Necrotizing Enterocolitis의 소설 인간 상피 Enteroid 모델
Summary
Enteroids 인간 질병의 연구에 새로운 모델로 떠오르고 있다. 프로토콜 신생아 조직에서 생성 된 enteroids의 lipopolysaccharide (LPS) 치료를 사용 하 여 인간의 necrotizing enterocolitis에의 enteroid 모델을 시뮬레이션 하는 방법을 설명 합니다. 수집 된 enteroids 그 인간의 necrotizing enterocolitis에 본 유사 염증 성 변화를 보여 줍니다.
Abstract
Necrotizing enterocolitis (NEC) 신생아 유아의 치명적인 질병입니다. 그것은, 손상 회복, 그리고 세포 죽음 증가 증가 창 자 침투성으로 이어지는 인간 장 상피에 여러 pathophysiologic 변경 특징. NEC의 수많은 동물 모델을 확인 하 고는, 부상 및 치료 내정간섭에 응답 종 사이 매우 다양 수 있습니다. 또한, 그것은 질병 이상 또는 인체, 특히 아이 들에서 직접 새로운 치료제 연구를 윤리적으로 도전입니다. 따라서, 그것은 매우 바람직한 인간 직물을 사용 하 여 NEC의 새로운 모델을 개발입니다. Enteroids는 3 차원 organoids 장 상피 세포에서 파생 된. 그들은 복잡 한 생리 적인 상호 작용, 세포 신호, 및 호스트 병원 체 방어의 연구에 이상적입니다. 이 원고에 우리 기술 프로토콜 그 문화 인간 enteroids 창 자 절제술 환자에서 장 줄기 세포를 분리 한 후. 토 굴 세포 감 별 법 인간 장 상피의 다양 한 셀 형식 기본으로 격려 하는 성장 인자를 포함 하는 미디어에 교양. 이 세포는 여분의 세포 지하실 막을 흉내 낸를 발판으로 봉사 하는 단백질의 합성, collagenous 믹스에서 성장 된다. 그 결과, enteroids 개발 꼭대기 basolateral 극성. 미디어에서 lipopolysaccharide (LPS)의 공동 관리 enteroids, 조직학, 유전, 선도 및 단백질 식 변경 그 인간의 선관위에서 본 비슷한 염증 반응을 발생 합니다. 우리가이 질병을 위한 치료를 식별 하기 위해 노력 하 고 인간의 조직을 사용 하 여 NEC의 실험 모델 약물 및 치료 인체 실험, 사전 테스트에 대 한 더 정확한 플랫폼을 제공할 수 있습니다.
Introduction
인간 enteroids 있다 전 비보 3 차원 문화 시스템 인간의 창 자 조직 샘플의 장 지하실에서 분리 된 줄기 세포에서 생성 된. 이 획기적인 모델 2007 마우스1소장의 지하실에서 Lgr5 + 줄기 세포의 발견 다음에 Hans Clevers 연구진이 개척 했다. 그들의 작품 전을 설정 하기 위한 토대를 마련 여러 종류의 세포는 상당한 유전적 또는 생리 변화2없이 passaged 수 비보 장 상피 문화. 이 발견 이후 enteroids 정상 소화 생리학, 선 동적인 장 질병, 호스트 병원 체 상호 작용, 재생 의학2등 장 질환의 병 태 생리학을 공부 하 고 새로운 모델으로 사용 되었습니다.
