochemicznych, komórkowych zmian spowodowanych nadmierną ekspozycją hepatocytów na lipidy in vitro.
Stłuszczeniowa choroba wątroby związana z dysfunkcją metaboliczną (MAFLD), wcześniej znana jako niealkoholowa stłuszczeniowa choroba wątroby (NAFLD), jest najbardziej rozpowszechnioną chorobą wątroby na świecie ze względu na jej związek z otyłością, cukrzycą typu 2 i dyslipidemią. Stłuszczenie wątroby, czyli nagromadzenie kropelek lipidów w miąższu wątroby, jest kluczową cechą choroby poprzedzającej stan zapalny obserwowany w stłuszczeniowym zapaleniu wątroby, zwłóknieniu i schyłkowej niewydolności wątroby. Nagromadzenie lipidów w hepatocytach może zaburzać prawidłowy metabolizm ksenobiotyków i cząsteczek endogennych, a także indukować procesy komórkowe prowadzące do zaawansowania choroby. Chociaż eksperymentalne badanie stłuszczenia można przeprowadzić in vivo, podejścia in vitro do badania stłuszczenia są narzędziami uzupełniającymi o różnych zaletach. Hodowla hepatocytów w pożywce kondycjonowanej przeciążeniem lipidów jest doskonałą, powtarzalną opcją do badania stłuszczenia wątroby, umożliwiając identyfikację procesów komórkowych związanych z akumulacją lipidów, takich jak stresy oksydacyjne i siatkowate, autofagia, proliferacja, śmierć komórki itp., a także inne testy, w tym skuteczność leków i testy toksykologiczne, wśród wielu innych możliwych zastosowań. W tym celu miało to na celu opisanie metodyki hodowli komórek hepatocytów w pożywce kondycjonowanej przeciążeniem lipidów. Komórki HepG2 hodowano w pożywce RMPI 1640 kondycjonowanej palmitynianem sodu i oleinianem sodu. Co ważne, stosunek tych dwóch lipidów ma kluczowe znaczenie dla akumulacji kropelek lipidów, przy jednoczesnym utrzymaniu proliferacji komórek i umiarkowanej śmiertelności, jak ma to miejsce w wątrobie podczas choroby. Przedstawiono metodologię od przygotowania roztworów lipidowych, mieszaniny, dodawania do pożywki i hodowli hepatocytów. Dzięki takiemu podejściu możliwe jest zidentyfikowanie kropelek lipidów w hepatocytach, które można łatwo zaobserwować za pomocą barwienia czerwienią olejową O, a także krzywych współczynników proliferacji/śmiertelności.
Stłuszczenie wątroby związane z dysfunkcją metaboliczną jest bardzo rozpowszechnione na całym świecie1,2; szacuje się, że dotyczy to do 25% populacji3. Choroba ta, znana wcześniej jako niealkoholowa stłuszczeniowa choroba wątroby (NAFLD), zaktualizowała swoją nomenklaturę do stłuszczeniowej choroby wątroby związanej z dysfunkcją metaboliczną (MAFLD), aby dokładnie odzwierciedlić patogenezę związaną z otyłością, insulinoopornością, cukrzycą typu 2 i dyslipidemią, a także możliwe sposoby postępowania w chorobie3,4.
Bez względu na nazwę, choroba obejmuje szerokie spektrum zmian histopatologicznych charakteryzujących się nienormalnie wysokim nagromadzeniem lipidów w wątrobie (>5% tłuszczu w hepatocytach5) i może postępować poprzez akumulację lipidów typowo występującą w prostym stłuszczeniu do stłuszczeniowego zapalenia wątroby, co z kolei może prowadzić do rozwoju zwłóknienia, marskości wątroby, Rak wątrobowokomórkowy i niewydolność wątroby5,6,7,8. Ze względu na rosnące rozpowszechnienie, oczekuje się, że MAFLD stanie się pierwszym wskazaniem przeszczepu wątroby i główną przyczyną raka wątrobowokomórkowego9.
