このプロトコルの目的は、長期的な培養のためのアクセス可能で簡単な技術を使用して、血管化されたヒトの皮膚同等物の生成および体積分析を記述することです。可能な限り、ステップの根拠は、研究者が研究ニーズに基づいてカスタマイズする能力を可能にするために記述されています。
このプロトコルの目的は、長期的な培養のためのアクセス可能で簡単な技術を使用して、血管化されたヒトの皮膚同等物の生成および体積分析を記述することです。可能な限り、ステップの根拠は、研究者が研究ニーズに基づいてカスタマイズする能力を可能にするために記述されています。
ヒトの皮膚等価物(HSE)は、ヒト皮膚の表皮および真皮成分をモデル化する組織工学的構造である。これらのモデルは、皮膚の発達、創傷治癒、および接木技術を研究するために使用されてきた。多くのHSEは血管系を欠き続け、構造の容積評価を制限するポストカルチャー組織学的切除を通じてさらに分析される。ここに提示された、血管化されたヒト皮膚同等物(VHSE)を生成するために、アクセス可能な材料を利用する簡単なプロトコルです。さらに説明する、これらの構成体の体積イメージングおよび定量化技術が記載されている。簡単に言えば、VHSEは、真皮および表皮細胞をラットテールコラーゲンI型Iゲルに播種する12のウェル培養インサートで構成される。真皮コンパートメントは、コラーゲンゲル全体に分散した線維芽細胞および内皮細胞で構成されています。表皮コンパートメントは、空気液体界面で分化する角化細胞(皮膚上皮細胞)で構成されています。重要なことに、これらの方法は研究者のニーズに基づいてカスタマイズ可能であり、ヒト皮膚線維芽細胞(hDF)およびヒト肺線維芽細胞(IMR90s)の2つの異なる線維芽細胞タイプを有するVHSE生成を実証する結果がある。VHSEは、共焦点顕微鏡を通じて開発され、4週間および8週間のタイムポイントで計算ソフトウェアを使用して体積的に分析された。容積検査のために、VHSEを固定、染色、画像、およびクリアするための最適化されたプロセスについて説明します。この包括的なモデル、イメージング、および解析の手法は、HSE 経験の有無にかかわらず、個々のラボの特定の研究ニーズに合わせて容易にカスタマイズできます。
人間の皮膚は、免疫/機械的バリアとしての作用、体温の調節、保水性および感覚的役割1、2、3、4など、多くの重要な生物学的機能を果たす。解剖学的には、皮膚は人体で最大の器官であり、表皮、真皮、および下皮の3つの主要な層で構成され、表皮細胞に加えて、間質、血管、腺、および免疫系の構成要素の複雑なシステムを有する。表皮自体は、バリア機能およびネイティブ皮膚の他の構造(すなわち、汗および皮脂腺、爪)3を維持するために連続的に更新される4層の細胞から構成される。皮膚生理学は免疫機能、創傷治癒、癌生物学、その他の分野において重要であり、インビトロ単一培養からインビボ動物モデルまで幅広いモデルを使用する研究者をリードしています。動物モデルは、皮膚生理学の完全な複雑さを研究する能力を提供するが、マウスのような一般的に使用される動物モデルは、ヒト5と比較して有意な生理学的差異を有する。これらの制限は、動物モデルのコストの増加と、ヒト皮膚の生理学をより密接に反映するインビトロモデルの開発に焦点を当てる多くの研究者を導いた1,6.このうち、より単純なモデルタイプの1つは、細胞真皮マトリックス上の表皮角化細胞のみで構成されるヒト表皮同等物(HEE;半厚皮膚モデルとも呼ばれる)であるが、生体内で見られる表皮分化および成層を捕捉する。この上に、皮膚および表皮成分(角化細胞および線維芽細胞)を含むモデルは、しばしばヒト皮膚同等物(HSE)、完全厚さの皮膚モデル、または組織ノティピック皮膚構築物(OSC)と呼ばれる。簡単に言えば、これらのモデルは、ゲルマトリックス内に真皮細胞を封入し、表皮細胞を上に播種することによって生成される。表皮の分化と成層は、特殊なメディアと空気暴露7を介して達成することができる。皮膚等価物は、コラーゲンタイプI(ラットテールまたはウシの皮膚起源のいずれか)1、8で作られた真皮ゲルを用いた自己集合性の技術を用いて生成されることが多いが、同様のモデルはフィブリン9、10のような他のマトリックス成分を組み込んだ。 線維芽細胞由来11、12、カダダビリック表皮化膜13、14、15、16、市販のゲル1、12、13、17、18、19。現在、市販の皮膚同等物があります(前述の1,2)。しかし、これらは主に治療目的のために開発されており、特定の研究の質問に容易にカスタマイズすることはできません。
HSEは創傷治癒、移植、毒物学、および皮膚疾患/発達11、12、13、16、8、20、21、22、23の研究に適用されている。3D培養は2D培養24と比較してヒト組織の機能をより包括的にモデル化するが、生体内集団をより正確に反映する多様な細胞型を含めることで、複雑組織24、25、26における細胞細胞協調の研究が可能になる。ほとんどのHSEは、皮膚線維芽細胞および表皮角化細胞27のみを含むが、生体内皮膚環境には他の多くの細胞タイプが含まれる。最近の研究は、より多くの細胞集団を含む始まった。これらは血管系血管系細胞10、28、29、30、31、32、33、34、皮下組織35、36、神経成分の中の有骨細胞を含む、21, 幹細胞 27,37,38, 免疫細胞10,39,40,41,42, その他の疾患/癌特異的モデル16,40,43,44 ,45,46,47.これらの中で特に重要なのは血管系です。一部のHSEには血管細胞が含まれますが、全体的には真皮10、29、拡張インビトロ安定性28、および適切な血管密度全体にわたる接続性を持つ包括的な毛細管要素が欠けています。さらに、HSEモデルは、通常、HSEの3次元構造の分析を制限するポストカルチャー組織学的断面を通じて評価される。3次元解析により、血管密度48、49の体積評価、表皮厚みおよび分化の局所的変動を可能にする。
