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여기서, 우리는 시판되는 마이크로웰 배양 시스템을 사용하여 고환 특이적 조직 구조를 가진 돼지 고환 오르가노이드의 재현 가능한 생성을 위한 프로토콜을 제시한다.
오르가노이드는 생체 내에서 장기의 조직 구조 와 기능을 재량화 할 수있는 여러 세포 유형으로 구성된 3 차원 구조입니다. 오르가노이드의 형성은 기본 및 번역 연구의 다른 길을 열었습니다. 최근 몇 년 동안, 고환 오르가노이드는 남성 생식 생물학 분야에 대한 관심을 얻고있다. 고환 오르가노이드는 세포-세포 상호 작용, 조직 발달 및 세균 세포 틈새 미세 환경의 연구를 허용하고 높은 처리량 약물 및 독성 스크리닝을 용이하게 합니다. 고환 특정 조직 아키텍처를 가진 고환 오르가노이드를 믿을 수 있고 재현가능하게 생성하는 방법이 필요합니다. 마이크로웰 배양 시스템은 피라미드 모양의 마이크로웰의 조밀한 배열을 포함합니다. 전 사춘기 고환에서 파생된 고환 세포는 이 마이크로웰로 원심분리되고 고환 특정 조직 건축 및 세포 협회를 가진 고환 오르가노이드를 생성하기 위하여 배양됩니다. 이 과정을 통해 수천 개의 균일 한 오르가노이드를 생성 할 수 있습니다. 여기에보고된 프로토콜은 남성 생식을 연구하는 연구자들에게 광범위한 관심사가 될 것입니다.
최근에는 3차원(3D) 오르가노이드에 대한 관심이 다시 부호 높아지고 있습니다. 장1,위2,췌장3,4,간5,뇌6 과 같은 다른 장기는 성공적으로 3D 오르가노이드 시스템으로 파생되었습니다. 이들 오르가노이드는 생체내 장기에 대한 건축적 및 기능적 유사성을 가지며 단층 배양 시스템7보다조직 미세환경연구에 생물학적으로 더 관련성이 있다. 그 결과, 고환 오르가노이드는8,9,10,11,12뿐만아니라 관심을 얻기 시작했다. 지금까지 보고된 방법의 대부분은 복잡하고, 비높은처리량(10)이며 ECM 단백질8,10의첨가가 필요하다. 이러한 복잡성은 재현성 문제도 발생합니다. 간단하고 재현 가능한 방법은 생체 내에서 고환과 같은 세포 협회와 고환 오르가노이드의 생성을 허용하는 것이 필요하다.
우리는 최근에 이러한 요구 사항을 해결하는 시스템을보고했다12. 돼지를 모델로 사용하여 마이크로웰 시스템에서 원심 강제 응집 방식을 사용했습니다. 마이크로웰 시스템에서, 각 웰은 동일한 작은마이크로웰(13)을다수 함유한다. 이것은 균일 한 크기의 수많은 스페로이드의 생성을 허용한다. 마이크로웰 시스템은 고환 별 아키텍처를 갖춘 많은 수의 균일한 오르가노이드를 생성할 수 있었습니다. 이 시스템은 간단하며 ECM 단백질을 첨가할 필요가 없습니다.
참고 : 1 주 된 돼지의 고환은 상업용 돼지의 거세에서 부산물로 상업용 돼지 농장에서 얻은 것입니다. 고환의 소싱은 캘거리 대학의 동물 관리 위원회에 의해 승인되었습니다.
1. 조직 소화를 위한 효소 용액의 준비
참고: 두 가지 다른 콜라게나아제 IV 용액(솔루션 A, B) 및 데옥시리보누틱스 I(DNase I) 용액을 포함하는 세 가지 다른 효소 솔루션이 필요합니다.
2. 고환 조직 효소 소화
3. 생식 세포 농축
참고: 위에서 설명한 절차는 주로 세르톨리 세포와 생식 세포를 산출합니다. 다른 접착 특성은 차동 도금을 통해 세르톨리 세포와 배아 세포를 분리할 수 있게 합니다.
4. 파종을위한 세포의 준비
5. 세포를 수신하는 마이크로웰의 준비
참고 : 세포가 마이크로 웰 표면에 부착되지 않도록하려면 제조업체에서 구입할 수있는 계면 활성제 헹구 솔루션으로 치료하십시오.
