A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
هذا الفيديو ومخطوطة تصف طريقة مستحلب لتغليف خلايا الثدييات في 0.5٪ إلى 10٪ الخرز الجينات التي يمكن أن تنتج في دفعات كبيرة باستخدام وعاء أثارت بسيطة. يمكن زراعة الخلايا المغلفة في المختبر أو زرعها لتطبيقات العلاج الخلوي.
وقد استخدمت تغليف الخلايا في الخرز الجينات لثقافة الخلايا يجمد في المختبر وكذلك ل إمونوسولاتيون في الجسم الحي . وقد تم دراسة تغليف جزيرة البنكرياس على نطاق واسع كوسيلة لزيادة بقاء جزيرة في زرع خيفي أو زينوجينيك. ويتحقق تغليف الألجينات عادة عن طريق قذف فوهة والهلام الخارجي. باستخدام هذه الطريقة، قطرات الجينات التي تحتوي على الخلية تشكلت في غيض من الفوهات تقع في محلول يحتوي على الكاتيونات ثنائي التكافؤ التي تسبب الجيلاتين المؤلمة الاجهاد كما أنها تنتشر في قطرات. شرط تشكيل الحبرية في طرف فوهة يحد من الإنتاجية الحجمي وتركيز الجينات التي يمكن تحقيقها. يصف هذا الفيديو طريقة استحلاب قابلة للتغليف خلايا الثدييات في 0.5٪ إلى 10٪ الجينات مع 70٪ إلى 90٪ البقاء على قيد الحياة الخلية. بواسطة هذه الطريقة البديلة، يتم استحصال قطرات الجينات التي تحتوي على خلايا وكربونات الكالسيوم في الزيوت المعدنية، فولمنخفضا بانخفاض في درجة الحموضة يؤدي إلى الإفراج الداخلي عن الكالسيوم و الجيلاتين المؤلمة. الأسلوب الحالي يسمح لإنتاج الخرز الجينات في غضون 20 دقيقة من الاستحلاب. المعدات المطلوبة لخطوة التغليف تتكون من سفن مقلوبة بسيطة متاحة لمعظم المختبرات.
وقد تم دراسة تغليف الخلايا الثدييات على نطاق واسع كوسيلة لحماية الخلايا المزروعة من الرفض المناعي 1 أو لتوفير دعم ثلاثي الأبعاد لثقافة الخلايا يجمد 2 ، 3 ، 4 . وقد تم استخدام تغليف جزيرة البنكرياس في الخرز الجينات لعكس مرض السكري في خيفي 5 ، 6 أو زينوجينيك 7 ، 8 ، 9 ، 10 ، 11 ، 12 القوارض. التجارب قبل السريرية والسريرية من زرع جزيرة البنكرياس مغلفة لعلاج مرض السكري من النوع 1 مستمرة 13 ، 14 ، 15 . لتطبيقات زرع أو أكبر حجماه في المختبر يجمد إنتاج الخلايا، وتستخدم عموما مولدات حبة مقرها فوهة. عادة، يتم ضخ مزيج من الجينات والخلايا من خلال فوهة لتشكيل قطرات التي تقع في محلول محرض يحتوي على الكاتيونات ثنائي التكافؤ، مما أدى إلى هلام الخارجي للقطرات. تدفق الغاز المحوري 16 ، 17 ، فوهة الاهتزاز 18 ، كهرباء التنافر 19 أو الدورية الأسلاك 20 تسهيل تشكيل قطرة في طرف فوهة.
العوائق الرئيسية لمولدات حبة التقليدية هي إنتاجية محدودة ومجموعة محدودة من اللزوجة الحل الذي سيؤدي إلى تشكيل حبة كافية 21 . في معدلات تدفق عالية، والسوائل الخروج من فوهة يكسر في قطرات أصغر من قطر فوهة، وانخفاض حجم السيطرة. مولدات متعددة فوهة حبة يمكن استخدامها لزيادة الإنتاجية، ولكنوالتوزيع الموحد للتدفق بين الفتحات واستخدام الحلول> 0.2 باس هو مشكلة 22 . وأخيرا، من المتوقع أن نقل بعض الأضرار التي لحقت الجزر، لأن قطر الفوهات المستخدمة ما بين 100 ميكرون و 500 ميكرون، في حين أن ~ 15٪ من الجزر البشرية يمكن أن يكون أكبر من 200 ميكرون 23 .