HSEは最も一般的なorganotypicモデルの1つですが、適切な細胞外マトリックスと細胞密度の同定、メディアレシピ、適切な空気液体界面手順、培養後分析など、これらの構造を生成する際には多くの技術的課題があります。また、HEEモデルやHSEモデルはプロトコルを公開しているが、組織学的解析ではなく真皮脈管及び体積イメージングを組み込んだ詳細なプロトコルは存在しない。この研究は、主に市販の細胞株から血管化ヒト皮膚同等物(VHSE)の培養のためのアクセス可能なプロトコルを提示する。このプロトコルは容易にカスタマイズ可能に書かれ、異なる細胞タイプおよび研究の必要性に対して簡単に適応することを可能にする。アクセシビリティ、可用性、コストの点で、市販品の使用よりもシンプルな製品や生成技術の使用が優先されました。また、VHSEの三次元構造の評価を可能にする簡単な容積画像化および定量法が記載されている。この手順を堅牢でアクセス可能なプロトコルに翻訳することで、非専門研究者は、これらの重要なモデルを個別化医療、血管化組織工学、移植片開発、および薬物評価に適用することができます。
1. 3D文化の準備
2. 3Dコラーゲン皮膚成分の生成
注: ステップ 2 は時間を重視する手順で、1 つの設定で完了する必要があります。真皮成分の播種を開始する前に適切なゲル化と均質性を確保するためにコラーゲンストックの品質チェックを完了することをお勧めします、 議論のトラブルシューティングを参照してください。




ここでは、テロメラーゼ逆転写酵素(TERT)不死化角化ケラチノサイト(N/TERT-120,59)、成人ヒト皮膚線維芽細胞(hDF)、およびヒト微小血管内皮細胞(HMEC-1)を用いて、インビトロ血管化ヒト皮膚同等物(VHSE)を生成するためのプロトコルを提示する( 図1)。さらに、このプロトコルのカスタマイズ可能な性質は、hDFの代わりに一般的に利用可能な肺線維芽細胞(IMR90)を使用する場合のVHSE生成と安定性を実証することによっても強調される。VHSE の生成はステップ 1 から 4 で完了し、ステップ 5 から 7 は、これらの VHSE 用に最適化された任意のエンド ポイント処理およびイメージング技術です。VHSEは特定の研究の質問に従って処理することができ、ステップ5-7は、構造を生成する必要はありません注意することが重要です。容積解析法を実証するために、体積イメージング、解析、および 3D レンダリングを完了しました。これらの容積構造の準備およびイメージ投射の議定書は顕微鏡および巨視的なレベルの両方でVHSE構造を維持し、広範囲の3D分析を可能にする。
表皮および真皮の特性評価は、VHSE構築物におけるヒト皮膚に対して適切な免疫蛍光マーカーを示す(図2、3)。サイトケラチン10(CK10)は、皮膚当量18、30、68の全ての上皮層を通常マークする初期分化角化マーカーである(図2)。インボルクリンおよびフィラグリンは、ケラチノサイトにおける後期分化マーカーであり、皮膚同等物12、30、68、69の上層の上層の上層を示す(図2)。表皮と真皮の両方の核をマーキングするために、極赤色蛍光核色素(材料リストを参照)を使用し、Col IVは真皮の脈管構造を示す(図2、図3、図4)。表皮地下膜(BM)成分は、HSE培養15、16において必ずしも適切に発現されるとは限らない。BMのコルIV染色は、このプロトコルを使用して一貫して観察されない。研究は、BM成分および構造が追加の媒体、細胞、およびイメージング最適化14の恩恵を受けるだろう。
VHSE培養の大部分を通した共焦点イメージングは、しばしば真皮および表皮の計算解析に十分な高解像度画像を生み出すが、記載されたクリアリング方法はより深い組織イメージングを可能にする。クリアリングは共焦点レーザーの貫通深度を改善し、VHSEでの効果的なイメージングは、クリアされたサンプルに対して1mm以上(不明確な場合は〜250 μmと比較して)達成することができます。記載された清算技術(メタノール脱水とメチルサリチル酸)は、VHSE試料組織61全体の屈折率に十分一致する。VHSEをクリアすると、操作なしでコンストラクト全体を通して簡単なイメージングが可能になりました(例えば、真皮と表皮を別々に画像化するように構築物の方向を変更する)(図3)。
容積画像を使用すると、各構造全体で血管構造をマッピングする 3D レンダリングを生成できます (図 4)。簡単に言えば、共焦点画像セットは、コラーゲンIV染色(血管壁のマーキング)および核(遠赤色蛍光核色素によって特徴付ける)を検出するために、VHSEのいくつかのサブボリュームの表皮方向に真皮で撮影した。イメージ スタックは、計算ソフトウェア (マテリアル リストを参照) に読み込まれ、カスタム アルゴリズム (これらのソース 48、70、71、72、73、74、75 に基づく) は、前述の3Dレンダリングと定量に使用されます。このアルゴリズムは、Col IV染色に基づいて血管成分を自動的にセグメント化します。体積セグメンテーションは、高速マーチング75、76、77に基づいてスケルトン化アルゴリズムに渡されます。スケルトン化は、各Col IVマーク容器の決定的な中心を発見し、得られたデータは血管の直径と血管分率を計算するために使用することができる(図4)。レーザー走査顕微鏡が利用できない場合、ワイドフィールド蛍光顕微鏡はアクセス可能なオプションです。血管ネットワークと表皮は、広視野蛍光顕微鏡で画像化することができる(補足図2)。3次元定量は、レーザー走査顕微鏡ではなくVHSEのワイドフィールドイメージングを使用して可能であるが、面外光による画像のより多くのフィルタリングとデコンボリューションが必要な場合がある。