사용 전으로 enteroids의 vivo 모델 장 이상의 연구에 대 한 대체 기술을 통해 몇 가지 장점을. 지난 몇 십년에 대 한 동물 모델과 불멸 하 게 장 암 파생 셀 라인 장 생리학3,,45연구 사용 되었습니다. 단일 세포 배양 세포 유형 정상적인 창 자 상피에 존재 함으로써 셀을 크로스 토크와 세그먼트-특이성 단백질 표정, 신호, 및 병원 체 유발 질병6부족의 다양성을 대표 하지 않는다. Enteroids에 있는 줄기 세포 상피 세포 유형 enterocytes, Paneth 세포, 잔 세포, enteroendocrine 세포와 더 많은3주요로 구분합니다. 그들은 극성을 전시, 상피 전송 기능을 수행 하 고 장 세그먼트 특이성6허용 합니다. Enteroids 인간 장 상피의 여러 세포 유형 정리 수 있습니다, 이후 그들은 암 세포 기반 시스템의 인정된이 제한을 극복 하기 위해 수 있습니다. 시간이 지남에, 셀 라인의 파생 상품 subcloned는 고 단백질 식 및 지역화3에 큰 다양성을 전시 진화. 그와 반대로, 상당한 유전적 또는 생리 변화2없이 enteroids는 passaged 수 있습니다. 선관위에 대 한 수많은 동물 모델 존재, 부상 및 치료 내정간섭에 응답 종 사이 높게 가변 될 수 있습니다. 이러한 제한으로 인해 치료 동물 모델에서 파생 된 시간의 90% 실패 때문에 독성 또는 효능3인간의 재판에서 테스트 했을 때. Enteroids 복잡 한 장 이상과 따라서 더의 더 나은 이해로 이어지는 이러한 결함을 극복할 수 있는 유망한 전 임상 모델 역할 성공적이 고 비용 효율적인 치료 혁신. 또한 최근 증거는 enteroid에서 생성 되는 조직의 나이 생물학으로 중요 한7남아 있다. Enteroids 신생아 조직, NEC와 환자에 게 생리 관련성 유지에서 생성 되므로 이것은 우리의 모델에 대 한 특히 중요 한 정보 이다.
인간 질병의 모델로 enteroids의 유틸리티 확장, 심한와 보급 조건 치료를 찾는 희망 하 고 있습니다. Necrotizing enterocolitis (NEC) 신생아 장 괴 사 특징의 엄청난 장 질환 이며 자주 죽음8, 패 혈 증, 창 자 벽의 구멍 뚫 기를 리드. 때문에 선관위의 복잡 하 고 multifactorial 이상, 질병의 정확한 메커니즘 하지 아직 되었습니다 완전히 해명 했습니다; 그러나, 증가 창 자 침투성은 질병 과정8에서 명확 하 게 연루 되었습니다. 주어진 NEC와 잠재적인 치료제의 연구는 윤리적으로 인체, 특히 어린이에 도전, 매우 인간의 신생아 티슈를 사용 하 여 NEC의 생물학 관련 enteroid 모델을 활용 하는 것이 좋습니다. 지금까지, enteroids NEC의 연구에서 제한 된 역할을 있다. 이 프로토콜 enteroids enterocolitis necrotizing의 연구에 대 한 vivo 모델 전 소설으로 인간의 창 자 조직 샘플에서 파생 된의 사용을 설명 합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ex vivo 인간 창 자 enteroid 모델이이 소설 장 장벽 부전 necrotizing enterocolitis (NEC)에서 연구에 대 한 유용한 방법으로 제공 합니다. 여기에 제시 된 enteroid 처리 방법 박사 안개 좋은, 마이클 Helmrath와 제이슨 베르트 하 임10,,1112의 이전 직장에서 적응 했다.
세부 사항 전체를 둘러싼 조직 수집 및 토 굴 격리의 타?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 당뇨병과 소화와 신장 질환 그랜트 (K08DK106450) C.J.H.에 미국 소아 외과 협회에서 제이 Grosfeld 상 건강 연구소의 국립 연구소에 의해 지원 되었다
Materials
| 4% Paraformaldehyde | ThermoFisher | AAJ19943K2 | |
| A-83 | R&D Tocris | 2939/10 | |
| Amphotericin B | ThermoFisher | 15290026 | |
| B-27 supplement minus Vitamin A | ThermoFisher | 17504-044 | |
| Basement Membrane Matrix (Matrigel) | Corning | CB-40230C | |
| DMEM/F-12 | ThermoFisher | MT-16-405-CV | |
| Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) | ThermoFisher | 11-965-118 | |
| Dulbecco’s Phosphate-Buffered Saline (DPBS) | ThermoFisher | 14190-144 | |
| Epidermal Growth Factor (EGF) | Sigma | E9644-.2MG | |
| Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma | EDS-500G | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Gemini Bio-Pro | 100-125 | |
| Gentamicin | Sigma | G5013-1G | |
| GlutaMAX (L-glutamine) | ThermoFisher | 35050-061 | |
| Insulin | Sigma | I9278-5mL | |
| [leu] 15-gastrin 1 | Sigma | G9145-.1MG | |
| Lipopolysaccharide (LPS) | Sigma | L2630-25MG | |
| N-2 supplement | ThermoFisher | 17502-048 | |
| N-2-hydroxyethylpiperazine-N-2-ethane sulfonic acid (HEPES) | ThermoFisher | 15630-080 | |
| N-Acetylcysteine | Sigma | A9165-5G | |
| Nicotinamide | Sigma | N0636-100G | |
| Noggin | R&D Systems INC | 6057-NG/CF | |
| Penicillin-Streptomycin | ThermoFisher | 15140-148 | |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Sigma | P5368-5X10PAK | |
| RPMI 1640 Medium | Invitrogen | 11875093 | |
| R-Spondin | PEPROTECH INC | 120-38 | |
| SB202190 | Sigma | S7067-5MG | |
| Tissue Processing Gel (Histogel) | ThermoFisher | 22-110-678 | |
| Wnt3a | R&D Systems INC | 5036-WN-010 | |
| Y-27632 | Sigma | Y0503-1MG |
References
- Sato, T., et al. Single Lgr5 stem cells build crypt-villus structures in vitro without a mesenchymal niche. Nature. 459 (7244), 262-265 (2009).
