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这里,收获,维护和治疗与病原体相关的分子模式(PAMP),并李斯特菌小鼠小肠组织体的协议被描述,以及强调基因表达和蛋白质正确规范化技术。
主肠组织体是具有显著影响粘膜免疫学领域的潜力的一个有价值的模型系统。然而,的类器官生长特性的复杂性进行了调查显著警告。具体而言,每个单独的器官样的生长模式是高度可变的,并创建在培养的上皮细胞的异质群体。有了这样的警告,共同组织培养做法不能简单应用到类器官系统,由于蜂窝结构的复杂性。计数和电镀对细胞数,这是单独分离的细胞,如细胞系共同仅基于,不是组织体的可靠方法,除非被施加一些正常化技术。正火总蛋白含量因驻地蛋白基质制成复合物。在细胞数量,形状和细胞类型而言,这些特征应在评估分泌CON时加以考虑从类器官质量帐篷。该协议已经产生勾勒出一个简单的程序,以文化和治疗小肠类器官与病原微生物和病原相关分子模式(PAMP)。它还强调当蛋白质分析被这样的挑战之后进行应该应用的标准化技术。
的能力,以收集和小肠,结肠,胰腺,肝脏和脑培养初级组织体已经描述并有密切关系理解一个多种生理学代表现象为组织生物学1-5令人兴奋的进展。描述小肠类器官培养和维护的方法,首次报道了佐藤等人出来汉斯Clevers 1的实验室。在此之前的方法,收获和证明原肠上皮细胞的培养在限于并在维持上皮细胞的生长是无效的。方法包括通过用酶,例如胶原酶和分散酶,这将最终导致混合初级成纤维细胞6的生长培养组织的离解。这些条件也将时间在维持上皮细胞培养物的限制。最小的无上皮细胞小生境将形成,因为上皮细胞会进入细胞凋亡,由于缺乏适当的生长因子或接触丧失完整性,称为anokis 7。所述3D-类器官培养系统的出现提供了含有肠细胞类型的光谱中持续培养1培养原肠细胞的方法。这些上皮组织体具有以上的细胞系是它们是由多种分化的细胞的优点,并更好地模仿它们从体内 8衍生的器官。该过程最终"生长在培养皿迷你肠"已被证明是用于评估肠上皮细胞在不同刺激的反应的有价值的工具。调查主肠细胞微生物病原体相关的分子模式(PAMP)的相互作用是相关的免疫学领域,因为这些分子模式可以调节从主机和微生物9多样的响应。不仅可以调查,现在寻求与鼠标类器官这些互动,但他们可以从人类以及2中培养。该技术具有显着改变的个性化医学的潜力,很容易让人猜测的进步,这种技术将在不久的将来成为可能。
该方法的总的目标是提供一种用于培养,扩展的协议,和治疗肠组织体与各种刺激。这种刺激可以最终范围从疫苗,细菌的PAMP,活的病原体,胃肠(GI)和癌症治疗。小鼠肠道组织体的分离和培养是改编自佐藤等人虽然有从原来的方法略有偏差,最终产品是化培养按照本协议时仍然实现。此方法集中在与非同质细胞结构,其必须基于小区n导电的测定时,可以考虑到工作时,描述为合适正常化的适当技术红棕色。
所有的研究获得批准,在弗吉尼亚理工大学IACUC的指导方针进行
1.准备R-Spondin1条件培养基从HEK293T-Rspo1细胞系
2.类器官生长培养基的制备和收获小肠隐窝试剂
3.收获小家鼠小肠隐窝为化培养1
4.传代每类器官第 7天
5.电镀类器官在14日的模式识别受体刺激与和的PAMP 李斯特菌基因表达分析
6.电镀类器官对PAMP和单增李斯特菌挑战上清液中的蛋白质分析14天
按照此协议,培养肠类器官时,球体特征形类器官会收获后出现。加入R-spondin1条件培养基的每日将启动类器官的生长和出芽。组织体的生长显示于图 1A - F,且代表肠组织体上天1,2,4,5,6和第14天图1F表示在第14天组织体的非均匀生长特性。
一旦组织体生长到足够数量的,可以将它们再接种,用各种的PAMP和/或微生物攻击。可以通过标准技术进行表达分析。这被表示在图2A-C表示其中进行了分析之后一个炎性细胞因子IL-18,IL-6和TNFα的mRNA表达具有清热组织体24小时挑战打死L.单核细胞增生和PAMP鞭毛蛋白。用于评估mRNA表达的理由细胞因子IL-18,IL-6和TNFα的是,这些是良好的候选响应于致病挑战由上皮细胞被调制,而这些炎性细胞因子的调制将表明该技术的有效性。
