Ten artykuł opisuje użycie komórek HepG2 indukowanych kwasem oleinowym jako modelu dla stłuszczeniowej choroby wątroby związanej z dysfunkcją metaboliczną.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Ten artykuł opisuje użycie komórek HepG2 indukowanych kwasem oleinowym jako modelu dla stłuszczeniowej choroby wątroby związanej z dysfunkcją metaboliczną.
Częstość występowania stłuszczeniowej choroby wątroby (MASLD) związanej z dysfunkcją metaboliczną gwałtownie wzrosła z powodu zmian w wzorcach ekonomicznych i stylu życia, co prowadzi do poważnych problemów zdrowotnych. Poprzednie raporty dotyczyły tworzenia modeli zwierzęcych i komórkowych dla MASLD, podkreślając różnice między nimi. W tym badaniu stworzono model komórkowy poprzez indukowanie akumulacji tłuszczu w MASLD. Komórki HepG2 stymulowano nienasyconym kwasem tłuszczowym kwasem oleinowym w różnych stężeniach (0,125 mM, 0,25 mM, 0,5 mM, 1 mM) w celu emulacji MASLD. Skuteczność modelu oceniono za pomocą testów zliczania komórek-8, barwienia czerwienią olejową O i analizy zawartości lipidów. Badanie to miało na celu stworzenie prostego w obsłudze modelu komórkowego dla komórek MASLD. Wyniki testów zliczania komórek kit-8 wykazały, że przeżycie komórek HepG2 zależało od stężenia kwasu oleinowego, przy IG50 wynoszącym 1,875 mM. Żywotność komórek w grupach 0,5 mM i 1 mM była istotnie niższa niż w grupie kontrolnej (P < 0,05). Ponadto w ramach analizy barwienia czerwienią olejową O i zawartości lipidów badano odkładanie się tłuszczu przy różnych stężeniach kwasu oleinowego (0,125 mM, 0,25 mM, 0,5 mM, 1 mM) na komórkach HepG2. Zawartość lipidów w grupach 0,25 mM, 0,5 mM i 1 mM była istotnie wyższa niż w grupie kontrolnej (P < 0,05). Ponadto poziom trójglicerydów w grupach z chorobą zwyrodnieniową stawów był istotnie wyższy niż w grupie kontrolnej (P < 0,05).
Stłuszczeniowa choroba wątroby związana z dysfunkcją metaboliczną (MASLD) obejmuje szereg schorzeń, w tym proste stłuszczenie, niealkoholowe stłuszczeniowe zapalenie wątroby (NASH), marskość wątroby i raka wątrobowokomórkowego1,2,3,4,5,6, wszystkie przypisane czynnikom innym niż Alcohol Conuption7. MASLD jest najbardziej rozpowszechnioną chorobą wątroby spowodowaną metabolicznym uszkodzeniem wątroby, dotykającą prawie jedną czwartą światowej populacji8,9,10,11,12. Chociaż dokładna patogeneza MASLD nie została jeszcze wyjaśniona, różne teorie próbują wyjaśnić jej rozwój. Jeden z dominujących poglądów sugeruje odejście od klasycznej teorii "dwóch trafień" w kierunku modelu "wielokrotnego trafienia"1. Centralnym punktem tych hipotez jest rola insulinooporności, która jest uważana za kluczową w patogenezie MASLD13. Badania wskazują, że insulinooporność hepatocytów prowadzi do zwiększonego poziomu wolnych kwasów tłuszczowych, a następnie do powstania trójglicerydów przechowywanych w wątrobie14,15.
Badacze użyli zarówno modeli in vivo, jak i in vitro, aby symulować odkładanie się tłuszczu w MASLD; jednak pełne odtworzenie jego patomechanizmu pozostaje wyzwaniem. Pomimo tego ograniczenia, modele te odegrały zasadniczą rolę w badaniu potencjalnych celów terapeutycznych dla MASLD. Kluczowe znaczenie ma jednak opracowanie stabilnego modelu MASLD. Chociaż modele zwierzęce są skuteczne, są czasochłonne i kosztowne, co podkreśla rosnące zainteresowanie modelami komórkowymi in vitro. Modele te często wykorzystują jeden lub wiele wolnych kwasów tłuszczowych, takich jak kwas oleinowy (OA) i kwas palmitynowy, aby odtworzyć MASLD wywołany dietą. Wśród nich ludzka linia komórkowa hepatoblastoma HepG2 jest często wykorzystywana do tworzenia modeli komórkowych MASLD in vitro.
