Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.
Method Article
Células epiteliales nasales, obtenidas mediante biopsia raspadura superficial de voluntarios humanos, se expanden y se transfieren a insertos de cultivo de tejidos. Al llegar a la confluencia, las células se cultivan en la interfase aire-líquido, produciendo cultivos de células ciliadas y no ciliadas. Cultivos de células epiteliales nasales diferenciados proporcionan modelos experimentales viables para el estudio de la mucosa respiratoria.
En modelos in vitro utilizando células epiteliales primarias humanas son esenciales en la comprensión de las funciones clave de la epitelio respiratorio en el contexto de infecciones microbianas o agentes inhalados. Las comparaciones directas de las células obtenidas de poblaciones enfermas nos permiten caracterizar diferentes fenotipos y diseccionar los mecanismos subyacentes que median cambios en la función de las células epiteliales. El cultivo de células epiteliales de la región traqueobronquial humano ha sido bien documentado, pero está limitada por la disponibilidad de tejido pulmonar humano o invasividad asociada con la obtención de los cepillos biopsias bronquiales. Células epiteliales nasales se obtienen a través de biopsias de raspado nasal superficiales mucho menos invasivas y los sujetos pueden hacer una biopsia varias veces sin efectos secundarios significativos. Además, la nariz es el punto de entrada para el sistema respiratorio y por lo tanto uno de los primeros sitios de estar expuestos a cualquier tipo de factor estresante transmitida por el aire, tales como agentes microbianos, contaminantes, o alérgenos.
Brevemente, las células epiteliales nasales obtenidas a partir de voluntarios humanos se expandieron en placas de cultivo de tejidos recubiertos, y luego se transfirieron a insertos de cultivo celular. Al llegar a la confluencia, las células continúan siendo cultivado en la interfase aire-líquido (ALI), durante varias semanas, lo que crea más fisiológicamente condiciones pertinentes. La condición de cultivo ALI utiliza medios definidos que conducen a un epitelio diferenciado que presenta características morfológicas y funcionales similares al epitelio nasal humano, con las células ciliadas y tanto moco produciendo. Insertos de cultivo de tejido con las células epiteliales nasales diferenciadas pueden ser manipulados en una variedad de formas dependiendo de las preguntas de investigación (tratamiento con agentes farmacológicos, la transducción con vectores lentivirales, la exposición a los gases, o la infección con agentes microbianos) y se analizaron para numerosos puntos finales diferentes que van desde vías celulares y moleculares, CH funcionalanges, morfología, etc
Los modelos in vitro de células epiteliales nasales humanas diferenciadas permitirá a los investigadores para abordar la novela y preguntas de investigación importantes mediante el uso de modelos experimentales organotypic que imitar en gran medida el epitelio nasal en vivo.
Objetivo de la técnica
Las células epiteliales (ECS) en las vías respiratorias se encuentran entre los primeros sitios para ser expuestos directamente a los factores de estrés ambientales inhalados, tales como agentes patógenos, alérgenos o contaminantes del aire. Los CE son más que un obstáculo estructural: Actúan como un panel de control para iniciar y regular la respuesta inmune respiratoria 1-3 a través de la liberación de mediadores solubles 4-6 y la expresión de ligandos / receptores en sus superficies en 7-9. Mientras que las líneas celulares inmortalizadas pueden ser utilizados como modelos para estudiar las EC respiratoria in vitro, no logran diferenciarse en poblaciones de células heterogéneas compuestas de ciliado polarizado y células productoras de moco, similar a lo que se observa in vivo. Para recapitular características importantes de la epitelio respiratorio observado in vivo, se pueden utilizar los CE de las vías respiratorias primarias. Por lo tanto, nuestro objetivo fue optimizar nuestro método utilizando nasal ECs (CNE) obtuvo de voluntarios humanos. Los CNE se expanden y se cultivan in vitro, produciendo un modelo de cultivo celular de CNE diferenciadas que imita muchas de las características de la epitelio nasal visto in vivo.
Razón fundamental
El uso de modelos in vitro con ECs primarios humanos que imitan en la situación in vivo - como se describe en este estudio - da posibilidades únicas para estudiar la enfermedad diferencias específicas de EC, parámetros fisiológicos asociados con el epitelio de las vías respiratorias, o las interacciones entre los ECs y otros tipos de células, tales como células dendríticas 10, células asesinas naturales o macrófagos 11. Varios métodos existentes utilizan ECs bronquiales, que se pueden obtener invasiva a través de biopsias de pincel durante broncoscopias, o de tejido pulmonar descartados 12-17. Además, existen fuentes comerciales para obtener cultivos de células epiteliales de la vía aérea humana completamente diferenciadas (modelo EpiAirway de MatTek, Ashland, MA, CloneticsLonza, Basilea, Suiza, MucilAir de Epithelix Sars, Ginebra Suiza), donde los investigadores pueden elegir entre los diferentes donantes. Sin embargo, debido a la cantidad limitada de células epiteliales comercialmente disponibles, limitados o conjunto determinado de parámetros, el coste asociado a la obtención en el mercado de las vías respiratorias humanas primarias EC, y el limitado acceso a los tejidos de los pulmones descartado o recién obtenida tejido de la biopsia bronquial humano, prohíben muchos investigadores desde la realización de estudios en ECs vías respiratorias humanas completamente diferenciadas. Por lo tanto, nos propusimos desarrollar una técnica que 1) utilizan NECs humanos no invasiva obtenidos, 2) proporcionar un protocolo que permitiese culturas diferenciadas epitelio respiratorio humano, y 3) sea reproducible en la mayoría de los ajustes de laboratorio con una infraestructura de cultivo de tejido existente.
Las ventajas sobre las técnicas existentes / Modelos
La obtención de los CNE frescas, en comparación con bronquial o de la vía aérea pequeña EC, es mucho menos invasiva, individuos puede hacer una biopsia varias veces sin efectos secundarios significativos, y superficiales biopsias de raspado nasal puede llevar a cabo en las poblaciones de enfermos que de otro modo no serían elegibles para broncoscopias relacionados con la investigación. Biopsias de raspado superficial no invasivas para obtener NECs permiten al investigador para establecer la especificación de los donantes a priori, incluyendo edad, sexo, estado de la enfermedad, etc, de acuerdo con el objetivo de la investigación a realizar. Por lo tanto, en el diseño de estudios de investigación de los investigadores no están limitados por los tejidos clínicamente disponibles / muestras epiteliales, comprar costosos modelos de cultivos celulares diferenciados de los proveedores comerciales, o de diseño de los estudios de broncoscopia invasivos. Además, la facilidad para obtener los CNE aumenta la capacidad para llevar a cabo experimentos en células de diferentes donantes, lo que mejora la validación estadística de los resultados observados. Por último, la nariz es uno de los primeros sitios a ser expuestos a cualquier tipo de estrés transmitidas por el aire. Por lo tanto, la generación de organotípicos ensistemas de cultivo in vitro que imitan el epitelio nasal son útiles para el estudio de inhalación de partículas virales, contaminantes, alérgenos, o gases, que se pueden conseguir fácilmente mediante el uso de este sistema de cultivo celular.
1. Preparar Plastic Ware: Escudo Plate
2. La obtención y el tratamiento previo de la biopsia de CNE Humano
3. SEED las células de plástico (día 0)
4. La expansión de las células en los frascos
5. Sembrar las células en cultivo de tejidos inserciones
6. Establecer Aire interfaz Liquid Una vez que las células son completamente confluentes (Cuando las células de la Transwells son completamente confluentes)
10 l PneumaCult 100x Suplemento Mantenimiento
2 l de heparina (de una solución madre 2 mg / ml)
5 l de hidrocortisona (de una solución madre 96 l / ml).
Nota: Cambie las puntas entre las placas, así como el cambio de las puntas cuando se pasa de la superficie apical frente basolateral. Después de aproximadamente 2 semanas en el Ali, las células comienzan a diferenciarse y aparecen cilios. Los cultivos de células alcancen una diferenciación después de 4 semanas en el ALI.
CNE cultivó siguiendo el protocolo aquí descrito de re-diferenciarse en una capa heterogénea de ECs compuesto de células ciliadas y no ciliadas, que representan la situación in vivo (Figura 1). Algunos de los CNE diferenciadas son moco que producen (células de la tinción de azul usando AB / PAS, Figura 1B). A pesar de que el protocolo aquí presentado está optimizado, la diferenciación puede variar con respecto a la distribución de las poblaciones de células...
EC respiratorios proporcionan no sólo una barrera física para proteger el cuerpo humano de estímulos exógenos 20, sino que también actúan como un cuadro de distribución para iniciar y regular las respuestas de defensa inmune respiratorias 1-3 a través de la secreción de mediadores solubles o interacciones célula-célula directos receptor-ligando. Con el fin de estudiar más a fondo el papel de ECs en la respuesta inmune, para examinar las diferencias potenciales entre los CE de poblacione...
Los autores no tienen nada que revelar.
Los autores desean agradecer a Lisa Dailey para las entradas de ayuda.
Este trabajo fue apoyado por becas de los Institutos Nacionales de Salud (ES013611 y HL095163), el asistente de vuelo del Instituto Médico de Investigación (FAMRI), y la Agencia de Protección Ambiental (CR83346301) y declara no tener conflicto de intereses. El contenido es de exclusiva responsabilidad de sus autores y no representa necesariamente las opiniones oficiales de los Institutos Nacionales de Salud. Aunque la investigación descrita en este artículo ha sido financiado en parte por la Agencia de Protección Ambiental de los EE.UU. a través de un acuerdo de cooperación con CR83346301 el Centro de Medicina Ambiental, Asma y Biología de pulmón en la Universidad de Carolina del Norte-Chapel Hill, no ha sido sometido a la del par requerido y revisión de la política y por lo tanto no refleja necesariamente la opinión de la agencia, y ningún patrocinio oficial de la agencia se debe inferir. Mencionar onombres comerciales f o productos comerciales no constituye aprobación o recomendación para su uso. Loretta Müller es apoyado por la Fundación Nacional de Ciencia de Suiza con una donación personal.
