Поджелудочная железа состоит из трех основных клеточных линий; ацинарных клетки секретируют пищеварительные ферменты, протоки секретируют муцин, чтобы парировать патогены и транспортировать пищеварительные ферменты в кишечнике, и эндокринные клетки секретируют гормоны, включая инсулин и глюкагон, которые поддерживают гомеостаз глюкозы. Во время эмбрионального развития поджелудочной железы, ранние протоковой клетки являются источником тримарана сильнодействующим клеток - предшественников , способных привести к трем родословных в поджелудочных желез у взрослых животных 1,2. Потому что взрослые стволовые клетки и клетки - предшественники, такие как стволовые клетки костного мозга, которые уже успешно используются для лечения различных заболеваний 3, есть повышенный интерес в поиске стволовых клеток и клеток - предшественников во взрослой поджелудочной железы. Если изоляция и манипулирование взрослыми панкреатических стволовых клеток и клеток-предшественников, было возможно, эти клетки могут быть использованы для лечения заболеваний, таких как сахарный диабет типа 1, в котором секретирующих инсулин клетки разрушаются аутоиммунной реакцией.
Является ли три- сильнодействующих клетки-предшественники до сих пор существуют у взрослых протоков поджелудочной железы после завершения эмбрионального развития является вопрос, который сильно обсуждается в научном сообществе. В этой дискуссии, и используя в естественных условиях CRE-LOX родословная трассировки методов, Inada и его коллеги показали , что взрослые мышиные протоковой клетки , меченные маркером, карбоангидразы II, может привести ко всем трем панкреатических родословных 4. Тем не менее, с помощью других протоков маркеры, такие как HNF1b 5 и Sox9 2, был сделан вывод о том , что протоковой клетки не являются основным источником бета - клеток у взрослых мышей.
Несколько лет назад, мы предположили , что причиной вышеупомянутой дискуссии может быть связано с отсутствием в области 6,7, соответствующих аналитических инструментов , которые могут быть использованы для измерения самообновление и мульти-родословие дифференцировку два критерия , необходимые для определяют стволовой клетки. В естественных условиях CRE-LOX родословная-трассировку техника упоминалосьвыше может предоставить доказательства взаимосвязи прародитель-потомка на уровне населения. Тем не менее, этот метод трассировки родословная ограничен в его силах, чтобы различить ли отдельные клетки-предшественники могут самообновлению и дифференцировке в множественные клоны. Анализ Одноклеточный важно, потому что если несколько моно-сильнодействующим клетки-предшественники, каждый с разным фамилиям потенциалом, были проанализированы вместе, они могут в совокупности по всей видимости, имеют мульти-клональные дифференциации способностей. Кроме того, стволовые клетки, как правило, незначительная популяция взрослого органа. Деятельность незначительной популяции клеток может быть замаскирован основным населением. Таким образом, отрицательный результат из исследования населения не обязательно указывает на отсутствие стволовых клеток. И, наконец, трассировка CRE-LOX родословная в настоящее время не позволяют измерять самообновлению.
Для того, чтобы приступить к решению технического разрыва в области поджелудочной предшественников клеточной биологии, колонии или 7-11 Органоид 12-15 анализы с использованием 3D-систем культуры были разработаны. Две колонии анализы для панкреатических клеток - предшественников были разработаны в нашей лаборатории: одна из них содержит промышленный препарат мышиных белков внеклеточного матрикса (ECM) (см методы и оборудование таблицу), а другой содержит ламинин гидрогель, определенный искусственный ECM белок 7-11. Клетки-предшественники смешиваются в полу-твердой среде, содержащей метилцеллюлозу. Метилцеллюлоза является биологически инертным и вязкий материал , полученный из древесных волокон, и постоянно используется в гемопоэтические колонии анализов 16. Метилцеллюлозы, содержащей полутвердую среду ограничивает движение отдельных клеток-предшественников, так что они не могут повторно агрегат. Тем не менее, среда достаточно мягким, чтобы позволить клетки-предшественника, чтобы расти и дифференцироваться в колонию клеток в 3D-пространстве. Следуя традициям гематологов, панкреатический клеток-предшественников, которые были способны дать начало колонии клеток была пAMED панкреатический колониеобразующих единицы (PCFU). PCFUs, при выращивании в анализе колонии мышиного ECM-содержащие, приводят к кистозной колоний, которые называются "Кольцо" 7 колоний. При добавлении агониста Wnt, R-spondin1, в мышиной ECM-содержащие культуры, некоторые колонии кольца превращаются в "Плотная" колонии 7. В этой статье, эти два типа колоний, выращенных в мышиной ECM культуры совместно именуются как "Ring / Плотные" колоний. Когда кольцо / Плотные колонии диссоциируют на одной клеточной суспензии и повторно высевали в культурах, содержащих ламинина гидрогель, "Эндокринные / Железистый" колонии образуются 7.
Используя одну колонию анализа, было установлено , что большинство Ring / Плотные и эндокринная / ацинарными колоний, либо из взрослых (2-4 месяца назад) 7,11 или молодой (1-недельных) 9 мышиной поджелудочной железы, выразить все три линии преемственности маркеров. Это говорит о том, что большинство происходящих PCFUs являются три-сильнодействующим, В анализе колонии мышиного ECM-содержащий, взрослый мышиный PCFUs робастно самообновлению и расширить примерно 500000 раз за 11 недель в культуре 7. Мышиные ECM преимущественно поддерживает дифференциацию клеток протоков над эндокринных и ацинарных родословных, в то время как в присутствии ламинина гидрогеля, мышиные PCFUs предлагается дифференцировать преимущественно в эндокринных и ацинарных клеток и в меньшей степени к протоковой линии 7,9,11. Важно отметить, что инсулин + Глюкагон - моно-гормональный клетки образуются в ламининовым гидрогеля культуры и секреции инсулина в ответ на глюкозу стимуляции в пробирке 7,9, предполагая функциональную зрелость. Дифференциация три- родословная потенциал и 7,9 самообновление 11 индивидуальных PCFUs подтверждаются одноклеточного микроманипуляций, т.е. культивировании одну клетку на лунку для образования колоний. Вместе эти результаты свидетельствуют о том, что существуют самообновлению, три-POTENт, прогениторные-подобные клетки в послеродовом мышиной поджелудочной железы, которые показывают деятельность в 3D культуры.
Мышиные PCFU анализов , описанных в этой статье , получены из анализа предварительного колонии , предназначенной для клеток - предшественников дифференцируются из мышиных эмбриональных стволовых клеток (mESCs) 17. Этот протокол подробно задокументированы в другой публикации Jove 18. Компоненты и методы , необходимые для выполнения мышиный ECM-содержащий анализ колонии для взрослых PCFUs культуры такие же , как для MESC-производных клеток - предшественников 17,18. Таким образом, не будет повторяться здесь эти аспекты анализа; вместо того, чтобы следующие процедуры будут рассмотрены: 1) диссоциация взрослого поджелудочной железы и сортировки CD133 + Sox9 / EGFP + протоков клетки, которые обогащают PCFUs от взрослых мышей 7, 2) манипуляции с одноклеточного отсортированного клеток, 3) одной колонии анализ с использованием микрожидкостных QRT-PCR и целом монтажа иммуноокрашивания и 4) диссоциации Colonies в суспензию одноклеточных и повторно металлизированный в мышиной ECM или ламинина гидрогель колонии анализов.