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Method Article
Questo studio presenta l'applicazione di fette di tessuto pancreatico vivo allo studio della fisiologia delle isole e delle interazioni isolotto-cellula immunitaria.
Le fette di tessuto pancreatico vivo consentono lo studio della fisiologia e della funzione delle isole nel contesto di un microambiente di isole intatte. Le fette sono preparate da tessuto pancreatico umano e di topo vivo incorporato nell'agarosio e tagliate usando un vibratoma. Questo metodo consente al tessuto di mantenere la vitalità e la funzione oltre a preservare patologie sottostanti come il diabete di tipo 1 (T1D) e di tipo 2 (T2D). Il metodo slice consente nuove direzioni nello studio del pancreas attraverso il mantenimento delle strutture complesse e delle varie interazioni intercellulari che comprendono i tessuti endocrini ed esocrini del pancreas. Questo protocollo dimostra come eseguire la colorazione e la microscopia time-lapse di cellule immunitarie endogene vive all'interno di fette pancreatiche insieme a valutazioni della fisiologia delle isole. Inoltre, questo approccio può essere perfezionato per discernere le popolazioni di cellule immunitarie specifiche per gli antigeni delle cellule insulari utilizzando i principali reagenti multimero complesso di istocompatibilità.
Il coinvolgimento del pancreas è patognomonico a malattie come pancreatite, T1D e T2D1,2,3. Lo studio della funzione in isole isolate di solito comporta la rimozione delle isole dal loro ambiente circostante4. Il metodo della fetta di tessuto pancreatico vivo è stato sviluppato per consentire lo studio del tessuto pancreatico mantenendo intatti i microambienti delle isole ed evitando l'uso di stressanti procedure di isolamento delle isole5,6,7. Le fette di tessuto pancreatico da tessuto di donatore umano sono state utilizzate con successo per studiare il T1D e hanno dimostrato processi di perdita e disfunzione delle cellule beta oltre all'infiltrazione delle cellule immunitarie8,9,10,11,12,13. Il metodo della fetta di tessuto pancreatico vivo può essere applicato sia al tessuto pancreatico di topo che a quello umano5,6,8. Le fette di tessuto pancreatico umano da tessuti di donatori di organi sono ottenute attraverso una collaborazione con la Rete per i donatori di organi pancreatici con diabete (nPOD). Le fette di topo possono essere generate da una varietà di diversi ceppi di topo.
Questo protocollo si concentrerà sul gene-1-nullo attivante la ricombinazione diabetica non obesa (NOD). Rag1-/-) e il recettore delle cellule T transgenico (AI4) (NOD. Rag1-/-. Ceppi di topo AI4 α/β). ANNUIRE. I topi Rag1-/- non sono in grado di sviluppare cellule T e B a causa di un'interruzione del gene 1 (Rag1)14 che attiva la ricombinazione. ANNUIRE. Rag1-/-. I topi AI4 α/β sono utilizzati come modello per il diabete di tipo 1 accelerato perché producono un singolo clone di cellule T che prende di mira un epitopo di insulina, con conseguente infiltrazione costante delle isole e rapido sviluppo della malattia15. Il protocollo qui descritto descrive le procedure per studi funzionali e immunologici che utilizzano fette pancreatiche umane e di topo vive attraverso l'applicazione di approcci di microscopia confocale. Le tecniche qui descritte includono valutazioni di vitalità, identificazione e localizzazione delle isole, registrazioni citosoliche di Ca2+ , nonché colorazione e identificazione delle popolazioni di cellule immunitarie.
NOTE: Tutti i protocolli sperimentali che utilizzano topi sono stati approvati dal Comitato per la cura e l'uso degli animali dell'Università della Florida (201808642). Sezioni pancreatiche umane da donatori di tessuti di entrambi i sessi sono state ottenute tramite la banca dei tessuti Network for Pancreatic Organ Donors with Diabetes (nPOD), Università della Florida. I pancreati umani sono stati prelevati da donatori di organi cadaverici da organizzazioni certificate di approvvigionamento di organi che collaborano con nPOD in conformità con le leggi e i regolamenti sulla donazione di organi e classificati come "soggetti non umani" dall'Università della Florida Institutional Review Board (IRB) (IRB n. 392-2008), rinunciando alla necessità di consenso. I tessuti nPOD specificamente utilizzati per questo progetto sono stati approvati come non umani dall'IRB dell'Università della Florida (IRB20140093). Gli obiettivi delle sezioni 1-3 di questo protocollo sono spiegare come sezionare con successo un topo, preparare ed elaborare il pancreas e generare fette di tessuto pancreatico vivo. Le soluzioni devono essere preparate in anticipo e le ricette possono essere trovate nella Tabella supplementare 1. Il tempo è il fattore più critico durante questi passaggi del protocollo. Una volta che il topo è stato sacrificato, la vitalità dei tessuti inizierà a diminuire. Tutte e tre le parti di questo protocollo devono essere completate il più rapidamente possibile fino a quando non vengono generate tutte le sezioni necessarie.
1. Preparazione per la generazione di fette di pancreas di topo
2. Escissione del pancreas del topo ed elaborazione dei tessuti
NOTA: Il protocollo per l'asportazione del pancreas, l'elaborazione del tessuto e la generazione di fette è modificato da Marciniak et al5. Per garantire la vitalità dei tessuti, ridurre al minimo la quantità di tempo tra la rimozione del pancreas e la generazione di fette. Tutte le attrezzature necessarie devono essere preparate in anticipo e orientate in modo da consentire una rapida progressione attraverso i passaggi seguenti. La canulazione e l'iniezione del dotto biliare e l'escissione del pancreas vengono eseguite al meglio sotto uno stereoscopio.
3. Generazione di fette pancreatiche di topo
4. Preparazione delle fette per le procedure di colorazione
5. Colorazione del ditizone
NOTA: Sebbene il ditizone possa essere usato per macchiare le isole di rosso, ucciderà la fetta in quanto è stato trovato citotossico per le isole17.
6. Colorazione di vitalità
NOTA: Questa sezione del protocollo descrive come valutare la vitalità delle fette utilizzando calcein-AM e SYTOX Blue blu-fluorescente (vedere la tabella dei materiali). Calcein-AM deve essere usato ad una concentrazione di 4 μM e SYTOX Blue a 1 μM.
7. Colorazione dell'indicatore Ca2+ della fetta
NOTA: questa sezione del protocollo descrive come macchiare le fette per le registrazioni Ca2+ utilizzando Oregon Green 488 BAPTA-1, AM e SYTOX Blue nelle sezioni del mouse (vedere la Tabella dei materiali). L'Oregon Green 488 BAPTA-1, AM deve essere usato ad una concentrazione di 5,6 μM e il SYTOX Blue a 1 μM. Nelle fette umane, Fluo-4-AM deve essere usato ad una concentrazione di 6,4 μM.
8. Registrazioni ca2+ della fetta di mouse
NOTE: La sezione seguente descrive come eseguire registrazioni Ca2+ su fette di tessuto pancreatico di topo utilizzando Oregon Green 488 BAPTA-1, AM e SYTOX Blue. L'imaging è stato eseguito su un microscopio a scansione laser confocale (vedere la Tabella dei materiali per i dettagli). I laser utilizzati erano 405 nm per il SYTOX Blue, 488 nm per l'Oregon Green 488 BAPTA-1, AM e 638 nm per la riflettanza. Un rilevatore HyD è stato utilizzato per l'Oregon Green 488 BAPTA-1, AM. I rivelatori a tubo fotomoltiplicatore (PMT) sono stati utilizzati per la riflettanza e il SYTOX Blue. Il protocollo di imaging Ca2+ è lo stesso per le fette di tessuto pancreatico umano, tranne per il fatto che Fluo-4-AM è stato utilizzato come indicatore. I livelli di potenza del laser, il guadagno e le dimensioni del foro stenopeico devono essere regolati in base al campione e alla particolare isolotto ripreso. In genere, un foro stenopeico di 1,5 unità ariose e una potenza laser dell'1% sono buoni punti di partenza.
9. Colorazione delle cellule T di topo in fette pancreatiche vive
NOTA: questa sezione del protocollo descrive come macchiare le cellule immunitarie all'interno di fette di topo. Il ceppo di topo utilizzato è il NOD. Rag1-/-. AI4 α/β poiché questo modello sviluppa costantemente malattie con insolite significativa. Le cellule T CD8+ in questo topo prendono tutte di mira un epitopo di insulina, consentendo l'uso di un tetramero di insulina Db marcato con ficoeritrina (PE)15. L'anticorpo CD8 deve essere usato ad una concentrazione di 1:20 e il tetramero di insulina a 1:50.
