Method Article
被描述为建立原代人胎盘(绒毛)及蜕膜器官文化的简单方法。绒毛及蜕膜器官培养是在人类母胎界面发病机制研究的宝贵工具。感染的细胞内兼细菌李斯特菌是证明。
胎盘显示出很大程度的种间解剖变异。为了更好地理解生物学和人类胎盘的病理生理,当务之急是要设计出使用人体细胞组织实验。器官培养的优点是三维(3D)的维护结构组织和细胞外基质。这里所描述的方法的目标是成功地建立体外人体妊娠组织器官培养物和72-96小时他们健康培养维修。协议细节的研究,同意,胎盘及蜕膜标本从操作套件新鲜立即处理。这些丰富的标本,否则将被丢弃。对这些样品,包括关于如何选择适当的组织,以建立三维器官培养形态学细节的无菌采集的详细说明,提供了一种。胎盘绒毛及蜕膜组织被显微切割为2-3毫米的3块和矩阵林立的transwell过滤器分开放置,并培养了好几天。绒毛及蜕膜器官培养是非常适合人类宿主 - 病原体相互作用的研究。相对于其他的模式生物,这些人类文化是特别有利的,以检查该证明宿主特异性的可变图案的病原体感染的机制。作为一个例子,我们证明胎盘和蜕膜器官培养的感染与临床相关,兼胞内细菌病原体李斯特菌。
感染和炎症在母胎接口表示妇女和儿童发病率和死亡率的主要来源。理解病原体如何感染这些组织为的新策略的发展,以预防和治疗疾病,例如早产和胎儿死亡的关键。然而,母胎界面的高变异物种间实验研究复杂化。此外,大多数微生物病原体显示宿主特异性,因此许多动物模型不能完全概括人类传染病。某些生物( 流感嗜血杆菌 , 伤寒沙门氏菌 , 霍乱弧菌 ,以及众多的其他人)是在人类中严格致病的,而另一些,如李斯特菌,显示宿主特异性1的多个中间级。宿主特异性已被记录在发病机制中的许多方面,包括定植2,传播3,免疫逃逸4 和养分收购5。因此,它是最重要的,选择最佳主机模型系统。
由胎儿细胞和母体血液中,胎盘是一个迅速发展超过6酝酿的过程中的器官。在最简单的方面,人胎盘被构造在母血沐浴胎儿"绒毛"树形结构。天然气和养分交换横跨称为该行的绒毛树的表面滋养胎儿的专门细胞层发生。母体子宫粘膜衬,在非妊娠雌性称为内膜,结构和功能上转换为蜕膜以容纳胎儿胎盘单元。绒毛树被固定成从锚定元件列入蜕膜迁移绒毛外滋养层细胞(EVT)子宫。母胎界面,因此,由蜕膜和胎盘。
器官培养技术这里描述已被用于检查在何处以及如何临床相关的人类病原体,包括L。 monocytogene S和弓形虫 ,穿过胎盘屏障2,7。这些体外器官培养复制体内组织架构,以及对人类胎盘可以说是生理上高度相关的模型系统。其他养殖技术包括全器官外植体,器官切片和组织或干细胞组织体嵌入的3D矩阵。有关这些选项的详细信息,请参阅进行全面检讨最近8。请注意,这个协议是蜕膜和胎盘绒毛的独立的文化。用于研究的胎盘细胞和蜕膜细胞之间的相互作用,共培养技术是优选的。我们是指有兴趣的读者到先前描述的绒毛-蜕膜共培养技术,通过研究人员在研究滋养层-介导的蜕膜血管重塑9-11使用。
实验是根据赫尔辛基宣言中所表达的原则进行。这项研究是经旧金山(CHR#11-05530)机构审查委员会在加州大学。提供的所有患者写给样品和后续分析收集的知情同意书。组织收集作为去标识标本。
注:研究人员,必须获得其机构人类受试者审查委员会的批准。标本根据妊娠史或胎盘异常排除会根据任何具体研究的需要而有所不同。
注意:适当的安全条件(生物安全2级)应被用于在该协议12的所有步骤。
1.准备,在此之前收集日
2.新鲜组织收集
注意:当与新鲜的人体组织时,研究人员必须遵循预防血源性病原体的传播普遍预防(OSHA),且必须已收到适当的机构培训。适当的个人防护装备,包括手套,保护眼睛,和实验室大衣是必要的。
3.器官培养板的制备
注意:应该在组织培养罩使用无菌技术来执行下面的步骤。它是理想的解剖显微镜将设在一个无菌区域。然而,如迅速进行显微解剖,并且仪器在70%乙醇经常浸入这是不是只要绝对必要的。
4.建立器官培养的
注:此步骤介绍了如何将蜕膜器官培养和绒毛器官培养在不同的转孔。组织不接触。有兴趣在共培养技术的研究人员,其中蜕膜和绒毛是与彼此直接接触,可以参考现有文献9,10。
5.编写的L.单核细胞培养
注:有关L.的长期存储详细的协议单核细胞 ,以及文化和THI增长脑心脏浸液(BHI)肉汤和琼脂小号生物体请参阅Wang等人 14
6.感染L.器官培养的单核细胞增生
7.机关收获文化组织病理学
图1(来自泽利多维奇&Bakardjiev 22修改)图有关的胎盘和子宫解剖结构。 图2示出了代表毛和胎盘绒毛的组织学图像,而图3显示蜕膜组织。
该协议第一次描述了在医院或诊所的新鲜胎盘及蜕膜组织的集合。所收集的样本是胎儿胎盘(绒毛)与母体子宫组分(蜕膜)的混合物中。用含有广谱抗生素和抗真菌剂缓冲器漂洗后,将整个样品是由眼睛使用灯箱检查。绒毛和蜕膜被放置在单独的管中并输送在冰上至实验室。在实验室中,在解剖显微镜来欣赏健康组织的细形态学特征。代表照片绒毛( 图2A)及蜕膜 ( 图3A),该被获得与两个外部鹅颈光源解剖显微镜示作参考。
绒毛器官培养从孕早期标本产生。文化包含有2-6支小型终端绒毛树木。它解剖绒毛状分支的终止外滋养细胞柱和是良好的血管化是非常重要的。这些特征被视为"蓬松"或"模糊"分支端(箭头),而微弱的粉红色到红色线性色调,通过在图2A中的左侧的树的分支的课程。相比之下,血管和绒毛外滋养层细胞不容易显现对这一形象的权利,这将是次优的文化树。过培养的第一天,绒毛外滋养细胞迁移到的ECM,叔HUS锚定绒毛树插入透孔矩阵。
蜕膜器官培养是从第一和早期孕中期标本产生。整个子宫内壁被植入后转化为蜕膜很快。更具体地说,底蜕膜定义了子宫粘膜下层直接胎盘/着床部位,蜕膜capsularis定义黏膜覆盖胎儿和蜕膜顶叶是指子宫内膜的剩余部分。在解剖显微镜下的可视化显示,早期妊娠标本由主要的蜕膜顶叶和蜕膜capsularis(分别左右组织片段,在图3A)。该蜕膜capsularis容易被其薄,膜的性质区分。对于器官培养,蜕膜顶叶被调整到3毫米3 微解剖剪刀和阿德片段租金血块是用镊子取出。
以下培养过夜后,组织被感染L.菌等 。上述感染协议是基于用于研究细胞内生长和兼性胞内细菌16的传播的庆大霉素保护测定。在不含抗生素的培养基器官培养物孵育L.单核细胞 5小时。培养物用无菌PBS洗涤,以从培养基中除去细菌。此后,庆大霉素加到消除细胞外生物。从我们的实验室在此之前文献中使用免疫荧光和共聚焦显微镜感染后2来确定不同时间点细菌的组织定位。器官培养物漂洗在PBS,固定在4%多聚甲醛,和任一冷冻包埋于OCT中,储存在-80℃,或石蜡包埋和在室温下储存。组织切片可站INED对于免疫荧光(IF)或细菌的免疫组织化学(IHC)分析和真核细胞的定位。 图2B是一个典型的IF在感染后72小时从8.3周绒毛状器官培养制备的冰冻切片的图像。请注意,在EVTs沉重的负担细菌(绿色荧光)在绒毛分支的末端,和树衬合体滋养细胞(红色荧光层)中的相对缺乏细菌。在以往的工作中,我们使用了类似的IF染色本地化L.单核细胞在感染后的不同时间点的绒毛器官培养。超过72小时,感染扩散,从EVT为子合体滋养细胞和底层绒毛间质。值得注意的是,synyctiotrophoblast层是感染2抗性。
H&E染色石蜡包埋的蜕膜组织切片的代表性光镜图片来自14.3周specime准备纳秒示于图3B和3C。此ECM涂覆的transwell膜埋入到显示原位器官培养( 图3B)。图像显示上皮衬里腺体(星号)和内皮衬里血管(钻石)蜕膜基质细胞室中不均匀的位置。此外,还有在可变密度散布在蜕膜间质母体免疫细胞。 IHC和IF染色可以用于确定细菌显微解剖定位,相对于特定的驻留的免疫细胞。作为一个例子,CD14 +巨噬细胞(绿色荧光)定位于脉管系统的衬里 和分散在基质( 图3D)内,而L的大的聚集体菌 (红色荧光)在感染后48小时( 图3D)中的蜕膜间质主要观察到。
洗涤液 | 集合中 | 中等绒毛 | 蜕膜中 |
PBS | DMEM / F-12含有Glutamax | DMEM / F-12含有Glutamax | DMEM / F-12含有Glutamax |
青霉素100IU /毫升 | 胎牛血清2.5% | 胎牛血清20% | 胎牛血清2.5% |
链霉素100微克/毫升 | 青霉素100IU /毫升 | 青霉素100IU /毫升 | 17β雌二醇300微克/毫升 |
庆大霉素50μg/ ml的 | 链霉素100微克/毫升 | 链霉素100微克/毫升 | 黄体酮20毫微克/毫升 |
两性霉素B 1.25微克/毫升 | 庆大霉素50μg/ ml的 | ||
< / TD> | 两性霉素B 1.25微克/毫升 |
表1:媒体食谱组件和浓度制备洗涤缓冲液,收集培养基,绒毛介质,和蜕膜培养基。
图1.胎盘结构( 一 )胎儿-胎盘单位在产妇子宫结构,(B)框在扩大(A)强调,胎儿滋养层(T)内衬胎盘绒毛沐浴在母亲的血液和锚入蜕膜绒毛外滋养层细胞(EVT)。绒毛中都包含胎儿的血管(FV),成纤维细胞和胎儿的巨噬细胞。从泽利多维奇&Bakardjiev 22修改。 ">请点击此处查看该图的放大版本。
图2: 绒毛器官培养-代表肉眼和显微镜图像 (A)6周的胎龄两个终端绒毛状的树木,在解剖显微镜下观察为。请注意"蓬松"结束(箭头)和突出的胎儿血管通过,使这片适合器官培养左侧的树枝窃喜。 (B)器官培养(胎龄8.3周)72小时后感染的免疫荧光显微镜李斯特菌,突出重细菌负荷[绿色]在绒毛外滋养。 DAPI显示为蓝色,红色βHCG+合体。比例尺= 1毫米(A),250微米(B)。7 / 54237fig2large.jpg"目标="_空白">点击此处查看该图的放大版本。
图 3: 蜕膜器官培养-代表肉眼和显微镜图像 (A)蜕膜顶叶[左]及蜕膜capsularis [右]在孕龄6周,在解剖显微镜下观察为。 14.3周孕周蜕膜组织器官顶叶文化(B)H&E染色的部分显示了整个间质蜕膜组织不均匀腺体和血管。在(钻石,◆)和(星号*)突出代表容器密封,分别为。在下边布朗线转孔膜边缘。 (C),H&E染色的14.3周孕周蜕膜顶叶部分器官培养在更高的放大倍率ðemonstrates嵌入在蜕膜间质肌壁螺旋小动脉。母体免疫细胞小暗圆形核,并在整个基质不规则地分布。 (D)器官培养48小时后感染L的免疫荧光显微菌 ,细菌凸显大区[红色]蜕膜间质,和产妇CD14 +巨噬细胞[绿色]衬血管迂曲空间和散落在基质。比例尺= 1毫米(A),250微米(B),50微米(C和D)。 请点击此处查看该图的放大版本。
近交系,转基因和基因敲除小鼠品系可在实验系统起到有力测试机制。然而,尽管芯遗传物质的一般保护,小鼠和人类的功能基因组展示的调节元件23显著差异。这并不奇怪,因此,在动物模型中有希望的临床前研究有时无法在人类患者中概括。胎盘显示非常高的种间差异,从而使较少的动物模型则非常适合人类疾病24的研究。双方承认在人类和小鼠免疫学25显着的差异,而在胎盘解剖明显分歧演变,谨慎的做法是考虑使用的实验研究人类妊娠组织的体外器官培养的。
的描述,照片以及视频教学在这个协议上的指示研究人员如何建立对ECM-涂透孔组织培养插入绒毛及蜕膜器官培养。这种技术的优点包括显微解剖的相对简单性和机械支承的transwell系统,特别是当与其他方法,如3D-嵌入式矩阵或器官切片培养。上膜支撑的器官培养的悬浮液允许在所有的组织表面物质交换和生存力被保持短期培养(96小时为绒毛状培养,72小时为蜕膜培养物)。本技术允许在组织研究人类胎盘生物学水平,不可否认超过单层细胞培养模型生物相关的。
在这个协议中最关键的一步是合适的绒毛及蜕膜碎片器官培养显微解剖。组织的最佳片照相证实( 图2A和图3A),以帮助研究人员为谁妊娠标本可视化是新的。选择绒毛状树木的枝终止在EVT列,这些细胞将迁移到ECM和帮助锚定的绒毛的膜是特别重要的。对于这两种类型的器官培养的是有帮助的过程中,吹打在仔细和从容地媒体的变化,以尽量减少干扰,组织。
该技术提出了只有很少的困难。有时,标本展示污染。污染通常是细菌(偶尔聚微生物),以及只在培养1-2天后变得明显。一旦污染物被观察到的,漂白应适用,将培养丢弃,并且组织培养箱灭菌,以防止一个长期的问题。有几种可能的方式污染可能出现:在子宫内感染,手术过程中,试样收获/处理期间,或在器官培养维护。收获和加工步骤是最可能的时间和将要引入的污染的地方。因此,为减少的时间收集和显微解剖期间检体被操纵的量是重要的。这将减少样品暴露于周围环境,非无菌的环境。根据实验室设置中,解剖显微镜可以位于无菌组织培养罩内。
器官培养的组织病理学分析感染后与医学相关的病原体L.菌 ,在此显示作为协议的一个可能的应用。感染后的产量新的见解人类宿主对病原体细菌和宿主免疫细胞的免疫荧光定位。蜕膜器官培养可以作为一种补充体外实验方法检测在小鼠体内的感染,包括显示在小鼠巨噬细胞蜕膜防御功能缺陷26,27耐人寻味报告生成的数据。此外,人类组织一个培养物可以在混合感染策略中使用,如L的几个等基因的菌株组成的有竞争力的接种物菌等 。器官培养的有竞争力的感染是测试人类宿主中的毒力因子的相关性的灵敏方法。这种方法的一个制约因素是组织活力,这是仅限于短期培养(96小时为绒毛培养,72小时为蜕膜文化)。这是理想的感染快速增长的微生物如L.菌 ,但更长培养可能需要对于需要更多的时间来建立,并通过组织传播的病原体。
为了减少妊娠并发症的全球负担,研究必须着重了解人类母胎界面的病理生理学。细菌,真菌,以及从母亲跨越给胎儿造成毁灭性的怀孕和胎儿感染等并发症病毒病原体。受控实验室 ANI 体内感染马尔斯通常被视为黄金标准解决病原体如何殖民和器官28日期间中转。由于胎盘解剖整个哺乳动物显着变化,这是最重要的,把人权组织为研究策略。人类绒毛及蜕膜机关文化是高度相关的模型系统来研究宿主 - 病原体相互作用。为了研究这一重要但知之甚少的器官,研究人员可以利用丰富否则丢弃的人胎盘及蜕膜标本的优势,利用器官培养策略,如这里所描述。
The authors have nothing to disclose.
