Tutaj prezentujemy szczegółowy protokół opisujący wykorzystanie fragmentów mikronaczyniowych wyizolowanych z gryzoni lub ludzkiej tkanki tłuszczowej jako prostego podejścia do inżynierii funkcjonalnej, unaczynionej beżowej tkanki tłuszczowej.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tutaj prezentujemy szczegółowy protokół opisujący wykorzystanie fragmentów mikronaczyniowych wyizolowanych z gryzoni lub ludzkiej tkanki tłuszczowej jako prostego podejścia do inżynierii funkcjonalnej, unaczynionej beżowej tkanki tłuszczowej.
Inżynieria termogenicznej tkanki tłuszczowej (np. beżowej lub brązowej tkanki tłuszczowej) została zbadana jako potencjalna terapia chorób metabolicznych lub do projektowania spersonalizowanych mikrotkanek do badań przesiewowych i testów narkotykowych. Obecne strategie są często dość złożone i nie są w stanie dokładnie w pełni zobrazować wielokomórkowych i funkcjonalnych właściwości termogenicznej tkanki tłuszczowej. Fragmenty mikronaczyniowe, małe nienaruszone mikronaczynia składające się z tętniczki, żyłek i naczyń włosowatych odizolowanych od tkanki tłuszczowej, służą jako pojedyncze autologiczne źródło komórek, które umożliwiają unaczynienie i tworzenie tkanki tłuszczowej. W artykule opisano metody optymalizacji warunków hodowli w celu umożliwienia wytwarzania trójwymiarowych, unaczynionych i funkcjonalnych termogenicznych tkanek tłuszczowych z fragmentów mikronaczyniowych, w tym protokoły izolacji fragmentów mikronaczyniowych z tkanki tłuszczowej i warunków hodowli. Ponadto omówiono najlepsze praktyki, techniki charakteryzowania zmodyfikowanych tkanek, a także przedstawiono wyniki próbek zarówno z fragmentów mikronaczyniowych gryzoni, jak i ludzi. Podejście to ma potencjał do wykorzystania do zrozumienia i opracowania metod leczenia otyłości i chorób metabolicznych.
Celem tego protokołu jest opisanie podejścia do rozwoju unaczynionej beżowej tkanki tłuszczowej z pojedynczego, potencjalnie autologicznego źródła, fragmentu mikronaczyniowego (MVF). Wykazano, że brązowa i beżowa tkanka tłuszczowa wykazuje korzystne właściwości związane z regulacją metaboliczną; Jednak niewielka objętość tych magazynów tkanki tłuszczowej u dorosłych ogranicza potencjalny wpływ na metabolizm ogólnoustrojowy, szczególnie w stanach chorobowych, takich jak otyłość lub cukrzyca typu 21,2,3,4,5,6,7. Istnieje duże zainteresowanie brązowym/beżowym tłuszczem jako celem terapeutycznym w zapobieganiu szkodliwym skutkom metabolicznym związanym z otyłością i chorobami współistniejącymi8,9,10,11,12.
MVFs to struktury naczyń, które mogą być bezpośrednio izolowane z tkanki tłuszczowej, hodowane i utrzymywane w trójwymiarowej konfiguracji przez dłuższy okres czasu13,14,15. Wcześniejsze prace naszej grupy, a także innych, zaczęły wykorzystywać wielokomórkową i multipotencjalną zdolność MVF, szczególnie w odniesieniu do tworzenia tkanki tłuszczowej16,17,18. W ramach tej pracy wykazaliśmy niedawno, że MVF pochodzące z modeli gryzoni zdrowych i chorych na cukrzycę typu 2 19 oraz od ludzi (dorośli powyżej 50 roku życia)20 zawierały komórki zdolne do indukowania do tworzenia termogenicznej lub beżowej tkanki tłuszczowej.