図1:血管化ヒト皮膚等価生成の模式的タイムラインA)1) 真皮成分播種からのVHSEモデルの進行を示し、2)真皮成分にケラチノサイト播種、3)空気液界面および培養維持を介して上皮層層化。培養後処理および体積イメージングは、培養エンドポイントで行うことができる。 B) 培養エンドポイントでのhDF VHSEマクロ構造のカメラ画像は、8週間を挿入する。VHSEでは、さまざまなレベルの収縮が正常です。プロトコルが説明しているように収縮を減らすことができます。(1 & 2)少ない契約サンプル。(3 & 4)より多くの収縮サンプルはまだ適切な皮膚要素を生み出す。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図2:免疫蛍光マーカーによる表皮特性評価 すべての画像は、共焦点顕微鏡を介して8wk培養時点でVHSEを撮影した。対応する染色方法は、プロトコルステップ6に記載されている。適切な上皮マーカーは、hDF VHSE(左カラム)とIMR90 VHSE(右カラム)の両方に存在する。インボルクリンおよびフィラグリンは、ケラチノサイトの後期分化マーカーであり、表皮が両方のVHSEタイプで完全に階層化されていることを実証する。サイトケラチン10は、VHSE中のスラビサル層を同定している初期分化マーカーである。核は黄色で直交図で示される。En面と直交の最大投影画像は、計算ソフトウェアを介してレンダリングされました。画像は、背景の減算と中央値のフィルタリングで個別にスケーリングされ、わかりやすくします。スケールバーは100μmである(一次および二次抗体と社内ブロッキングバッファレシピは 表3に示されている)。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図3:不明確なVHSEとクリアされたVHSEの比較 このVHSEはIMR90sで生成され、画像は共焦点顕微鏡を介して4wk培養時点で撮影された。コラーゲンIVはシアンで示されています;核はマゼンタで示されています;クリアされた3Dレンダリングのマゼンタは、VHSEの表皮層における核の統合を表します。不明なVHSE画像は、より厚いVHSE構築物におけるレーザー減衰の一例であり、クリアリング(メタノールおよびメチルサリチル酸塩)を通じて、構築物の真皮側からのレーザー減衰をほとんど/全く有さないで全体の構造を画像化することができる。レーザーライン、ゲイン、ピンホールなどのイメージング設定を、過飽和を減らすためにVHSEをクリアするために下げました。クリアおよびイメージングは、プロトコルのステップ6及び7に記載されているように完了した。直交最大投影画像と3Dレンダリングは、計算ソフトウェアで完了し、3Dレンダリングはクリアされたコンストラクト画像から生成されました。画像は、背景の減算と中央値のフィルタリングで個別にスケーリングされ、わかりやすくします。スケールバーは100 μmです。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。

図4:VHSE内の血管構造の3次元解析 共焦点顕微鏡を介して撮影された体積画像は、計算画像解析を通じて培養エンドポイントでの血管パラメータ定量を可能にする。VHSE サブボリュームから, コラーゲン IV 染色の検出 (シアン) 血管構造の内皮壁をマークし、コラーゲン IV 位置に基づいて血管のセグメンテーションを可能にします;;次いで、セグメンテーションデータが骨格化され、各容器の中心が見つかります(マゼンタ)。3Dスケルトン化の例は、4週間および8週間のIMR90 VHSEサンプルについて示され、クリアされていない。IMR90 VHSE実験セットの結果データを使用して、各構成体内の4つのサブボリューム(z方向の各250μm)の血管径および血管画分を計算し、VHSE当たりのデータを平均化し、培養時間ポイントごとにさらに平均化した。これらのデータは、生体内ヒト皮膚78に関連する直径を有する4週間および8週間の培養期間にわたる血管ネットワークのホメオスタシス及び、生体内ヒト皮膚79 と同じ順序の血管分率(コラーゲン構築物中の血管分率はカスタマイズ可能であることが 示されており、さらに値の増加に最適化できることが示されている)。データは、標準誤差平均±平均値として表されます (S.E.M)。n = 各タイムポイントに対して 3。 この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。
| メディア | コンポーネント |
| ヒト皮膚線維芽細胞株(hDF) | DMEM HG |
| 5% 牛胎児血清 (FBS) | |
| 1% ペニシリン/ストレプトマイシン (P/S) | |
| IMR90線維芽細胞株 | DMEM/ハムズ F12 50:50 |
| 10% FBS | |
| 1% P/S | |
| HMEC-1内皮細胞株 | MCDB131 ベースメディア |
| 10% FBS | |
| 1% P/S | |
| L-グルタミン [10 mM] | |
| 表皮成長因子 (EGF) [10 ng/mL] | |
| ヒドロコルチゾン [10 μg/mL] | |
| N/TERT-1 ケラチノサイト細胞株 | K-SFM メディアベース |
| 1% P/S | |
| 牛下垂体エキス (BPE) [25 μg/mL]、K-SFMサプリメントキットより | |
| 上皮成長因子 (EGF) [0.2 ng/mL]、K-SFMサプリメントキットから | |
| CaCl2 [0.3 mM] | |
| ヒト皮膚等価(HSE)分化 | 3:1 DMEM:ハムのF12 |
| 1% P/S | |
| 0.5 μM ヒドロコルチゾン | |
| 0.5 μM イソプロテレノール | |
| 0.5 μg/mLインスリン |
