A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
تحدد هذه الدراسة بروتوكولا لتوليد طبقات أحادية ثنائية الأبعاد من عضيات الخنازير المشتقة من الأمعاء الدقيقة والغليظة. يتميز نمو هذه الطبقات الأحادية بزيادة قيم TEER ، مما يشير إلى سلامة ظهارية قوية. بالإضافة إلى ذلك, هذه أحادية الطبقات يعرض الاستجابات الإفرازية الفسيولوجية في تجارب غرفة أوسينج بعد تطبيق فورسكولين.
يعمل الجهاز الهضمي (GIT) في هضم الطعام وامتصاص العناصر الغذائية ولكن أيضا كحاجز وقائي ضد مسببات الأمراض. تقليديا ، اعتمدت الأبحاث في هذا المجال على التجارب على ، ولكن هناك طلب متزايد على الطرق البديلة التي تلتزم بمبادئ 3R - استبدال وتقليلها وصقلها. ظهرت عضيات الخنازير كأداة واعدة ، حيث تقدم تكرارا أكثر دقة في المختبر للظروف في الجسم الحي من نماذج الخلايا التقليدية. أحد التحديات الرئيسية مع العضيات المعوية هو سطحها القمي المواجه للداخل والسطح القاعدي المواجه للخارج. يمكن التغلب على هذا القيد عن طريق إنشاء طبقات عضوية ثنائية الأبعاد (2D) على إدخالات عبر الويل (يشار إليها من الآن فصاعدا باسم الإدراج (الإدخالات)) ، مما يوفر الوصول إلى كلا السطحين. في هذه الدراسة ، نجحنا في تطوير ثقافات ثنائية الأبعاد من عضيات الصائم والقولون. تتضمن عملية الزراعة مرحلتين رئيسيتين: أولا ، تكوين طبقة أحادية الخلوية ، يليها تمايز الخلايا باستخدام وسائط مخصصة. يتم تتبع النمو الخلوي عن طريق قياس المقاومة الكهربائية عبر الظهارة ، والتي تستقر بحلول اليوم 8 لحضيات القولون واليوم 16 للعضيات الصائمية. بعد مرحلة التمايز لمدة يومين ، تكون الظهارة جاهزة للتحليل. لتحديد وتتبع عمليات النقل الكهربائي النشطة ، مثل إفراز الكلوريد ، نستخدم تقنية غرفة أوسينغ. تسمح هذه الطريقة بالقياس في الوقت الفعلي والتوصيف التفصيلي لعمليات النقل الظهارية. يوفر هذا النموذج المبتكر في المختبر ، جنبا إلى جنب مع التقنيات الراسخة مثل غرفة Ussing ، منصة قوية لتوصيف الجهاز الهضمي الخنازير من الناحية الفسيولوجية ضمن إطار 3R. كما أنه يفتح فرصا للتحقيق في الآليات الفيزيولوجية المرضية وتطوير استراتيجيات علاجية محتملة.
يلعب الجهاز الهضمي دورا مركزيا في الهضم وامتصاص العناصر الغذائية وإفراز النفايات من خلال البراز1. بالإضافة إلى ذلك ، فهو يعمل كحاجز ضد مسببات الأمراض ، وهو دور مدعوم بتركيبة خلوية متنوعة ، بما في ذلك الخلايا الجذعية ، وخلايا الكأس المنتجة للمخاط ، وخلايا الغدد الصماء المعوية ، والخلايا المعوية الماصة2. يمكن أن يتعطل التوازن المعوي بسبب عوامل مختلفة ، مثل الالتهابات البكتيرية3 أو العمليات الالتهابية4 ، مما يؤدي إلى عواقب وخيمة على الكائن الحي ، مثل سوء الامتصاص أو الإسهال أو حتى الموت5. عادة ما يتم التحقيق في مثل هذه السيناريوهات الفيزيولوجية المرضية باستخدام المختبر أو ، وفقا لمبدأ 3R6 ، مزارع الخلايا المشتقة من أنواع مختلفة. يعد التنبؤ الدقيق وقابلية نقل النتائج أمرا بالغ الأهمية عند استخدام نماذج خاصة بالأنواع7. على الرغم من هذه الحاجة ، هناك نقص ملحوظ في مزارع الخلايا المشتقة من الخنازير والتي تكرر بشكل كاف تعقيد ووظائف الأمعاء.
لمواجهة هذا التحدي ، الذي يتعلق أيضا بالأنواع الأخرى ، تم تطوير عضيات ثلاثية الأبعاد (3D) في محاولة لتكرار التعقيد الفسيولوجي ل GIT8. في البداية ، تم إنشاء العضيات من أمعاء الإنسان والفئران. حتى الآن ، تم أيضا تطوير وزراعة عضيات الخنازير من الخنازير الصغيرة والبالغةبنجاح 9,10. منذ إنشائها ، تم استخدام هذه العضيات الخنازير في العديد من الدراسات ، مع التركيز بشكل أساسي على الالتهابات المعوية11،12،13،14. لا تزال الأبحاث التي تهدف إلى توصيف الخصائص الفسيولوجية ، مثل نقل المغذيات أو العمليات الإفرازية ، محدودة15. قد يكون هذا بسبب اتجاه العضيات المعوية ، حيث يكون السطح القمي متجها للداخل والجانب القاعدي للخارج ، مما يحد من إمكانية الوصول إلى السطح القمي. تمت معالجة هذا القيد من خلال زراعة عضويات الخنازير بنجاح بتنسيق ثنائيالأبعاد 16 ، وهي طريقة تم تطويرها بشكل أكبر من خلال استخدام الأنسجة المجمدة لتوليدها17.
توفر الزراعة ثنائية الأبعاد لعضويات الخنازير الوصول إلى جانبي الظهارة ، مما يتيح تطبيق طرق راسخة لدراسة عمليات النقل عبر الطبقة الظهارية. إحدى هذه الطرق هي غرفة Ussing18 ، والتي تسمح بالمراقبة في الوقت الفعلي للعمليات الممتصة والإفرازية الكهربية عبر الظهارة. يوفر الاستخدام المكثف لهذا النظام فهما شاملا لوظيفة أمعاء الخنازير في الجسم الحي ، ويغطي محور الأمعاء بأكمله. يتضمن ذلك دراسات حول نقل السكريات الأحادية أو نقل الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة أو الاستجابات لمستقلبات النباتات الثانوية مثل الريسفيراترول التي تؤثر على خصائص النقل المعوي19،20،21،22،23،24. تسهل المجموعة الكبيرة من البيانات من هذه الدراسات إجراء مقارنات مباشرة بين الظروف المميزة جيدا في الجسم الحي والبيئة المختبرية لحضيات الخنازير ، مما يعزز فهمنا لأهميتها الفسيولوجية.
في هذه الدراسة ، نقدم بروتوكولا لتوليد وزراعة طبقات أحادية ثنائية الأبعاد من عضيات الخنازير ثلاثية الأبعاد. بالإضافة إلى ذلك ، نقوم بتفصيل النهج المنهجي لتحديد عمليات النقل المعوي باستخدام تقنية غرفة أوسينغ. يوفر البروتوكول أدوات لدراسة الخصائص الماصة والإفرازية في المختبر في عضيات الصائم والقولون ، مما يسمح بالمقارنة المباشرة مع الظروف المميزة جيدا في الجسم الحي . قد تشمل التطبيقات المستقبلية لهذا البروتوكول التحقيق في تأثيرات المواد الدوائية أو السمية ، بالإضافة إلى استكشاف التفاعلات بين الظهارة وممرضات الأمراض.
بالنسبة لهذا البروتوكول ، تم التضحية بخنزيرين سليمين (خنزير Bentheim Blacked Pied ؛ ذكر واحد ، أنثى واحدة ؛ 4.5 أشهر ، حوالي 65 كجم) عن طريق إطلاق النار والنزيف في الأسر. وفقا لقانون حماية ، لا يتم تصنيف هذا (ذبح وإزالة الأنسجة) على أنه تجربة على ولكن يجب إبلاغ مسؤول رعاية (رقم التسجيل. TiHo-T-2023-15) من مؤسسة هانوفر بجامعة الطب البيطري.
1. طلاء الإدراج
ملاحظة: يتم تنفيذ جميع الخطوات بمواد معقمة تحت خزانة أمان. يتم تنفيذ جميع خطوات البروتوكول على الجليد إذا لم ينص على خلاف ذلك.
2. توليد أحادي الطبقات العضوية 2D
ملاحظة: يتم إنشاء عضيات القولون الخنازير وزراعتها كما هو موضح للعضيات الصائمية الخنازير25. بعد توليد العضيات ثلاثية الأبعاد ، يجب زراعتها لمدة 3-4 أسابيع على الأقل أثناء المرور الأسبوعي لضمان نمو ثابت. عدد الخلايا داخل كل قبة تحتوي على عضيات ثلاثية الأبعاد ، والتي يتم إذابتها في الخطوات اللاحقة ، يكفي لتغطية مرشح غشاء واحد. قبل توليد أحادية الطبقة ، خضعت العضيات ثلاثية الأبعاد لمراقبة الجودة البصرية للتحقق من النمو السابق والتلوث المحتمل (الشكل 1).
الشكل 1: العضويات ثلاثية الأبعاد التمثيلية. يتم فحص عضيات القولون ثلاثية الأبعاد (أ) الصائم و (ب) بعناية تحت المجهر قبل توليد طبقات أحادية. يتم إيلاء اهتمام خاص لتقييم أنماط النمو السابقة والسلامة الهيكلية ووجود أي شوائب أو تلوث. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
3. قياس المقاومة الكهربائية عبر الظهارة (TEER)
ملاحظة: يتم إجراء جميع القياسات تحت خزانة أمان لتجنب التلوث. قبل بذر الخلايا ، يتم قياس كل بئر مغلف فارغ للحصول على قيم فارغة فردية. يخزن مقياس فولت أوم القيم على جهاز USB تم تقديمه.
4. دراسات النقل الفيزيولوجية الكهربية باستخدام تقنية غرفة أوسينج
ملاحظة: يتم تحديد دراسات النقل الفيزيولوجية الكهربية باستخدام غرفة Ussing التي تتكون من مقصورتين من الغرفة ، والتي يتم تقسيمها بواسطة الظهارة. هذه الغرفة متصلة بمشبك جهد بواسطة أقطاب Ag / AgCl. تسمح هذه التقنية بتتبع عمليات النقل الكهربائي النشطة للظهارة من خلال التغيرات في تيار الدائرة القصيرة (Isc) الناجم عن مشبك الجهد بالإضافة إلى مقاومة الأنسجة (Rt) المحسوبة بواسطة قانون أوم. يتم تسجيل Isc و Rt كل 6 ثوان خلال التجربة بأكملها. أثناء التجربة ، يتم تهوية الأنسجة التي تم فحصها بالكربوجين وتحضنها بمحاليل Krebs-Henseleit المعدلة لضمان ظروف قابلة للحياة. يضاف الإندوميتاسين (10 ميكرومتر) إلى المحاليل العازلة لتثبيط تخليق البروستاجلاندين26.
الشكل 2: الهيكل التخطيطي لغرفة Ussing. المعروضة كلتا الغرفتين مقسومة على الغشاء مع طبقة أحادية الأبعاد 2D. كلتا الغرفتين مهواة بالكربوجين. تتم مراقبة الجهد والتيار بواسطة قطبين كهربائيين لكل غرفة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
5. تحليل البيانات التي تم إنشاؤها بواسطة إعداد غرفة Ussing
يسهل هذا البروتوكول التوليد الموثوق به للطبقات الأحادية ثنائية الأبعاد من الخنازير عن طريق تصنيف العضيات ثلاثية الأبعاد المشتقة من الصائم والقولون للخنازير. على مدى فترة زراعة مدتها 16 يوما للعضيات الصائم و 9 أيام لعضويات القولون ، تتشكل طبقات أحادية سليمة. يمكن استخدام...
يصف هذا البروتوكول طريقة لتحويل عضيات الخنازير ثلاثية الأبعاد الراسخة إلى خلايا مفردة ، والتي يتم زرعها بعد ذلك على أغشية عبر البئر لتشكيل طبقة أحادية سليمة. يمنح هذا التكوين الوصول إلى الجانب القمي للخلايا ، مما يسهل استخدام غرف Ussing لمراقبة العمليات الاستيعابية والإف?...
ليس لدينا أي تضارب في المصالح للإعلان عنه.
نشكر الوزارة الفيدرالية للأغذية والزراعة (BLE# 28N-2-071-00) على التمويل.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
24 well plate | SARSTEDT AG & Co. KG | 8,33,922 | |
A83-01 | MedChemExpress, New Jersey, USA | HY-10432 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
accujet S | Brand GmbH + Co KG, Wertheim, Germany | 26351 | |
Advanced DMEM/F12 Medium | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | 12634010 | Store at 4 °C |
B27 supplement | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | 17504044 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
CaCl2.2 H2O | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | C3306 | Store at room temperature |
D(+)-Glucose (wasserfrei) | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 1.08337 | Store at room temperature |
DAPT | MedChemExpress, New Jersey, USA | HY-13027 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
D-Mannitol | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | M4125 | Store at room temperature |
DMSO | Sigma-Aldrich, Schnelldorf, Germany | 154938 | Store at room temperature |
Electrode-Set (AgCl/PtIr/Std.) | Scientific Instruments, Simmerath, Germany | #1316 | |
Eppendorf Research plus | Eppendorf SE, Hamburg, Gemany | 3123000063 | |
Eppendorf Research plus | Eppendorf SE, Hamburg, Gemany | 3123000047 | |
EVOM3 Manual Epithelial Volt Ohm Meter | World precision instruments, Sarasota, USA | EVM-MT-03-01 | |
FBS | Sigma-Aldrich, Schnelldorf, Germany | F7524 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
Forskolin | Sigma-Aldrich, Schnelldorf, Germany | F6886 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
gasprofi 1 SCS micro | WLD-TEC GmbH, Arsenhausen, Germany | 60,04,000 | |
Gastrin 1 | MedChemExpress, New Jersey, USA | HY-P1097 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
Glutamax | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | 35050061 | Store at 4 °C. |
HCl | Sigma-Aldrich, Schnelldorf, Germany | 1090571000 | Store at room temperature |
HEPES | Sigma-Aldrich, Schnelldorf, Germany | H0887 | Store at 4 °C |
Herasafe 2025 Class II Biological Safety Cabinet | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | 51033316 | |
Incubator ICO105 | Memmert GmbH + Co.KG, Schwabach, Germany | 62,20,143 | |
Indomethacin | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | I7378 | Store at room temperature |
KCl | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 1.04936 | Store at room temperature |
L-Glutamin | Sigma-Aldrich, Schnelldorf, Germany | G7513 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
LWRN Supernatant | selfmade | Store at -20 °C. Thaw when needed. LWRN supplement is produced according to Miyoshi et al. (2012) | |
Matrigel Basement Membrane Matrix, LDEV-free, 10 mL | Corning Incorporated - Life Sciences | 354234 | Store at -20 °C. Thaw carefully on ice when needed |
Megafuge 1.OR | Heraeus Instruments, Osterode, Germany | 75003060 | |
MgCl2.6 H2O | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 1.05833 | Store at room temperature |
Na2HPO4.2H2O | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 1.06580 | Store at room temperature |
N-Acetyl-L-cysteine | Sigma-Aldrich, Schnelldorf, Germany | A7250 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
NaCl | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 1.06404 | Store at room temperature |
NaH2PO4.H2O | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 1.06346 | Store at room temperature |
NaHCO3 | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 1.06329 | Store at room temperature |
Neubauer improved chamber | Glaswarenfabrik Karl Hecht, Sondheim vor der Rhön, Germany | 40442712 | |
Olympus IX70 iverted Microscope | Olympus Corporation, Hamburg, Germany | ||
Pen/Strep | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | 15140122 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
PolymyxinB | Sigma-Aldrich, Schnelldorf, Germany | P4932-1MU | Store at -20 °C. Thaw when needed |
Primovert microscope stand with binocular phototube | Zeiss | 415510-1101-000 | |
rm EGF | Prepotech, New Jersey, USA | 315-09 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
SB202190 | MedChemExpress, New Jersey, USA | HY-10295 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
Snapwell 3801 | Corning Incorporated - Life Sciences | 3801 | |
Trypsin/EDTA | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | 25300054 | |
Ussing Base System | Scientific Instruments, Simmerath, Germany | #1317 | |
Ussing Diffusion Chamber | Scientific Instruments, Simmerath, Germany | SKU 1307 | |
Voltage/Current Clamp VCC6 | Scientific Instruments, Simmerath, Germany | SKU 1310 | |
Y27632 | MedChemExpress, New Jersey, USA | HY-10583 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
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