To jest innowacyjne podejście, z którego wykorzystuje się MVF z jednego źródła, nie tylko zdolne do tworzenia beżowej tkanki tłuszczowej, ale także jej powiązanego i krytycznego składnika naczyniowego21. Zastosowanie tej techniki może być bardzo cenne dla badań poszukujących prostego podejścia do termogenicznego tworzenia tkanki tłuszczowej za pomocą inżynierii tkankowej. W przeciwieństwie do innych metod dążących do inżynierii beżowej tkanki tłuszczowej22,23,24,25,26,27,28, proces opisany w tym badaniu nie wymaga stosowania wielu typów komórek ani złożonych schematów indukcji. Unaczynione beżowe i białe modele tłuszczowe mogą być tworzone za pomocą MVF pochodzących ze źródeł gryzoni i ludzi, wykazując duży potencjał translacyjny. Produktem końcowym tego protokołu jest zmodyfikowana beżowa termogeniczna tkanka tłuszczowa o budowie i funkcji metabolicznej porównywalnej do brunatnej tkanki tłuszczowej. Ogólnie rzecz biorąc, protokół ten przedstawia ideę, że łatwo dostępne i możliwie autologiczne źródło MVF może być wartościową interwencją terapeutyczną i narzędziem do badania zaburzeń metabolicznych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Badanie to zostało przeprowadzone zgodnie z ustawą o dobrostanie zwierząt (Animal Welfare Act) oraz wykonawczymi przepisami dotyczącymi dobrostanu zwierząt, zgodnie z zasadami zawartymi w przewodniku Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. Wszystkie procedury z użyciem zwierząt zostały zatwierdzone przez Instytucjonalną Komisję ds. Opieki i Wykorzystania Zwierząt (Institutional Animal Care and Use Committee) na Uniwersytecie Teksańskim w San Antonio.
UWAGA: W poniższych krokach wykorzystano samce szczurów szczepu Lewis. W przypadku samic, a także podczas pobierania fragmentów mikronaczyniowych (MVF) od myszy, należy wprowadzić niewielkie modyfikacje protokołu29. W przypadku protokołów z wykorzystaniem ludzkich MVF (h-MVFs), jedynymi wymaganymi krokami są: resuspensja h-MVFs zgodnie z protokołem producenta, przygotowanie pożywki wzrostowej (1.3), formowanie hydrożeli fibrynowych (5) oraz hodowla (6). Przegląd protokołu przedstawiono na Rysunku 1.

Rycina 1: Schemat eksperymentalny. Podział na sześć kluczowych etapów, poprzedzających analizę, w procesie tworzenia termogenicznej tkanki tłuszczowej z wykorzystaniem MVF. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
1. Przygotowanie odczynników
UWAGA: Poniższe odczynniki są przeznaczone dla jednego szczura, odważone i przygotowane w komorze z laminarnym przepływem powietrza.
2. Przygotowanie narzędzi i materiałów
UWAGA: Wszystkie instrumenty powinny zostać autoklawowane/sterylizowane przed użyciem.
3. Protokół izolacji tłuszczu

Rycina 2: Izolacja różnych depot tkanki tłuszczowej. (A) Wstępne nacięcia niezbędne do wycięcia tkanki tłuszczowej pachwinowej. (B) Lokalizacja depot tłuszczu pachwinowego. (C) Lokalizacja depot tłuszczu nadjajowodowego, z zaznaczeniem nacięcia skóry zewnętrznej niezbędnego do uzyskania dostępu. (D) Dodatkowe nacięcia niezbędne po ułożeniu myszy na brzuchu w celu uzyskania dostępu do pozostałego tłuszczu. (E) Lokalizacja tylnego depot tłuszczu podskórnego. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
4. Protokół izolacji fragmentów mikro naczyniowych


Rysunek 3: Izolacja MVF. (A) Po trawieniu tkanki tłuszczowej, przedstawienie oddzielenia MVF zawierającego osad oraz nadsącz po wirowaniu. (B) Układ materiałów do filtracji i wychwytywania MVF. (C) Ilustracja metody koncentrycznych kręgów dla etapów filtracji/płukania. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
5. Tworzenie hydrożeli fibrynowych
, X1 = 428,57 µL fibrinogenu
, X2 = 1,071,43 µL trombiny
, X1 = 71,43 µL fibrinogenu (w DMEM) + MVF
, X2 = 178,57 µL trombiny
Rycina 4: Tworzenie żeli fibrynowych MVF. (A) Do odpowiedniej studni pipetuje się mieszaninę trombiny w proporcji 5/7. (B) Następnie, za pomocą przyciętego końcówki pipety (aby nie zakłócić MVFs), do studni pipetuje się mieszaninę fibrynogenu i MVF w proporcji 2/7, a następnie delikatnie miesza. (C) Na koniec wszystkie gotowe żele umieszcza się w inkubatorze w temperaturze 37 °C, aby hydrożel całkowicie stężał przed nałożeniem pożywki na wierzch. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.