Indukcja OA stymuluje komórki HepG2 do replikacji depozycji tłuszczu podobnej do MASLD, metody o ugruntowanej historii. Celem tego badania było wykazanie żywotności, barwienia czerwienią olejową O (ORO), zawartości lipidów i poziomu trójglicerydów (TG) komórek HepG2 poddanych działaniu 0,25 mM OA. Celem tego eksperymentu było dostarczenie dalszych dowodów na rozwój badań modelowych MAFLD.
UWAGA: Zobacz Tabelę Materiałów, aby uzyskać szczegółowe informacje dotyczące wszystkich materiałów, instrumentów i odczynników używanych w tym protokole.
1. Hodowla komórkowa
2. Wpływ kwasu oleinowego na żywotność komórek mierzoną za pomocą zestawu do liczenia komórek-8
3. Barwienie czerwienią olejową O w celu obserwacji wewnątrzkomórkowego tworzenia się kropelek lipidowych
4. Wpływ różnych stężeń kwasu oleinowego na całkowitą ilość trójglicerydów w supernatancie komórek HepG2
5. Analiza statystyczna
Wpływ kwasu oleinowego na żywotność komórek
Komórki HepG2 poddano działaniu różnych stężeń OA (0 mM, 0,125 mM, 0,25 mM, 0,5 mM, 1 mM), co doprowadziło do spadku przeżywalności komórek przy stężeniach 0,125 mM, 0,25 mM, 0,5 mM i 1 mM w porównaniu do 0 mM. Istotność statystyczną zaobserwowano przy stężeniach 0,5 mM (P < 0,05) i 1 mM (P < 0,05) w porównaniu do 0 mM. Wyniki wpływu OA na żywotność komórek, ocenione za pomocą zestawu CCK-8, przedstawiono na Rysunku 2. Wartość GI50 dla komórek HepG2 traktowanych OA obliczono na poziomie 1,875 mM.
Barwienie Oil Red O w celu obserwacji wewnątrzkomórkowego tworzenia się kropli lipidowych
Barwienie ORO jest powszechnie stosowaną metodą wizualizacji lipidów16,17. W związku z tym, po przeprowadzeniu barwienia ORO, pod mikroskopem obserwowano tworzenie się kropli lipidowych w komórkach HepG2 inkubowanych z OA przez 24 h. Jak pokazano na Rysunku 3 i Rysunku 4, intensywność czerwonego barwienia w komórkach traktowanych OA była wyższa niż w komórkach nietraktowanych. W cytoplazmie komórek HepG2 po traktowaniu OA obecne były czerwone krople lipidowe, przy czym liczba kropli lipidowych i ilość lipidów zwiększały się wraz ze wzrostem stężenia OA (Rysunek 5).
Wpływ różnych stężeń kwasu oleinowego na całkowitą zawartość triglicerydów w supernatancie komórek HepG2
Wyniki eksperymentalne, przedstawione na Rysunku 6, wykazały, że w porównaniu z grupą kontrolną, traktowanie komórek HepG2 różnymi stężeniami OA (0,125 mM, 0,25 mM, 0,5 mM, 1 mM) doprowadziło do istotnego wzrostu zawartości TG w supernatancie komórkowym w grupach OA (P < 0,05).

Rysunek 1: Schemat blokowy barwienia Oil Red O. Skróty: OA = kwas oleinowy; OD = gęstość optyczna. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Wpływ kwasu oleinowego na żywotność komórek, oceniany za pomocą testu CCK-8. Każdy słupek przedstawia średnią ± SD (n = 6). *P < 0,05. Skrót: OA = kwas oleinowy. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 3: Obrazy barwienia Oil Red O dla wielu punktów czasowych (kierunki godziny 3, 6, 9 i 12). Tworzenie się kropel lipidowych wykryto za pomocą odwróconego mikroskopu do hodowli komórkowych przy powiększeniu 40x. Pasek skali = 500 µm. Aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny, kliknij tutaj.