10. Registrazione delle cellule immunitarie del topo
NOTA: la sezione seguente descrive come eseguire registrazioni di cellule immunitarie su fette di tessuto pancreatico di topo utilizzando anticorpo CD8, tetramero di insulina PE e SYTOX Blue. La configurazione dell'imaging è quella descritta nella sezione 8. Le registrazioni sono state effettuate a 800 × risoluzione di 800 pixel. I laser utilizzati erano 405 nm per il SYTOX Blue, 488 nm per il tetramero dell'insulina e 638 nm per l'anticorpo CD8 e la riflettanza. I rilevatori HyD sono stati utilizzati per l'anticorpo CD8 e il tetramero di insulina PE. I rilevatori PMT sono stati utilizzati per la riflettanza e il SYTOX Blue. Il protocollo di imaging delle cellule immunitarie è lo stesso per le fette di tessuto pancreatico umano, ad eccezione dell'uso di anticorpi diversi e multimeri HLA complessati con antigene per il tessuto umano. Sia per la colorazione del tetramero dell'insulina nel tessuto di topo che per la colorazione del multimero HLA nel tessuto umano, deve essere utilizzata una co-colorazione delle cellule immunitarie per verificare la presenza delle specifiche cellule T antigene-reattive. Qui è stato utilizzato un anticorpo anti-CD8. Gli anticorpi, come anti-CD3 o anti-CD4, possono anche essere utilizzati a seconda della popolazione cellulare target.
Questo protocollo produrrà fette di tessuto pancreatico vivo adatte sia per studi di funzionalità che per registrazioni di cellule immunitarie. L'aspetto delle sezioni sia in campo luminoso che sotto la luce riflessa è mostrato nella Figura 1A,B. Come discusso, le isole possono essere trovate in fette usando la luce riflessa a causa della loro maggiore granularità che si verifica a causa del loro contenuto di insulina (Figura 1C) e sono chia...
L'obiettivo di questo protocollo è quello di spiegare la generazione di fette di pancreas e le procedure necessarie per impiegare le fette in studi funzionali e immunologici. Ci sono molti vantaggi nell'uso di fette pancreatiche vive. Tuttavia, ci sono diversi passaggi critici che sono essenziali affinché il tessuto rimanga vitale e utile durante i protocolli di esperimento descritti. È imperativo lavorare rapidamente. Il periodo di tempo tra l'iniezione del pancreas e la generazione delle fette sul vibratoma dovrebbe...
Gli autori non dichiarano interessi concorrenti.
Questo lavoro è stato finanziato dalle sovvenzioni NIH R01 DK123292, T32 DK108736, UC4 DK104194, UG3 DK122638 e P01 AI042288. Questa ricerca è stata condotta con il supporto del Network for Pancreatic Organ donors with Diabetes (nPOD; RRID: SCR_014641), un progetto collaborativo di ricerca sul diabete di tipo 1 sponsorizzato da JDRF (nPOD: 5-SRA-2018-557-Q-R) e The Leona M. & Harry B. Helmsley Charitable Trust (Grant #2018PG-T1D053). Il contenuto e le opinioni espresse sono responsabilità degli autori e non riflettono necessariamente il punto di vista ufficiale di nPOD. Le organizzazioni di approvvigionamento di organi (OPO) che collaborano con nPOD per fornire risorse di ricerca sono elencate in http://www.jdrfnpod.org/for-partners/npod-partners/. Grazie al Dr. Kevin Otto, Università della Florida, per aver fornito il vibratoma utilizzato per generare fette di mouse.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
#3 Style Scalpel Handle | Fisherbrand | 12-000-163 | |
1 M HEPES | Fisher Scientific | BP299-100 | HEPES Buffer, 1M Solution |
10 cm Untreated Culture Dish | Corning | 430591 | |
10 mL Luer-Lok Syringe | BD | 301029 | BD Syringe with Luer-Lok Tips |
27 G Needle | BD | BD 305109 | BD General Use and PrecisionGlide Hypodermic Needles |
35 mm coverglass-bottom Petri dish | Ibidi | 81156 | µ-Dish 35 mm, high |
50 mL syringe | BD | 309653 | |
8-well chambered coverglass | Ibidi | 80826 | µ-Slide 8 Well |
APC anti-mouse CD8a antibody | Biolegend | 100712 | |
BSA | Fisher Scientific | 199898 | |