6. Warunki hodowli MVF

Rysunek 5: Harmonogram tworzenia nieunaczynionej tkanki tłuszczowej. Rysunek został zmodyfikowany na podstawie pracy Acosta et al.19. Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Rysunek 6: Harmonogram formowania unaczynionej tkanki tłuszczowej. Rysunek został zmodyfikowany na podstawie pracy Acosta et al.19. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Tkanka tłuszczowa beżowa/brunatna posiada kilka kluczowych fenotypowych cech morfologicznych: jest wielokomórkowa/zawiera małe krople lipidów, posiada dużą liczbę mitochondriów (co jest przyczyną jej charakterystycznego „brunatnego” wyglądu in vivo), co wiąże się z wysokim wskaźnikiem zużycia tlenu/bioenergetyką mitochondrialną, jest silnie unaczyniona, wykazuje zwiększoną lipolizę/stymulowany insuliną wychwyt glukozy oraz, co najważniejsze, wykazuje wysoką ekspresję białka rozprzęgającego 1 (UCP1), białka mitoc...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dziedzina inżynierii brunatno-beżowej tkanki tłuszczowej jest w dużej mierze niedojrzała 22,23,24,25,26,27,28, przy czym większość modeli tkanki tłuszczowej jest opracowywana dla białej tkanki tłuszczowej 8,22,31
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują, że badanie zostało przeprowadzone przy braku jakichkolwiek powiązań handlowych lub finansowych, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.
Dr Acosta jest wspierany przez granty National Institutes of Health CA148724 a TL1TR002647. Dr Gonzalez Porras jest wspierany przez National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases of the National Institutes of Health, pod numerem nagrody F32-0DK122754. Prace te były częściowo wspierane przez National Institutes of Health (5SC1DK122578) oraz Wydział Inżynierii Biomedycznej Uniwersytetu Teksańskiego w San Antonio. Wyłączną odpowiedzialność za treść ponoszą autorzy i nie muszą one reprezentować oficjalnych poglądów National Institutes of Health. Figury zostały częściowo stworzone za pomocą Biorender.com.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Kwas aminokapronowy | Sigma Aldrich | A2504-100G | Dodany do DMEM w stężeniu 1 mg / ml |
| Nożyczki z końcówkami | Fisher scientific | 12-000-172 | Sterylizuj w autoklawie |
| Bovin Albumina surowicy (BSA) | Milipor | 126575-10GM | Rozcieńczony w PBS do 4 mg / ml i 1 mg / ml |
| Kolagenaza typu 1 | Fisher scientific | NC9633623 | Rozcieńczony do 6 mg/ml w BSA 4 mg/ml, Trawienie tłuszczu mielonego |
| Deksametazon | Thermo Scientific | AC230302500 | Rozcieńczony w etanolu w stężeniu podstawowym 2 mg/ml |
| Podkładki jednorazowe | Fisher scientific | 23-666-062 | Do wchłaniania płynów podczas operacji |
| Nożyczki preparacyjne | Fisher scientific | 08-951-5 | Sterylizuj w autoklawie |
| Dulbecco′ s Zmodyfikowany Orzeł i liczba pierwsza; s Medium (DMEM) | Fisher naukowy | 11885092 | |
| Dulbecco′ s Zmodyfikowany Orzeł i liczba pierwsza; s Mieszanka pożywki i składników odżywczych Szynka F-12 (DMEM/F12) | Sigma Aldrich | D8062 | |
| Surowica bydlęca płodu | Fisher scientific | 16140089 | Dodano DMEM do 20% v/v. |
| Fibrynogen | Sigma Aldrich | F8630-25G | Rozpuszczony w DMEM w stężeniu 20 mg/mL, Białko znajdujące się w osoczu krwi i główny składnik kolby hydrożelowej |
| , 250 ml | Fisher scientific | FB500250 | Pozwala na trawienie tłuszczu przy użyciu dużej powierzchni |