- Zachos, N. C., et al. Human Enteroids/Colonoids and Intestinal Organoids Functionally Recapitulate Normal Intestinal Physiology and Pathophysiology. The Journal of Biological Chemistry. 291 (8), 3759-3766 (2016).
- Foulke-Abel, J., et al. Human enteroids as an ex-vivo model of host-pathogen interactions in the gastrointestinal tract. Experimental Biology and Medicine (Maywood). 239 (9), 1124-1134 (2014).
- Hidalgo, I. J., Raub, T. J., Borchardt, R. T. Characterization of the human colon carcinoma cell line (Caco-2) as a model system for intestinal epithelial permeability. Gastroenterology. 96 (3), 736-749 (1989).
- Hilgers, A. R., Conradi, R. A., Burton, P. S. Caco-2 cell monolayers as a model for drug transport across the intestinal mucosa. Pharmaceutical Research. 7 (9), 902-910 (1990).
- In, J. G., et al. Human mini-guts: new insights into intestinal physiology and host-pathogen interactions. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology. 13 (11), 633-642 (2016).
- Senger, S., et al. Human Fetal-Derived Enterospheres Provide Insights on Intestinal Development and a Novel Model to Study Necrotizing Enterocolitis (NEC). Cell and Molecular Gastroenterology and Hepatology. 5 (4), 549-568 (2018).
- Moore, S. A., et al. Intestinal barrier dysfunction in human necrotizing enterocolitis. Journal of Pediatric Surgery. 51 (12), 1907-1913 (2016).
- Neal, M. D., et al. A critical role for TLR4 induction of autophagy in the regulation of enterocyte migration and the pathogenesis of necrotizing enterocolitis. The Journal of Immunology. 190 (7), 3541-3551 (2013).
- Lanik, W. E., et al. Breast Milk Enhances Growth of Enteroids: An Ex Vivo Model of Cell Proliferation. Journal of Visualized Experiments. (132), 56921 (2018).
- Mahe, M. M., Sundaram, N., Watson, C. L., Shroyer, N. F., Helmrath, M. A. Establishment of human epithelial enteroids and colonoids from whole tissue and biopsy. Journal of Visualized Experiments. (97), 52483 (2015).
- Uzarski, J. S., Xia, Y., Belmonte, J. C., Wertheim, J. A. New strategies in kidney regeneration and tissue engineering. Current Opinion in Nephrology and Hypertension. 23 (4), 399-405 (2014).
- Leaphart, C. L., et al. A critical role for TLR4 in the pathogenesis of necrotizing enterocolitis by modulating intestinal injury and repair. The Journal of Immunology. 179 (7), 4808-4820 (2007).
- Neal, M. D., et al. Enterocyte TLR4 mediates phagocytosis and translocation of bacteria across the intestinal barrier. The Journal of Immunology. 176 (5), 3070-3079 (2006).
- Sodhi, C. P., et al. Intestinal epithelial Toll-like receptor 4 regulates goblet cell development and is required for necrotizing enterocolitis in mice. Gastroenterology. 143 (3), 708-718 (2012).
- Koo, B. K., et al. Controlled gene expression in primary Lgr5 organoid cultures. Nature Methods. 9 (1), 81-83 (2011).