6. 고환 오르가노이드의 생성
마이크로웰에서 배양된 1주된 돼지 고환으로부터 분리된 세포는 스페로이드(그림1A,그림 2)로자체 조직되었으며, 묘사되고 뚜렷한 외관(seminiferous 상피) 및 내부 구획( (그림1B,그림 2). 두 구획을 콜라겐IV+ve 지하 막에 의해 분리하였다. UCH-L1+ve 세균 세포 및 GATA4+ve 세르톨리 세포는 지하 막의 외부 구획에 있었다(도 1B, 도 2). α-SMA+ve 경막 근막 세포를 지하 막의 내부를 따라 국한되었고 시토크롬 P450+ve Leydig 세포는 간진기의 중심에 있었다(도1B, 도 2). 이구조(도 2)는레이디그 세포, 상외 근이 세포가 간질 구획내의 간질에 위치하는 실체 조건(도1C)과유사합니다. 및 생식 세포, 세르톨리 세포는 반분위상피에 위치한다.
그림 1: 마이크로웰 유래 고환 오르가노이드는 반전된 지형을 가진 고환 특이적 조직 구조를 나타낸다. (A)돼지 고환 세포에서 0, 3, 및 5일 동안 마이크로웰 배양. (B)특정 세포 유형을 식별하는 고환 오르가노이드의 면역 형광 이미지 : 세르톨리 세포 (GATA4), 지하 막 (콜라겐 IV); 생식 세포 (UCH-L1); 상구 형 근막 세포 (α-SMA); 레이디그 세포 (CYP450). (C)조직학적 외관 (H&E) 및 1 주 된 돼지 고환의 개략적 표현. 특정 셀 유형은 해당 화살표로 표시됩니다. 배율 막대 = 50 μm. 이 그림은 사키브 외12에서수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2: 오르가노이드 형성의 개략적 표현. 단리된 단 하나 고환 세포는 고환 오르가노이드를 생성하기 위하여 5 일 동안 마이크로웰에서 종자 되고 배양됩니다. 이 그림은 사키브 외12에서수정되었습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
우리는 생체 내 고환과 유사한 조직 구조를 가진 많은 수의 고환 오르가노이드의 일관되고 반복 가능한 생성을 허용하는 간단한 방법을 확립했습니다12. 접근법은 돼지 고환 세포를 사용하여 개발되었지만, 마우스, 비인간 영장류 및 인간고환(12)에도보다 광범위하게 적용가능하다. 고환 오르가노이드8,9,10,11을생산하기 위한 여러 가지 다른 방법이 보고되었다. Baert 외. 성인 인간 고환의 탈세포화에 의해 얻어진 엑스트라 셀룰러 매트릭스(ECM)로 고환 세포를 배양함으로써 성인 및 전 사춘기 샘플로부터 인간 고환 오르가노이드를생성하였다 11. 이 모델은 뚜렷한 고환 형태를 가지고 있지 않았지만, 오르가노이드는 테스토스테론과 사이토카인을 분비 할 수있습니다 11. 또 다른 인간 오르가노이드 모델은 용해성 고환 ECM 단백질 및 오르가노이드를 이용한 매달려 있는 드롭 배양 방법을 사용하여 펜더이식(Pendergraft)등8에의해 보고되었다. Alves-Lopes 외. 쥐10에서고환 오르가노이드를 생성하는 독특한 3 층 지하 막 매트릭스 (예를 들어, Matrigel) 그라데이션 시스템을 사용했다. 이 시스템의 세포는 혈액 고환 장벽이 있는 관 구조를 생성했습니다. 이러한 튜불형 구조의 생식 세포는 또한 레티노산자극(10)에반응하였다. 이러한 모든 방법은 다소 복잡하고 높은 처리량 의 사용에 도전적이다. 대조적으로, 마이크로웰 시스템은 간단하고, 재현 가능하며, 오르노티픽 고환 오르가노이드를 생성할 수 있으며 높은 처리량 약물 및 독성 검정에 사용될 수 있다.
