تشكيل الظهارة البروستاتا الذي يصيب الانسان عن طريق إعادة التركيب الأنسجة من القوارض البولي التناسلي اللحمة المتوسطة الجيوب الأنفية والخلايا الجذعية البشرية

Summary

لكشف وهناك حاجة ماسة أقرب الآليات الجزيئية الكامنة وراء سرطان البروستاتا بدء، والرواية، والنظم المبتكرة نموذج الإنسان والنهج. إمكانات ما قبل البروستاتا البولية التناسلية الجيوب الأنفية اللحمة المتوسطة (UGSM) للحث السكان الخلايا الجذعية المحفزة لتشكيل ظهارة البروستاتا الذي يصيب الانسان هو أداة قوية في مجال البحوث التجريبية البروستاتا.

Abstract

التقدم في بحوث سرطان البروستات محدودة للغاية من قبل توافر نظم نموذج الإنسان المشتقة من هرمون والسذاجة، والتي تحد من قدرتنا على فهم الأحداث الجينية والجزيئية الكامنة وراء البروستاتا بدء المرض. نحو تطوير أنظمة أفضل نموذج لدراسة البروستاتا البشرية التسرطن، نحن وآخرون استفادوا من إمكانات استقرائي الموالية للالبروستاتا فريدة من القوارض الجنينية البروستاتا سدى، ووصف البولي التناسلي الجيوب الأنفية اللحمة المتوسطة (UGSM). عندما معاد مع بعض السكان الخلية المحفزة مثل الخلايا الجذعية الجنينية، UGSM الحث على تشكيل طبيعي البروستاتا ظهائر الإنسان في الطريقة التي تعتمد على هرمون التستوستيرون. مثل هذا النظام نموذج الإنسان يمكن أن تستخدم للتحقيق وتجريبيا اختبار قدرة المرشح البروستاتا جينات القابلية السرطان بوتيرة متسارعة مقارنة مع الدراسات المعدلة وراثيا القوارض نموذجي. منذ الخلايا الجذعية الجنينية البشرية (hESCs) يمكن تعديلها وراثيا في الثقافة النقيبز محرض التعبير الجيني أو سيرنا تدق إلى أسفل نواقل قبل إعادة التركيب الأنسجة، ومثل هذا النموذج يسهل اختبار عواقب وظيفية من الجينات، أو مزيج من الجينات، التي يعتقد لتعزيز أو منع التسرطن.

تقنية عزل السكان نقية من خلايا UGSM، ومع ذلك، هو التحدي والتعلم وغالبا ما يتطلب شخص من ذوي الخبرة السابقة لتعليم شخصيا. وعلاوة على ذلك، يمكن تلقيح مخاليط الخلية تحت كبسولة الكلى من مضيف المناعة تكون صعبة من الناحية التقنية. نحن هنا الخطوط العريضة وتوضح العزلة السليم للUGSM من أجنة القوارض وزرع كبسولة الكلوي المخاليط الأنسجة لتشكيل ظهارة البروستاتا الذي يصيب الانسان. مثل هذا النهج، في مرحلته الحالية، يتطلب في الجسم الحي xenografting من الخلايا الجذعية الجنينية؛ التطبيقات المستقبلية المحتملة يمكن أن تشمل في المختبر تشكيل الغدة أو استخدام يسببها المحفزة السكان الخلية الجذعية (iPSCs).

Introduction

هناك حاجة هائلة للنظم أفضل نموذج الإنسان من سرطان البروستاتا. على وجه الخصوص، فإن أنظمة نموذج الإنسان ذات الصلة من العادية، الأنسجة البروستات غير الخبيث الذي يمكن التلاعب بها وراثيا لنستشف مباشرة دور جينات معينة في بدء سرطان البروستاتا يكون بشكل لا يصدق غنية بالمعلومات. وقد حددت ظهور عصر الجينوم العديد من الجينات التي قد يكون لها دور في تشكيل السرطان. الافتقار إلى نظم نموذج الإنسان التجريبية، ومع ذلك، يضعف بشدة قدرتنا على اختبار وظيفيا وتوصيف سرطان البروستاتا مرشح جينات القابلية. ومن شأن النظام النموذجي المثالي تسهيل التحليلات الفنية السريعة وأسرع من جينات القابلية سرطان في تركيبة مع أنظمة نموذج القوارض المعدلة وراثيا المناسبة. وعلاوة على ذلك، فإن مثل هذا النظام نموذج الإنسان تمكين التوصيف الجزيئي للآليات يشير البروستات التسرطن نحو اكتشاف والتحقق من علاجات جديدة للمنع تكوين سرطان البروستاتا.

الخلايا الجذعية الجنينية البشرية (hESCs) هي قادرة على تشكيل أنسجة البروستاتا الإنسان كما xenografts. في عام 2006 تايلور، وآخرون. ذكرت أن hESCs يمكن أن يتسبب في تشكيل ظهائر البروستاتا في الجسم الحي عند إعادة جنبا إلى جنب مع القوارض البولي التناسلي الجيوب الأنفية اللحمة المتوسطة (UGSM) في غضون فترة زمنية من 8-12 أسابيع. ¹ هذه الدراسات استندت على الأعمال السابقة من قبل يمكن للمختبر كونها تظهر أن القوارض UGSM الجنينية تعزيز التمايز البروستاتا من الخلايا الجذعية الجنينية والخلايا الظهارية السكان في الجسم الحي. ^2،3 البروستاتا يتطور من ANLAGEN الجنينية يطلق عليه الجيب البولي التناسلي (UGS)، وقبل يوم الجنينية 17 (الماوس E17 ؛ يوم E18 في الفئران) وUGS يمكن إزالتها وتنقسم فعليا إلى ظهارة (UGSE) واللحمة المتوسطة (UGSM) ⁴ هذا النهج إعادة التركيب الأنسجة قد عززت بشكل كبير من فهمنا للتطور البروستات والسرطان، خاصة.عامل نمو لاي ومسارات الإشارات الهرمونية والعلاقات بين الجزيئية البروستاتا سدى وظهارة. ^5-8 هذا الأسلوب ينطوي على مزيج فيفو السابقين من UGSM مع الجذعية أو خلايا الظهارية من نفس النوع أو متميزة ويتم زرع هذه recombinants الخلوية / الأنسجة ونمت وxenografts داخل المضيف الماوس. ^4،9 وبعد فترة من النمو في الجسم الحي، وزرع يحتوي على هياكل غدي البروستاتا الظهارية جزءا لا يتجزأ من نسيج اللحمية. ويمكن إجراء مزيد من تلطيخ لتحديد ما إذا كانت هذه الهياكل هي البروستاتا والمنشأ الإنسان حقا. ^10،11

Protocol

وقد أجريت هذه الدراسة بما يتفق بدقة مع التوصيات الواردة في دليل لرعاية واستخدام الحيوانات المختبرية من المعاهد الوطنية للصحة. تمت الموافقة على البروتوكول من قبل جامعة شيكاغو المؤسسي رعاية الحيوان واللجنة الاستخدام (IACUC، أرقام بروتوكول 72066 و72231). تم إجراء كل العمليات الجراحية تحت التخدير، وأدلى كل الجهود للحد من المعاناة. الإنسان الجنينية الخلايا الجذعية خط WA01 (H1؛ NIH تسجيل # 0043) تم الحصول عليها من معهد ويسيل (ماديسون، WI) ومثقف باستخدام بروتوكول المغذية مستقلة باستخدام mTeSR1 وسائل الإعلام (تقنيات الخلايا الجذعية؛ فانكوفر، BC). وقد استخدمت الخلايا الجذعية الجنينية في غضون عشرة مقاطع من الذوبان.

1. عزل الجيوب الأنفية البولي التناسلي من الفأر أو الجرذ الأجنة

1. الموت ببطء الماوس توقيت الحوامل (17.5 يوم) أو الفئران (18.5 يوم) عن طريق استنشاق CO ₂ لمدة 5 دقائق. تأكيد الإعدام وقف المؤشرات الحيوية في الفئران. ثم كسر عنقه إنسانية. صفي هو الموت الرحيم في هذه المرحلة. رش الايثانول 70٪ لتعقيم الجلد في البطن والخاصرتين. قطع الجلد في منطقة البطن وطبقات العضلات ومن ثم قطع الرحم، فصل الأجنة الفئران من الكيس الذي يحيط بالجنين، وقطع الحبل السري. نقل الأجنة إلى 50 مل فالكون أنبوب يحتوي على محلول الملح المتوازن الجليد الباردة هانك (HBSS) والحفاظ على الجليد. يصرح باستخدامها الأجنة بواسطة قطع الرأس مع مقص جراحي.
2. وضع الجنين في طبق بيتري 100 ملم. شطر الجنين مع مقص على مستوى السرة (الشكل 1A). إزالة المعدة والأمعاء الدقيقة. كشف المبيضين في الجنين الأنثى والخصية في الجنين ذكر (الشكل 1B و 1C). (المبيضين وتقع في القطبين الذيلية من الكليتين. الخصيتين ما يقرب على مستوى المثانة). في هذه المرحلة التنموية، معزولة UGSM من كلا أجنة من الذكور والإناث قادرون على إحداث نسب الظهارية البروستاتا في وجود المضيفةهرمون تستوستيرون. ⁴ بعد هذه النقطة مرة التنموية، ومع ذلك، تبدأ براعم البروستاتا تشكيل في UGSM، والعزلة من UGSM نقية هي صعبة للغاية. ⁴
3. تحت المجهر تشريح، وقطع جدار البطن في خط الوسط مع مقص Vannas لفضح المثانة والجدار الخلفي للبطن. الحرة الجهاز التناسلي العلوي من المرفقات (في الأجنة الذكور، وقطع الحالب، قناة وولف ومولر القناة؛ في الأجنة الإناث، وقطع الحالب وقناة مولر). تحرير المثانة من الحبل السري. قطع عظم العانة ومنفصلة بصراحة من الجدار الأمامي من الجيب البولي التناسلي مع دومون غرامة ملقط غيض. وأخيرا، فصل الجدار الخلفي من الجيوب الأنفية البولي التناسلي من المستقيم. قطع الجيوب الأنفية البولي التناسلي مع المثانة في النهاية السفلي (من مجرى البول) وتخزين البولي التناسلي الجيوب الأنفية EN كتلة (مع المثانة) في الجليد الباردة HBSS.

2. فصل من اللحمة المتوسطة الجيب البولي التناسلي

1. إزالة المثانة من الجيوب الأنفية البولي التناسلي تحت المجهر تشريح (1D الشكل).
2. نقل الجيوب الأنفية البولي التناسلي إلى أنبوب الصقر تحتوي على 1٪ التربسين في الكالسيوم (كا ^{2 +)} والمغنيسيوم (مغ ^{2 +)} HBSS الحرة. وضع أنبوب في ثلاجة عند 4 درجة مئوية لمدة 75 دقيقة.
3. إزالة وتحييد التربسين trypsinization مع 10٪ الجنين مصل بوفين (FBS) في DMEM/F12 المتوسطة.
4. ندف بعناية كم الوسيطة لزجة من أنبوب الظهارية مع إبرة أو ملقط دومون غرامة طرف (الحفاظ على أنبوب الظهارية سليمة يقلل من فرص تلوث الخلايا الظهارية من اللحمة المتوسطة، وهذا يمكن أن يؤدي إلى الغدد القوارض تشكيل جنبا إلى جنب مع الجذعية المشتقة الخاص الخلية البشرية ظهارة غدي) (1D الشكل) ¹²
5. نقل UGSM في أنبوب فالكون جديد يحتوي DMEM/F12 المتوسطة + 10٪ FBS + 1٪ البنسلين / الستربتوميسين (القلم / بكتيريا؛ 0.5 ملغ / مل) + 1٪ الأحماض الأمينية غير الأساسية (NEAA)، بالإضافة إلى 1nM R1881. ررالآس الأنبوب في حاضنة عند 37 درجة مئوية مع نسبة 5٪ CO ₂ بين عشية وضحاها.
6. أجهزة الطرد المركزي في الأنسجة في 200 XG وتجاهل طاف. يغسل مع العازلة الفوسفات المالحة (PBS) (لا تعكير صفو بيليه الأنسجة).
7. إضافة كولاجيناز 0.2٪ (في DMEM/F12) لإعادة تعليق الأنسجة. احتضان في 37 درجة مئوية مع هزاز لطيف لمدة 1 ساعة.
8. دوامة بقوة الأنسجة الهضم ثلاث مرات حتى يصبح الخليط متجانس وحيدة الخلية وإضافة DMEM/F12 المتوسطة + 10٪ FBS + 1٪ P / S + 1٪ + NEAA 1nM R1881 لتحييد كولاجيناز.
9. الطرد المركزي في 200 x ج ثم يغسل عن طريق إعادة تعليق الخلايا UGSM في HBSS، وكرر ثلاث مرات لغسل بالكامل UGSM. تعليق وأخيرا خلايا اللحمة المتوسطة في DMEM/F12 وعدد الخلايا باستخدام عدادة الكريات أو جهاز عد الخلايا.
10. فصل الخلايا حس مثقف بروتوكول باستخدام تغذية خالية من وسائل الاعلام مع mTeSR1 (تقنيات الخلايا الجذعية؛ فانكوفر، BC) باستخدام الهضم Accutase (ميليبور؛ فالجهاز يبث اشعة تماثل، MA). غسل الخلايا حسخلال مرحلة السجل من نموها في الحارة DMEM/F12 وسائل الإعلام، ثم يضاف دافئ حل Accutase 1X، واحتضان عند 37 درجة مئوية لمدة 15-20 دقيقة حتى الخلايا واحد يتم فصلها بشكل موحد من المستعمرات. إضافة مبلغ مساو من 1X تعريف التربسين المانع (إينفيتروجن؛ غراند ايلاند، نيويورك) لتحييد Accutase وماصة بلطف صعودا وهبوطا لخلط وتفتيت كتل الخلايا. خلايا ماصة في أنبوب الطرد المركزي وأجهزة الطرد المركزي لمدة 3 دقائق في 200 XG، وإعادة تعليق بيليه خلية في DMEM/F12 وسائل الإعلام. أجهزة الطرد المركزي أنبوب لمدة 3 دقائق في 200 XG مرة أخرى وإزالة طاف، ثم إعادة تعليق في HBSS الباردة أو DMEM/F12 في حجم المطلوب.
11. إضافة الخلايا حس مع 1:2.5 نسبة من حس / خلايا اللحمة المتوسطة. وسوف ³ يكون هذا التكوين الخلوي للخلايا 1E ⁵ UGSM مع 4E ⁴ hESCs لكل 10 مل حقن (فأر واحد UGS عادة غلات حول 2E ⁶ خلايا اللحمة المتوسطة). الطرد المركزي في 200 x ج لمدة 5 دقائق ثم تجاهل طاف. اعادة تعليق مع 75٪ Matrigel دينار بحريني (العلوم البيولوجية،سان خوسيه، كاليفورنيا؛ مختلطة مع 25٪ HBSS الباردة لتسهيل المناولة) ووضع أنبوب في الجليد لحقن كبسولة شبه الكلوي.

