Bu iletişim kuralı insan bağırsak organoids floresan mikroskopi kullanarak gerçek zamanlı aşağıdaki farmakolojik tedavide epitel bariyer geçirgenliği ölçümü açıklar ve cep mikroskobu canlı.
Yöntem makalesi
Bu iletişim kuralı insan bağırsak organoids floresan mikroskopi kullanarak gerçek zamanlı aşağıdaki farmakolojik tedavide epitel bariyer geçirgenliği ölçümü açıklar ve cep mikroskobu canlı.
Biyopsi ile elde edilen veya pluripotent kök hücreler yönlendirilmiş farklılaşma yoluyla üretilen bağırsak dokuların 3D kültür gelişmeler bağırsak mukoza sofistike vitro modellerinde sonuçlandı. Ortaya çıkan bu model sistemleri yararlanarak araçlar ve teknikler 2D kültür sistemleri ve hayvanlar için geliştirilen uyum gerektirir. Burada, gerçek zamanlı olarak insan bağırsak organoids epitel bariyer geçirgenliği ölçüm tekniği tarif. Bu mikroenjeksiyon fluorescently etiketli dextran ve görüntüleme epifluorescent filtre ile donatılmış bir ters mikroskop Tarih tarafından gerçekleştirilir. Bu teknik aynı zamanda yaklaşımlar Imaging sabit timepoint birlikte gerçek zamanlı bağırsak organoids bariyer geçirgenliği ölçümü insan bağırsak epitel dokusu, yüksek çözünürlüklü zamansal veri nesil kolaylaştırır. Farmakolojik ajanlar, bakteriyel ürünler veya toksinler veya canlı mikroorganizmalar maruz kalma takip epitel bariyer geçirgenliği ölçümü için kolayca uyarlanabilir bir protokoldür. Küçük değişikliklerle bu protokolü de bağırsak organoids mikroenjeksiyon genel bir astar olarak hizmet verebilir ve kullanıcılar bu protokolü mikroenjeksiyon aşağıdaki ek veya alternatif aşağı akım uygulamaları ile tamamlamak tercih edebilir.
Bağırsak epitel besinler, H2O, iyonlar ve atık ürünler yönlü taşımacılığının diğer parçacıklar Lümen arasında Difüzyon-aracılı nonspesifik alışverişini en aza indirerek aracılık eder seçici bir bariyer oluşturur ve Mezenkimal doku veya kan kaynağı1,2. Bağırsak epitel bariyer nonspesifik geçirgenliği uzun oranı yansıtan sağlık ve hastalık3,4,5,6, bir anahtar işlev parametre kabul edilmiştir Difüzyon yolu ile paracellular alan epitel boyunca küçük moleküllerin. Epitel bariyer geçirgenliği ölçümü içinde yürütülen hayvan modelleri7 ve insan hasta8 ' de laktuloz sindirim yoluyla, gastrointestinal sistem ve sonraki koleksiyonu belirli hiçbir ışınlama sahip olduğu ve laktuloz konsantrasyonlarda periferik kan ölçümü. Alternatif alınan işaretleri fluorescently etiketli karbonhidratlar gibi bariyer fonksiyonunun da mevcut9,10vardır. Bu yaklaşım Transwell destekler11, daha fazla deneysel kontrol için izin verir, ancak aynı zamanda içinde vivo zavallı bir tahmin eleştirilmiştir basitleştirilmiş bir yaklaşım üzerinde yetiştirilen bağırsak epitel hücre kültürleri için adapte edilmiş geçirgenliği farklılaştırılmış epitel alt türlerini ve doku yapısı12yokluğu nedeniyle. Chambers'ı kullanarak yeni bir yaklaşım temsil ve epitel bariyer fonksiyonu tüm bağırsak mukoza ex vivo13' te ölçümü için izin verir. Bu tekniğin uygulanması sık doku kullanılabilirlik durumu13,ve14tarafından sınırlıdır. Böylece tekrarlanabilirlik ve işlem hacmi fizyolojik alaka ile dengeleyen yeni yöntemler gereklidir.