여기에서 설명한 방법에서 우리는 세포 조밀도 1,000 세포/마이크로웰 (1,000 세포/오르가노이드)를 사용했지만, 이 방법은 125개의 세포/마이크로웰12만큼적은 오르가노이드를 생성하는 데 사용될 수 있습니다. 제한된 샘플을 실험할 때 특히 사용할 수 있습니다.
원심 분리 중에 플레이트가 올바르게 균형을 이루지 못하면 세포의 고르지 못한 분포가 다양한 크기와 모양을 가진 오르가노이드의 생성을 일으킬 수 있습니다. 마이크로웰 플레이트의 균형을 제대로 맞추려면 주의를 기울여야 합니다. 세포가 시드되면 미디어 변경 중에 플레이트를 처리하는 데주의를 기울여야합니다. 인큐베이터에서 그것을 꺼내거나 매체 변경 중에 난류를 만들 때 플레이트를 너무 많이 흔들면 일부 오르가노이드가 마이크로웰에서 나오고 다른 사람들과 융합될 수 있습니다13.
포유류 세균 세포 틈새는 복잡하고 다세포입니다. 세르톨리 세포, 상회성 근이성 세포, Leydig 세포와 같은 고환의 상이한 세포는 모두 생식세포 유지 및 운명16,17에기여한다. 우리의 오르가노이드 시스템은 특정 세포 모형에 있는 다른 신호 통로를 조작하기 위하여 이용될 수 있습니다. 관심 있는 유전자는 위관성 근이성 세포, 세르톨리 세포와 같은 생식 세포 또는 다른 고환 체세포에서 위 또는 하향 조절될 수 있다. 이 수정된 세포는 그 때 ECM 침착, 형태 형성, 세포 세포 신호 및 정액 생성에 편집의 효력을 공부하기 위하여 이용될 수 있는 수정한 고환 오르가노이드를 생성하기 위하여 그밖 고환 세포와 결합될 수 있습니다. 이러한 변형은 또한 약물 스크리닝을 위한 특정 질병 표현형을 생성하기 위하여 수행될 수 있다. 마이크로웰 시스템을 사용하여 배양물 또는 초저부착 U-bottom 플레이트8과같은 구형 오르가노이드의 생성을 위한 다른 방법에 비해, 마이크로웰 시스템을 이용하여 보다 접근성이 뛰어나고 수정. 예를 들어, 생식 세포는 유전자 변형 또는 실험 인자로 처리되고 간단한 원심분리에 의해 미리 만들어진 야생 형 오르가노이드상에 배치되고 하류 효과를 위해 관찰될 수 있다.
Ungrin 박사는 발명가로 아그레웰 기술에 재정적 관심을 가지고 있습니다.
이 작품은 NIH / NICHD HD091068-01 박사 에 의해 지원되었다 박사 Ina 도브린스키.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
100 mm ultra low attachment tissue culture dish | Corning | #CLS3262 | |
100 mm tissue culture dish | Corning | #353803 | |
Aggrwell 400 | Stemcell Technologies | #34411 | |
Anti-Adherence Rinsing Solution | Stemcell Technologies | #07010 | |
Collagenase type IV from Clostridium histolyticum | Sigma-Aldrich | #C5138 | referred as Collagenase IV S |
Collagenase type IV Worthington | Worthington-Biochem | #LS004189 | referred as Collagenase IV W |
Deoxyribonuclease I from bovine pancreas | Sigma-Aldrich | #DN25 | |
Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium/F12 | Gibco | #11330-032 | |
Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium - high glucose | Sigma-Aldrich | #D6429 | |
Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline | Sigma-Aldrich | #D8537 | |
Epidermal Growth Factor | R&D Systems | #236-EG | |
Falcon Cell Strainers 70 µm | FisherScientific | #352350 | |
Falcon Cell Strainers 40 µm | FisherScientific | #352340 | |
Fetal Bovine Serum | ThermoFisher Scientific | #12483-020 | |
Insulin-Transferrin-Selenium | Gibco | #41400-045 | |
Penicillin-Streptomycin | Sigma-Aldrich | #P4333 | |
Porcine testicular tissue | Sunterra Farms Ltd (Alberta, Canada) | ||
Steriflip-GP Sterile Centrifuge Tube Top Filter Unit | Millipore | #SCGP00525 | |
Trypsin-EDTA | Sigma | #T4049 |
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