Настоящий протокол описывает создание органоидной системы толстой кишки для изучения активности и функционирования стволовых клеток толстой кишки в нокаут-модели клодина-7.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Настоящий протокол описывает создание органоидной системы толстой кишки для изучения активности и функционирования стволовых клеток толстой кишки в нокаут-модели клодина-7.
Кишечный эпителий регенерирует каждые 5-7 дней и контролируется популяцией кишечных эпителиальных стволовых клеток (IESC), расположенной в нижней части области крипты. К КЭСК относятся активные стволовые клетки, которые самообновляются и дифференцируются в различные типы эпителиальных клеток, и покоящиеся стволовые клетки, которые служат резервными стволовыми клетками в случае травмы. Регенерация кишечного эпителия контролируется самообновляющимися и дифференцирующими возможностями этих активных ИЭСК. Кроме того, баланс популяции стволовых клеток крипты и поддержание ниши стволовых клеток имеют важное значение для регенерации кишечника. Органоидная культура является важным и привлекательным подходом к изучению белков, сигнальных молекул и сигналов окружающей среды, которые регулируют выживание и функции стволовых клеток. Эта модель дешевле, менее трудоемка и более манипулируема, чем модели животных. Органоиды также имитируют микроокружение тканей, обеспечивая актуальность in vivo . Настоящий протокол описывает изоляцию крипт толстой кишки, встраивание этих изолированных клеток крипты в трехмерную систему гелевой матрицы и культивирование клеток крипты с образованием органоидов толстой кишки, способных к самоорганизации, пролиферации, самообновлению и дифференцировке. Эта модель позволяет манипулировать окружающей средой, выбивая специфические белки, такие как клодин-7, активируя / деактивируя сигнальные пути и т. Д., Чтобы изучить, как эти эффекты влияют на функционирование стволовых клеток толстой кишки. В частности, была изучена роль белка плотного соединения claudin-7 в функции стволовых клеток толстой кишки. Клаудин-7 жизненно важен для поддержания кишечного гомеостаза и барьерной функции и целостности. Нокаут клавдина-7 у мышей вызывает воспалительный фенотип, подобный заболеванию кишечника, демонстрирующий воспаление кишечника, гиперплазию эпителия, потерю веса, изъязвления слизистой оболочки, шелушение эпителиальных клеток и аденомы. Ранее сообщалось, что клаудин-7 необходим для функций эпителиальных стволовых клеток кишечника в тонком кишечнике. В этом протоколе устанавливается система культуры толстой кишки для изучения роли клаудина-7 в толстой кишке.
Кишечная органоидная культура представляет собой трехмерную (3D) систему ex vivo, в которой стволовые клетки выделяют из кишечных крипт первичной ткани и покрывают в гелевую матрицу 1,2. Эти стволовые клетки способны к самообновлению, самоорганизации и функциональности органа2. Органоиды имитируют микроокружение тканей и больше похожи на модели in vivo, чем на двумерные (2D) модели культур клеток in vitro, хотя и менее манипулируемы, чем клетки 3,4. Эта модель устраняет препятствия, встречающиеся в 2D-моделях, такие как отсутствие надлежащих клеточно-клеточных спаек, клеточно-матричных взаимодействий и однородных популяций, а также уменьшает ограничения животных моделей, включая высокие затраты и длительные периоды времени5. Кишечные органоиды, также называемые колоноидами для тех, которые выращены из стволовых клеток, полученных из крипты толстой кишки, по существу являются мини-органами, которые содержат эпителий, включая все типы клеток, которые будут присутствовать in vivo, а также просвет. Эта модель позволяет манипулировать системой для изучения многих аспектов кишечника, таких как ниша стволовых клеток, физиология кишечника, патофизиология и морфогенез кишечника 3,5,6. Он также предоставляет отличную модель для открытия лекарств, изучения кишечных расстройств человека, таких как воспалительные заболевания кишечника (ВЗК) и колоректальный рак, разработки персонализированного лечения для конкретного пациента и изучения регенерации тканей 4,7,8,9. Кроме того, органоидная система также может быть использована для изучения клеточной связи, метаболизма лекарств, жизнеспособности, пролиферации и ответа на стимулы 7,8. Хотя животные модели могут быть использованы для тестирования потенциальных терапевтических средств для кишечных патологических состояний, они довольно ограничены, поскольку изучение нескольких лекарств одновременно представляет собой проблему. Существует больше смешанных переменных in vivo, и связанные с ними затраты и время являются высокими и длинными, соответственно. С другой стороны, система органоидных культур позволяет проводить скрининг многих терапевтических средств одновременно за более короткий период времени, а также позволяет персонализировать лечение путем использования органоидной культуры, полученной от пациента 4,8. Способность органоидов толстой кишки имитировать организацию тканей, микроокружение и функциональность также делает их отличной моделью для изучения регенерации и восстановления тканей9. Наша лаборатория создала систему органоидных культур тонкой кишки для изучения влияния клаудина-7 на функции стволовых клеток тонкой кишки10. В этом исследовании установлена система культур органоидов толстого кишечника для изучения способности или отсутствия способности стволовых клеток к самообновлению, дифференцировке и пролиферации в условной модели нокаута claudin-7 (cKO).