Calcium chloride | Sigma | C5670 | CaCl2 |
Calcium chloride dihydrate | Sigma | C7902 | CaCl2 (dihydrate) |
Compact Digital Rocker | Thermo Fisher Scientific | 88880020 | |
Confocal laser-scanning microscope | Leica | SP8 | Pinhole = 1.5-2 airy units; acquired with 10x/0.40 numerical aperture HC PL APO CS2 dry and 20x/0.75 numerical aperture HC PL APO CS2 dry objectives at 512 × 512 pixel resolution |
D-(+)-Glucose | Sigma | G7021 | C6H12O6 |
ddiH2O | |||
Dithizone | Sigma-Aldrich | D5130-10G | |
DMSO | Invitrogen | D12345 | Dimethyl sulfoxide |
Ethanol | Decon Laboratories | 2805 | |
Falcon 35 mm tissue culture dish | Corning | 353001 | Falcon Easy-Grip Tissue Culture Dishes |
FBS | Gibco | 10082147 | |
Feather No. 10 Surgical Blade | Electron Microscopy Sciences | 7204410 | |
fluo-4-AM | Invitrogen | F14201 | cell-permeable Ca2+ indicator |
Gel Control Super Glue | Loctite | 45198 | |
Graefe Forceps | Fine Science Tools | 11049-10 | |
Hardened Fine Scissors | Fine Science Tools | 14090-09 | |
HBSS | Gibco | 14025092 | Hanks Balanced Salt Solution |
HEPES | Sigma | H4034 | C8H18N2O4S |
Ice bucket | Fisherbrand | 03-395-150 | |
Isoflurane | Patterson Veterinary | NDC 14043-704-05 | |
Johns Hopkins Bulldog Clamp | Roboz Surgical Store | RS-7440 | Straight; 500-900 Grams Pressure; 1.5" Length |
Kimwipes | Kimberly-Clark Professional | 34705 | Kimtech Science™ Kimwipes™ Delicate Task Wipers, 2-Ply |
LIVE/DEAD Viability/Cytotoxicity Kit | Invitrogen | L3224 | This kit contains the calcein-AM live cell dye. |
Low glucose DMEM | Corning | 10-014-CV | |
Magnesium chloride hexahydrate | Sigma | M9272 | MgCl2 (hexahydrate) |
Magnesium sulfate heptahydrate | Sigma | M2773 | MgSO4 (heptahydrate) |
Magnetic Heated Platform | Warner Instruments | PM-1 | Platform for imaging chamber for dynamic stimulation recordings |
Microwave | GE | JES1460DSWW | |
Nalgene Syringe Filter | Thermo Fisher Scientific | 726-2520 | |
No.4 Paintbrush | Michaels | 10269140 | |
Open Diamond Bath Imaging Chamber | Warner Instruments | RC-26 | Imaging chamber for dynamic stimulation recordings |
Oregon Green 488 BAPTA-1-AM | Invitrogen | O6807 | cell-permeable Ca2+ indicator |
Overnight imaging chamber | Okolab | H201-LG | |
PBS | Thermo Fisher Scientific | 20012050 | To make agarose for slice generation |
PE-labeled insulin tetramer | Emory Tetramer Research Core | sequence YAIENYLEL | |
Penicillin Streptomycin | Gibco | 15140122 | |
Potassium chloride | Sigma | P5405 | KCl |
Potassium phosphate monobasic | Sigma | P5655 | KH2PO4 |
Razor Blades | Electron Microscopy Sciences | 71998 | For Vibratome; Double Edge Stainless Steel, uncoated |
RPMI 1640 | Gibco | 11875093 | |
SeaPlaque low melting-point agarose | Lonza | 50101 | To make agarose for slice generation |
Slice anchor | Warner Instruments | 64-1421 | |
Slice anchor (dynamic imaging) | Warner Instruments | 640253 | Slice anchor for dynamic imaging chamber |
Sodium bicarbonate | Sigma | S5761 | NaHCO3 |
Sodium chloride | Sigma | S5886 | NaCl |
Sodium phosphate monohydrate | Sigma | S9638 | NaH2PO4 (monohydrate) |
Soybean Trypsin Inhibitor | Sigma | T6522-1G | Trypsin inhibitor from Glycine max (soybean) |
Stage Adapter | Warner Instruments | SA-20MW-AL | To fit imaging chamber for dynamic stimulation recordings on the microscope stage |
Stage-top incubator | Okolab | H201 | |
Stereoscope | Leica | IC90 E MSV266 | |
SYTOX Blue Dead Cell Stain | Invitrogen | S34857 | blue-fluorescent nucleic acid stain |
Transfer Pipet | Falcon | 357575 | Falcon™ Plastic Disposable Transfer Pipets |
Valve Control System | Warner Instruments | VCS-8 | System for dynamic stimulation recordings |
Vibratome VT1000 S | Leica | VT1000 S | |
Water bath | Fisher Scientific | FSGPD02 | Fisherbrand Isotemp General Purpose Deluxe Water Bath GPD 02 |
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