We are grateful to Cristina Faralla and David Lowe for helpful discussions. We acknowledge Mark Weinstein and San Francisco General Hospital Pathology Department for expert advice. This work was supported by National Institute of Health grants R01AI084928 and Burroughs Wellcome Fund 41259 to A.I.B; G.A.R. was supported by F32AI108195, Society for Pediatric Pathology Young Investigator Research grant, and University of California Partnerships for Faculty Diversity President's Post-doctoral Fellowship.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Sterilization pouches | Fisher Scientific | 01-812-54 | For autoclaving individual dissecting tools |
Fine mesh strainer | Cuisinart (Amazon.com) | NA | Wrap completely in aluminum foil and autoclave prior to tissue collection. |
Carboy with spigot | Fisher Scientific | 03-007-647 | For large volume preparation of Wash buffer. |
Ice packs | Nortech labs | GB8818 | These do not have to be purchased, rather they can be recycled/reused from any routine laboratory shipment that includes them in the packaging. |
70% Ethanol | VWR | V1001 | 70% solution made by adding dH20 to 190 or 200 proof research grade alcohol. |
10% Bleach | Waxie Sanitary Supply | CLO 30966 | 10% solution made by adding dH20. |
Light Box | Litebox Lumina (dickblick.com) | 55305-2009 | Note replacement bulbs also purchased on Blick (55305.0100) |
Micro dissecting forceps | Stoelting | 52102-43 | 4 inches, 1 x 2 x 0.5 mm3, Slight Curve |
Micro dissecting forceps | Stoelting | 52102-06 | 4 inches, Straight Fine, Sharp |
Micro dissecting vannas spring scissors | Stoelting | 52130-01P | McPherson-Vannas Spring Scissors, 8.5 cm, 0.33 Tip, Slight Curve |
Dissecting microscope | Leica Microsystems | MZ16 or M60 | We have had success with the listed models. External gooseneck flexible light sources are helpful but not necessary. |
50 ml conical tubes | Sigma-Aldrich (Corning) | CLS4558 | |
Phosphate Buffered Saline | Gibco (ThermoFisher Scientific) | 10010023 | We purchase from our university Tissue Culture Core facility, alternate options such as this are available. |
10x Phosphate Buffered Saline | Teknova | P0195 | For preparation of Wash buffer we use 10x PBS |
DMEM/F-12 nutrient mixture (Ham's) with GlutaMAX | Gibco (Life Technologies) | 10565-018 | We purchase this specific media formulation, containing 2.438 g/L sodium bicarbonate, 55 mg/L sodium pyruvate, and 4.5 g/L glucose |
Gentamicin | Thermofisher Scientific | 15710072 | 1, 000x stock. Recommend to prepare and store aliquots at -20 °C to avoid freeze/thaw. |
Penicillin/Streptomycin | Gibco (ThermoFisher Scientific) | 15140-122 | 100x stock. Recommend to prepare and store aliquots at -20 °C to avoid freeze/thaw. |
Amphotericin B | Gibco (ThermoFisher Scientific) | 15290-018 | 500x stock. Recommend to prepare and store aliquots at -20 °C to avoid freeze/thaw. |
progesterone | Sigma-Aldrich | P8783 | A 1 mM stock solution is made by reconstituting 15.7 mg progesterone powder in 15.7 ml Ethanol and adding 34.3 ml PBS. Solution is sterile filtered, aliquoted, and stored at -20 °C. |
17β-estradiol | Sigma-Aldrich | E2758 | A 10 μM stock solution is made by reconstituting 13.5 mg estradiol powder in 10 ml ethanol and adding 40 ml PBS. Solution is sterile filtered, aliquoted, and stored at -20 °C. |
Bottle-top vaccum filter (0.22 μm) | Sigma-Aldrich (Corning) | CLS430769 | For sterile filtration of Collection media after preparation |
6-well tissue culture plate | BD Falcon | 353224 | Polystyrene, Tissue culture treated |
6-well transwells | Millipore | PICM03050 | Insert - 30 mm diameter, 0.4 μm pore size hydrophilic PTFE membrane |
Extracellular Matrix (for example, Matrigel Matrix) | BD Biosciences | 354234 | We have utilized Matrigel Matrix in our studies. It is a solid at room temperature and at -20 °C. Avoid repeat freeze/thawing. Thaw bottle to viscous solution at 4 °C, and prepare ~ 300 μL aliquots in the cold room with chilled pipette tips. Store aliquots at -20 °C. |
Paraformaldehyde, 16% w/v aqueous solution | Alfa Aesar | 30525-89-4 | For tissue fixation, a fresh preparation of 4% paraformaldehyde is made by diluting this stock in PBS. |
Tissue culture incubator, maintained at 37 °C, 5% CO2, 3% oxygen (optional for villous organ cultures) | For some experiments, hypoxia may be preferred. This can be established multiple ways, including addition of exogenous nitrogen via gas cylinder, Tygon tubing, and a regulator. | ||
Bench top centrifuge |
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