JoVE Logo
著者
お問い合わせ

サインイン

このコンテンツを視聴するには、JoVE 購読が必要です。 サインイン又は無料トライアルを申し込む。

この記事について

  • 要約
  • 要約
  • 概要
  • プロトコル
  • 結果
  • ディスカッション
  • 開示事項
  • 謝辞
  • 資料
  • 参考文献
  • 転載および許可

要約

我々は、高分子crowders（MMC）を使用して、細胞外マトリックスタンパク質に富む細胞由来のマトリックスを得るためのプロトコルを提示します。また、我々は、コンストラクトの成熟度を維持しながら、培養時間を減少させる3D器官型皮膚共培養世代でMMCを組み込むプロトコルを提示します。

要約

コラーゲンの糖タンパク質ファミリーは、ヒトの体内での主な構造タンパク質を示しており、近代的な組織工学で使用される生体材料の主要コンポーネントです。それは、特に皮膚モデルにおいて、結合組織およびその後の組織の凝集の次善の形成をもたらす、悪名高い遅いような技術ボトルネックは、in vitroでのコラーゲンの沈着です。ここでは、コラーゲン沈着の劇的な向上をもたらす分子クラウディング（MMC）を生成するために、皮膚培養物に差次サイズスクロース共重合体を添加することを含む方法を記載します。特に、皮膚線維芽細胞は、対照と比較して、MMCの下のI / IV / VIIおよびフィブロネクチン、コラーゲンを大量に堆積しました。

プロトコルはまたimmunocyによって証明されるように培養表面上に保持された細胞外マトリックス（ECM）の著しい量を露光、混雑した細胞層を脱細胞化する方法を記載します組織化学。トータルマトリックス質量および分布パターンは、干渉反射顕微鏡を用いて調べました。興味深いことに、線維芽細胞、ケラチノサイトおよび共培養は、様々な組成や形態の細胞由来のマトリックス（CDM）を生産しました。 CDMは、より臨床的に関連するアプリケーションに向けて移動させる、コーティングまたは足場の現在の使用は、典型的には、異種動物源から、回避することができる二次電池の播種用「バイオ足場」として使用することができます。

また、このプロトコルは、特に、真皮 - 表皮接合部（DEJ）にECMの沈着を増強するのに十分であった3次元器官型皮膚共培養モデル、コラーゲンVII、主成分の浸漬段階中にMMCの適用を記載しますフィブリルを固定します。電子顕微鏡は、対照と比較して、MMCを使用して開発の文化にフィブリルを固定するの存在を確認しました。アンカーフィブリル従って、表皮と真皮をつなぐので、これは重要です予め形成された成熟DEJは、移植片の安定性と全体的な創傷治癒の点で皮膚移植片レシピエントの利益を得ることができる持ちます。また、培養時間は、コストを削減、MMCを使用する場合に、成熟した構築物を得るために、3週間、5週間から濃縮しました。

概要

皮膚は、水の損失及び病原体侵入を防止することにより、保護バリアを形成します。これは、3つの主要コンポーネントで構成されています。間質豊富な真皮1、その上に層状表皮2,3,4、および5,6間における真皮表皮接合部。真皮は主にコラーゲンと弾性繊維で構成されており、まばら線維芽細胞7が入力されます。対照的に、細胞が豊富な表皮ケラチノサイトの複数の層で構成されています。最も内側の層のケラチノサイトは、増殖され、更新し、常に皮膚の最も外側の層に移動して受ける角質層で、その結果、それらの核と細胞質材料を失った末端分化するケラチノサイトを置き換える新たな基底細胞を提供します落屑。

真皮 - 表皮接合部、基底膜の特定のタイプは、tethe相互接続マトリックス分子からなる複合構造体であります真皮に表皮をRS。真皮のコラーゲンI繊維は、コラーゲンIV豊富な緻密層に固定されているコラーゲンVIIアンカリングフィブリルと交錯します。順番にアンカリングフィラメント（ラミニン5、コラーゲンXVIIおよびインテグリン）は、基底ケラチノサイトのヘミデスモゾームに緻密層を接続します。基底ケラチノサイト（基底層）が分化し、基底上層を形成するために階層化だけでなく、増殖して更新する能力を持っています。有棘層、顆粒層、および環境と肌の接触面を示し、最終的に角質層、。角質層の基底層からエンルート 、ケラチノサイトは、サイトケラチンの発現パターンを切り替えて、最終的にアポトーシスを受けるし、角質化で自分自身を包みます封筒、共有結合トランスグルタミナーゼ活性によって架橋されている特定のタンパク質の殻。