في هذا الفيديو، ونحن تصف طريقة بديلة لتغليف خلايا الثدييات من خلال تشكيل قطرات في خطوة استحلاب واحد بدلا من قطرة عن طريق قطرة. منذ يتم تنفيذ إنتاج حبة في وعاء أثارت بسيطة، وطريقة مناسبة لصغيرة (~ 1 مل) على نطاق واسع (10 3 L مجموعة) حبة الإنتاج مع انخفاض تكاليف المعدات 24 . هذا الأسلوب يسمح لإنتاج الخرز مع كروية عالية باستخدام مجموعة واسعة من اللزوجة الجينات مع قصيرة (على سبيل المثال 20 دقيقة) حبة جيل مرات. وقد وضعت هذه الطريقة في الأصل من قبل بونسيليت وآخرونل. 25 ، 26 وتستخدم لتجميد الحمض النووي 27 والبروتينات 28 بما في ذلك الأنسولين 29 ، والبكتيريا 30 . لقد تكييفنا مؤخرا هذه الأساليب لتغليف خلايا الثدييات باستخدام خطوط خلايا بيتا البنكرياس 31 ، 32 وأنسجة البنكرياس الأساسي 32 .
مبدأ الأسلوب هو توليد المياه في النفط مستحلب تتكون من قطرات الجينات في الزيوت المعدنية، تليها هلام الداخلية من قطرات الجينات ( الشكل 1 ). أولا إنكابسولانت (على سبيل المثال، الخلايا) هو فرقت في محلول الجينات تحتوي على غرامة ملح الكالسيوم الحبوب مع ذوبان منخفضة في درجة الحموضة العملية الأولية. ثم تضاف خليط الجينات إلى مرحلة عضوية مهيجة لإنشاء مستحلب، وعادة في وجود التوتر السطحي. في حالة تغليف الخلايا الثدييات، يمكن أن تكون المكونات الموجودة في المصل بمثابة عوامل خافضة للتوتر السطحي. بعد ذلك، يتم تخفيض الرقم الهيدروجيني من أجل ذوبان ملح الكالسيوم بإضافة حمض قابل للذوبان في الزيت الذي يقسم إلى المرحلة المائية. يجب أن يذوب حامض الخليك مع معامل تقطيع الزيت / الماء <0.005 33 قبل أن يذوب في الزيت ثم يضاف إلى المستحلب حيث يتم خلطه في طور الزيت ويقسم بسرعة إلى المرحلة المائية 34 . ويوضح الشكل 2 التفاعلات الكيميائية ونشرها التي تحدث أثناء التحمض وخطوة الهلام الداخلية. وأخيرا، يتم استرداد الخلايا المغلفة من قبل انقلاب المرحلة، فصل المرحلة تسارع بواسطة الطرد المركزي، خطوات الغسيل المتكررة والترشيح. ويمكن بعد ذلك اتباع هذه الخطوات من قبل حبة وأخذ العينات خلية لتحليلات مراقبة الجودة، في الخلايا المخبرية ثقافة و / أو زرع الخلايا المغلفة.