Chociaż stłuszczenie wątroby zostało uznane za łagodną lub łagodną formę stłuszczenia wątroby, w rzeczywistości jest kluczem metabolicznym w MAFLD10. Akumulacja lipidów w wątrobie wpływa na różne szlaki metaboliczne, w tym między innymi na syntezę, eksport i metabolizm lipidów10. Insulinooporność, stres oksydacyjny, stres siatkowaty i dysfunkcja komórkowa są silnie związane z lipotoksycznością wątroby11,12. Z drugiej strony, hepatocyty tłuszczowe są celem reaktywnych form tlenu, powodując metabolity jako nadtlenki lipidów, karbonylki białkowe i addukty kwasów nukleinowych13. Na poziomie komórkowym hepatocyty tłuszczowe mogą ulegać uszkodzeniu mitochondriów14, cellular senescence15, apoptosis16, pyroptosis12 i autophagia17, między innymi.
Hepatocyty są wysoce odpowiedzialne za metabolizm, detoksykację i syntezę szerokiej gamy molekuł. Wiele z tych funkcji może być zagrożonych przez akumulację lipidów obserwowaną w stłuszczeniu. Dlatego tak ważne jest, aby dysponować powtarzalnymi narzędziami, które pozwalają na dokładną ocenę stłuszczenia. W tym sensie modele in vitro są łatwe do zastosowania i wysoce powtarzalne. Stłuszczenie in vitro było stosowane w różnych celach16,18,19. Komórki HepG2 są szeroko stosowane jako linia komórkowa hepatocytów. Ma zalety, takie jak łatwość uprawy i dobrze scharakteryzowana. Być może jedyną wadą komórek HepG2 jest fakt, że jest to rakotwórcza linia komórkowa, więc należy to wziąć pod uwagę podczas analizy wyników. Przedstawiono zastosowanie mieszaniny kwasów tłuszczowych szeroko stosowanych w hodowli komórkowych: kwasu palmitynowego (PA) i kwasu oleinowego (OA). Zarówno PA, jak i OA oferują różne wyniki w culture20. PA (C 16:0) jest najczęściej spotykanym nasyconym kwasem tłuszczowym otrzymywanym z diety16. PA jest uważany za biomarker lipogenezy de novo, kluczowy krok w rozwoju NAFLD21. Wykazano, że PA jest wysoce toksyczny22; W związku z tym może nie być zalecane wywoływanie stłuszczenia in vitro. OA (C 18:1) jest jednonienasyconym kwasem tłuszczowym. W przeciwieństwie do PA, sugeruje się, że choroba zwyrodnieniowa stawów ma właściwości przeciwzapalne i przeciwutleniające, będąc w stanie przeciwdziałać PA12. Zarówno PA, jak i OA są głównymi kwasami tłuszczowymi obecnymi w trójglicerydach, niezależnie od stanu zdrowia lub choroby16. Tabela 1 zawiera przykłady hodowli hepatocytów z PA, OA i ich mieszaniną, a także przedstawione wyniki12,23,24,25,26,27. Inne kwasy tłuszczowe były również używane w hodowli hepatocytów, w tym kwas stearynowy (C 18:0)28,29,30, kwas linolowy (C 18:1)28,30,31 i jego koniugaty (CLA)28,32, kwas palmitynowy (C 16:1)29. Jednak ich stosowanie jest najrzadziej opisywane w literaturze, być może dlatego, że ich liczebność w wątrobie jest niższa niż PA i OA16.
W połączeniu, oba kwasy tłuszczowe przypominają stłuszczenie in vitro, dostarczając proliferujących komórek, o zwiększonej śmierci komórek i niższej żywotności w porównaniu z warunkami kontrolnymi. Warto wspomnieć, że odpowiednie sole tych kwasów tłuszczowych są dostępne i mogą być również stosowane. Jednym z głównych problemów przy ocenie przeciążenia lipidami w hodowli komórek hepatocytów jest rozróżnienie między modelami toksykologicznymi a modelem, który najlepiej reprezentuje stłuszczenie. W pierwszym przypadku można uwzględnić wiele modeli. W rzeczywistości użycie samego PA może być brane pod uwagę wśród nich, a wysoka śmiertelność jest najbardziej widocznym wynikiem12,16,23,24,25,26,27. Stosowanie wysokich dawek nawet w przypadku choroby zwyrodnieniowej stawów można również uznać za model toksykologiczny. Przedstawiony tutaj protokół jest bardziej zgodny z rozwojem stłuszczenia, ponieważ wykazuje niską śmiertelność w porównaniu z obserwowaną w innych modelach i pozwala na jego przestrzeganie przez kilka dni z postępującą akumulacją lipidów, tak jak ma to miejsce w NAFLD. Za kolejną zaletę uważa się możliwość oceny łagodnego i ciężkiego stłuszczenia w warunkach eksperymentalnych.
