Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Приготовление искусственной мокроты среды для имитации муковисцидоза мокротой легких ex vivo

793 просмотров

30 октября 2025 г.

В этой статье

Аннотация

Источник: Vieira, J., et al. Проектирование и разработка модели для изучения влияния дополнительного кислорода на микробиом дыхательных путей при муковисцидозе. J. Vis. Exp. (2021).

В этом видео демонстрируется приготовление искусственной среды мокроты, которая имитирует вязкость, питательный состав и pH мокроты легких при муковисцидозе. Полученная среда обеспечивает физиологически значимую платформу для исследований ex vivo.

Протокол

1. Приготовление искусственной среды для удаления мокроты

ЗАМЕТКА: Приведенные здесь количества относятся к производству 1 л готовой искусственной среды мокроты и предполагают использование конкретных реагентов, перечисленных в таблице материалов. Цифры должны быть скорректированы на другие объемы или на использование других реагентов, чтобы обеспечить тот же конечный продукт. Целевые концентрации приведены в таблице 1 .

  1. Искусственная смесь мокроты (ASCM)
    ЗАМЕТКА: ASCM составляет 25% от конечного объема среды. Он устойчив к хранению и может быть приготовлен навалом или заранее. Если вы готовитесь к последующему использованию, откройте химическую смесь в автоклаве и безопасно храните ее при комнатной температуре.
    1. Смешайте составляющие химические исходные растворы.
      1. Подготовьте 1 М бульон NaCl: Добавьте 58,44 г NaCl на литр стерильной воды.
      2. Подготовьте 1 М запаса KCl: Добавьте 74,55 г KCl на литр стерильной воды.
      3. Приготовьте 1 М MgSO4 бульона: Добавьте 246,47 г MgSO4·7H2O на литр стерильной воды, или 120,37 г безводного MgSO4 на литр стерильной воды.
      4. Подготовьте 1 м запаса глюкозы: добавьте 180,16 г глюкозы на литр стерильной воды.
    2. Автоклав-стерилизуйте химические стоковые растворы, а также пустой флакон объемом 250 мл. Выполняйте этапы автоклавирования при стандартных значениях не менее 121 °C и 15 фунтов на квадратный дюйм в течение 30 минут.
    3. Добавьте 80,59 мл стерильной воды в пустую бутылку объемом 250 мл.
    4. Добавьте в смесь 152,30 мл 1 М притока NaCl.
    5. Добавьте в смесь 15,8 мл бульона 1M KCl.
    6. Добавьте в смесь 610 μл 1 M MgSO4 бульона.
    7. Добавьте в смесь 700 μл 1 М глюкозы.
  2. Искусственная смесь муцина мокроты (ASMM)
    ЗАМЕТКА: ASMM составляет 50% от конечного объема среды. Убедитесь, что он приготовлен в тот же день, что и конечная средняя партия.
    1. Добавьте 450 мл стерильной воды в пустую бутылку объемом 1 л.
    2. Добавьте во флакон 50 мл 10-кратного фосфатно-солевого буфера (PBS).
    3. Добавьте в бутылку одноразовую магнитную мешалку.
    4. Автоклав бутылки с PBS и мешалкой.
    5. Отмерьте 10 г порошка муцина и добавьте его в ПБС.
    6. Энергично встряхните бутылку для предварительного перемешивания.
    7. Поставьте бутылку на горячую плиту с помощью магнитной мешалки. Установите огонь на средне-сильный, ориентируясь на 50 °C, и скорость перемешивания на 1100 об/мин. Увеличивайте скорость постепенно, чтобы стержень не слетел с магнита.
      1. Дайте нагреться и помешивайте в течение 15 минут.
      2. Возьмите бутылку в термостойкие перчатки. Наблюдайте, чтобы проверить, не оседает ли порошок муцина из раствора.
      3. Если порошок муцина растворен не полностью, верните бутылку на огонь/мешалку с 5-минутными интервалами до полного растворения.
    8. Дайте муциновой смеси остыть до комнатной температуры.
  3. Искусственная биологическая смесь мокроты (ASBM)
    ЗАМЕТКА: ASBM составляет 25% от конечного объема среды. Готовьте его в тот же день, что и конечную среднюю партию, и в отличие от других смесей, не подвергайте его компоненты воздействию тепла.
    1. Разморозьте 100-кратный запас витаминов в холодильнике при температуре 4 °C или на льду.
      ЗАМЕТКА: Предварительно разделите запас витаминов на 10 мл аликвот, чтобы свести к минимуму количество циклов замораживания/размораживания.
    2. Добавьте 124,24 мл стерильной воды в пустую автоклавную бутылку объемом 250 мл.
    3. Добавьте в смесь 25,76 мл 50-кратного запаса незаменимых аминокислот.
    4. Добавьте в смесь 80,14 мл 100x запасных заменимых аминокислот.
    5. Добавьте в смесь 10 мл (размороженного) 100-кратного витаминного запаса.
    6. Добавьте в смесь 1 мл 1000x микропримесей металлов.
    7. Добавьте в смесь 8,33 мл 30% эмульсии яичного желтка.
    8. Добавьте в смесь 400 μл 10 г/л ферритина.
    9. Хорошо перемешайте раствор с помощью ручного встряхивания.
  4. Искусственная среда мокроты (АСМ)
    1. Добавьте 250 мл ASCM в бутылку объемом 1 л, содержащую ASMM.
    2. Добавьте 250 мл ASBM в бутылку среднего размера.
    3. Титруйте среду с помощью основного буфера MOPS (1 М) до достижения pH 6,3 на бумаге с узким диапазоном pH. Перед титрованием смесь среды будет слишком кислой.
    4. Полученную искусственную среду мокроты охладите при температуре 4 °C до тех пор, пока она не будет готова к фильтрации.
    5. Чтобы начать процесс фильтрации, переведите 200 мл нефильтрованной искусственной среды мокроты в вакуумную фильтрацию с фильтром размером пор 0,22 мкм.
    6. Подключите систему фильтрации к вакуумному насосу, включите вакуумный насос, установите его на 70 мбар, а затем поместите камеру на орбитальный шейкер с встряхиванием при 90 об/мин в холодном помещении при температуре 4 °C.
      1. Добавьте еще 150 мл среды, так как заметное количество фильтруется. Для полного фильтрования 1 л среды требуется 1-2 дня.
      2. Повторите то же самое с дополнительными камерами, пока вся среда не будет отфильтрована.
        ЗАМЕТКА: Старайтесь не фильтровать более 350 мл среды через тот же фильтр 0,22 мкм, так как со временем муцин засорит фильтр.
    7. Отфильтрованную искусственную мокроту охладите при температуре 4 °C до готовности к использованию. Используйте ASM в течение одного месяца после подготовки для достижения наилучших результатов.