の複雑な構造を含む、in vitroで皮膚とその層の再作成真皮 - 表皮接合部および真皮細胞外マトリックス、および角化プロセスをエミュレートするには、やりがいのある仕事であれば、興味をそそら科学者や生体工学を持っています。例えば、患者の生検から皮膚細胞の正常な抽出および患者由来の皮膚細胞8を用いて皮膚の器官培養物の生成皮膚組織工学における重要な進歩がありました。しかし、未解決の問題は、皮膚細胞自体による細胞外マトリックスタンパク質の悪い分泌に関係し、次善の皮膚モデルで得られたままです。さらに、現在のプロトコルを使用して3次元器官型皮膚共培養物を生成するのに必要な時間は、4〜8週間、潜在的に巨大分子crowdersの取り込みと短縮することができる時間枠の間で変化します。培養時間を減少させること、試薬コストを節約し、細胞老化の発生率を低減し、製品が臨床で使用されるべき患者の待ち時間を減少させます。

トン">高分子は、（MMC）混雑は排除体積効果。これらは、標準的な水性の培養条件9-13の下で遅刻であるプロコラーゲンのタンパク質分解切断を含む酵素反応速度に影響を与える。MMCの下では、酵素反応を生成するために、培養培地に特定の高分子を導入することを含みます空い対照10と比較して、混雑した培養物中のIは分子コラーゲンの量の増加、プロコラーゲン切断の場合には、その結果、試薬14,15の量を増加させることなく早めている。コラーゲンとプロコラーゲンの変換は、コラーゲンの形成を可能にするようにアセンブリ、48時間MMCを用いて培養した線維芽細胞は、最大4週間11,16,17のために監視混雑していない線維芽細胞培養物と比較して有意に多くのコラーゲンIを得た。ECMの形成、安定化およびリモデリングに影響を与える酵素活性への影響のほか、MMCも直接コラーゲンを増強し、調節することが示されています繊維形成18,19。

我々はここでは特に、真皮線維芽細胞と表皮角化細胞における細胞外マトリックスの皮膚細胞による（ECM）の生産を増強する方法を提示します。また、我々は、単層培養でMMCで製造富化ECMは、脱細胞化し、純粋な細胞由来のマトリックス（CDM）として使用することができることを示しています。

私たちは、視覚化するために非従来型のアプローチを使用し、完全にMMCで培養皮膚細胞によって堆積ECMを感謝しています。干渉反射顕微鏡は、典型的には、細胞 - マトリックス相互作用または細胞 - ガラス接触点を研究するために使用されます。この技術は、ガラス表面上に堆積されたマトリックスの合計量を表示するために、我々のシステムで利用されました。干渉反射顕微鏡は、MMCの存在下および非存在下で、細胞外マトリックス組成物及びパターンの点でほとんどの情報量を得るために、蛍光免疫染色を用いてカップリングさせました。

OrganotypiC皮膚共培養は、三次元の文脈において、インビトロで皮膚をモデル化するための古典的な方法です。二次元の共培養は、重要な情報を提供することができるが、このデータを変換し、バック本質的に三次元構造であり、インビボ環境にそれを適用する場合、それは限られています。皮膚ケラチノサイトは、特に、偏光であり、恒常性と細胞接着のために必須である頂端および基底セグメントを含みます。また、このようなケラチン1、ケラチン10およびフィラグリンのように基底層以上のケラチノサイト、中の典型的な基底上のタンパク質の発現は、層化およびケラチノサイトの分化の過程で唯一の存在です。分化は、典型的な単層培養物中にほとんど存在するように、基底層直上タンパク質の発現は、通常、この培養系では達成されません。したがって、器官培養物は、培養培地中に浸漬開始、その後keratinocytを駆動するための気液界面に持ち上げられます電子分化。これは、層別マーカーの発現、さえ角化および表皮生理学の一般より良い反射が生じます。他のグループが以前に成功した器官皮膚共培養を生成しているが、機能的真皮 - 表皮接合ゾーンの確立が課題となっています。ここでは、凝縮された時間枠内で、これらの構築物の成熟度を損なうことなく、強化された基底膜と器官皮膚共培養を培養するための新しい方法を提示します。これは、in vitroでのモデリングのための皮膚模倣薬、皮膚生物学の研究およびスクリーニングアッセイの品揃えを提供するであろう。