图3A - ç演示肠类器官用在与驻地蛋白基质碎片最小的背景染色固定核染色染料的相对核染色。可应用于固定和染色的这种方法正常化测定法,其中将占在每个不同的细胞数好。产生镀在蛋白基质Caco-2细胞的连续稀释的标准曲线时,这是在图4中明显看出,然后固定并用核染色染色染料。 0.89的R 2值表明之间细胞数呈线性关系,平均荧光强度,线性方程可以用于标准化组织体细胞数。在图4所示的标准曲线开始达到饱和极限之外,每孔30,000个细胞。细胞以上,每孔30,000个细胞的滴定已在图4中被示为包括核染色染料的饱和范围。正常化的增加的准确度将与反映了核染色的染料的线性范围达到饱和极限之前的细胞数目而获得。
图1:对于下列隔离小鼠小肠衍生组织体生长的小肠组织体生长的时间过程。 (A)第1天(B)第2天(C)第4天(D),5日(E)6天(F)14日图像代表每一天类器官的增长。比例尺等于200微米A的左图像中,B,C,D和E.比例尺为A,B,C,D和E.比例尺右图像中等于100微米等于1000微米和200微米对于适用于F左,右图像,分别为。 请点击此处查看该图的放大版本。
图2:按照24小时PAMP挑战炎性细胞因子mRNA表达的挑战与和的PAMP热灭活李斯特菌 24小时野生型肠组织体相对表达(A - C)表示折我的变化。 nflammatory细胞因子IL-18,IL-6和TNFα的分别。误差线表示标准偏差(SD) 请点击此处查看该图的放大版本。
图3:组织体的规格化相对荧光染色与以下固定组织体细胞核染色。 ( 一 )组织体明场。 (B)与核染色染料类器官的荧光染色。 (C)明场和荧光染色的合并图像。比例尺等于400微米的所有图像。 请点击此处查看该图的放大版本。
图5:该议定书图的概述图1-顶部面板示出收获的R-spondin1条件培养基。图2,中间面板显示协议收获和培养小鼠小肠类器官的各个方面。图3,底部面板显示:(A)的第14天培养类器官的电镀。用的PAMP / L(B)挑战菌,并留下未占用井以产生标准曲线(C)继PAMP挑战,Caco-2细胞中的先前未被占据的孔电镀来产生标准曲线。 (D)继固定和另外一个核染色染料,测量井和规范与标准曲线的激发/发射。 请点击此处查看该图的放大版本。
肠组织体的培养和维护是可以通过用足够的组织培养技术的任何个人掌握的过程。有在传代相比,在更传统的单层生长的细胞时微妙之处,但这些微妙之处不难克服。该方法的关键步骤涉及能够对组织体生长到足够高的密度以获得最佳播种。作为通常可以用细胞系取得了较大的接种密度是不实际的实验,必须缩小与类器官。当有多个处理组,这就变得尤为明显。
该协议的目的是提供一个步骤一步方法研究与各种不同的细菌的肠上皮的宿主 - 病原体相互作用, 病毒和真菌病原体,以及地址的困难使用该系统相对于归一化。报告是可用的describË肠组织体与细菌病原沙门氏菌的相互作用,但测量分泌的细胞因子13时没有解决标准化方法。
有由不同的方法正火类器官培养物时遇到一些困难。通过二喹啉酸法正常化分泌蛋白 (BCA)是一种选择;然而,所需的类器官培养的生长组分(N 2和/或维生素B27)与BCA测定干扰通过细胞生存力(未示出数据)正火,如修饰的MTT法已描述14。然而,这将改变组织体的线粒体代谢活性将通过这种技术,因为MTT引入正常化不精确方法的处理是基于由线粒体脱氢酶15的作用降低。它也有必要从介质除去N-乙酰基半胱氨酸(NAC),而不是在如果立法院通过MTT技术标准化是理想的,但如果有细菌病原体如NAC治疗可以抑制细菌的生长16。
这种技术的优点是,分泌细胞因子和蛋白质的产品类器官,现在可以对Caco-2细胞的标准曲线标准化。该技术的限制是正常化是相关因为未转化的上皮组织体的核染色是针对结肠癌细胞系的核染色正常化。作者发现,与核甲醇和染色细胞核固 染色染料是针对Caco-2细胞的标准曲线的有效正常化技术。虽然这结肠癌细胞系的生长特性不完全模仿肠组织体的生长特性,用核染色剂和测量平均荧光强度是正常化对细胞总数的好策略。
总之,这里所描述的技术提供了一个很好的起点,以模仿充足的正常化是用于使用这个模型系统准确的解释必需的宿主 - 病原体相互作用。该技术相对于替代方法的意义在于,适当的正常化必须进行分泌蛋白的任何评价时,例如基于ELISA测定法来进行。
The authors declare that they have no competing financial interests.
