El método de cultivo en tres dimensiones se describe en este protocolo recapitula el desarrollo del páncreas a partir de progenitores páncreas de ratón embrionarias dispersas, incluyendo su expansión sustancial, diferenciación y morfogénesis en un órgano ramificada. Este método es susceptible de formación de imágenes, la interferencia funcional y la manipulación del nicho.
The pancreas is an essential organ that regulates glucose homeostasis and secretes digestive enzymes. Research on pancreas embryogenesis has led to the development of protocols to produce pancreatic cells from stem cells 1. The whole embryonic organ can be cultured at multiple stages of development 2-4. These culture methods have been useful to test drugs and to image developmental processes. However the expansion of the organ is very limited and morphogenesis is not faithfully recapitulated since the organ flattens.
We propose three-dimensional (3D) culture conditions that enable the efficient expansion of dissociated mouse embryonic pancreatic progenitors. By manipulating the composition of the culture medium it is possible to generate either hollow spheres, mainly composed of pancreatic progenitors expanding in their initial state, or, complex organoids which progress to more mature expanding progenitors and differentiate into endocrine, acinar and ductal cells and which spontaneously self-organize to resemble the embryonic pancreas.
We show here that the in vitro process recapitulates many aspects of natural pancreas development. This culture system is suitable to investigate how cells cooperate to form an organ by reducing its initial complexity to few progenitors. It is a model that reproduces the 3D architecture of the pancreas and that is therefore useful to study morphogenesis, including polarization of epithelial structures and branching. It is also appropriate to assess the response to mechanical cues of the niche such as stiffness and the effects on cell´s tensegrity.
Cultivo de órganos constituye un modelo útil que llena los huecos existentes entre la complejidad y relevancia en las investigaciones in vivo y la simulación conveniente pero aproximada de modelos de línea celular. En el caso del páncreas, no hay una línea de células perfectamente equivalente a progenitores páncreas aunque no se transforman líneas celulares que simulan células endocrinas y exocrinas. Todo el páncreas adulto no puede ser cultivado; aislados islotes endocrinos pueden mantenerse durante semanas sin la proliferación celular y rodajas de tejido se pueden mantener in vitro para algunas horas 5. Cultura páncreas embrionario ha sido ampliamente utilizado no sólo para estudiar su desarrollo, sino también para investigar las interacciones epitelio-mesenquimal 4,6,7, a la imagen procesa 8 o interferir químicamente con ellos 9. Dos métodos de cultivo de órganos se utilizan principalmente: la primera consiste en el cultivo de brotes pancreáticos en placas de fibronectina recubierto 2, que es conveniente para los propósitos de formación de imágenes; la segunda opción es la cultura de los órganos en los filtros en la interfase aire-líquido 3,4 que mejor conserva la morfogénesis. Aunque muy útil, estos métodos conducen a un cierto grado de aplanamiento; la expansión de progenitores es muy limitado en comparación con el desarrollo normal y la población de partida es complejo que comprende todos los tipos de células pancreáticas y células mesenquimales.
La capacidad de la cultura y expandir las células primarias dispersas es valiosa para estudiar las relaciones de linaje y descubrir las propiedades intrínsecas de los tipos de células aisladas 10. Sugiyama et al 11. Podría mantener progenitores pancreáticos y células progenitoras endocrinas que conservaron algunos caracteres funcionales durante 3-5 días en cultivo en capas alimentadoras. Pancreatospheres, similar a neuroesferas 12 y mammospheres 13, se han ampliado de islotes adultos y células ductales aunque la naturaleza de los progenitores / células madreque generan estas esferas no está claro. Además, en contraste con el desarrollo fisiológico, los pancreatospheres contenían algunas neuronas 14,15. Esferas también se produjeron recientemente a partir de progenitores páncreas embrionario 16,17 y regenerar los páncreas de 18 años con una buena expansión de progenitores y posterior diferenciación pero no lograron recapitular la morfogénesis.