Клодин-7 является очень важным белком плотного соединения (TJ), который высоко экспрессируется в кишечнике и необходим для поддержания функции и целостности TJ11. Мыши cKO страдают от фенотипа, подобного IBD, проявляя сильное воспаление, изъязвления, шелушение эпителиальных клеток, аденомы и повышенные уровни цитокинов11,12. Хотя широко признано, что клаудины жизненно важны для функции эпителиального барьера, появляются новые роли для клаудинов; они участвуют в пролиферации, миграции, прогрессировании рака и функции стволовых клеток 10,12,13,14,15,16,17. В настоящее время неизвестно, как клодин-7 влияет на нишу стволовых клеток и функцию стволовых клеток толстой кишки. Поскольку кишечник быстро самообновляется примерно каждые 5-7 дней, поддержание ниши стволовых клеток и правильное функционирование активных стволовых клеток имеет жизненно важное значение18. Здесь создана система для изучения потенциальных регуляторных эффектов клаудина-7 на нишу стволовых клеток толстой кишки.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Все эксперименты и процедуры на животных были одобрены Комитетом по уходу и использованию животных Университета Восточной Каролины (ECU) и проведены в соответствии с руководящими принципами Национальных институтов здравоохранения и ECU по уходу за лабораторными животными и их использованию. Индуцируемые, специфические для кишечника нокаутирующие мыши claudin-7 были получены путем скрещивания трансгенных мышей C57BL6 claudin-7-flox с мышами Villin-CreERT219. В этом исследовании использовались самцы и самки мышей в возрасте 3 месяцев.
1. Подготовка реагентов/оборудования
2. Изоляция крипты мышей толстой кишки
3. Покрытие крипты
4. Создание нокаута клаудина-7 в культуре
5. Поддержание органоидов толстой кишки
ПРИМЕЧАНИЕ: Медиафайлы должны меняться каждые 2-3 дня. Культура до 12 дней.
6. Извлечение и встраивание органоидов толстой кишки
7. Иммунофлуоресценция
8. Обнаружение гибели клеток
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Чтобы изучить регуляторные эффекты клаудина-7 на стволовые клетки толстой кишки, крипты толстой кишки были выделены из ткани толстой кишки мышей, как описано выше и показано на рисунке 1A. Как только крипты были выделены из первичной ткани, они были покрыты 3D-матрицей в 96-луночной пластине для роста в течение 11 дней (рисунок 1). Нормальные здоровые крипты закрывают просвет и становятся сфероидами ко 2-му дню и в конечном итоге начинают почковаться и формирова...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Органоидная культура является отличной моделью для изучения функции стволовых клеток, физиологии кишечника, открытия лекарств, кишечных заболеваний человека, атакже регенерации и восстановления тканей 7,8,9,10,11,26. Хотя он имеет много преимуществ, его может быть сложно установить. Осторожность должна быть предпринята на все...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Это исследование финансировалось NIH DK103166.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 0,09 кубических футов Компактный вакуумный эксикатор | United States Plastic Corp | 78564 | анестезиологическая камера |
| 0,5 м ЭДТА pH 8,0 | Invitrogen | AM9261 | |
| 1,5 мл микроцентрифужные пробирки | ThermoFisher | 69715 | |
| 15 мл конические центрифужные пробирки | Fisher Scientific | 14-959-53A | |
| 1x Dulbecco' s Фосфатно-солевой буфер | Gibco | 14190-144 | |
| 2-метилбутан | Sigma | 277258 | |
| 4% параформальдегида | ThermoFisher | J61899. | |
| 4-гидрокситамоксифен (4OH-TAM) | Sigma | 579002 | |
| 50 мл конические центрифужные пробирки | Fisher Scientific | 14-432-22 | |
| 70 µ m нейлоновое клеточное ситечко | Corning | 352350 | |
| 96 луночный культуральный планшет | Greiner Bio-One | 655180 | |
| B-27 Добавка (50x) | Gibco | 12587-010 | |
| Бычий сывороточный альбумин | Fisher Scientific | BP1605-100 | |
| Claudin-7 антитела к мышиному кролику | Immuno-Biological Laboratories | 18875 | |
| Защитное стекло (24 x 50-1.5) | Fisher Scientific | 12544E | |
| Криоформы | vwr | 25608-916 | |
| Cultrex RCF BME, тип 2 | R& D Systems | 3533-005-02 | гелевая матрица |
| Cy3 антикроличьи антитела | Jackson Immunoresearch | 111-165-003 | |
| Dewar Flask | Thomas Scientific | 1173F61 | |
| DMEM High Glucose with L-Glutamine | ATCC 30-2002 | ||
| EVOS FLoid Imaging System | ThermoFisher | 4477136 | |
| Fluoro-Gel II с DAPI | Electron Микроскопия | Sciences 17985-50 | |
| GlutaMAX (100x) | Gibco | 35050-061 | |
| Glycine | JT Baker | 4059-02 | |
| HEPES (1 M) Буферный раствор | Gibco | 15630-080 | |
| Hoechst | ThermoFisher | 62249 | |
| Набор для обнаружения гибели клеток in situ, TMR Red | Roche | 12156792910 | |
| Изофлуран | Пиветал | 07-893-8440 | |
| L-WRN Media | Гарвардская медицинская школа Производные органоидов желудочно-кишечного тракта и культура Core | N/A | |
| Мышиный хирургический набор | Kent Scientific Corporation | INSMOUSEKIT | |
| Murine EGF | PeproTech | 315-09-500UG | |
| N2 Добавка (100x) | Gibco | 17502-048 | |
| Оптимальная температура резания (OCT) компаунд | Agar Scientific | AGR1180 | |
| Пенициллин-стрептомицин | Gibco | 15140-122 | |
| Sequenza Rack | vwr | 10129-584 | |
| Цитрат натрия | Fisher Scientific | S-279 | |
| Сахароза | Sigma | S9378 | |
| Triton X-100 | Sigma | X100 | |
| Вакуумный фильтр (0,22 & микро; m; ацетат целлюлозы) | Corning | 430769 | |
| Y-27632 дигидрохлорид | Tocris Bioscience | 1254 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.