Таблица 1: Рецептура искусственной среды мокроты получена из обзора литературы. (Колонка 1) Реагенты и ключевые значения в рецептуре искусственной мокроты. (Колонки 2-7) Сравнение рецептов из дошедшей до нас литературы. (Колонки 8-9).

Столбец 1Колонка 2Столбец 3Колонка 4Колонка 5Колонка 6Колонка 7Колонка 8Колонка 9
ЦенностьКомстокКиршнерШрирамулуПаломникФлиннГаллагерЛайИсточник
Муцин2% по массовому объему0,5% по объему0,5% по объему-1% по мас.%2% по массовому объему1% по мас.%Флинн
Хлорид натрия85,5 мМ85,5 мМ85,5 мМ66,6 мМ89,8 мМ85,5 мМ152,3 мМЛапьер
Хлористый калий29,5 мМ29,5 мМ29,5 мМ15,8 мМ-2,95 мМ15,8 мМПаломник
Сульфат магния---0,6 мМ1 мМ1 мМ0,61 мМПаломник
Сульфат железа---0,0036 мМ----
Нашатырь---2,3 мМ60 мМ---
Монокалийфосфат---2,5 мМ60 мМ---
Глюкоза---3,2 мМ13 мМ40 мМ0,7 мМСамбек
Лактат---9 мМ----
Незаменимые аминокислотыВ 14,45 раза0,25 г/л0,25 г/лна кислотуВ 0,5 разаВ 0,375 разаВ 1,29 разаПаломник
Заменимые аминокислотыВ 28,9 раза0,25 г/л0,25 г/лна кислотуВ 0,25 разаВ 0,5 разаВ 8,01 разаПаломник
Витамины-----1x1xГаллагер
Следы металлов----1x1x1xФлинн
Желток0.25%0.25%0.25%--0.25%0.25%Киршнер
Ферритина0,0003 г/л----0,0004 г/л0,0004 г/лГаллагер
ДНК спермы лосося1,4 г/л4 г/л4 г/л--1,4 г/л--
ДПТА--0,0059 г/л-----
pH-6.9-6.8--6.3Лапьер
Хранение0--Киршнер
СтерилизацияАвтоклавФильтрАвтоклав-АвтоклавАвтоклавФильтрКиршнер