Vitro organogenesis son gelişmeler 3D doku kültürü model sistemleri kabulü karmaşık doku15,16,17 dinamikleri recapitulating için sofistike bir platform olarak yol açmıştır ,18,19,20,21,22,23. Özellikle, insan pluripotent kök hücre (hPSC) elde edilen insan bağırsak organoids (HIOs)19,24 konak-mikrobiyal etkileşim incelenmesi için bir tekrarlanabilir ve deneysel olarak uysal modeli sistem olarak çıkmıştır ve epitel bariyer dynamics25,26,27,28. Benzer şekilde, insan doku kaynaklı organoids (enteroids olarak da bilinir) bir basit biyopsi yordamla elde ve uysal bir sistem olarak insan fizyolojisi ve hastalık15,29,30eğitim için kullanılabilir. İnsan bağırsak organoids mikroenjeksiyon deneysel bileşikler25 teslimi için izin verir veya mikropların25,31,32,33 ' e apikal epitel yaşamak organoid Lümen yüzeyine. Leslie ve Huang vd. 25 son zamanlarda bakteriyel toksinler maruz takip dextran etiketli floresein isothiocyanate (FITC) ile microinjected HIOs bariyer geçirgenliği ölçmek için bu tekniği adapte.
Bu iletişim kuralı hPSC elde edilen HIOs ve floresan mikroskopi kullanarak doku kaynaklı HIOs epitel bariyer geçirgenliği ölçüm için bir kılavuz olarak hazırlanmıştır. Küçük değişiklikler ile o da HIOs mikroenjeksiyon deneysel bileşikler ile genel bir astar olarak hizmet verebilir. Kullanıcılar bu iletişim kuralı ek veya alternatif aşağı akım uygulamaları ile mikroenjeksiyon sonra ek.
Normal, de-tanımlanan insan yetişkin bağırsak dokusu vefat eden organ bağış Michigan hayat hediye yoluyla elde edildi. İnsan ES hücre satırı H9 (NIH kayıt defteri #0062) WiCell Araştırma Enstitüsü'nden elde edilen. Bu çalışmada kullanılan tüm insan dokusu olmayan yaşam bağış elde edildi, de-tespit edildi ve Michigan Üniversitesi'nde IRB (iletişim kuralı # HUM00093465 ve HUM00105750) onayı ile yapılmıştır.
1. microinjector Kur
2. mikroenjeksiyon için hazırlık
3. steril mikroenjeksiyon
Not: microcapillary hazırlanmış, yüklü ve test edilmiş bir kez microinjecting HIOs başlar. Şekil 3 başarıyla enjekte edilmiş doku kaynaklı HIO FITC dextran ile gösterilmektedir.
4. farmakolojik tedavi HIOs
5. Microinjected Organoids Imaging canlı
6. sonrası görüntüleme analizi
. Eleme saat 41 (t1/2) FITC dextran HIO Lümen içinde aşağıdaki gibi hesaplanır:
) t normalleştirilmiş floresan için 1 olarak tanımlanmış Kur dağıtım (Vd) hacmi ile = 0:
) olarak:


HIOs insan pluripotent kök hücreleri ayrıştırılan ve hücre matris çözüm olarak daha önce açıklanan19,24kültürlü. Kültür 4 hafta sonra HIOs mikroenjeksiyon için izin vermek için yeterince genişletti. HIOs 4 kDa FITC Birleşik dextran PBS veya Clostridium difficile toksin TcdA içeren PBS askıya ile microinjected. C. difficile HIOs25epitel toksisite toksin-aracılı sergileyen bir fırsatçı gastrointestinal hastalık var. Pozitif kontrol, EGTA bir alt kümesini PBS ve FITC dextran ile enjekte HIOs HIO kültür medyada eklenmiştir. EGTA hızlı de-polimerizasyon aktin sitoiskeleti42neden olur bir kalsiyum şelatör var. FITC Floresans gerçek zamanlı canlı görüntüleme mikroskop içinde kontrollü bir çevre odası olarak izlenmeli ve görüntüleri 10 dakikalık aralıklarla ele geçirildi.
Görüntüleme veri Post-hoc çözümlemesi FITC floresan (şekil 5) tutma önemli farklılıkları ortaya koydu. PBS ile enjekte HIOs muhafaza neredeyse tüm floresan sinyal t mevcut Ayrıca TcdA ile EGTA ile tedavi enjekte edildi HIOs 8 saat sonrası mikroenjeksiyon (şekil floresan yoğunluğu önemli bir düşüş sergiledi ancak = 0, 5A). görüntüleme veri göreceli değişiklik floresan yoğunluğu zamanla deneysel her durumda (şekil 5B) temsil eden yüksek çözünürlüklü bir veri kümesi oluşturmak tüm HIOs tüm zaman noktalarda için sayısal. Epitel geçirgenliği farklılıkları her tedavi grubu (Tablo 1) FITC (t1/2 ) ortalama eliminasyon zaman hesaplama ve t t1/2 gruplar arasındaki farkları karşılaştırarak değerlendirildi kullanarak öğrenci t-test. Denetimi değerlendirilmesi HIOs muhafaza FITC floresan sinyal 16 saatten fazla çoğunluğu (t1/2 = 17 ± 0,3 h). EGTA ile tedavi azaltılacağını FITC dextran eleme zaman denetime HIOs göre (t1/2 = 2.6 ± 0.2 h; P = 1.3 x 10-8). Daha önce yayımlanmış sonuçları25ile tutarlı, TcdA mikroenjeksiyon önemli ölçüde epitel bariyer geçirgenliği kontrol tedavi göre artar (t1/2 = 7,6 ± 0.6 h; P = 5.4 x 10-4). Böylece, dış (EGTA) ve microinjected (TcdA) bileşikleri HIOs epitel bariyer geçirgenliği içinde önemli değişiklikler inducing yeteneğine sahiptirler. Bu sonuçlar epitel bariyer fonksiyonu çok çeşitli farmakolojik ajanlar, metabolitleri, bakteriyel ürünleri, sitokinler, büyüme faktörleri ve diğer bileşikler etkileri bu yaklaşımı kullanarak değerlendirilecek öneririz.
| Tedavi | Half-Life (h) | SEM (h) | % 95 CI (h) indir | ||
Bu protokol, gerçek zamanlı olarak hPSC elde edilen HIOs ve bağırsak organoids doku kaynaklı mikroenjeksiyon ve epitel bariyer geçirgenliği ölçümü için genel amaçlı bir yöntem oluşturur. Biz de analiz ve bu yöntemleri kullanan oluşturulan verilerin yorumlanması bizim yaklaşım göstermiştir. Bağırsak organoids büyüyen kabulü model sistemleri verilen16,20,21,28 ve fonksiyonel bağırsak bariyer geçirgenliği gibi fizyolojik ilgili uzun süredir ilgi sonuç3,4,5,6, biz diğerleri bu alanda çalışan uygulamak ve bu yöntemler kurmak mümkün olacak tahmin.
Bu teknik uygulama için kritik olan birkaç adım vardır. Yüksek kalite hPSC - veya türetilmiş HIO doku mikroenjeksiyon ile kapsamlı deneme önce kurulmalıdır doku erişim. Doku kimlik ve hücresel Morfoloji olmasına rağmen son derece tekrarlanabilir HIOs24üretmek için kurulan metodoloji kullanan zaman HIO macrostructure hànzú, her iki boyutu ve şekli, varyasyon ile olabilir. Tek bir yarı saydam Lümen oluşan ve yaklaşık 1 mm çapında ölçme küresel HIOs mikroenjeksiyon ve gerçek zamanlı olarak luminal Floresans ölçümü için idealdir. Bazı durumlarda, mikroenjeksiyon, HIO çöküşü enjekte malzeme açık kaçağı sonuçlanabilecek başarısız olur. Başarısız HIOs-ebilmek var olmak çıkarmak ile kültür de kullanıcının isteği doğrultusunda standart bir micropipette kullanarak. Objektif lensler bir görüntüleme platformu üzerinde kullanılabilir HIOs mikroenjeksiyon ve görüntüleme için seçerken göz önünde bulundurun. 10 X amaç düşük güç lensler kullanılabilir değilse veya mevcut HIOs varsa kullanılabilir, ancak genel olarak, 2-4 X objektif lens tam HIO floresan sinyal yakalamak için idealdir < 1 mm çapında. Disk görüntüsü oluşturma yazılımı için tanımlanmış noktalarda floresan görüntülerin otomatik yakalama zaman içinde izin vermeniz gerekir.