3. زرع الأنسجة المؤتلف تحت كبسولة الكلى

1. تعد منطقة العمليات الجراحية المعقمة.
2. تخدير الفأر عارية athymic الذكور مع الكيتامين / زيلازين الملكية الفكرية، واستخدام مزيج الطازجة التي تحتوي على نسبة 01:01:08 من الكيتامين: زيلازين: المالحة. وسوف تكون الجرعات 100 ملغم / كغم من الكيتامين و 2.5 ملغ / كغ زيلازين. ينبغي أن الحيوانات لا تستجيب إلى أخمص القدمين قرصة تكون تحت بالكامل لمدة 20-30 دقيقة.
3. إعداد جراحيا الماوس عن طريق حلق موقع الجراحية (إذا لم تكن تستخدم ماوس عارية)، والتطهير مع ثلاثة مناديل بالتناوب من الكحول 70٪ تليها حل بتدين وتطبيق ثنى الجراحية.
4. وضع مرهم رطوبة العين (Altalube مرهم العين) للعيون من الماوس لمنع جفاف أثناء التخدير.
5. أثناء الجراحة، ويتم رصد معدل التنفس ودرجة حرارة الجسم الأساسية من الفئران. معدلات التنفس SHOيكون ULD ثابت وصيانتها ضمن 40-90 الأنفاس / دقيقة. ويتم رصد درجة حرارة الجسم الأساسية مع ملاحظة لون الأغشية المخاطية وباطن الوردي القدمين.
6. جعل 1.0 سم طويلة طولية شق الجلد على ظهره. مواصلة خفض جدار البطن في 0.5 سم شق طولي.
7. الضغط برفق الكلى من البطن والحفاظ على رطوبة سطح الكلى باستخدام قطرات من محلول ملحي.
8. ثقب بلطف الكبسولة الكلوي باستخدام فارغة عيار 27 إبرة حقنة. ثقب ضحلة جدا كافية. وسيكون هذا حيث قمت بإدراج إبرة حادة لحقن خليط الخلوية.
9. ملء 28 عيار إبرة حقنة حادة مع 10 ميكرولتر من خليط الخلوي. ببطء إدراج موقع ثقب واختراق لحمة الكلى للوصول إلى منطقة تحت كبسولة الكلى. حقن 10 ميكرولتر من خليط الخلوية لتشكيل بلعة على الكلى تحت الكبسولة الكلوي. انسحاب الإبرة.
10. عودة الكلى إلى عبدهتجويف مينال. تأمين طبقة العضلات الصفاق مع خيوط النايلون 4-0.
11. إغلاق الجلد مع خياطة إما أو التيلة.
12. تنظيف الدم من الجلد باستخدام ملحي معقم.