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Раствор витаминов BME (100x)МиллипорСигмаВ6891Концентрированный раствор добавок витаминов.
Обжимной механизм, 30 ммDWK Медико-биологические науки224307Обжимной аппарат для крепления алюминиевых уплотнителей к флаконам с сывороткой.
D-(+)-глюкозаМиллипорСигмаГ7021Твердый порошок глюкозы (кстровращающий изомер).
Мембранный насос ME 2 NTVACUUBRAND20730003Вакуумный насос для вакуумной фильтрации.
Эмульсия из яичного желткаHiMediaФД045Стерильная эмульсия из 30% яичного желтка в физрастворе.
Ферритин, катионизированный из селезенки лошадиМиллипорСигмаФ7879Раствор ферритина (белка, накапливающего железо).
Безопасная горелка Бунзена FIREBOY plusIntegra Biosciences144000Горелка Бунзена с пользовательским интерфейсом и функциями безопасности.
Бумага для измерения pH Hydrion (1,0–14,0)Лаборатория Micro Essential94Бумага для измерения pH в диапазоне 1,0–14,0.
Бумага для измерения pH Hydrion (4,0–9,0)Лаборатория Micro Essential55Бумага для измерения pH в диапазоне 4,0–9,0.
Бумага для измерения pH Hydrion (6,0–8,0)Лаборатория Micro Essential345Бумага для измерения pH в диапазоне 6,0–8,0.
Устройство безопасности для подкожных инъекций Needle-Pro EDGE, 18 гСмитс Медикал401815Иглы 18 G с безопасными колпачками.
Встроенный манометрМиллипорСигма20469Манометр для контроля давления в баллоне.
Инкубационный шейкер Innova 42Эппендорф2231000756Комбинированный инкубатор/орбитальный шейкер.
Шприц Luer-Lok с прикрепленной иглойБектон Дикинсон309580Комбинация шприца 3 мл и иглы 18 г.
Ассортимент клапанов ЛюэраМировые прецизионные приборы14011Клапаны для трубок проточного газа.
Орбитальный шейкер LSEThermoFisher Scientific6780-НПОрбитальный шейкер для перемешивания среды во время фильтрации.
Гептагидрат сульфата магнияМиллипорСигмаМ2773Твердая английская соль (сульфат магния, гептагидрат).
Одноступенчатый регулятор медицинского воздуха с расходомеромЗападные предприятияМ1-346-15ФМРегулятор расхода воздуха с расходом 15 л/мин.
Раствор аминокислот MEM (50x)МиллипорСигмаМ5550Концентрированный раствор незаменимых аминокислот.
Раствор заменимых аминокислот MEM (100x)МиллипорСигмаМ7145Концентрированный раствор заменимых аминокислот.
Фильтр Millex-GP, 0,22 мкмМиллипорСигмаSLMP25SS0,22 мкм полиэфирсульфоновый мембранный стерильный шприцевой фильтр.
Milli-Q АкадемическийМиллипорСигмаZMQS60E01Система фильтрации стерильной воды Milli-Q.
Монитор кислорода MiniOX 3000МСА814365Контроль процентного содержания кислорода в газовом потоке.
Буфер MOPS (1 м, pH 9,0)Бостон БиоПродуктыББМ-90Буфер MOPS для регулировки pH среды.
Муцин из свиного желудкаМиллипорСигмаМ2378Порошок муцина (гликозилированного гелеобразующего белка).
Хлористый калийМиллипорСигмаП9541Твердая соль хлористого калия.
Одноразовые мешалки из ПТФЭThermoFisher Scientific14-513-95Одноразовые магнитные мешалки.
Резьба из ПТФЭ Уплотнительная тефлоновая лентаВВР470042-938Тефлоновая лента для армирования соединений газовых систем.
Очистительный картридж Q-Gard 2МиллипорСигмаQGARD00D2Очистительный картридж для системы Milli-Q.
Многоразовые бутылки для хранения носителейThermoFisher Scientific06-423АБутылки для смешивания и хранения питательных сред.
Резиновая пробка, 30 мм, Бромбутил серыйDWK Медико-биологические науки224100-331Резиновые пробки для флаконов с сывороткой.
Флакон с сывороткой и формованными градуировками, 500 млDWK Медико-биологические науки223952Стеклянные флаконы с сывороткой для герметичного культивирования.
Набор удлинителей малого диаметраБраун Медикал471960Удлинитель трубки с соединителями замка Люэра.
Хлорид натрияМиллипорСигмаС3014Твердая соль хлорида натрия.
Смесь следов металлов, 1000xThermoFisher ScientificNC0112668Концентрированный раствор физиологических микрометаллов.
Алюминиевое уплотнение без футеровки, 30 ммDWK Медико-биологические науки224187-01Алюминиевые уплотнители обжаты поверх резиновых стопоров.

Теги

Мокрота при муковисцидозесмесь муцинахимическая смесьбиологическая смесьвакуумная фильтрациятитрование pHорбитальный шейкерприготовление стерильной средымикробиом дыхательных путей при муковисцидозе