s = "jove_content" فو: كيب-together.within-بادج = "1">
الشكل 1: تخطيطي لعملية مستحلب القائم لتغليف خلايا الثدييات. يتم إنتاج الخرز أولا عن طريق استحلاب الجينات والخلايا وكاكو 3 خليط في الزيوت المعدنية (الخطوات 1 و 2 في التخطيطي)، مما اثار الهلام الداخلي عن طريق إضافة حمض الخليك (الخطوة 3). ثم يتم فصل الخرز التبلور من النفط بإضافة العازلة المائية لتحريك مرحلة الانقلاب (الخطوة 4)، تليها الطرد المركزي وطموح النفط (الخطوة 5)، ثم الترشيح (الخطوة 6). وأخيرا، يتم نقل الخرز التي تم جمعها على مرشح في وسط زراعة الخلايا للفي المختبر الثقافة أو لزرع. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: ردود الفعل ونشر الخطوات التي تحدث أثناء الهلام الداخلي. (1) يتم إضافة حمض الخليك إلى المرحلة العضوية ويتم نقله إلى قطرات الجينات بالحمل الحراري. (2) أقسام حمض الخليك في المرحلة المائية. (3) في وجود الماء، ينفصل الحمض وينتشر للوصول إلى حبوب الكاكاو 3 التي تصور باللون الأزرق الداكن. (4) يتم تبادل الأيونات H + مع أيونات كا 2 + في كاكو 3 ، والإفراج عن كا 2 + أيونات. (5) أيونات الكالسيوم منتشر حتى يواجهون الجينات غير المتفاعلة، مما يؤدي إلى الربط عبر اليونوتروبيك لسلاسل الجينات. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
على النقيض من التقليدية إنوابسولاتورس خلية مقرها فوهة، توزيع حجم حبة واسعة هو إكسبكتد من هذه العملية بسبب آلية تشكيل الحبرية في استحلب أثار. بالنسبة لمجموعة فرعية من التطبيقات، قد يكون هذا التوزيع حجم حبة مشكلة. على سبيل المثال، قد يتعرض جزء أكبر من الخلايا في سطح حبة في الخرز أصغر. إذا كانت القيود الغذائية ( مثل الأكسجين) هي مصدر قلق، قد تتفاقم هذه القيود في الخرز أكبر. ميزة من أسلوب استحلب أثار هو أن متوسط حجم حبة يمكن تعديلها بسهولة عن طريق تغيير معدل الإثارة خلال خطوة الاستحلاب. ويمكن أيضا توزيع حجم حبة واسعة يمكن استغلالها لدراسة تأثير حجم حبة على أداء الخلايا مغلفة.
تغليف الخلايا الثدييات عن طريق الاستحلاب والهلام الداخلي هو بديل مثير للاهتمام للمختبرات التي ليست مجهزة مع مولد حبة. وعلاوة على ذلك، وهذا الأسلوب يعطي المستخدمين خيار تقليل وقت المعالجة، أو توليد الخرز في منخفضة جدا أو عالية جدا الجينات كونسنتربالجمع.
بروتوكول موضح أدناه يصف كيفية تغليف الخلايا في 10.5 مل من محلول الجينات 5٪ أعدت في 10 ملم 4- (2-هيدروكسي إيثيل) -1-بيبيرازينيثان سلفونيك حمض (هيبيس) العازلة. يتكون الجينات من خليط 50:50 من لفم الزرع الصف (منخفض اللزوجة عالية محتوى حمض المنورونيك) و مفغ (اللزوجة المتوسطة محتوى حمض غولورونيك عالية) الجينات. كربونات الكالسيوم في تركيز النهائي من 24 ملم يستخدم كعامل الربط عبر المادية. يشكل الزيت المعدني الخفيف المرحلة العضوية، في حين يستخدم حامض الخليك لتحميض المستحلب وإطلاق الهلام الداخلي. ومع ذلك، نوع الجينات وتكوينها، فضلا عن المخزن المؤقت عملية اختيار تعتمد على التطبيق المطلوب 32 . وقد استخدمت مجموعة متنوعة من أنواع الجينات (انظر الجدول من المواد) لإنتاج الخرز مع هذا البروتوكول.
1. تحضير محلول الألجينات، تعليق الكاكو 3 والنفط الحامض
2. الجينات حبة الجيل عن طريق الاستحلاب والهلام الداخلية
3. حبة الانتعاش
4. مراقبة الجودة والتطبيقات
ملاحظة: من أجل ضمان الخلايا مغلفة وجودة حبة، وتوزيع حجم حبة والبقاء على قيد الحياة الخلية بعد العملية ينبغي أن يكون كميا. عكس هلام لاستعادة الخلايا من داخل الخرز لمزيد من التحليل يتم عادة.
في نهاية عملية الاستحلاب والهلام الداخلي، يجب استرداد حجم حبة مشابه لحجم الخليط الأولي وخليط الخلية. يجب أن تكون الخرز كروية للغاية مع عدد قليل من العيوب ( الشكل 3 ). يجب أن تكون الخرز قوية بما فيه الكفاية لتحمل بيبتينغ من خلال ماصا...
خطوات مختلفة (المبين في الشكل 2 ) خلال رد فعل الهلام الداخلي يمكن أن تحد من حركية الشاملة. بالنسبة للحبوب كربونات الكالسيوم أكبر من ~ 2.5 ميكرون، وقد تبين أن معدل حل كربونات أن الحد من معدل 26 ، 44 . خطوة التحمض التي تؤدي إلى الإفراج ?...