表1:メディアレシピヒト皮膚線維芽細胞の2D培養用の培地レシピ、IMR90線維芽細胞、HMEC-1、およびN/TERT-1ケラチノサイトが与えられる。これらのレシピは、VHSEを生成する前に細胞株を拡張するために使用されました。ヒト皮膚等価(HSE)分化媒体は、VHSEを生成するために使用される。基本レシピが与えられ、水没培養と階層化誘導の部分の間に、FBSのテーパリング量は、プロトコルステップ3で説明されているように追加されるべきです。これらのソース11、80に基づくHSEレシピ。
| コラーゲンストック濃度(Cs): | 8 | mg/mL | ||
| 所望のボリューム(Vf): | 1 | ミリリットル | ||
| NaOH 調整の正規化*: | 1 | X | ||
| *各ロットのコラーゲンは、pH 7 -7.4を設定するために必要なNaOHの量を決定するためにテストする必要があります | ||||
| 所望のコラーゲン濃度(mg/mL) | ||||
| 2 | 3 | 4 | 5 | |
| 10X PBS (VPBS) | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| コラーゲンストック(Vs) | 0.25 | 0.375 | 0.5 | 0.625 |
| 1N NaOH (VNaOH) | 0.00575 | 0.008625 | 0.0115 | 0.014375 |
| メディア (Vメディア) | 0.64425 | 0.516375 | 0.3885 | 0.260625 |
表2:コラーゲン計算参照表参考表は、8 mg/mLコラーゲンストック濃度と1mLの所望の最終体積を想定して計算される一般的に望ましいコラーゲン濃度を示します。すべての値は mL です。これらの金額を計算するために使用される方程式は、プロトコルステップ2.2で与えられます。各コラーゲンストックのpHをチェックすることが重要です。必要に応じて、PH 7-7.4(PBS、NaOH、コラーゲンストック、培地が添加された後)を達成するためにNaOH量を添加する必要があります。プロトコルは3 mg/mLコラーゲン濃度を使用してVHSEのために最適化されています。コラーゲン濃度の変化は、異なる細胞株/所望の終了結果48に必要な場合があります。
| 一次抗体 | 源 | 濃度 | 使う |
| フィラグリン (AKH1) マウスモノクローナル IgG | サンタクルス; sc-66192 (200 μg/mL) | [1:250] | 後期分化マーカー15 |
| インボルクリンウサギポリクローナルIgG | プロテインテック; 55328-1-AP(30 μg/150 μL) | [1:250] | 後期端子分化マーカー15 |
| サイトケラチン10(DE-K10)マウスIgG、上清 | サンタクルス; sc-52318 | [1:350] | 上皮上皮マーカー14,36,59 |
| コラーゲンIVウサギポリクローナル | プロテインテック; 55131-1-AP | [1:500] | 血管壁67 |
| ドラク 7 | 細胞シグナル伝達;7406 (0.3 mM) | [1:250] | 核マーカー |
| 二次抗体 | 源 | 濃度 | 使う |
| ヤギアンチラビットIgGダイライト™488コンジュゲート | インビトロジェン;35552 (1 mg/mL) | [1:500] | コラーゲンIV二次 |
| 抗ウサギIgG(H&L)(GOAT)抗体、ダイライト™549コンジュゲート | ロックランド免疫化学;611-142-002 | [1:500] | インボルクリン二次 |
| ヤギアンチマウスIgG(H&L)、ダイライト™ 488 | 熱科学的;35502 (1 mg/mL) | [1:500] | フィラグリンまたはサイトケラチン 10 セカンダリ |
| ブロッキングバッファ (500 mL) | |||
| 試薬 | 量 | ||
| ddH2O | 450 mL | ||
| 10 x PBS | 50 mL | ||
| 牛血清アルブミン (BSA) | 5 g | ||
| トゥイーン 20 | 0.5 mL | ||
| 冷水魚ゼラチン | 1 g | ||
| アジドナトリウム(10%ジH2O中のアジドナトリウム) | 5 mL (0.1 % 最終濃度) | ||
表3:ブロッキング緩衝剤を用いて一次抗体および二次抗体を作る。リストされた抗体および化学染色は、図2、図3、図4に示す染色に使用した。染色は、ここにリストされているブロッキングバッファレシピを用いて、プロトコルステップ6で与えられたように完了した。染色濃度および持続時間のいくつかの最適化は、選択された培養技術および細胞株に応じて必要とされ得る。
補足表 1: 略語リスト 読者の便宜のために含まれる略語リスト。こちらの表をダウンロードしてください。
補足 図1:取扱いのためのVHSEの技術的援助。 VHSEの取り扱いは、特に固定、処理、染色の際に困難です。 A-D は、手順 5 ~ 7 の手順に対応します。 A は、適切な染色を確実にするために培養インサートから多孔質膜を除去する技術的取り扱いを示す。 B は 、染色および保管中に各 VHSE を沈めた状態に保つ方法を示しています。 Cは 、PDMSイメージング井戸にコンストラクトを移動する最も安全で最も簡単な方法を示しています。 D はPDMSイメージングによく座っているVHSEを示す:PDMS井戸は底部のガラススライドに接着され、イメージング用の窓を作成し、ガラススライドは長いイメージング実行を通じて湿度を維持するために上に置かれる。このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。