プロトコル

2D皮膚細胞培養物における1分子クラウディング

  1. 24ウェルプレートのウェル当たり種子50,000個の細胞（初代線維芽細胞または初代ケラチノサイトまたは一次線維芽細胞及びケラチノサイトの共培養）。対応する細胞型の増殖培地1ml中の種子細胞。
  2. 5％CO 2で37℃のインキュベーター中で、細胞を一晩接着させます。
  3. 古いメディアを廃棄し、1ミリリットルで高分子crowdersおよび100μMアスコルビン酸を含む新鮮な培地を交換してください。 37.5 Mgからなるクラウダーカクテルを使用/ mlのDMEMからなるフィコール70および25 mg / mlでフィコール400を使用する線維芽細胞培地（FM）は、10％FBSおよび1％ペニシリン - ストレプトマイシン抗生物質を補充しました。無血清培地、KSFMまたはCNT-57での角化細胞を成長させます。 50％FMと50％の無血清培地の混合物中で共培養を維持します。
  4. 2日ごとに培地を交換して、5％CO 2で37℃インキュベーターで6日間培養をインキュベートします。

皮膚細胞培養2.蛍光免疫染色

  1. 1×PBSで2回細胞培養物を洗います。
  2. メタノール又はパラホルムアルデヒド（抗体の仕様に応じて）のいずれかで細胞培養物を固定してください。
    1. メタノール固定用
      1. それぞれに小分けし、冷メタノール500μlのをよくし、10分間-20℃でインキュベートします。吸引除去は、固定剤とメタノールの廃棄物を捨てます。層状ヒュームフード内の空気乾燥。
    2. パラホルムアルデヒド固定用
      1. 各ウェルにアリコートを2％パラホルムアルデヒド溶液500μlを、室温で15分間インキュベートします。吸引除去は、固定剤およびパラホルムアルデヒドの廃棄物を捨てます。
      2. 3回の洗浄、洗浄あたり5分間、1×PBSで洗浄します。
      3. アリコートを各ウェルに1×PBSの1ミリリットル。
  3. 抗体を用いた蛍光免疫染色
    1. 各ウェルにアリコート（1×PBSで希釈）の3％ウシ血清アルブミン500μlのを。 3室温でインキュベート0分。ブロッキング溶液を吸引し、廃棄します。
    2. 一次抗体
      1. イメージングのための直接プレートから：アリコート一次抗体200μlの（1：10％ヤギ血清で100倍希釈）ソリューションは、それぞれによく、室温で90分間インキュベートします。
      2. 小分けの一次抗体を50μl（1：100希釈10％ヤギ血清）溶液をパラフィルムの平坦な一片の上にカバースリップのため。ソリューションが直面しているセル側（細胞とカバーガラスの一部）で、パラフィルム上にカバーガラスを置きます。無気泡で、セル全体側をカバーしています。室温で90分間インキュベートします。
    3. 吸引し、一次抗体溶液および廃棄。
    4. 3回の洗浄、洗浄あたり5分間、1×PBSで洗浄します。
    5. 二次抗体
      1. イメージングのための直接プレートから：アリコート二次抗体を200μl（1：10％ヤギ血清で400希釈）溶液を各ウェルへとfoのアルミニウムでプレートをカバーし、室温で30分間インキュベート IL。
      2. 小分け二次抗体を50μl（1：400希釈の10％ヤギ血清）溶液をパラフィルムの平坦な一片の上にカバースリップのため。ソリューションが直面しているセル側（細胞とカバーガラスの一部）で、パラフィルム上にカバーガラスを置きます。無気泡で、セル全体側をカバーしています。アルミ箔でパラフィルムを被覆、室温で30分間インキュベートします。
    6. 吸引し、二次抗体溶液および廃棄。
    7. 3回の洗浄、洗浄あたり5分間、1×PBSで洗浄します。アリコートを各ウェルに1×PBSの1ミリリットル。
    8. 取り付け
      1. プレートから直接画像化するために：マウントされません。顕微鏡に進みます。
      2. マウントカバースリップ、スライドガラス上に、メディアをマウント中：カバースリップのイメージングのため。アルミ箔で覆われた容器中で一晩乾燥します。顕微鏡に進みます。
  4. 40X / 1.30油浸対物レンズで共焦点レーザー走査顕微鏡を用いて画像を取得します。
皮膚細胞培養物の電子 "> 3。ウェスタンブロッティング

