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Method Article
Cellule epiteliali nasali, ottenuti attraverso superficiale raschiare la biopsia di volontari umani, vengono ampliati e trasferite su inserti di coltura tissutale. Dopo aver raggiunto la confluenza, le cellule sono coltivate a interfaccia liquido aria, ottenendo colture di cellule ciliate e non ciliate. Colture di cellule epiteliali nasali differenziate offrono modelli sperimentali validi per lo studio della mucosa respiratoria.
Modelli in vitro utilizzando cellule epiteliali umane primarie sono essenziali per comprendere funzioni chiave epitelio respiratorio nel contesto di infezioni microbiche o agenti inalati. Il confronto diretto di cellule ottenute da popolazioni malate ci permettono di caratterizzare diversi fenotipi e sezionare i meccanismi di fondo che mediano i cambiamenti nella funzione delle cellule epiteliali. Coltura di cellule epiteliali della regione tracheobronchiale umana è stata ben documentata, ma è limitata dalla disponibilità di tessuto polmonare umano o invasività associata a ottenere i pennelli bronchiali biopsie. Cellule epiteliali nasali sono ottenuti attraverso molto meno invasivi superficiali biopsie raschiare nasale e soggetti possono essere sottoposte a biopsia più volte senza effetti collaterali significativi. Inoltre, il naso è il punto di ingresso per il sistema respiratorio e quindi uno dei primi siti ad essere esposti a qualsiasi tipo di stress per via aerea, quali agenti microbici, inquinanti o allergeni.
Brevemente, le cellule epiteliali nasali ottenuti da volontari umani sono espansi su piastre di coltura dei tessuti rivestiti, e poi trasferite su inserti di coltura cellulare. Dopo aver raggiunto la confluenza, le cellule continuano ad essere coltivate all'interfaccia aria-liquido (ALI), per diverse settimane, il che crea più fisiologicamente condizioni pertinenti. La condizione di cultura ALI usa mezzi definiti che conducono ad un epitelio differenziato che presenta caratteristiche morfologiche e funzionali simili all'epitelio nasale umana, con le cellule ciliate sia e producono muco. Inserti di coltura tissutale con cellule epiteliali nasali differenziate possono essere manipolati in vari modi a seconda delle domande di ricerca (trattamento con agenti farmacologici, trasduzione con vettori lentivirali, esposizione a gas o infezione da agenti microbici) ed analizzati per numerosi endpoint differenti che vanno dalla vie cellulari e molecolari, ch funzionaleanges, morfologia, ecc
Nei modelli in vitro di cellule epiteliali nasali umane differenziati consentirà ai ricercatori di affrontare nuove e importanti domande di ricerca utilizzando modelli sperimentali organotipica che gran parte imitare l'epitelio nasale in vivo.
Obiettivo della tecnica
Le cellule epiteliali (ECS) nelle vie aeree sono tra i primi siti ad essere direttamente esposti ai fattori di stress ambientale per via inalatoria, come agenti patogeni, allergeni o inquinanti atmosferici. EC sono più di una barriera strutturale: Agiscono come un centralino per avviare e regolare la risposta immunitaria respiratorio 1-3 tramite il rilascio di mediatori solubili 4-6 e l'espressione dei ligandi / recettori sulla loro surfac 7-9. Mentre linee cellulari immortalizzate possono essere utilizzati come modelli per studiare i CE respiratorio in vitro, non riescono a differenziarsi in popolazioni cellulari eterogenee composte ciliated polarizzata e cellule che producono muco, simile a quello osservato in vivo. Ricapitolando caratteristiche importanti del epitelio respiratorio osservate in vivo, possono essere usate EC vie aeree primarie. Pertanto, il nostro obiettivo era quello di ottimizzare il nostro metodo utilizza nasale EC (CNE) ha ottenuto da volontari umani. CNE sono espansi e coltivate in vitro, ottenendo un modello di coltura cellulare di CNE differenziate che imita molte delle caratteristiche dell'epitelio nasale visto in vivo.
Fondamento logico
L'utilizzo di modelli in vitro con cellule endoteliali umane primarie mimano situazione in vivo - come descritto in questo studio - dà possibilità uniche per studiare le malattie specifiche differenze di EC, parametri fisiologici associati con l'epitelio delle vie aeree, ovvero l'interazione tra cellule endoteliali e altri tipi di cellule, come cellule dendritiche 10, cellule natural killer 11 o macrofagi. Diversi metodi esistenti utilizzino EC bronchiali, che possono essere ottenute tramite biopsie invasivo spazzola durante broncoscopie, o altrimenti dismesse da tessuto polmonare 12-17. Inoltre, fonti commerciali per ottenere delle vie respiratorie umane colture di cellule epiteliali completamente differenziate esistono (modello EpiAirway da MatTek, Ashland, MA, Cloneticsda Lonza, Basilea, Svizzera, MucilAir da Epithelix Sars, Ginevra Svizzera), dove i ricercatori possono scegliere tra diversi donatori. Tuttavia, a causa del gruppo limitato di cellule epiteliali disponibili in commercio, delimitato o prescritta di parametri, il costo connesso con l'ottenimento commercialmente vie respiratorie umane primarie EC, e l'accesso limitato al tessuto polmonare scartata o tessuto biopsia bronchiale umano appena ottenuto, proibiscono molti ricercatori dalla realizzazione di studi in piena differenziati EC vie respiratorie umane. Pertanto, abbiamo deciso di sviluppare una tecnica che 1) utilizzare CNE umani non invasivo ottenuti, 2) fornire un protocollo di cedimento culture differenziata epitelio delle vie aeree umana, e 3) essere riproducibile nella maggior parte degli ambienti di laboratorio attraverso una infrastruttura esistente coltura di tessuti.