| Kleszcze | Fisher scientific | 50-264-21 | Sterylizować w autoklawie, Do pracy z tkankami i filtrami |
| Forskolin | Sigma Aldrich | F6886 | Rozcieńczony w etanolu przy stężeniu podstawowym 10 mM |
| Human MVF | Advanced Solutions Life Scienes, LLC | https://www.advancedsolutions.com/microvessels | W obecnym badaniu zastosowano ludzkie MVF (hMVF) wyizolowane od trzech różnych pacjentów (52-, 54- i 56-letnie kobiety). |
| Indometacyna | Sigma Aldrich | I7378 | Rozcieńczony w etanolu w stężeniu podstawowym 12,5 mM |
| Insulina z trzustki świni | Sigma Aldrich | I5523 | Rozcieńczony w 0,01 N HCl przy stężeniu podstawowym 5 mg/ml |
| MycoZap | Fisher scientific | NC9023832 | Dodany w DMEM do 0,2% w/v, Mycoplasma Prophylactictic |
| Pennycylina/Streptomycyna (10 000 U/ml) | Fisher Scientific | 15140122 | Dodano do DMEM do 1% v/v. |
| szalki Petriego, polistyren (100 mm x 15 mm). | Fisher scientific | 351029 | 3 do usuwania naczyń krwionośnych i mielenia mięsa, 8 (pokrywka) do wstępnego namaczania sit i 8 (naczynie) do stosowania podczas filtrowania za pomocą 500 lub 37 &mikro; M sita |
| szalki Petriego, polistyren (35 mm x 10 mm). | Fisher scientific | 50-202-036 | Do liczenia fragmentów |
| Bufor fosforanowy Sól fizjologiczna (PBS) | Fisher scientific | 14-190-250 | Rozcieńczony do 1x sterylną wodą dejonizowaną. |
| Maszynki do strzyżenia szczurów (trymer do zwierząt Andwin Mini Arco) | Fisher naukowy | NC0854141 | |
| Rosiglitazone | Fisher R0106200MG | Rozcieńczony w DMSO przy stężeniu zapasu 10 mM | |
| Nożyczki | Fine Science Tools | 14059-11 | 1 do początkowego nacięcia, 1 do nacięcia najądrza, 1 do przycinania końcówki |
| Ekran 37 &mikro; M | Carolina Biological Supply Company | 652222R | Pocięte na 3-calowe zaokrąglone kwadraty i wysterylizowane w tlenku etylenu, Uwięzienie fragmentów i usuwanie bardzo małych fragmentów / pojedynczych komórek i zanieczyszczeń |
| Screen 500 µ M | Carolina Biological Supply Company | 652222F | Pocięte na 3-calowe zaokrąglone kwadraty i wysterylizowane w tlenku etylenu, Usuwa większe fragmenty/zanieczyszczenia |
| Ząbkowany Hemostat | Fisher scientific | 12-000-171 | Sterylizuj w autoklawie, Do zaciskania skóry przed nacięciem |
| Filtr Steriflip 0,22 μ m | Millipore | SE1M179M6 | |
| Trombin | Fisher scientific | 6051601KU | Rozcieńczony w wodzie dejonizowanej do 10 U/ml, Stosowany jako czynnik krzepnący zamieniający fibrynogen w fibrynę |
| Hormon tarczycy (T3) | Sigma Aldrich | T2877 | Rozcieńczony w 1N NaOH przy stężeniu zapasowym 0,02 mM |
| Szczury tłuszczowe cukrzycowe (ZDF) - otyłe (FA/FA) lub chude (FA/+) samce | Charles River | https://www.criver.com/products-services/find-model/zdf-rat-lean-fa?region=3611 https://www.criver.com/products-services/find-model/zdf-rat-obese?region=3611 | Otrzymywany z Charles River (Wilmington, MA). Szczury zostały nabyte w wieku 4 tygodni i karmione Puriną 5008 aż do eutanazji (15-19 tygodnia życia). Poziomy glukozy (krew z bocznej żyły odpiszczelowej) były większe niż 300 mg/dl u wszystkich szczurów FA/FA wykorzystanych w badaniu. Wszystkie zwierzęta były trzymane w środowisku o kontrolowanej temperaturze z 12-godzinnym cyklem światła i ciemności i karmione ad libitum. |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.