Modelos 3D a partir de células dispersas y, a menudo definidos que se auto-organizan en órganos miniaturizados han florecido recientemente y simular el desarrollo o un adulto facturación de múltiples órganos, como el intestino 19,20, el estómago 21, el hígado 22, la próstata 23 y la tráquea 24. En algunos casos, la morfogénesis y la diferenciación del desarrollo se han recapitulado en 3D a partir de células ES, como es el caso de tazas 25, el intestino 26 o cerebrales 27 óptica.
En este sentido, describir un método para expandir progenitores pancreáticos multipotentes disociadas en un andamio 3D Matrigel donde pueden diferenciarse y auto-organizarse.
La producción a gran escala de células beta funcionales in vitro sigue siendo ineficaz 1. En este contexto desafiante, estudios de biología del desarrollo pueden ayudar a descifrar las señales exactas que se requieren para la diferenciación de las células beta funcionales. Este protocolo permite el mantenimiento, expansión y diferenciación de células progenitoras pancreáticas embrionarias in vitro. Esto incluye la formación de células beta productoras de insulina que no co-expres…
The authors have nothing to disclose.
Este trabajo fue financiado de forma secuencial por un Frontiers NCCR en la adjudicación piloto de Genética, Investigación de Diabetes Juvenil Fundación Beca 41-2009-775 y Grant 12-126875 de Det Frie Forskningsråd / Sundhed og Sygdom. Los autores agradecen el laboratorio Spagnoli por acoger la grabación de vídeo.
Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15070-063 | Stock keept at -20°C | |
KnockOut Serum replacement (supplement) | Gibco | 10828-028 | Stock keept at -20°C | |
2-mercaptoethanol | Sigma Aldrich | 3148-25ML | Stock keept at 4°C | |
Phorbol Myristate Acetate (PMA) | Calbiotech | 524400-1MG | Stock keept at -20°C | |
Y-27632 (ROCK inhibitor) | Sigma Aldrich | ab120129 | Stock keept at -20°C- Attention! Stability/source is a frequent source of problems | |
EGF | Sigma Aldrich | E9644-2MG | Stock keept at -80°C | |
Recombinant Human R-spondin 1 | R&D | 4645-RS-025/CF | Stock keept at -80°C | |
- or - | ||||
Recombinant Mouse R-spondin 1 | R&D | 3474-RS-050 | Stock keept at -80°C | |
Recombinant Human FGF1 (aFGF) | R&D | 232-FA-025 | Stock keept at -80°C- do not include to increase beta cell production | |
Heparin (Liquemin) | Drossapharm | Stock keept at 4°C | ||
Recombinant Human FGF10 | R&D | 345-FG-025 | Stock keept at -80°C | |
DMEM/F-12 | Gibco | 21331-020 | ||
Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15070-063 | Stock keept at -20°C | |
B27 x50 (supplement) | Gibco | 17504-044 | Stock keept at -20°C | |
Recombinant Human FGF2 (bFGF) | R&D | 233-FB-025 | Stock keept at -80°C | |
Y-27632 (ROCK inhibitor) | Sigma Aldrich | ab120129 | Stock keept at -20°C- Attention! Stability/source is a frequent source of problems | |
DMEM/F-12 | Gibco | 21331-020 | ||
Matrigel | Corning | 356231 | Stock keept at -20°C | |
Trypsin 0.05% | Gibco | 25300-054 | Stock keept at 4°C | |
RNAlater – RNA stabilizing reagent | Qiagen | 76104 | Store at room temperature | |
Dispase | Sigma Aldrich | D4818-2MG | Stock keept at -20°C | |
BSA for reconstitution | Milipore | 81-068 | For reconstituition of cytokines – Stock keept at -20°C | |
Fetal calf serum (FCS) | Gibco | 16141079 | Stock keept at -20°C | |
60 well MicroWell trays | Sigma Aldrich | M0815-100EA | ||
4-well plates | Thermo Scientific | 176740 | ||
95-well plates F bottom | Greiner Bio | 6555180 | ||
Glas bottom plates | Ibidi | 81158 | ||
Disposal micropittes | Blaubrand | 708745 |