The authors would like to thank Dr. Sheryl Coutermarsh-Ott, Dylan McDaniel and Bettina Heid for technical discussions. The authors thank Dr. Nanda Nanthakumar for providing the Caco-2 cells. The authors also thank The Multicultural Academic Opportunities Program (MAOP) at Virginia Tech. This work was supported by the National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases Award K01DK092355 (to I.C.A.). The content is solely the responsibility of the authors and does not necessarily represent the official views of the National Institutes of Health.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Atlanta Biologicals | S11050 | (Section 1,3,6) Or equivalent brand |
Sorvall Legend XTR Centrifuge | Thermo | (Section 1,3) | |
DMEM | GE Healthcare | Sh30243.01 | (Section 1,6) For Caco-2 and HEK293 Rspondin1 cells |
HEK293T-Rspondin1 secreting cell line | (Section 1) Described and modified from Kim, K.A. et al. Lentiviral particles contained RSPO1(NM_138683) ORF cDNA cloned into a pReceiver-Lv105 backbone custom ordered and purchased from GeneCopoeia. | ||
50 ml conical tube | Falcon | 352070 | (Section 1) Or equivalent brand |
T-175 Flask | Corning | 431079 | (Section 1) Or equivalent brand |
Protein Matrix | Corning | 356231 | (Section 2,3,4,5,6) Matrigel Growth Factor Reduced |
HyClone Dulbecco's (DPBS) | GE Healthcare | SH30264.01 | (Section 2,3) |
DMEM/F12 | Life Technologies | 12634-010 | (Section 2,3) Advanced DMEM/F12 |
Corning 24 Well TC Plates | Corning | 3524 | (Section 2) |
N2 Supplement 100x | Life Technologies | 17502-048 | (Section 2) |
B27 without vitamin A 50x | Life Technologies | 12587-010 | (Section 2) |
Trizol | Life Technologies | 15596-026 | (Section 2) |
Glutamine Supplement (Glutamax) | Life Technologies | 35050-061 | (Section 2) Can Combine with Advanced DMEM/ F12 |
HEPES (1 M) | Life Technologies | 15630-080 | (Section 2) Can Combine with Advanced DMEM/ F12 |
10ml Serological Pipet | Falcon | 357551 | (Section 2) Or equivalent brand |
Murine Noggin | Peprotech | 250-38 | (Section 2) Stock = 100 mg/ml |
N-Acetyl-L-cysteine | Sigma-Aldrich | A9165 | (Section 2) Stock = 1M |
Recombinant Mouse EGF | Biolegend | 585608 | (Section 2) Stock = 500 mg/ml |
Rocker Variable | Bioexpres | (Section 3) | |
dissecting scissors | (Section 3) | ||
forceps | (Section 3) | ||
glass slides | (Section 3) | ||
dissecting tweezers | (Section 3) | ||
25 ml Serological Pipet | Falcon | (Section 3) | |
EDTA | Sigma-Aldrich | SLBB9821 | (Section 3) 0.5M or alternative TC grade EDTA |
Sterile Petri Dish 100mm x 15mm | Fisher | FB0875712 | (Section 3) Or equal sized TC dish |
1ml Syringe | Becton Dickinson | 309659 | (Section 4) |
Precision Glide Needle | Becton Dickinson | 305120 | (Section 4) 23G x 1 1/4 (0.6mm x 30mm) |
Flagellin from Bacillus subtilis | Invivogen | tlrl-bsfla | (Section 5,6) |
Listeria monocytogenes | ATCC | 19115 | (Section 5,6) (Murray et al.) |
Hemocytometer | Sigma-Aldrich | Z359629-1EA | (Section 5,6)Or equivalent brand |
BBL Brain Heart Infusion Agar | Becton Dickinson | 211065 | (Section 5) |
Bacto Brain Heart Infusion | Becton Dickinson | 237500 | (Section 5) |
Caco-2 | ATCC | HTB-37 | (Section 6) |
Trypsin | gibco | 25200056 | (section 6) |
Methanol | Fisher | A412-4 | (Section 6) |
SpectraMax M5 | Molecuar Devices | (Section 6) | |
96 Well Assay Plate | Corning | 3603 | (Section 6) Black Plate, Clear Bottom TC treated |
Nuclear Staining Dye | Life Technologies | H1399 | (section 6) Hoechst 33342 |
T-75 Flask | Corning | 430641 | (Section 6) Or equivalent brand |
15 ml conical tube | Falcon | 352096 | (Section1,3) Or equivalent brand |
1.7 ml polypropylene tube | Bioexpress | C-3262-1 | Or equivalent brand |
Quick-RNA MiniPrep | Zymo Research | R1054 | Or equivalent brand |
TNF-alpha | Applied Biosystems | Mm 00443260_g1 | Taqman gene expression assay kit |
IL-6 | Applied Biosystems | (Mm 00446190_m1 | Taqman gene expression assay kit |
IL-1beta | Applied Biosystems | Mm 00434228_m1 | Taqman gene expression assay kit |
IL-18 | Applied Biosystems | Mm 00434225_m1 | Taqman gene expression assay kit |
18s | Applied Biosystems | Hs 99999901_s1 | Taqman gene expression assay kit |
7500 Fast Real Time PCR System | Applied Biosystems | ||
Nexus gradient Mastercycler | Eppendorf | ||
TaqMan Fast Universal PCR Master Mix | Life Technologies | 4352042 | |
High Capacity cDNA Reverse Transcription Kit | Life Technologies/Applied Biosystems | 4368814 | |
Fast Optical 96-Well Reaction Plate, 0.1 mL | Life Technologies/Applied Biosystems | 4346907 | |
Recombinant Mouse R-Spondin 1 Protein | R&D Systems | 3474-RS-050 | 500 ng/ml |
chloroform | Sigma-Aldrich | C7559 |
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