Vantaggi rispetto esistenti Techniques / Modelli
Ottenere CNE freschi, rispetto al bronchiale o piccole vie aeree EC, è molto meno invasiva, individuales possono essere sottoposte a biopsia più volte con effetti collaterali significativi e superficiali biopsie raschiare nasali possono essere condotti in popolazioni malate che non sarebbero altrimenti beneficiare di broncoscopie connesse alla ricerca. Non invasive biopsie raschiare superficiali per ottenere LNE consentono al ricercatore di impostare specifiche donatore a priori, tra cui l'età, il sesso, lo stato di malattia, ecc in linea con l'obiettivo della ricerca da compiere. Così, quando si progetta studi di ricerca gli investigatori non sono limitati dai tessuti clinicamente disponibili / campioni epiteliali, l'acquisto di costosi modelli di coltura cellulare differenziati da fornitori commerciali, o di progettazione studi broncoscopia invasive. Inoltre, la facilità di ottenere CNE aumenta la capacità di condurre esperimenti in cellule da donatori diversi, che migliora validazione statistica dei risultati osservati. Infine, il naso è uno dei primi siti ad essere esposti a qualsiasi tipo di stress aerodispersi. Così, generando in organotipicovitro sistemi di coltura che mimano all'epitelio nasale sono utili per studiare inalazione di particelle virali, inquinanti, allergeni o gas, che può essere facilmente ottenuto utilizzando questo sistema di coltura cellulare.
1. Preparare Plastic Ware: Cappotto Piatto
2. Ottenere e pretrattamento Biopsia del CNE umano
3. SEED celle di plastica (giorno 0)
4. Ampliare le cellule nelle Boccette
5. Seed Celle sul tessuto Cultura Inserti
6. Stabilire Air Interface Liquid Una volta che le cellule sono completamente confluenti (Quando le cellule sulle Transwells sono completamente confluenti)
10 microlitri PneumaCult 100x Manutenzione Supplemento
2 ml eparina (di una soluzione madre 2 mg / ml)
5 ml idrocortisone (di una soluzione madre 96 microlitri / ml).
Nota: Cambiare punte tra piastre, così come cambiare le punte quando si passa dalla superficie apicale rispetto basolaterale. Dopo circa 2 settimane al ALI, le cellule iniziano a differenziarsi e appaiono ciglia. Le colture cellulari raggiungono la piena differenziazione dopo circa 4 settimane al ALI.
CNE coltura seguendo il protocollo qui descritto re-differenziarsi in uno strato eterogeneo di EC composto da cellule ciliate e non ciliate, che rappresentano la situazione in vivo (Figura 1). Alcuni dei CNE differenziati sono muco che producono cellule (colorazione in blu con AB / PAS, Figura 1B). Anche se il protocollo qui presentato è ottimizzato, differenziazione può variare in relazione alla distribuzione delle popolazioni cellulari totali (cioè differenti rapp...
EC respiratorie non solo forniscono una barriera fisica per proteggere il corpo umano da stimoli esogeni 20, ma anche agire come un centralino per avviare e regolare le risposte di difesa immunitario respiratorie 1-3 tramite la secrezione di mediatori solubili o interazioni dirette cellula-cellula recettore-ligando. Per studiare ulteriormente il ruolo di EC nella risposta immunitaria, per esaminare differenza di potenziale tra i CE da popolazioni malate, o per studiare gli effetti dei fattori di st...
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Gli autori desiderano ringraziare Lisa Dailey per gli ingressi voti.
Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni dal National Institutes of Health (ES013611 e HL095163), l'assistente di volo Medical Research Institute (FAMRI), e l'Environmental Protection Agency (CR83346301) e dichiara alcun conflitto di interessi. Il contenuto è di esclusiva responsabilità degli autori e non rappresentano necessariamente il punto di vista ufficiale del National Institutes of Health. Anche se la ricerca descritta in questo articolo è stato finanziato in parte dalla US Environmental Protection Agency attraverso accordo di cooperazione CR83346301 con il Centro di Medicina Ambientale, Asma e Polmone di Biologia presso la University of North Carolina-Chapel Hill, non è stato sottoposto alla L'agenzia del peer richiesto e revisione della politica e quindi non riflettono necessariamente il punto di vista dell'agenzia, e nessuna approvazione ufficiale dovrebbe essere dedotto. Menzione of nomi commerciali o di prodotti commerciali non costituisce approvazione o raccomandazione per l'uso. Loretta Müller è sostenuta dalla National Science Foundation svizzera con un contributo personale.
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 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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