  1. 1×PBSで2回細胞層を洗ってください。
  2. アリコートを各ウェル（6ウェルプレート形式）に溶解バッファー100μl（材料リストを参照）。マイクロ遠心チューブに細胞スクレーパーと転送溶液で細胞層を削ります。
  3. 4℃で30分間、15330×gで遠心分離液。別のマイクロ遠心チューブに上清を移し、ペレットを捨てます。
  4. （材料リストを参照してください）​​サンプルバッファーを5μlと還元剤の2μlの各サンプルの13μLを混ぜます。 10分間95℃で熱サンプル。
  5. 凝縮水を収集するために1分間15330×gで遠心分離サンプル。負荷サンプルプレキャストPAGEゲルへと約1時間、100Vで動作します。
  6. ニトロセルロース膜に分離されたタンパク質を転送するには、紙の作品や（同じサイズの）スポンジの間にゲルと膜を挟みます。ゲル、膜、紙とスポンジの間に気泡がないことを確認秒。サンドイッチカセットを閉じて、2時間で70 Vで転送を実行します。
  7. 転送が完了したかどうかを確認するには、0.1％PBS-Tween-20で、3回、1回の洗浄あたり10分で10ミリリットルポンソーS.ウォッシュ膜で膜をインキュベートします。
  8. 室温で1時間、5％ミルク10mlでブロック。 0.1％PBS-Tween-20で膜を洗浄し、3回、1回の洗浄あたり10分。
  9. 90分間、10ミリリットル一次抗体（：1,000希釈の5％ミルク中のマウス抗コラーゲンVII、LH 7.2、1）でインキュベートします。 0.1％PBS-Tween-20で膜を洗浄し、3回、1回の洗浄あたり10分。
  10. 30分間10mlの二次抗体（1：2,000希釈の5％ミルク中でヤギ抗マウスHRP、1）とインキュベートします。 0.1％PBS-Tween-20で膜を洗浄し、3回、1回の洗浄あたり10分。
  11. カセットにメンブレンを移し、ECL検出試薬の1ミリリットルを追加します。メンブレン上をクリア、薄いプラスチックシートを配置します。
  12. 化学発光を検出するために、プラスチックシートの上に感光性フィルムを配置し、カセットを閉じます。 2後-5分は、カセットから膜を除去し、開発者にそれを置きます。

4.細胞由来のマトリックスを作成し、使用します

  1. 24ウェルプレートのウェル当たり種子50,000個の細胞（初代線維芽細胞または初代ケラチノサイトまたは一次線維芽細胞及びケラチノサイトの共培養）。
  2. 5％CO 2で37℃のインキュベーター中で、細胞を一晩接着させます。
  3. 古いメディアを廃棄し、新鮮な培地は、高分子crowdersおよび100μMアスコルビン酸を含むと交換してください。クラウダーカクテルを、10％FBSおよび1％ペニシリン - ストレプトマイシンを補充したDMEMから成る37.5ミリグラムから成る/ mlのフィコール70および25 mg / mlでのFicoll 400線維芽細胞培地（FM）。ケラチノサイトは無血清培地、KSFMまたはCNT-57で栽培されています。 50％FMと50％KSFMまたはCNT-57の混合物中で共培養を維持します。
  4. 2日おきにメディアを変更し、5％CO 2で37℃インキュベーターで6日間培養をインキュベートします。
  5. 細胞由来のマトリを得るために、細胞層を脱細胞化X（F-マット =線維芽細胞およびケラチノサイトの共培養由来線維芽細胞由来のマトリックス、K-マット =ケラチノサイト由来のマトリックス、 共同マット =マトリックス）。
    1. 1×PBSで2回細胞層を洗ってください。
    2. 0.5％デオキシコール酸ナトリウム250μlのを追加します。 10分間、氷上で、インキュベートします。吸引細胞溶解物。
    3. 繰り返しステップ4.5.2三度。
    4. 蒸留H 2 Oで二回細胞由来のマトリックスを洗います1×PBSで細胞由来のマトリックスを保管してください。マトリックスは、4℃で1週間まで保存することができます。
  6. （F-マットの上にケラチノサイトを播種、例えば）二次細胞懸濁液を準備します。
    1. 吸引し、1×PBS。
    2. 細胞由来のマトリックス（F-マット ）の上に50,000ケラチノサイトをシード。 5％CO 2で37℃のインキュベーター中で、細胞を一晩接着させます。
      注：アッセイは、接着細胞上で直接実行することができます。