補足 図2:標準広視野蛍光顕微鏡を用いて、VHSEを評価することができる。 ワイドフィールドイメージングは、レーザースキャン顕微鏡が利用できない場合の定期的な評価のために、体積イメージングに使用できます。一例として、円柱とバソラショナルの両方の面からVHSEを撮像することは、顔と直交(Ortho.)の最大投影として示される。(トップ)表皮をマーカーとしてインボルクリンおよび核を用いて画像化した。(下部)皮膚血管系は、マーカーとしてコラーゲンIVを用いて画像化した。画像は、明確にするために背景を減算されます。平面外のライトは、直交ビューで明らかな「ストリーキング」または「フレア」アーティファクトにつながります。ワイドフィールドイメージングは、定量化に使用できますが、より多くの画像処理が必要な場合があります。このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。
このプロトコルは、VHSEの生成とその三次元分析のための簡単で再現可能な方法を実証しました。重要なことに、この方法は、いくつかの特殊な技術や機器の部分に依存し、ラボの範囲のためにアクセスできるようにします。さらに、細胞タイプはプロトコルの限られた変更に置き換えることができるので、研究者はこのプロトコルを特定のニーズに適応させることができます。
適切なコラーゲンゲル化は、皮膚培養を確立する上で挑戦的なステップです。特に精製せずに粗精製剤を使用する場合、微量汚染物質がゲル化プロセスに影響を与える可能性があります。一貫性を保つために、VHSE生成に使用するのと同じコラーゲンストックを使用して実験のグループを実行する必要があります。さらに、ゲル化は理想的には7-7.4のpHで起こるべきであり、そして微量の汚染物質はpHをシフトし得る。コラーゲンストックを使用する前に、所望の濃度で細胞ゲルを実践し、pHをゲル化する前に測定する必要があります。真皮成分の播種を開始する前にこのコラーゲン品質チェックを完了すると、完全な実験を設定する前に、適切なゲル化とコラーゲン均質性の問題を特定します。細胞コラーゲンを培養インサートに直接播種する代わりに、pH全体のスケールを評価するpHストリップにコラーゲンを播種し、7-7.4のpHを検証します。ゲル化は、コラーゲンゲル溶液の液滴をカバースリップまたは組織培養プラスチックウェルプレートに塗布することによって評価することができる(培養インサートの閉じ込められた側面をシミュレートするためにウェルプレートが推奨される)。ゲル化時間後、コラーゲンは固形でなければならない、すなわち、プレートが傾いているときには流れてはならない。位相対面顕微鏡では、コラーゲンは均質で透明に見えるはずです。透明なゲル内の不透明なコラーゲンの不定形のブロブが正常であるが、時折、透明なゲル内の不十分な混合、間違ったpH、および/または混合中にコラーゲンを冷やし続けることができなかったために問題が起こりやすいことを示す。
細胞の播種量および培地は調整され得る。上記のプロトコルでは、カプセル化された細胞量は、皮膚構築物の上に播種された1.7 x 10 5ケラチノサイトを有するコラーゲンのmL当たり7.5 x 10 5個の内皮細胞と7.5 x 10 5の内皮細胞で12ウェル挿入物に最適化されている。細胞密度は、様々なコラーゲン濃度48およびHSE生成22、80、81における3D血管ネットワーク発生を調査する予備研究および以前の研究に基づいて、このVHSEプロトコルに対して最適化されている。同様のシステムでは、公表された内皮細胞密度は1.0 x 106細胞/mLコラーゲン48である。線維芽細胞濃度は、コラーゲン22、28、82〜1x105細胞/mLのコラーゲン22、28、1x105細胞/mLのコラーゲンの0.4 x 10の5細胞/mL、58、83、84、85の範囲であることが多い。角化細胞濃度は0.5 x 105 [セル/cm2]から1 x10 5[セル/cm2]8の範囲です。細胞密度は特定の細胞および研究の質問のために最大限に活用することができる。線維芽細胞などの収縮細胞を有する三次元培養は、生存率低下および培養損失86、87を招く収縮を招く可能性がある。予備実験は、真皮コンパートメントの収縮(より多くの真皮細胞、より収縮性の真皮細胞、より長い水没培養、またはより柔らかいマトリックスで起こり得る)および表皮表面被覆を試験するために完了すべきである。さらに、過剰な真皮収縮が起こっている場合やケラチノサイトのカバレッジの異なる速度が必要な場合、沈み込み日数および血清含有量の先細り速度の日数もカスタマイズすることができます。例えば、真皮水没の期間中に収縮が気づいた場合、またはケラチノサイトが表面単層を確立している間に、血清テーパリングプロセスを通してより迅速に移動し、VHSEをALIに上げることは、追加の収縮を防ぐのに役立ちます。同様に、ケラチノサイトの被覆が理想的でない場合、VHSEが血清なしで水没する日数を変更すると、表皮単層カバレッジを増加させ、血清が取り残されるので収縮を緩和するのに役立つ可能性があります。細胞密度の変化や上記の他の提案は、特定の文化と研究目標に合わせて最適化する必要があります。
空気液体界面(ALI)期間中に表皮の適切な階層化を確立するためには、ALIおよび各構成体の適切な水分補給が培養長全体にわたって維持されるように、各ウェルの流体レベルを定期的にチェックし、維持することが重要である。メディア レベルは、一貫した ALI レベルが確立されるまで、毎日チェックおよび追跡する必要があります。表皮層は乾燥ではなく水分補給をしているように見えるはずですが、コンストラクトにはメディアのプールが存在してはいけません。ALI の間、コンストラクトは、通常の不透明な白/黄色の色を作成します。表皮層は不均一に発達する可能性が高い。一般的に、VHSEは、コラーゲンの播種または真皮収縮のために傾いています。また、構築物の中央部で高い表皮部分を小さい構成(24ウェルサイズ)で観察し、VHSEの周囲の隆起形成を12ウェルサイズで観察することも正常である。構成体13 の収縮は、これらの地形形成を変化させ、かつ/または全く観察されない場合がある。
VHSEの染色とイメージングは、VHSEに機械的操作を導入します。各文化の操作を計画し、制限することは非常に重要です。操作が必要な場合は、挿入膜からVHSEを取り除くとき、構造表面に染色または洗浄液を追加する場合、イメージング準備中に貯蔵/イメージングウェル内のVHSEを取り外して交換する際に、穏やかな動きを維持します。具体的には、表皮成分の座端層は壊れやすく、基底表皮層を取り除く危険性がある。表皮の尖体層は壊れやすく、天然組織4でも脱生物を経るが、表皮構造の正確な分析のためには、損傷や損失を最小限に抑えることが重要である。表皮層が構成体から持ち上がった場合、それらは別々に画像化することができます。表皮の基底層は真皮に依然として付着している可能性が最も高く、尖体層の一部が剥離する可能性がある。表皮の可視化のために、核染色は、高密度核が表皮の下層および中層の特徴であるため、これを観察するのに役立ちます。
VHSEポスト・フィケーションの共焦点イメージングはプロトコルで議論されているが、直立ベースの光コヘレン断層撮影(OCT)88、89、90、91、92、93を介して、培養中のVHSEを画像化することも可能である。VHSEは、目立つ効果なしに少なくとも2時間、インキュベーションや加湿なしでイメージングに耐えられるほど安定しています。OCTはラベルフリーで非侵襲的であるため、成熟時に表皮厚さを追跡することが可能です。他の非侵襲的なイメージングモダリティも同様に採用される可能性があります。
VHSEのレーザー減衰により、真皮と表皮の構造を組み合わせた体積画像は困難な場合があります。これは、表皮側(図1)と真皮側(図2)から、真皮血管構造および表皮の良好な分解能を可能にする2つの向きで構成体をイメージングすることによって軽減することができる。さらに、サンプルをクリアすることができ、最小限の減衰で構造全体の容積画像を可能にします。いくつかの消え方が試みられたが、記載のメタノール/メチルサリチル酸法は最良の結果をもたらした。他のクリアメソッドの最適化に興味のある研究者は、これらのレビュー49、61、62に向けられています。クリアする場合、この方法は蛍光体や構造に損傷を与える可能性がありますので、クリアする前にサンプルを完全に画像化することをお勧めします。また、蛍光は数日以内に消えてしまう可能性があるため、クリア後できるだけ早くイメージングを完了する必要があります。
簡潔でアクセス性を高めるには、このプロトコルは、前の文献11,80で見つかった最も単純なメディアブレンドを利用しました。単純なメディア ブレンドを使用することには多くの利点がありますが、この選択の制限も認識されます。他のグループは、表皮および真皮の健康に対する特定の培地成分の影響を研究しており、外部遊離脂肪酸/脂質などの他の培地添加剤94が表皮の角層を増強し、皮膚バリア機能を改善することを発見した。当社の免疫蛍光マーカーは、表皮における適切な分化と成層を示していますが、実施されている研究によっては、追加のメディア最適化が必要になる場合があります。さらに、ここで提示されたVHSEを評価する際に、表皮BMの広範な分析は行われなかった。BMの完全性は、皮膚同等物の重要な指標である。様々なグループは、培養期間及びBMマーキング95に及ぼす影響、ならびに線維芽細胞の存在の分析及びBM発現14に対する成長因子効果の付加に関する研究を行ってきた。BMコンポーネントの分析は、このプロトコルを使用する際に評価し、最適化する必要があることに注意することが重要です。
このプロトコルでは、VHSE生成のための手順を説明し、ALIで8週間後の結果を示す。VHSE培養は、目立った変化や生存率の喪失なしにALIで12週間まで培養されており、より長く生存可能である可能性があります。重要なことに、このプロトコルは、IMR90肺線維芽細胞との皮膚線維芽細胞の置き換えによって示されるように、一般的に利用可能な細胞タイプに容易に適応可能である。研究者のニーズと利用可能なリソースに応じて、培養物の細胞タイプとメディアブレンドを調整できますが、より異なる細胞タイプはメディアの最適化を必要とする場合があります。要約すると、これらの手順は、皮膚生物学と疾患の研究のためのVHSEの文化を明確にすることを意図しています。アクセシビリティを最大限に高めるために、このプロトコルは、研究研究の特定のニーズにさらにカスタマイズできる最小限の効果的なアプローチとして、共通の装置、細胞株、試薬を使用して、このシンプルで堅牢な開発を行いました。
著者らは開示するものは何もない。
著者らは、ジム・ラインヴァルト博士59 とエレン・H・ファン・デン・ボガード20 博士がN/TERT細胞株の寛大な贈り物に感謝している。この作品は、米国心臓協会(19IPLOI34760636)によって支えられていました。
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1 N NaOH | Fisher Chemical | S318-100 | (Dilute from Lab stock) |
| 4% パラホルムアルデヒド | ACROS Organics | #41678-5000, Lot # B0143461 | PBS中の固体パラホルムアルデヒドを使用して構成、pHを6.9に調整 |
| オートクレーブ鉗子 | Fine Science Tools | #11295-00 | Dumont #5 鉗子 |
| CaCl2 | Fisher bioreagents | Cat # BP510-250, Lot # 190231 | Rnase、Dnase、プロテアーゼフリー |