Rycina 4: Wpływ kwasu oleinowego na kropelki lipidowe w komórkach, oceniany za pomocą barwienia Oil Red O. Tworzenie kropel lipidowych wykryto przy użyciu odwróconego mikroskopu do hodowli komórkowych przy powiększeniu 40x. Pasek skali = 250 µm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 5: Wpływ kwasu oleinowego na zawartość lipidów w komórkach, oceniany na podstawie wartości gęstości optycznej. Względne zmiany krotności przedstawiono jako wartości gęstości optycznej w różnych grupach. Każdy słupek reprezentuje średnią ± SD (n = 16). *P < 0,05. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rysunek 6: Wpływ różnych stężeń kwasu oleinowego na całkowite poziomy triglicerydów w supernatancie komórek HepG2. Przedstawiono względne zmiany krotności w wartościach poziomów triglicerydów w różnych grupach. Każdy słupek reprezentuje średnią ± SD (n = 3). *P < 0.05. Aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku, kliknij tutaj.
MASLD jest zespołem kliniczno-patologicznym charakteryzującym się nadmiernym wewnątrzkomórkowym odkładaniem się tłuszczu w hepatocytach z powodu czynników innych niż alkohol i inne uznane czynniki uszkadzające wątrobę18. MASLD jest ściśle związany z nabytym stresem metabolicznym uszkodzeniem wątroby, w szczególności związanym z insulinoopornością i podatnością genetyczną. Aby skutecznie badać i badać przesiewowo leki w kierunku MASLD, kluczowe jest wybranie odpowiedniego modelu eksperymentalnego. Stworzenie modelu komórkowego jest szczególnie istotne w badaniach nad MASLD, ułatwiając głębsze zrozumienie mechanizmów patologicznych i ocenę skutków działania nowych leków.
Protokół ten opisuje model in vitro MASLD ustalony przez komórki HepG2 indukowane przez chorobę zwyrodnieniową stawów. Barwienie ORO i analiza zawartości lipidów służą jako kluczowe metody tworzenia tego modelu. Ponadto ocena żywotności komórek i całkowitej zawartości TG w supernatantach komórkowych ma zasadnicze znaczenie dla oceny odpowiedniego stężenia choroby zwyrodnieniowej stawów. Kryterium diagnostycznym MASLD jest obecność ponad 5% TG zmagazynowanego w komórkach wątroby19,20. Modele komórkowe MASLD opierają się głównie na komórkach HepG2 21,22,23,24,25,26,27,28, znanych z udanego wykorzystania w konstruowaniu modeli stłuszczenia zwyrodnienia wątroby w różnych badaniach krajowych i międzynarodowych. Pomimo tego, że pochodzą z komórek wątrobiaka, komórki HepG2 mają wiele cech fenotypowych wspólnych z hepatocytami i są łatwe w hodowli i rozmnażaniu 29,30. Testy takie jak zestaw CCK-8, barwienie ORO, zawartość lipidów i pomiary całkowitej TG oferują proste, obiektywne i rozsądne podejścia do oceny żywotności komórek, akumulacji tłuszczu i zawartości lipidów u badanych. W tym kontekście, choroba zwyrodnieniowa stawów jest zgodna z patogenezą MASLD31, w której nadmiar energii jest magazynowany w postaci lipidów, gdy spożycie energii przewyższa konsumpcję.
Naukowcy wykorzystali OA 23,28,31,32,33, kwas palmitynowy34,35 i kombinacje kwasu oleinowego/palmitynowego26,36 do replikacji modelu MASLD. Zarówno kwas palmitynowy, jak i choroba zwyrodnieniowa stawów przyczyniają się do zwyrodnienia tłuszczowego wątroby i akumulacji TG. Kwas palmitynowy, najobficiej występujący nasycony kwas tłuszczowy w organizmie człowieka, wykazuje znaczną lipotoksyczność, prowadząc do akumulacji lipidów w hepatocytach, zwiększonego wewnątrzkomórkowego reaktywnego rodnika tlenowego oraz śmierci lub martwicy komórek37. I odwrotnie, choroba zwyrodnieniowa stawów prowadzi do wyraźniejszego wewnątrzkomórkowego odkładania TG (ryc. 6) i mniejszej modulacji komórkowej38. W związku z tym naukowcy często wykorzystują komórki HepG2 indukowane przez chorobę zwyrodnieniową stawów do tworzenia modeli MASLD in vitro. Jak opisano w kroku 2.2.2 protokołu, ważne jest, aby podgrzać roztwór OA podczas jego dodawania. W tym badaniu barwienie ORO i analiza zawartości lipidów opierały się na osadzaniu lipidów w komórkach HepG2, skutecznie wspierając eksplorację modeli in vitro MASLD o złożonych mechanizmach oraz skracając czas i koszty wymagane do badań.