4. تسكين والمراقبة اللاحقة للعمليات الجراحية

1. حقن الحيوان مع البوبرينورفين (0.1 ملغ / كغ كل 12 ساعة) أو كيتوبروفين (3-5 ملغ / كغ في المياه المالحة كل 12 ساعة) لإدارة الألم بعد العمليات الجراحية، و 1 مل من 37 درجة مئوية IP المالحة للحفاظ على الحيوانات دافئة ومنع الجفاف.
2. وضع الحيوان في قفص نظيفة ووضعه على وسادة التدفئة معتدل.
3. أرسل هذه الحيوانات مرة أخرى إلى غرفة الحيوان بمجرد يستعيد وعيه وتتحرك داخل القفص.
4. مراقبة الحيوانات يوميا بحثا عن علامات غير متوقعة من المرض والعدوى خلال الأيام الثلاثة التالية. ويتم رصد الفئران مع مراقبة الأنشطة في أقفاص بما في ذلك الغذاء والماء الوصول 1 يوم بعد العملية. إذا كانت الفئران عرض أقل الأنشطة، كيتوبروفين هو الغشاء البريتونى إعلانخدم مرة أخرى في اليوم.
5. إزالة المواد الغذائية الجلد أو الغرز 2 أسابيع بعد الجراحة.
6. يمكن حصاده الأنسجة طعم أجنبي في أقرب وقت 8 أسابيع بعد الجراحة. ولا يمكن تصوير Xenografts في الجسم الحي باستخدام الموجات فوق الصوتية الحيوانات الصغيرة (الشكل 2A)، ويمكن أن تكون الأنسجة ثابت مقطوع وملطخة للبروتينات المختلفة باستخدام المناعية (الشكل 3).

النتائج

بناء على تقرير مثير من قبل تايلور، وآخرون، وقد وضعت مختبرنا بروتوكول engrafting باستخدام H1 استخداما (NIH المعين WA01، راثيا الذكور) الجنينية البشرية خط الخلايا الجذعية. ¹ هذا الخط وقد تم اختبار صارم لمراقبة الجودة و أمر طبيعي karyotypically ¹³ عندما تربيتها بشكل مناس...

Discussion

إعادة التركيب الأنسجة باستخدام UGSM هو تقنية مفيدة للغاية لتحقيق التنمية في البروستاتا والأحداث الجزيئية التي تؤدي إلى سرطان البروستاتا البدء. وقد استخدم إمكانات استقرائي من UGSM للعديد من التطبيقات في مجال البحوث البروستاتا، وهذه تشمل تعزيز الورم تأخذ من خطوط الخلاي?...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Hank’s Balanced Salt Solution (HBSS)	GIBCO	14170
DMEM/F12	GIBCO	11330
R1881	Sigma	965-93-5	Mix to 1 ug/ml in Ethanol (1,000x stock)
NEAA	GIBCO	11140
Pen-Strep Solution	GIBCO	15070	100x stock
Matrigel	BD Biosciences	354230
KETASET (ketamine hydrochloride)	Fort Dodge Animal Health	NDC 0856-2013-01	100 mg/ml; dilute 1:10 in sterile saline
AnaSed (xylazine)	VET-A-MIX, Inc.	NADA 139-236	20 mg/ml; dilute 1:10 in sterile saline
Trypsin	BD Biosciences	215240
Collagenase	Sigma	C2014
Ketoprofen	Fort Dodge	NDC 0856-4396-01	100 mg/ml; dilute 1:1,000 in sterile saline
Altalube eye ointment	Altaire Pharmaceuticals, Inc.	NLC 56641-19850
Leica MZ16 F Stereomicroscope	Leica		Any good dissecting scope can be used.
Vannas spring scissors	Fine Science Tools	15001-08
Syringe	Hamilton	84855
Hamilton Needle, Small RN, 28 gauge, 0.5inches, Point Style #3 (Blunt)	Hamilton	7803-02	Custom Needle
Ethanol Prep Pads	Fisher Scientific	06-669-62
Sterile Gauze Pads	Fisher Scientific	22-415-469
Ethicon Vicryl Suture (4-0 FS-2)	MedVet International	J392H	Needle-in, dissolvable suture
Autoclip 9 mm Wound Clips	Becton Dickenson	427631
PVP Iodine Prep Pads	Fisher Scientific	06-669-98
Dissector scissor with blunt end	Fine Science Tools	14072-10
Dumont fine tip forceps	Fine Science Tools	11252-50
Needle holder with Scissor	Fine Science Tools	12002-14