Coltura di cellule umane nasale epiteliali presso l'Air Interface Liquid

Summary

Cellule epiteliali nasali, ottenuti attraverso superficiale raschiare la biopsia di volontari umani, vengono ampliati e trasferite su inserti di coltura tissutale. Dopo aver raggiunto la confluenza, le cellule sono coltivate a interfaccia liquido aria, ottenendo colture di cellule ciliate e non ciliate. Colture di cellule epiteliali nasali differenziate offrono modelli sperimentali validi per lo studio della mucosa respiratoria.

Abstract

Modelli in vitro utilizzando cellule epiteliali umane primarie sono essenziali per comprendere funzioni chiave epitelio respiratorio nel contesto di infezioni microbiche o agenti inalati. Il confronto diretto di cellule ottenute da popolazioni malate ci permettono di caratterizzare diversi fenotipi e sezionare i meccanismi di fondo che mediano i cambiamenti nella funzione delle cellule epiteliali. Coltura di cellule epiteliali della regione tracheobronchiale umana è stata ben documentata, ma è limitata dalla disponibilità di tessuto polmonare umano o invasività associata a ottenere i pennelli bronchiali biopsie. Cellule epiteliali nasali sono ottenuti attraverso molto meno invasivi superficiali biopsie raschiare nasale e soggetti possono essere sottoposte a biopsia più volte senza effetti collaterali significativi. Inoltre, il naso è il punto di ingresso per il sistema respiratorio e quindi uno dei primi siti ad essere esposti a qualsiasi tipo di stress per via aerea, quali agenti microbici, inquinanti o allergeni.

Brevemente, le cellule epiteliali nasali ottenuti da volontari umani sono espansi su piastre di coltura dei tessuti rivestiti, e poi trasferite su inserti di coltura cellulare. Dopo aver raggiunto la confluenza, le cellule continuano ad essere coltivate all'interfaccia aria-liquido (ALI), per diverse settimane, il che crea più fisiologicamente condizioni pertinenti. La condizione di cultura ALI usa mezzi definiti che conducono ad un epitelio differenziato che presenta caratteristiche morfologiche e funzionali simili all'epitelio nasale umana, con le cellule ciliate sia e producono muco. Inserti di coltura tissutale con cellule epiteliali nasali differenziate possono essere manipolati in vari modi a seconda delle domande di ricerca (trattamento con agenti farmacologici, trasduzione con vettori lentivirali, esposizione a gas o infezione da agenti microbici) ed analizzati per numerosi endpoint differenti che vanno dalla vie cellulari e molecolari, ch funzionaleanges, morfologia, ecc

Nei modelli in vitro di cellule epiteliali nasali umane differenziati consentirà ai ricercatori di affrontare nuove e importanti domande di ricerca utilizzando modelli sperimentali organotipica che gran parte imitare l'epitelio nasale in vivo.

Introduction

Obiettivo della tecnica

Le cellule epiteliali (ECS) nelle vie aeree sono tra i primi siti ad essere direttamente esposti ai fattori di stress ambientale per via inalatoria, come agenti patogeni, allergeni o inquinanti atmosferici. EC sono più di una barriera strutturale: Agiscono come un centralino per avviare e regolare la risposta immunitaria respiratorio ^1-3 tramite il rilascio di mediatori solubili ^4-6 e l'espressione dei ligandi / recettori sulla loro surfac ^7-9. Mentre linee cellulari immortalizzate possono essere utilizzati come modelli per studiare i CE respiratorio in vitro, non riescono a differenziarsi in popolazioni cellulari eterogenee composte ciliated polarizzata e cellule che producono muco, simile a quello osservato in vivo. Ricapitolando caratteristiche importanti del epitelio respiratorio osservate in vivo, possono essere usate EC vie aeree primarie. Pertanto, il nostro obiettivo era quello di ottimizzare il nostro metodo utilizza nasale EC (CNE) ha ottenuto da volontari umani. CNE sono espansi e coltivate in vitro, ottenendo un modello di coltura cellulare di CNE differenziate che imita molte delle caratteristiche dell'epitelio nasale visto in vivo.

Fondamento logico

L'utilizzo di modelli in vitro con cellule endoteliali umane primarie mimano situazione in vivo – come descritto in questo studio – dà possibilità uniche per studiare le malattie specifiche differenze di EC, parametri fisiologici associati con l'epitelio delle vie aeree, ovvero l'interazione tra cellule endoteliali e altri tipi di cellule, come cellule dendritiche ^10, cellule natural killer ¹¹ o macrofagi. Diversi metodi esistenti utilizzino EC bronchiali, che possono essere ottenute tramite biopsie invasivo spazzola durante broncoscopie, o altrimenti dismesse da tessuto polmonare ^12-17. Inoltre, fonti commerciali per ottenere delle vie respiratorie umane colture di cellule epiteliali completamente differenziate esistono (modello EpiAirway da MatTek, Ashland, MA, Cloneticsda Lonza, Basilea, Svizzera, MucilAir da Epithelix Sars, Ginevra Svizzera), dove i ricercatori possono scegliere tra diversi donatori. Tuttavia, a causa del gruppo limitato di cellule epiteliali disponibili in commercio, delimitato o prescritta di parametri, il costo connesso con l'ottenimento commercialmente vie respiratorie umane primarie EC, e l'accesso limitato al tessuto polmonare scartata o tessuto biopsia bronchiale umano appena ottenuto, proibiscono molti ricercatori dalla realizzazione di studi in piena differenziati EC vie respiratorie umane. Pertanto, abbiamo deciso di sviluppare una tecnica che 1) utilizzare CNE umani non invasivo ottenuti, 2) fornire un protocollo di cedimento culture differenziata epitelio delle vie aeree umana, e 3) essere riproducibile nella maggior parte degli ambienti di laboratorio attraverso una infrastruttura esistente coltura di tessuti.

Vantaggi rispetto esistenti Techniques / Modelli

Ottenere CNE freschi, rispetto al bronchiale o piccole vie aeree EC, è molto meno invasiva, individuales possono essere sottoposte a biopsia più volte con effetti collaterali significativi e superficiali biopsie raschiare nasali possono essere condotti in popolazioni malate che non sarebbero altrimenti beneficiare di broncoscopie connesse alla ricerca. Non invasive biopsie raschiare superficiali per ottenere LNE consentono al ricercatore di impostare specifiche donatore a priori, tra cui l'età, il sesso, lo stato di malattia, ecc in linea con l'obiettivo della ricerca da compiere. Così, quando si progetta studi di ricerca gli investigatori non sono limitati dai tessuti clinicamente disponibili / campioni epiteliali, l'acquisto di costosi modelli di coltura cellulare differenziati da fornitori commerciali, o di progettazione studi broncoscopia invasive. Inoltre, la facilità di ottenere CNE aumenta la capacità di condurre esperimenti in cellule da donatori diversi, che migliora validazione statistica dei risultati osservati. Infine, il naso è uno dei primi siti ad essere esposti a qualsiasi tipo di stress aerodispersi. Così, generando in organotipicovitro sistemi di coltura che mimano all'epitelio nasale sono utili per studiare inalazione di particelle virali, inquinanti, allergeni o gas, che può essere facilmente ottenuto utilizzando questo sistema di coltura cellulare.

Protocol

1. Preparare Plastic Ware: Cappotto Piatto Aggiungere 500 microlitri PureCol (1:100 diluito con acqua sterile) a ciascun pozzetto di una piastra 12 pozzetti. Incubare a 37 ° C in un incubatore per 30 minuti, rimuovere il PureCol e risciacquare con HBSS destra prima che le cellule vengono aggiunti alla piastra (vedere il punto 3.1). 2. Ottenere e pretrattamento Biopsia del CNE umano Nasale biopsia raschiare Ottenere EC superficiali che rivestono…

Representative Results

CNE coltura seguendo il protocollo qui descritto re-differenziarsi in uno strato eterogeneo di EC composto da cellule ciliate e non ciliate, che rappresentano la situazione in vivo (Figura 1). Alcuni dei CNE differenziati sono muco che producono cellule (colorazione in blu con AB / PAS, Figura 1B). Anche se il protocollo qui presentato è ottimizzato, differenziazione può variare in relazione alla distribuzione delle popolazioni cellulari totali (cioè differenti rapp…

Discussion

EC respiratorie non solo forniscono una barriera fisica per proteggere il corpo umano da stimoli esogeni ^20, ma anche agire come un centralino per avviare e regolare le risposte di difesa immunitario respiratorie ^1-3 tramite la secrezione di mediatori solubili o interazioni dirette cellula-cellula recettore-ligando. Per studiare ulteriormente il ruolo di EC nella risposta immunitaria, per esaminare differenza di potenziale tra i CE da popolazioni malate, o per studiare gli effetti dei fattori di st…