الكتاب ليس لديهم ما يكشف.
نشكر جيل أوزبورن لعملها الأرض وضع على عملية الاستحلاب ولورين ويلكينسون للحصول على الدعم التقني. نشكر الدكتور إيغور لاسيك، الدكتور تيموثي J. كيفر والدكتور جيمس د. جونسون لإسهاماتهم وتعاونهم. نشكر ديابيت كيبيك، جدرف، ثيسيل، ومركز كوبيكويس سور ليس ماتيريوكس فونكتيونلز (سكمف)، ومجلس العلوم الطبيعية والهندسة البحوث (نزيرك)، ومركز زرع جزيرة الإنسان وتجديد خلايا بيتا، وشبكة الخلايا الجذعية الكندية، و ومؤسسة مايكل سميث للبحوث الصحية، ومؤسسة فوندز كيبيكواز دي لا ريشيرتش سور لا ناتشر إت ليس تيشنولوجيز، و كوست 865 للحصول على الدعم المالي.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Reagents and consumables | |||
LVM alginate (transplantation-grade) | Novamatrix | Non-applicable | Referred to as "alginate #1" in the results. |
MVG alginate (transplantation-grade) | Novamatrix | Non-applicable | Referred to as "alginate #2" in the results. |
Alginate (cell culture-grade) | Sigma | A0682 (low viscosity) or A2033 (medium viscosity) | A2033 is referred to as "alginate #3" in the results. |
DMEM | Life Technologies | 11995-065 | |
Fetal bovine serum, characterized, Canadian origin | Thermo Fisher Scientific | SH3039603 | |
Glutamine | Life Technologies | 25030 | |
Penicillin and streptomycin | Sigma | P4333-100ML | |
HEPES, cell culture tested | Sigma | H4034-100G | |
NaCl | Thermo Fisher Scientific | S271-1 | |
Fine-grain CaCO3 | Avantor Materials | 1301-01 | After preparing the CaCO3 suspension, sonicate and use within one month. |
Light mineral oil | Thermo Fisher Scientific | O121-4 | Sterile filter through a 0.22 μm pore size membrane prior to use. |
Glacial acetic acid | Thermo Fisher Scientific | A38-500 | Handle with caution: refer to MSDS. |
Sterile spatulas | Sigma | CLS3004-100EA | |
Sterile nylon cell strainers, 40 µm | Thermo Fisher Scientific | 08-771-1 | |
Serological pipettes (2 mL, 5 mL, 10 mL, 25 mL) | Sarstedt | 86.1252.001, 86.1253.001, 86.1254.001 and 86.1685.001 | |
Pasteur pipettes | VWR | 14673-043 | |
Toluidine Blue-O | Sigma | T3260 | |
Equipment | |||
100 mL microcarrier spinner flasks | Bellco | 1965-00100 | The impeller configuration with recent models may not be suitable for adequate emulsification. A blade able to sweep the oil down to 0.5 cm from the bottom of the flask can be custom-made from a Teflon sheet. |
Magnetic stir plate with adjustable speed | Bellco | 7760-06005 | The rotation speed should be calibrated (e.g. using a tachometer) prior to use. |
Cell counter | Innovatis | Cedex AS20 | This system is now sold by Roche. This automated cell counter can also be replaced by manual cell enumeration after Trypan blue staining using a hemocytometer. |
LED light box | Artograph | LightPad® PRO | This item can be replaced by other types of illuminators. |
Handheld camera | Canon | PowerShot A590 IS | A variety of handheld cameras can be used to capture toluidine blue-o stained bead images. A ruler should be placed next to the Petri dish containing the beads prior to acquiring images. |
Fluorescence microscope with phase contrast and adequate fluorescence filters | Olympus | IX81 | Several microscopy systems were used to image the beads. The results shown here were obtained with an IX81 microscope equipped with GFP and TRITC fluorescence filters. To capture entire beads, 4X to 20X objectives were used depending on the agitation rate. Live/dead staining images were typically captured with 20X to 40X objectives. |
Image aquisition software | Molecular Devices | Metamorph | A variety of image acquisition software can be used to acquire phase contrast and fluorescence images. |
Image analysis freeware | CellProfiler | Non-applicable | A variety of image analysis software can be used to identify beads as objects and analyze bead size (e.g. ImageJ). |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved