Dit protocol beschrijft de isolatie van endotheelcellen van muizen uit de hele alvleesklier.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Dit protocol beschrijft de isolatie van endotheelcellen van muizen uit de hele alvleesklier.
De alvleesklier is een vitaal orgaan voor het handhaven van het metabolische evenwicht in het lichaam, deels vanwege de productie van metabole hormonen zoals insuline en glucagon, evenals spijsverteringsenzymen. De alvleesklier is ook een sterk gevasculariseerd orgaan, een kenmerk dat wordt vergemakkelijkt door het ingewikkelde netwerk van pancreashaarvaten. Dit uitgebreide capillaire netwerk bestaat uit sterk gefenestreerde endotheelcellen (EC's) die belangrijk zijn voor de ontwikkeling en functie van de alvleesklier. Dienovereenkomstig kan de disfunctie van EC's bijdragen aan die van de alvleesklier bij ziekten zoals diabetes en kanker. Onderzoek naar de functie van pancreas-EC's (pEC's) is dus niet alleen belangrijk voor het begrijpen van de biologie van de alvleesklier, maar ook voor het ontwikkelen van de pathologieën ervan. Muismodellen zijn waardevolle hulpmiddelen om stofwisselings- en hart- en vaatziekten te bestuderen. Er is echter geen opgesteld protocol met voldoende details beschreven voor de isolatie van pEC's bij muizen vanwege de relatief kleine populatie EC's en de overvloedige spijsverteringsenzymen die mogelijk vrijkomen uit het acinaire weefsel en die kunnen leiden tot celbeschadiging en dus lage opbrengst. Om deze uitdagingen aan te gaan, hebben we een protocol opgesteld om de pEC's van muizen te verrijken en te herstellen, waarbij zachte fysische en chemische dissociatie en antilichaam-gemedieerde selectie worden gecombineerd. Het hier gepresenteerde protocol biedt een robuuste methode om intacte en levensvatbare EC's uit de hele alvleesklier van de muis te extraheren. Dit protocol is geschikt voor meerdere downstream-assays en kan worden toegepast op verschillende muismodellen.
De alvleesklier, de sleutel tot metabole controle en homeostase, is een sterk gevasculariseerd orgaan. De alvleesklier heeft zowel endocriene als exocriene functies en regelt respectievelijk de regulatie van de bloedglucose en spijsverteringsenzymen. Deze twee compartimenten zijn met elkaar verbonden door het uitgebreide netwerk van pancreasbloedvaten, waardoor de uitwisseling en het transport van zuurstof, hormonen en enzymen wordt vergemakkelijkt. Van cruciaal belang is dat dit dichte capillaire netwerk het eilandje Langerhans binnendringt, een cluster van hormoonregulerende cellen in de alvleesklier die verantwoordelijk zijn voor de endocriene functie, bestaande uit de glucagon-afscheidende alfa (α) cellen, de insuline-afscheidende bèta (β) cellen en de somatostatine-afscheidende delta (δ) cellen 1,2. Hoewel de eilandjes slechts 1-2% van de pancreasmassa uitmaken, ontvangen ze 20% van de totale bloedstroom3, wat het belang van eilandjesvasculatuur benadrukt. De capillairen van de alvleesklier bestaan voornamelijk uit sterk gefenestreerde endotheelcellen (EC's), die zijn omgeven door murale pericyten. Deze capillaire EC's spelen een vitale rol bij de ontwikkeling, rijping en (dys)functie van eilandjes en vormen intieme overspraak met verschillende endo- en exocriene cellen4 (Figuur 1).
Endotheliale disfunctie is waargenomen bij zowel diabetes type 1 als type 2, de meest voorkomende aandoeningen veroorzaakt door disfunctie van de pancreaseilandjes 5,6. Zowel de microvasculaire dichtheid als de morfologie van de eilandjes kunnen worden gewijzigd bij diabetes7. Bovendien wordt alvleesklierkanker, een zeer agressieve tumor die zich ook als diabetes kan manifesteren, gekenmerkt door een hoge microvasculaire dichtheid met slechte perfusie8. Gezien de cruciale structurele en functionele rol van EC's in zowel normaal als ziek pancreasweefsel, is er een pertinente behoefte om de pEC's in ontwikkeling, fysiologie en pathologie te bestuderen om de mechanismen te onthullen die gezondheid of ziekten stimuleren.
Er zijn talloze protocollen ontwikkeld voor de isolatie van EC's uit verschillende muizen (bijv. hersenen 9,10, long11, hart12, lever13, skeletspieren14 en vetweefsel15) en mensen (bijv. hersenen16, visceraal vetweefsel17,18, perifere zenuwen19, long 20,21,22 en mesenteriale slagader 23) weefsels. Deze protocollen omvatten doorgaans het gebruik van enzymatische digesties (bijv. door collagenase, trypsine24, dispase 24,25 en liberase26), gevolgd door een op antilichamen gebaseerde verrijkingsstap. Bovendien zijn deze protocollen meestal gebaseerd op een langere duur van de spijsvertering in hoge concentraties enzymen met krachtige agitatie bij 37 °C (tabel 1). Vanwege de unieke kenmerken van de alvleesklier, waaronder het feit dat deze een overvloed aan endogene spijsverteringsenzymen herbergt, kunnen deze bestaande protocollen niet rechtstreeks worden toegepast om pEC's te isoleren. Ten eerste verschilt de samenstelling van de extracellulaire matrix (ECM) van de alvleesklier van andere weefsels. Hoewel collagenase vaak wordt gebruikt voor EC-isolatie, zijn er meerdere subtypes met verschillende weefselspecifieke dissociatiemogelijkheden, waardoor optimalisatie vereist is. Ten tweede, en cruciaal voor pEC-isolatie, kan de afgifte en activering van endogene enzymen van de pancreas het isolatieproces aanzienlijk belemmeren. Daartoe moet voorzichtigheid worden betracht om de breuk van de exocriene acinaire cellen (de primaire bron van zymogens, proteasen en RNase27) tot een minimum te beperken, wat verdere celbeschadiging kan veroorzaken en kan resulteren in een lage levensvatbaarheid van de cellen en het algehele herstel kan beïnvloeden 27,28,29.
Om deze uitdagingen aan te gaan, hebben we methoden aangepast uit bestaande EC-isolatieprotocollen en een nieuw protocol opgesteld dat geschikt is voor EC-isolatie van muizenpancreas. Concreet beschrijven we hier een workflow (Figuur 2) met collagenase Type I (typisch geïmplementeerd voor EC-isolatie van de long), lagere spijsverteringstemperaturen en geen agitatie (om activering van pancreaszymogenen te voorkomen) en DNase 30,31,32-suppletie (om DNA-geïnduceerde apoptose te voorkomen en de levensvatbaarheid van cellen te verbeteren, en een antilichaam voor CD3133 (PECAM1, een pan-EC-marker). Het beschreven protocol produceert EC-populaties geïsoleerd uit de alvleesklier van muizen die kunnen worden gebruikt voor genexpressieprofilering en eiwittesten.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Weefselisolatie werd uitgevoerd onder het goedgekeurde onderzoeksprotocol #17010 door het Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) van het Beckman Research Institute, City of Hope (Duarte, Californië, VS). Hier gebruiken we Tie-2CreERT2; Rosa26-TdTomato muislijn in C57BL/6 achtergrond op een leeftijd van 8 - 12 weken. In deze lijn worden EC's gelabeld met TdTomato wanneer ze worden geïnduceerd met tamoxifen zoals eerder beschreven34. Dit protocol kan echter worden aangepast voor volwassen muizen van alle leeftijden met verschillende genotypen en genetische achtergronden.
1. Weefselafname (geschatte tijd: 1-2 uur)
OPMERKING: De geschatte tijd is 15 min/dier, aanbevolen maximum 3 dieren gepoold per dissociatiemonster.
2. Collagenasepreparaat (geschatte tijd: 15-30 min)
3. Spijsvertering (geschatte tijd: 40 min-1 uur)
4. Verrijking van endotheelcellen (EC) (geschatte tijd: 2-3 uur)
5. Kweken van pEC's
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Volgens dit protocol kunnen ongeveer 2 x 106 levende cellen worden verkregen bij het samenvoegen van 3 muizenalvleesklieren en 750.000 cellen van een enkele muizenalvleesklier. Om de verrijking van EC te valideren, hebben we de volgende analyses uitgevoerd: 1) kwantitatieve PCR: vergeleken met de doorstroommonsters (FT) (d.w.z. de niet-CD31-antilichaamgebonden fracties), hadden de EC-fracties significant hogere niveaus van Pecam1 (coderend voor CD31) en Kdr (...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
In dit artikel presenteren we een protocol voor verrijking en isolatie van de pEC's. Net als bij eerdere EC-isolatieprotocollen van andere weefsels of organen, bestaat dit protocol uit drie belangrijke processen, namelijk fysieke dissociatie, enzymatische vertering en op antilichamen gebaseerde EC-verrijking. Om de unieke uitdagingen bij de verwerking van de alvleesklier aan te pakken, hebben we verschillende belangrijke aanpassingen en cruciale stappen binnen ons protocol geïntroduceerd...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
De auteurs danken Dr. Brian Armstrong van City of Hope en Mindy Rodriguez van de University of California, Riverside voor technische assistentie. Deze studie werd gedeeltelijk gefinancierd door subsidies van de NIH (R01 HL145170 aan ZBC), Ella Fitzgerald Foundation (aan ZBC), City of Hope (Arthur Riggs Diabetes Metabolism and Research Institute Innovation Award) en California Institute of Regenerative Medicine grant EDU4-12772 (aan AT). Onderzoek dat in deze publicatie wordt gerapporteerd, omvatte werk dat werd uitgevoerd in de lichtmicroscopie en digitale beeldvorming die werden ondersteund door het National Cancer Institute van de NIH onder toekenningsnummer P30CA033572. Figuur 1 en Figuur 2 zijn gemaakt met BioRender.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 1.5 mL eppendorf | USA Scientific | 1615-5500 | |
| 10 cm dish | Genesee Scientific | 25-202 | |
| 25G needles | BD | 305145 | |
| 2X Taq Pro Universal SYBR qPCR Master Mix | Vazyme | Q712-03-AA | |
| 5 mL eppendorf | Thermo Fisher | 14282300 | |
| 6-well plate | Greiner Bio-One | 07-000-208 | |
| 70 µm strainer | Fisher | 22-363-548 | |
| Anti-CD31-biotin | Miltenyi Biotech | REA784 | |
| Bovine serum albumin heat shock treated | Fisher | BP1600-100 | |
| CaCl2 | Fisher | BP510 | |
| Centrifuge | Eppendorf | ||
| Collagen Type 1, from calf skin | Sigma Aldrich | C9791 | Attachment reagent in the protocol |
| Collagenase Type 1 | Worthington Bio | LS004197 | |
| Countess Automatic Cell Counter | Thermo Fisher | ||
| DAPI | Thermo Fisher | D1306 | immunofluorescence |
| Disposable Safety Scalpels | Myco Instrumentation | 6008TR-10 | |
| DNAse I | Roche | 260913 | |
| D-PBS (Ca2+,Mg2+) | Thermo Fisher | 14080055 | |
| Ethanol | Fisher | BP2818-4 | |
| Fetal bovine serum | Fisher | 10437028 | |
| Incubator | Kept at 37 °C 5% CO2 | ||
| LS Columns | Miltenyi Biotech | 130-042-401 | |
| M199 | Sigma | M2520-1L | |
| MACS MultiStand with the QuadroMACS Separator | Miltenyi Biotech | 130-042-303 | |
| Medium 199 | Sigma Aldrich | M2520-10X | |
| Microbeads anti-biotin | Miltenyi Biotech | 130-090-485 | |
| Microscope | Leica | To assess cell morphology | |
| Molecular Grade Water | Corning | 46-000-CM | |
| NaCl | Fisher | S271-1 | |
| New Brunswick Innova 44/44R Orbital shaker | Eppendorf | ||
| PECAM1 (CD31) Antibody | Abcam | ab56299 | immunofluorescence |
| PECAM1 (CD31) Antibody | R&D Systems | AF3628 | |
| Phosphate Buffered Saline (10X) (no Ca2+,no Mg2+) | Genesee Scientific | 25-507-XB | |
| Primer 36B4 Forward mouse | IDT | AGATTCGGGATATGCTGTTGGC | |
| Primer 36B4 Revese mouse | IDT | TCGGGTCCTAGACCAGTGTTC | |
| Primer Kdr Forward mouse | IDT | TCCAGAATCCTCTTCCATGC | |
| Primer Kdr Reverse mouse | IDT | AAACCTCCTGCAAGCAAATG | |
| Primer Nkx6.1 Reverse mouse | IDT | CACGGCGGACTCTGCATCACTC | |
| Primer Nxk6.1 Forward mouse | IDT | CTCTACTTTAGCCCCAGCG | |
| Primer PECAM1 Forward mouse | IDT | ACGCTGGTGCTCTATGCAAG | |
| Primer PECAM1 Reverse mouse | IDT | TCAGTTGCTGCCCATTCATCA | |
| RNase ZAP | Thermo Fisher | AM9780 | |
| RNase-free water | Takara | RR036B | |
| Sterile 12" long forceps | F.S.T | 91100-16 | |
| Sterile fine forceps | F.S.T | 11050-10 | |
| Sterile fine scissors | F.S.T | 14061-11 | |
| Tissue Culture Dishes 2cm | Genesee Scientific | 25-260 | |
| TRIzol reagent | Fisher | 15596018 | |
| Trypan Blue | Corning | MT25900CI | |
| Trypsin Inhibitor | Roche | 10109886001 | |
| Tween-20 | |||
| VE-Cadherin Antibody | Abcam | ab33168 | immunofluorescence |
| Waterbath |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.