Bu protokol birçok değişikliği deneysel gereksinimlerine uymak için mümkündür. Örneğin, bariyer fonksiyonu testlerinin sonuçlarını kullanım43 bileşiklerin moleküler boyutu bağımlı olabilir ve değişen molekül ağırlığı dextran hazırlıkları test etmek uygun olabilir. Buna ek olarak, aydınlık alan görüntüleme Floresans görüntüleme doku25genel olarak yapısal bütünlüğünü bir göstergesi olarak ek olarak gerçekleştirilebilir. Canlı bakteri25,28,31,32,33,44mikroenjeksiyon işlemi sırasında penisilin eklemek gerekli olabilir ve streptomisin veya gentamisin önce veya sonra mikroenjeksiyon HIO kültür medyaya. Microcapillary dışına doldurma ile bakteri kültürü Süspansiyon sırasında kontamine ve bu HIO medyaya devredilebilir. Alternatif olarak, mikroenjeksiyon mikroenjeksiyon tamamlandıktan sonra medya ekleme medya, hücre dışı Matriks (örneğin, Matrigel) askıya HIOs üzerinde gerçekleştirilebilir. Bu kirlenme hücre dışı matriks ve dış yüzü HIO sınırlayabilir. Mikrobiyal büyüme deneyleri planlarken, antibiyotik medyada yavaşlama veya microinjected organizmaların büyümesini engelleyerek önlemek için 1-2 h sonra kaldırmak gerekli olabilir.
Son olarak, tüm araştırmacılar mikroskobu ekipman vitro görüntüleme için uygun erişimi kabul ederek, Floresans veri toplamak için bu protokolü bölümünde özetlenen yordamlar çekilen görüntülere uygulanabilir işaret etmek önemlidir otomatik görüntü yakalama veya çevresel kontroller standart epifluorescent mikroskobu kullanarak sabit timepoints. Bu yaklaşımın örnekleri raporlarda Leslie ve Huang vd tarafından bulunabilir C. difficile toksin aktivite bağırsak organoids hPSC elde edilen Karve ve Pradan ve ark. , muayene 25, epitel bariyer geçirgenliği ile canlı E. colimicroinjected benzer hPSC elde edilen bağırsak organoids içinde muayene 44. Ekipman görüntüleme el ile işlem daha fazla değişim ve floresan sinyal normalize zorluk neden olabilir. El ile görüntüleme FITC dextran performans HIOs enjekte edildiğinde sabit büyütme, floresan uyarma yoğunluğu ve pozlama süreleri floresan yoğunluk ölçümleri bozan önlemek için deney boyunca korumak için önemlidir.
Yazarlar hiçbir rakip mali çıkarlarının veya diğer çatışmaları ifşa etmek var.
Yazarlar Drs. Stephanie Spohn ve Basel Abuaita organoid mikroenjeksiyon birçok yararlı tartışmalar için teşekkür etmek istiyorum. Solumasını bağırsak kök hücre Konsorsiyumu (U01DK103141), diyabet Ulusal Enstitüsü ve sindirim ve böbrek hastalıkları (NIDDK) ve Ulusal Enstitüsü alerji ve bulaşıcı hastalıklar (NIAID) tarafından finanse edilen bir ortak araştırma projesi tarafından desteklenir. Solumasını ve VBY NIAID roman, alternatif Model sistemleri için enterik hastalıklar (NAMSED) Konsorsiyumu (U19AI116482) tarafından desteklenmektedir. DRH desteklenmektedir mikrobiyal Patogenez mekanizmaları eğitim hibe Ulusal Enstitüsü alerji ve enfeksiyon hastalıkları (NIAID, T32AI007528) ve klinik ve çevirim Bilim Ödülü Michigan Enstitüsü Klinik ve sağlık için Araştırma (UL1TR000433).
Tam veri dosyaları ve bu el yazması kullanılan veri analizi kodu https://github.com/hilldr/HIO_microinjection mevcuttur.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| EGTA 0.5 M steril (pH 8.0) | Bioworld | 405200081 | |
| Hücre matris çözeltisi (Matrigel) | Corning | 354230 | |
| Deltavision RT canlı hücre görüntüleme sistemi | GE Yaşam Bilimleri | 29065728 | http://www.gelifesciences.com/webapp/wcs/stores/servlet/catalog/en/GELifeSciences/brands/deltavision/ |
| Kameralı | GE Yaşam Bilimleri | 29065728 | Deltavision sistemine dahildir |
| softWoRx Görüntüleme yazılımı | GE Yaşam Bilimleri | 29065728 | Deltavision sistemine dahildir |
| Biyogüvenlik kabini | Labconco | Cell Logic+ | http://www.labconco.com/product/purifier-cell-logic-class-ii-type-a2-biosafety-cabinets-2/4262 |
| 1X PBS | Yaşam Teknolojileri | 10010-023 | |
| Gelişmiş DMEM-F12 | Life Teknolojiler | 12634-010 | ENR ortamının bileşeni; bakınız McCraken et al. 24 |
| >B27 eki (50X) | Life Technologies | 17504044 | ENR ortamının bileşeni; bakınız McCraken et al. 24 |
| L-glutamin (100X) | Life Technologies | 25030-081 | ENR ortamının bileşeni; bakınız McCraken et al. 24 |
| HEPES tamponu | Yaşam Teknolojileri | 15630080 | ENR ortamının bileşeni; bakınız McCraken et al. 24 |
| Manipülatör | Narshge | UM-3C | |
| Mikromanipülatör | Narshge | UM-1PF | |
| Pipet Tutucu | Narshge | UP-1 | Xenoworks pipet tutucuya alternatif |
| Manyetik stand | Narshge | GJ-1 | |
| Diseksiyon dürbünü | Olympus | SX61 | Önerilen dürbün, ancak diğer modeller muhtemelen uyumludur |
| Olympus IX71 Floresan mikroskop | Olympus | IX71 | Deltavision sistemine dahildir |
| CoolSNAP HQ2 | Fotometri | 29065728 | Deltavision sistemine dahildir |
| Rekombinant C. difficile Toksin A/TcdA Proteini R | & D Sistemleri | 8619-GT-020 | |
| EGF | Ar-Ge D Systems | 236-EG | ENR ortamının bileşeni; bakınız McCraken et al. 24 |
| >R-spondin 1 | R& D Systems | 4645-RS | ENR ortamının bileşeni; bakınız McCraken et al. 24 |
| Noggin | R& D Systems | 6057-NG | ENR ortamının bileşeni; bakınız McCraken et al. 24 |
| Mineral yağ | Sigma-Aldrich | M8410 | |
| FITC-dextran (4 kDa) | Sigma-Aldrich | 46944 | |
| Mikropipet çektirme | Sutter Aletleri | P-30 | |
| Nunc Lab-Tek II Hazne Kızakları | ThermoFisher Scientific | 154526PK | |
| Cam filamentler | WPI | TW100F-4 | |
| Mikropipet tutucu | Xenoworks | BR-MH2 | Tercih edilen cihaz |
| Analog Boru kiti | Xenoworks | BR-AT | |
| 1/16 şeffaf yüksüklü | Xenoworks | ||
| 1-1,2 mm O-ring | Xenoworks | V300450 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste
İzin iste