ORO łatwo wiąże się z TG w kształcie kropelki, wytwarzając pomarańczowe lub czerwone zabarwienie wskazujące na tłuszcz, o intensywności koloru zależnej od stężenia lipidów. Jednak roztwór barwiący ORO jest niestabilny i podatny na wytrącanie się, przez co nie nadaje się do wcześniejszego przygotowania. W związku z tym roztwór do barwienia ORO przygotowano po kroku protokołu 3.2, z zachowaniem środków ostrożności w celu uniknięcia ekspozycji na światło podczas przygotowania i inkubacji (kroki protokołu 3.2, 3.3). W kroku 3.5 protokołu wybieranie obrazów w wielu punktach czasowych (kierunek godziny 3, 6, 9 i 12) stanowi kluczową modyfikację eksperymentu, która jest niezbędna do poprawy dokładności wyników. Chociaż podwyższone stężenie choroby zwyrodnieniowej stawów wpływa na przeżywalność komórek, stanowiąc tym samym ograniczenie tej metody, wykazano, że odpowiednie stężenie choroby zwyrodnieniowej stawów zapewnia żywotność komórek.
W badaniu tym zastosowano kompleksowe podejście, wykorzystując zestaw CCK-8, barwienie OR, analizę zawartości lipidów i całkowity pomiar TG w celu ustalenia i walidacji modelu MASLD. Zestaw CCK-8 wykorzystano do oceny wpływu leków na żywotność komórek, służąc jako kluczowy etap walidacji. W przyszłości model ten jest obiecujący w badaniach przesiewowych leków i mechanizmach mających na celu zrozumienie patogenezy MASLD i identyfikację potencjalnych celów terapeutycznych. Aby jeszcze bardziej zapewnić jakość wiarygodności walidacji, poziomy ekspresji docelowych białek zaangażowanych w model zostaną przeanalizowane przy użyciu Western blotting i ilościowych analiz reakcji łańcuchowej polimerazy.
Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.
Obecne badanie zostało przyznane przez "Badanie kluczowych zagadnień leczniczego wpływu Kumysu na regionalne choroby medycyny mongolskiej" w 2018 roku Wspierany projekt programu naukowo-technologicznego Departamentu Nauki i Technologii Regionu Autonomicznego Mongolii Wewnętrznej.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 0,22 &mikro; m filtr | Millex | ||
| 0,25% Trypsyna-EDTA (1x) Trypsyna-EDTA | Gibco | 25200-056 | |
| 0,45 &mikro; M filtr | Millex | ||
| 2 mL Fiolki krygeniczne | CORNING | 430659 | |
| 25 cm2 Kolba do hodowli komórkowych | CORNING | 430639 | |
| 6-dołkowa płytka do hodowli komórkowej | CORNING | 3516 | |
| 96-dołkowa płytka do hodowli komórkowej | CORNING | 3599 | |
| Płytka do liczenia krwi | Shanghai Jing Jing Odczynnik biochemiczny & Instrument Co. | ||
| Zestaw do liczenia komórek-8 testy | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd. | CA1210-1000T | |
| Inkubator CO2 | NUAIRE | NU-5710E | |
| DMSO Dimetylosulfotlenek | Beijing Solarbio Nauka & Technology Co., Ltd. | D8371 | |
| Zmodyfikowany Eagle Medium firmy Dulbecco | enzymów | Gibco | |
| Tecan | Spark | ||
| Płodowa surowica bydlęca, kwalifikowana | Gibco | ||
| HepG2 | Pekin Północnochiński Instytut Badawczy Biotechnologii Chuanglian (BNCC) | 221031 | |
| ELISA ludzkiego trójglicerydu (TG) instrukcja | Instytut Bioinżynierii Nanjing Jiacheng | 20170301 | |
| Mikroskop odwrócony do hodowli komórkowych | Leica | DMi1 | |
| Izopropanol | Tianjin Zhiyuan Odczynnik chemiczny Co. | ||
| Zestaw czerwonych plam 2021030141 oleju, do komórek hodowlanych | Beijing Solarbio Science & Technology Co., Ltd. | G1262 | |
| Kwas oleinowy | Sangon Biotech (Szanghaj) Co., Ltd. | ||
| Penicylina Streptomycyna | Gibco | 15140122 | |
| Oprogramowanie | statystyczne SPSS 24.0 |