細胞 - の5キャラクタリゼーション派生行列

  1. 蛍光免疫染色：プロトコル2を参照してください。
  2. 干渉反射顕微鏡
    1. プロトコル4.1から4.5以下のカバーガラスに上にシード細胞、。
    2. 細胞由来のマトリックスを取得した後、プロトコル2.2以下のサンプルを修正します。
      注：抗体染色はオプションです。必要な場合は、議定書2.3を参照してください。
    3. 40X / 1.30油浸対物レンズを用いて共焦点レーザー走査顕微鏡を用いて画像の取得を行います。 74ミリメートルでピンホールを設定します。
    4. フィルター用の赤チャンネルuorescence FLに対する干渉再FL ection顕微鏡（IRM）チャネルとBP 575から615 IRのためのLP 505を使用してください。 IRMチャネルとHFT 405/488/561、NFT 565、ビームスプリッタ用の赤チャンネルuorescence FLためのプレートのためのNT 80/20使用。 IRMチャネルに対して5.0％の電力で赤チャネルとHeNe633（波長633 nm）のuorescence FL 1.1％の出力でDPSS 561から10（波長561 nm）を次のレーザーを使用してください。

6. 3D器官スキン共培養

  1. 細胞培養インサート（6ウェルプレート形式）で、線維芽細胞カプセル化して、コラーゲンゲルをキャストします。
    1. アリコート寒ビーカーにラット尾コラーゲンI型の10ミリリットル。
    2. 冷たいDMEMの1ミリリットルを追加します。酸性コラーゲンを中和するために1 M NaOHを0.5ミリリットルを追加します。 （120万線維芽細胞を含む）、線維芽細胞懸濁液0.5ミリリットルを追加します。
    3. 6ウェルプレート内の細胞培養インサートに、冷たいピペットで、ソリューションを転送します。全溶液12mlを均等に6細胞培養インサートに分割されます。
    4. 1時間、5％CO 2で37℃のインキュベーター中でゲルをインキュベートします。
    5. ゲルが固化した後、FMでゲルを浸します。高分子crowdersを含む、24時間後、古いメディアを廃棄し、新鮮な培地と交換してください。細胞培養インサートの外側に細胞培養インサートの内部に2ミリリットルと2ミリリットルの容量を追加します。
  2. 24時間後、コラーゲンゲルの上にケラチノサイトをシード。
    1. トリプシン処理を、37℃で5分間、0.125％トリプシン/キレート剤を使用したケラチノサイト。細胞を除去し、血清含有培地でトリプシンを中和するために静かにフラスコの側面をタップします。細胞をカウントし、ケラチノサイト懸濁液を調製（ゲル30万ケラチノサイトおよび200μlの培地に懸濁）。
    2. 細胞培養インサートから吸引除去古いメディア。ゲルの上ケラチノサイトを追加します。
    3. 1時間、5％CO 2で37℃のインキュベーター中でゲルをインキュベートします。
    4. 細胞培養インサートの外側にケラチノサイトした後、ゲル表面に付着している細胞培養インサートの内側に2ミリリットルKSFMまたはCNT-57でゲルを沈めるとFMの2ミリリットル。
  3. 高分子crowdersを含む、24時間後、古いメディアを廃棄し、新鮮な培地と交換してください。
  4. 深部培養の7日後に、気液界面に文化を上げます。
    1. 細胞培養インを転送ディープウェルプレートにERT。細胞培養インサートの外側に10ミリリットル層化メディアを追加します。細胞培養インサートドライの内部を保管してください。
  5. 5％CO 2で37℃インキュベーターで培養液をインキュベートし、次の14日間、3日おきにメディアを変更します。
    注意：気液界面での2週間後、皮膚等価物は成熟しており、収穫することができる（いずれかのスナップ凍結またはホルマリン固定）。