Name | Company | Catalog Number | Comments | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nasal speculum | Welch Allyn | Model 22009 | 9 mm, reusable polyproylene | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Operating otoscope | Welch Allyn | Model 21700 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rhino probe cell cuvette | Arlington Scientific | SY-96-092 | bend the head of the cuvette a little more | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
12-well culture plates | Corning | 3512 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Transwell membrane cell culture inserts | Corning | 3460 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tissue culture flask | Corning | 430639 and 430641 | T25 and T75 vented flask | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
RPMI 1640 media (with L-Glutamine) | Gibco | 11875 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Bronchial/Tracheal Epithelial Cell Growth Medium | Cell applications | 511-500 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
BEGM Bronchial Epithelial Cell Growth Medium | Lonza | CC-3170 | This comes as a kit of one bottle of medium and vials with supplements. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sodium Bicarbonate 7.5% solution | Gibco | 25080 | Use as it is. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
NuSerum | BD Biosciences | 355104 | Use as it is. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
BAMBANKER freezing media | BAMBANKER | 302-14681 | Use as it is. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CoolCell | Biocision | HTBCS-136 | (CryoPrep alcohol-free cell freezing container) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
PureCol | AdvancedBioMatrix | 5005-B | dilute 1:100 with sterile water (should be roughly 0.03 mg/ml)use 500 μl/well of a 12-well plate | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HBSS with Ca2 and Mg2+ | Gibco | 14025 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DNAse 1 | Sigma | DN25 | Dissolve at 1.5 mg/ml, which is a 100x solution, add 10 μl to each ml of media | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Trypsin, 0.25%, 1x, with phenol red | Gibco | 25200-056 | Use at it is | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Soy Bean Trypsin Inhibitor (SBTI) | Sigma | T6522 | Use dissolved in HBSS at a concentration of 1 mg/ml | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Retinoic acid | Sigma | R7632 | Make it up 100 μM stock solution (see below), dilute to 10 μM with absolute alcohol, take 5 μl of this and add it to 1 ml BEGM media (our working solution). All-trans Retinol has a coefficient of extinction of 52,480 in ethanol at 325 nm. Dissolve 25 mg in 50 ml absolute ethanol. Serial dilutions need to be made, dilute 50 ml of stock in 450 ml absolute ethanol, take 50 ml of this, dilute in 450 ml absolute ethanol, take 50 ml of this, dilute in 450 ml absolute ethanol, and again take 50 ml of this, dilute in 450 ml absolute Ethanol, take 100 ml of this and dilute in 900 ml absolute ethanol and read in the spectrophotometer at 325 nm, this number is then multiplied by its’ dilution factor, then divided by the extinction coefficient of 52,480, this will give a number in mM. Make a 100 mM stock (store at -20 °C) and from this stock a 10 mM aliquot is made, the daily retinoic acid needed would be 5 ml of this 10 mM aliquot in 995 ml ALI media. Example: 325nm reading is 1.15. 1.15 x 10,000 (dilution factor) / 52,480 = 0.219 = 219 mM, make a 100 mM stock from this, in absolute ethanol. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DMEM high glucose (1x), liquid, with L-glutamine and sodium pyruvate | Gibco | 11995 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Bovine Pituitary Extract | Gibco | 13028-014 | Used for BEGM ALI media. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nystatin | Sigma | N4014-50 mg | Make up a solution of 3.3 mg/ml. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Bovine Serum Albumin | Fisher Scientific | BP1600-100 | Make up a solution of 10 mg/ml solution in milliQ water. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
PneumaCult-ALI media | StemCell | 5001 | This comes as a kit of one bottle of medium and vials with supplements. For details see below. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hydrocortisone | StemCell | 7904 | Dissolve 2.4 mg hydrocortisone in 1 ml ddH2O (used to make the 200x Hydrocortisone stock solution) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Heparin Sodium Salt in PBS (2 mg/ml) | StemCell | 7980 | Use at it is. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Filter flasks (500 ml) | Corning | 431097 | 0.22 μm pore size | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Filter tubes (50 ml) | Millipore | SCGP00525 | Steriflip, 0.22 μm pore size | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pipette tips - ART Barrier Tips | Molecular Bioproducts | 2139RI, 2069RI, 2179RI | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Conical tubes, sterile, 15 ml and 50 ml | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ddH2O, absolute ethanol, ice | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CO2 incubator | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
refrigerated centrifuge | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
biological safety cabinet | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
pipettes (p2, p200, p1000), 9 in glass pipettes | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
gloves | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
lab coat with tight cuffs | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Solicitar permiso para reutilizar el texto o las figuras de este JoVE artículos
Solicitar permisoThis article has been published
Video Coming Soon
ACERCA DE JoVE
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos los derechos reservados