| Kwasy tłuszczowe | Warunki | Wyniki | odniesienie | ||
| PA | Stężenie: 200 μM | Akumulacja lipidów | Yan i inni, 201925. | ||
| Czas ekspozycji: 24 h | Uszkodzenie hepatocytów | ||||
| Zwiększenie aktywności aminotransferaz | |||||
| PA | Stężenie: 50, 100 i 200 μM | Nagromadzenie lipidów | Xing i inni, 201924. | ||
| Czas ekspozycji: 24 h | |||||
| PA | Stężenie: 250 μM , 500 μM , 750 μM i 1,000 μM | Akumulacja lipidów | Wang i inni, 202026. | ||
| Czas ekspozycji: 24 h | Postępujące zmniejszanie żywotności komórek | ||||
| Mieszanka OA/PA | Stężenie: 1 mM | Akumulacja lipidów | Xiao i inni, 202027. | ||
| Czas ekspozycji: 24 h | Nie zgłasza lipotoksyczności | ||||
| Oceń: 2OA:1PA | |||||
| Mieszanka OA/PA | Pierwsza stymulacja 200 μM i 400 μM PA, a następnie druga stymulacja 200 μM OA | Nagromadzenie lipidów. | Zeng i inni, 202012. | ||
| Stężenie:400 μM PA: 200 μM OA | Dowody na lipotoksyczność wywołaną przez PA zostały zmniejszone przez stymulację choroby zwyrodnieniowej stawów. | ||||
| Oceń: 2PA:1OA | |||||
| Czas ekspozycji: 24 h | |||||
| Mieszanka OA/PA | Stężenie: 400 μM PA: 200 μM OA | Akumulacja lipidów | Chen i inni, 201823. | ||
| Oceń: 2PA:1OA | |||||
| Czas ekspozycji: 24 h | |||||
| Mieszanka OA/PA | Stężenie :50 i 500 μM | Powstawanie dwóch rodzajów stłuszczenia: łagodne stłuszczenie i ciężkie stłuszczenie. | Campos i Guzmán 2021 | ||
| Oceń: 2PA:1OA | Symuluje przewlekłe narażenie na przeciążenie lipidami | ||||
| Czas ekspozycji: 24 godziny, 2 dni, 3 dni i 4 dni. | |||||
Tabela 1. Hodowla hepatocytów w warunkach stłuszczeniowych. W tabeli przedstawiono rodzaj użytego kwasu tłuszczowego, utrzymywane warunki oraz obserwowane wyniki w hodowli hepatocytów. PA: Kwas palmitynowy. OA: Kwas oleinowy.
Na koniec, ten model ma zastosowanie nie tylko do badania stłuszczenia i stłuszczenia wątroby, ale także do szlaków metabolicznych, syntetycznych i detoksykacyjnych w wątrobie w kontekście stłuszczenia. Również stłuszczenie indukowane in vitro może dostarczyć dowodów na identyfikację potencjalnych markerów choroby, a także celów terapeutycznych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Przygotowanie pożywki standardowej i warunkowanej
2. Przedhodowla
3. Hodowla steatogenna
4. Ocena żywotności i śmiertelności


5. Barwienie lipidów metodą Oil-Red O
6. Ocena morfometryczna zawartości lipidów
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Hepatocyty hodowane w medium steatogennym wykazują wzrost na całej powierzchni dołka; jednakże hepatocyty stłuszczone wykazują niższy tempo wzrostu w porównaniu z komórkami hodowanymi w medium kontrolnym. Zaproponowany stosunek i stężenie OA i PA gwarantują przeżywalność komórek podczas hodowli. Wysianie 1 x 105 komórek na dołek w płytkach 24-dołkowych zapewnia optymalną konfluencję, co przedstawiono na Rysunku 1.
Żywotność hodowanych komórek była niższ...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół ten ma na celu zapewnienie strategii badania stłuszczenia in vitro. Hodowla komórkowa jest potężnym narzędziem do badania komórkowych, molekularnych, biochemicznych i toksykologicznych aspektów komórek narażonych na różne warunki. Dzięki takiemu podejściu stłuszczenie można uwidocznić nie tylko jako etap złożonej choroby, jaką jest MAFLD, ale także jako nadmierną ekspozycję hepatocytów na lipidy i możliwe wyniki wynikające z takiej ekspozycji. Dlatego jego zastosowanie nie ogranicza się do fizjopatologi...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca została sfinansowana przez Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt, CB-221137). Adriana Campos jest doktorantką w Programa de Doctorado en Ciencias Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México, a jej wsparcie otrzymał Conacyt (CVU: 1002502).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Szafa bezpieczeństwa biologicznego | ESCO Airstream | AC2-452+C2:C26 | Klasa II Wpisz A2 Szafa bezpieczeństwa biologicznego |
| Filtr górny do butelki | Corning, USA | 430513 | Nie pirogenny, polistyrenowy, sterylny. 1 filtr/worek. 0,22 &m; m, 500 ml. |
| Surowica bydlęca albimun (BSA) | Gold Biotechnology, US | A-421-10 | BSA Bez kwasów tłuszczowych do hodowli komórkowych |
| Pożywki hodowlane RPMI 1640 | ThermoFisher-Gibco, US | 31800-022-Płodowa | |
| surowica bydlęca (FBS) | ThermoFisher-Gibco, US | ||
| A4766801-Hemocytometr | Marienfeld, DE | 640010-HepG2 | |
| linia komórkowa | ATCC, US | HB-8065 | Rak wątrobowokomórkowy komórki ludzkie. |
| Nawilżany inkubator | Thermo Electronic Corporation, model amerykański | : 3110 | Temperatura (37 & stopnie; C ± 1 &stopnie; C), wilgotność (90% ± 5%) , CO2 (5% ± 1%) |
| Mikroskop odwrócony Eclipse | NIKON, JPN | Model: TE2000-S-Isopropanol | |
| Sigma-Aldrich, US | I9030-4L-Oil | ||
| Red O Kit | Abcam, US | ab150678 | Zestaw do histologicznej wizualizacji obojętnego tłuszczu. |
| Paraformaldehyd | Sigma-Aldrich, US | P6148-500G-penicylina | |
| /streptomycyna | ThermoFisher-Gibco, US | 15140-122 | Antybiotyki 10 000 U/ml Penicylina, 10 000 μ pH-metr g / ml Streptomycyny |
| Beckman, model amerykański | : 360 miernik PH / Temp / MV | - | |
| buforowana solą fizjologiczną z fosforanami | ThermoFisher-Gibco, US | 10010-023-Pipety | |
| serologiczne | Sarstedt, AUS | 86.1253.001 | Niepirogenne, sterylne, 5 ml |
| pipety serologiczne | Sarstedt, AUS& | nbsp; 86.1254.001 | Niepirogenny, sterylny, 10 ml |
| wodorowęglanu sodu | Sigma-Aldrich, US | S5761-1KG | Przygotowanie pożywek |
| hodowlanych Oleinian sodu | Santa Cruz Biotechnology, US | sc-215879A-Palmitynian | |
| sodu | Santa Cruz Biotechnology, US | sc-215881-Filtr | |
| strzykawkowy | Corning, USA | 431219 | Niepirogenny, sterylny, 28 mm, 0,2 μm. |
| Trypan Blue | Sigma-Aldrich, US | T6146-25G-Trypsyna | |
| 0,05% / EDTA 0,53 mM | Corning, US | 25-052-Cl-24 | |
| studzienkowy klaster hodowli komórkowych | Corning, US | 3524 | Płaskie dno z pokrywką. Hodowla tkankowa poddana obróbce. Niepirogenne, polistyrenowe, sterylne. 1/opakowanie. |
| 96-dołkowy klaster hodowli komórkowych | Corning, US | 3599 | Płaskie dno z pokrywką. Hodowla tkankowa poddana obróbce. Niepirogenne, polistyrenowe, sterylne. 1/opakowanie. |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.