| 細胞株、内皮:微小血管内皮細胞(HMEC1) | ATCC | CRL-3243 | SV40不死化微小血管内皮細胞。750,000細胞/mLのコラーゲンを使用したことに注意してください。 |
| 細胞株、線維芽細胞:真皮ヒト線維芽細胞、成人 | ATCC | PCS-201-012 | 初代真皮細胞。75,000細胞/mLのコラーゲンを使用したことに注意してください。 |
| 細胞株、線維芽細胞:ヒト肺フィラブロ芽球(IMR90) | ATCC | CCL-186 | 初代胚細胞。75,000細胞/mLのコラーゲンを使用したことに注意してください。 |
| 細胞株、ケラチノサイト:n/TERT-1 | hTERT発現により不死化。N/TERT-1は、ハイグロマイシン耐性を付与するレトロウイルスベクターを用いて作製しました。Dickson et al. 2000によって確立された細胞株。ATCC PCS-200-010またはPCS-200-011と交換できます。コンストラクトごとに170,000個の細胞が使用されたことに注意してください。N/TERT1細胞は、30%コンフルエントなプレートから使用する必要があります-2つの30%コンフルエント90 mm組織培養皿は、十分な細胞を提供します。著者らは、Jim Rheinwald博士とEllen H. van den Bogaard博士に、N/TERT細胞株の寛大な贈り物に感謝します。 | ||
| 遠心分離機 | Thermo Scientific;Sorvall Legend X1R | (標準実験装置) | |
| 計算ソフトウェア | MATLAB | MATLAB 2020a | MathWorks, Natick, MA. |
| 共焦点顕微鏡 | ライカTCS SPEII共焦点 | レーザー走査型共焦点。他の共焦点顕微鏡またはデコンボリューション顕微鏡法に置き換えることができます。 | |
| カバーガラス(22 x 22) | フィッシャーサイエンティフィック | 12-545F | 0.13-0.17 mm No.1 厚さ |
| シアノアクリレート瞬間接着剤またはシリコーングリース | 接着剤マスター | #THI0102 | 接着剤マスター、厚さ、インスタント接着剤、シアノアクリレート; 瞬間接着剤は好ましい |
| DMEMメディアベース | コーニング;Mediatech、Inc | REF#10-013-CM;ロット#26119007 | DMEM、1X(イーグルの媒体のダルベッコの修飾)、4.5 g / Lグルコース、L-グルタミン&ピルビン酸ナトリウム |
| DMEM / F-12 50/50 | コーニング;Mediatech、Inc | REF#10-090-CV;ロット#21119006 | DMEM / F-12 50/50、1X(ダルベッコのMod。Eagle's Medium/Ham's F12 50/50 Mix) と L-グルタミン |
| エタノール | Decon Labs | #V1101 | (標準ラボ試薬) |
| ウシ胎児血清 | フィッシャー サイエンティフィック | キャット # FB12999102、ロット # AE29451050 | 研究グレード ウシ胎児血清、トリプル 0.1 um 滅菌フィルター |
| ファインチップ鉗子 | ファイン サイエンス ツール | #11295-00 | デュモン #5 鉗子 |
| ヒト上皮成長因子(EGFの) | Peprotech | Cat # AF-100-15-1MG, Lot # 0318AFC05 D0218 | PBS |
| Hydrocortisone | Alpha Easar | Lot # 5002F2A | Made up in DMSO |
| Insulin (human) | Peprotech | Lot # 9352621 | |
| Inverted Light/Phase Contrast Microscope | VWR | 76317-470 | (標準実験装置) |
| Isoproterenol | Alfa Aesar | #AAJ6178806 | DL-イソプロテレノール塩酸塩、98% |
| ケラチノサイト-SFM(1x)培地ベース | Gibco;ライフテクノロジーズコーポレーション | REF#:10724-011;ロット#2085518 | ケラチノサイト-SFM(1X);無血清中質 |
| L-アスコルビン酸 | フィッシャーケミカル | キャット#A61-100、ロット#181977、CAS#50-81-7 | 結晶性。L-アスコルビン酸は、塩L |
| -グルタミン(固体) | フィッシャーバイオ試薬 | CAT#BP379-100、LOT#172183、CAS#56-85-9 | L-グルタミン、白色結晶または結晶性粉末 |
| MCDB 131メディアベース | Gen Depot | CM034-050、ロット#03062021 | MCDB 131中ベース、L-グルタミンなし、滅菌ろ過金属 |
| パンチ | ソナエンタープライズ(SE) | 791LP、12PC | 中空レザーパンチセット、高炭素鋼、硬度:48HRC;(さまざまなサイズを含む):1/8インチ、5/32インチ、3/16インチ、7/32インチ、1/4インチ、9/32インチ、5/16インチ、3/4インチ、7/16インチ、1/2インチ、5/8:、3/4インチ。このパンチセットも便利ですが、x-actoナイフも使えます。12ウェルトランズウェルVHSEに適した金属パンチのサイズは、3/8インチまたは1/2インチです。 |
| メタノール | フィッシャーケミカル | CAS#67-56-1 | (オプション)。脱水ステップのクリアに。 |
| サリチル酸メチル | フィッシャーケミカル | O3695-500;ロット#164535;CAS#119-36-8 | (オプション)。クリアリング用。 |
| マイクロチューブ、1.7 mL | ジェネシー・サイエンティフィック・コーポレーション;オリンパスプラスチック | キャット#24-282;ロット#19467 | 1.7 mlマイクロチューブ、透明;耐沸騰性、ポリプロプレン、認定Rnase、Dnase、DNA、PCR阻害剤およびエンドトキシン |
| フリーPBS、10倍培養グレードまたはオートクレーブ済み | APEXバイオリサーチ製品 | Cat # 20-134、ロット# 202237 | PBSバッファー、10倍ドライパック; パックの内容物を容器に加え、1リットルに水を加えて10倍濃縮します。 |
| PBS、1x培養グレード、(-)カルシウム、(-)マグネシウム | Genesee Scientific Corporation | Ref # 25-508;ロット#07171015 | |
| PBS、1x非培養グレードの | APEXバイオリサーチ製品 | #20-134、ロット#202237 | PBSバッファー、10xドライパック;パックの内容物を容器に加え、1リットルに水を加えて10倍の濃縮物を生成します。水で1倍に希釈します。 |
| ペニシリン/ストレプトマイシン | Gibco;ライフテクノロジーズコーポレーション | Ref#15140-122、ロット#2199839 | ペン連鎖球菌(10,000ユニット/ mLペニシリン、10,000 ug / mLストレプトマイシン) |
| ペトリ皿、ガラス、小さな | コーニング | PYREX 316060 | (オプション)。クリアコンテナ |
| のシャーレ、100mm | ッシャーサイエンティフィック | FB0875713 | PDMSのメイクアップに使用します。 |
| ポリジメチルシロキサン(PDMS) | ダウコーニング | GMID 02065622、バッチ#H04719H035 | シルガード184シリコーンエラストマーベース、ダウコーニング、ミッドランド、ミシガン州) |
| ダウコーニング | GMIDの02065622、バッチ#H047JC4003 | DOWSIL 184、シリコーンエラストマー硬化剤 | |
| 注:PDMSは通常、ベースと硬化剤の両方のコンポーネントを含むキットとして販売されています。 | |||
| 容積式ピペット (1000 & 250 uL) | ギルソン | 1000 uL: HM05136, M1000. 250 uL: T12269L | M1000 ピペット容量 (100-1000 uL);M250ピペット容量から250 uL |
| ポジティブディスプレイスメントチップ/ピストン (1000 & 250 uL) | ギルソン | 1000 uL: CAT # F148180, BATCH # B01292902S; 250 uL: CAT # F148114, BATCH # B05549718S | 滅菌済みキャピラリーとピストン |
| 丸型チップスクーピュラ | (オプション、標準的な実験装置) イメージング前のVHSEの操作用 | ||
| ケラチノサイト-SFM培地 | 用サプリメントギブコ;ライフテクノロジーズコーポレーション | Ref#37000-015、ロット#2154180 | EGFヒト組換え体(Cat#10450-013)、ウシ下垂体抽出物(Cat#13028-014) |
| 組織培養プレートインサート、12ウェルサイズ、3µmポアサイズ | コーニング;Costar | REF#3462-クリア;ロット#14919057 | トランズウェル;12 mm直径インサート、3.0 umの細孔サイズ、組織培養処理、ポリエステル膜、ポリスチレンプレート、 |
| 組織培養プレート、12ウェルサイズの | Greiner Bio-one;CellStar | の猫#665 180;ロット#E18103QT | 12ウェル細胞培養プレート;滅菌済み、蓋付き;製品は無菌で、検出可能なDnase、Rnase、ヒトDNAおよび発熱物質を含まない。内容物 非細胞毒性 |
| 組織培養プレート、60.8cm^2 成長面積 | ジェネシー・サイエンティフィック・コーポレーション | Cat # 25-202;ロット番号:191218-177B | 組織培養皿;治療、成長面積60.8 cm ^ 2;滅菌、Dnase、Rnase、パイロジェンフリー;バージンポリスチレン |
| トリトン×100 | Ricca Chemical Company | Cat#8698.5-16、ロット#4708R34 | 潤剤 |
| トリプシン0.25% | コーニング;Mediatech、Inc | Ref # 25-053-CI | 0.25% Trypsin、2.21 mM EDTA、1x [-] 重曹 |
| 1型コラーゲン ラットの尾から単離 | Pel-Freez Biologicals | 56054-1 | Sprauge-Dawley ラットの尾は、Pel-Freezまたは他のサプライヤーから冷凍で購入できます。コラーゲンは尾腱から分離することができます。分離プロトコルの参照 [Cross et al.,2010;ラジャン他、2007;ボーンスタイン、1958] 。あるいは、高濃度ラットテールコラーゲンは、コーニング(カタログ番号:354249) |
| 真空チャンバー、ベンチトップ | Bel-Art | F42010-0000 | (標準実験装置) |
| ハンドヘルド精密ナイフ | X-Acto | X3311 | (X-Actoナイフはスチールパンチを購入した場合オプション) |