Materials

Name of the reagent	Company	Catalogue number	Comments (optional)
Nasal speculum	Welch Allyn	Model 22009	9 mm, reusable polyproylene
Operating otoscope	Welch Allyn	Model 21700
Rhino probe cell cuvette	Arlington Scientific	SY-96-092	bend the head of the cuvette a little more
12-well culture plates	Corning	3512
Transwell membrane cell culture inserts	Corning	3460
Tissue culture flask	Corning	430639 and 430641	T25 and T75 vented flask
RPMI 1640 media (with L-Glutamine)	Gibco	11875
Bronchial/Tracheal Epithelial Cell Growth Medium	Cell applications	511-500
BEGM Bronchial Epithelial Cell Growth Medium	Lonza	CC-3170	This comes as a kit of one bottle of medium and vials with supplements.
Sodium Bicarbonate 7.5% solution	Gibco	25080	Use as it is.
NuSerum	BD Biosciences	355104	Use as it is.
BAMBANKER freezing media	BAMBANKER	302-14681	Use as it is.
CoolCell	Biocision	HTBCS-136	(CryoPrep alcohol-free cell freezing container)
PureCol	AdvancedBioMatrix	5005-B	dilute 1:100 with sterile water (should be roughly 0.03 mg/ml)use 500 μl/well of a 12-well plate
HBSS with Ca2 and Mg2+	Gibco	14025
DNAse 1	Sigma	DN25	Dissolve at 1.5 mg/ml, which is a 100x solution, add 10 μl to each ml of media
Trypsin, 0.25%, 1x, with phenol red	Gibco	25200-056	Use at it is
Soy Bean Trypsin Inhibitor (SBTI)	Sigma	T6522	Use dissolved in HBSS at a concentration of 1 mg/ml
Retinoic acid	Sigma	R7632	Make it up 100 μM stock solution (see below), dilute to 10 μM with absolute alcohol, take 5 μl of this and add it to 1 ml BEGM media (our working solution). All-trans Retinol has a coefficient of extinction of 52,480 in ethanol at 325 nm. Dissolve 25 mg in 50 ml absolute ethanol. Serial dilutions need to be made, dilute 50 ml of stock in 450 ml absolute ethanol, take 50 ml of this, dilute in 450 ml absolute ethanol, take 50 ml of this, dilute in 450 ml absolute ethanol, and again take 50 ml of this, dilute in 450 ml absolute Ethanol, take 100 ml of this and dilute in 900 ml absolute ethanol and read in the spectrophotometer at 325 nm, this number is then multiplied by its’ dilution factor, then divided by the extinction coefficient of 52,480, this will give a number in mM. Make a 100 mM stock (store at -20 °C) and from this stock a 10 mM aliquot is made, the daily retinoic acid needed would be 5 ml of this 10 mM aliquot in 995 ml ALI media. Example: 325nm reading is 1.15. 1.15 x 10,000 (dilution factor) / 52,480 = 0.219 = 219 mM, make a 100 mM stock from this, in absolute ethanol.
DMEM high glucose (1x), liquid, with L-glutamine and sodium pyruvate	Gibco	11995
Bovine Pituitary Extract	Gibco	13028-014	Used for BEGM ALI media.
Nystatin	Sigma	N4014-50 mg	Make up a solution of 3.3 mg/ml.
Bovine Serum Albumin	Fisher Scientific	BP1600-100	Make up a solution of 10 mg/ml solution in milliQ water.
PneumaCult-ALI media	StemCell	5001	This comes as a kit of one bottle of medium and vials with supplements. For details see below.
Hydrocortisone	StemCell	7904	Dissolve 2.4 mg hydrocortisone in 1 ml ddH2O (used to make the 200x Hydrocortisone stock solution)
Heparin Sodium Salt in PBS (2 mg/ml)	StemCell	7980	Use at it is.
Filter flasks (500 ml)	Corning	431097	0.22 μm pore size
Filter tubes (50 ml)	Millipore	SCGP00525	Steriflip, 0.22 μm pore size
Pipette tips – ART Barrier Tips	Molecular Bioproducts	2139RI, 2069RI, 2179RI
Conical tubes, sterile, 15 ml and 50 ml
ddH2O, absolute ethanol, ice
CO2 incubator
refrigerated centrifuge
biological safety cabinet
pipettes (p2, p200, p1000), 9 in glass pipettes
gloves
lab coat with tight cuffs
			Media and solutions used: Recipe Used for General remark: always warm the media to room temperature BEGM media 500 ml BEGM Cell Application media with one aliquot of retinoic acid (mix them half-half and filter ) 500 ml BEGM Lonza media with one aliquot of single quot supplements digestion of the biopsy BEGM+ media 50 ml BEGM media maintaining cells on plastic in the plates (passage0) 10 μl retinoic acid (working solution) seeding cells in the flask (passage1; partially) maintain the cells in the flask BEGM++ media 50 ml Lonza’s BEGM media with supplements seeding fresh cells in 12-well plate on plastic 1 ml Sodium BiCarb maintaining cells in the plates on plastic (passage0; only partially) 2.5 ml NuSerum seeding cells in the flask (passage1; partially) BEGM ALI media 250 ml DMEM-H Maintaining cells on the transwell before they go ALI 250 ml BEGM including supplements 2 ml Bovine Pituitary Extract (12.5 mg/ml solution) 1 ml Nystatin (3.3 mg/ml solution) 75 μl BSA (10 mg/ml solution) 200X Hydrocortisone Stock Solution (96 μl/ml solution) 200 μl dissolved hydrocortisone As a supplement to the PneumaCult-ALI Complete Base Medium for the last day in the flask and when cells are on inserts 4250 μl dissolved sodium chloride 540 μl ddH2O 10 μl absolute ethanol Filter solution through 0.22 μm filter, aliquot solution and store at -20 °C, avoid additional freeze/thaw cycles PneumaCult-ALI Complete Base Media 450 ml PneumaCult-ALI Basal Medium Base medium for all three PneumaCult-ALI media 50 ml PneumaCult 10x Supplement The PneumaCult media is light sensitive, thus always keep it in the dark (this is stable for 2 weeks at 2-8 °C or for up to 6 months at -20 °C) PneumaCult-ALI Maintenance Medium Per 1 ml of PneumaCult-ALI Complete Base Medium add: ALI culture on inserts 10 μl PneumaCult 100x Maintenance Supplement 2 μl Heparin (of a 2 mg/ml stock solution) 5 μl Hydrocortisone (of a 96 μl/ml stock solution)