7.収穫と特性器官の皮膚等価物

  1. 吸引成層メディア。
  2. ピンセットを使用して、文化を転送することはペーパータオルの上に挿入し、インサートのベースから離れて、残りのメディアを軽くたたきます。
  3. メスを用いて、培養インサートの内周に沿って切断します。
  4. （PET膜と一緒に）器官皮膚共培養を修正しました。
    1. スナップフリーズ
      1. cryomoldにゲル構造体を転送します。 10月にcryomoldの内部をカバー化合物。 10秒間液体窒素にcryomoldを置きます。
      2. ピンセットを使用して、アルミホイルで包み、-80℃の冷凍庫で凍結したサンプルを格納、液体窒素から冷凍cryomoldを削除します。
      3. セクションでは、7ミクロンの切片厚で、クライオスタットでサンプルを凍結しました。
    2. ホルマリン固定
      1. 「生検カセット」に「生検スポンジパッド」を配置します。スポンジパッド上にゲル構造体を転送します。ゲル構造物の上に静かに別のスポンジパッドを配置します。カセットを閉じます。
      2. 完全に室温で、48時間、10％中性緩衝ホルマリン中でカセットを沈めます。カセットを取り外し、ホルマリン廃棄物を捨てます。
      3. 最初のエタノール系列で脱水した後、徐々にワックスでサンプルを浸透させてワックスブロックに固定されたサンプルを埋め込みます。セクションミクロトームでワックスブロック。
  5. 皮膚同等物のキャラクタリゼーション
    1. 免疫染色
      1. 凍結切片の場合：
        1. 室温で1時間（1×PBSで希釈した）を、10％ヤギ血清中で切片をインキュベートします。ヤギ血清を除去するために、1×PBSでセクションを洗ってください。
        2. 室温で90分間（10％ヤギ血清で100倍希釈1）一次抗体を用いて切片をインキュベートします。 1×PBS、3回、1回の洗浄あたり5分でセクションを洗ってください。
        3. アルミ箔で覆われた容器中で、室温で30分間（10％ヤギ血清で400希釈1）二次抗体を用いて切片をインキュベートします。 1×PBS、3回、1回の洗浄あたり5分でセクションを洗ってください。
        4. マウントカバーガラス上に、メディアをマウントして、スライドします。アルミホイルでカバーサンプルとは、一晩乾燥させます。
        5. 40X / 1.30油浸対物レンズとの共焦点顕微鏡を用いた画像。
      2. ホルマリン固定パラフィン包埋切片の場合：
        1. 脱ワックス部（及び再水和）水エタノールの割合を降順に（キシレン - 100％エタノール- 90％のエタノール - 80％エタノール - 70％エタノール - 水）。完全ソリューションでサンプルを沈めます。各脱ロウ工程は、3分でなければなりません。
        2. 30分間、1％過酸化水素で切片をインキュベートします。 5分間、1×PBS中でセクションを洗ってください。
        3. 20分間120℃（10 mlのクエン酸溶液を90 mlの水に溶解させた）クエン酸塩溶液中で切片をインキュベートします。スライドを室温で、一晩冷却させます。 1×PBS、3回、1回の洗浄あたり5分でセクションを洗ってください。
        4. 室温で1時間（1×PBSで希釈した）を、10％ヤギ血清中で切片をインキュベートします。ヤギ血清を除去するために、1×PBSでセクションを洗ってください。
        5. 室温で90分間（10％ヤギ血清で100倍希釈1）一次抗体を用いて切片をインキュベートします。 1×PBS、3回、1回の洗浄あたり10分でセクションを洗ってください。
        6. 室温で、30分間、HRP標識ポリマー（原液）を持つセクションをインキュベートします。 1×PBS、3回、1回の洗浄あたり10分でセクションを洗ってください。
        7. マイクロチューブに、1ミリリットルを組み合わせます色原体の1滴とDAB基質（3,3'-ジアミノベンジジン）。 15秒間この溶液でのセクションをインキュベートします - 5分（ブラウン色=正の信号）。
        8. 反応を停止するには、流水中でセクションを洗います。
        9. 5分間、ヘマトキシリン​​で核を対比染色。流水でセクションをすすぎます。
        10. 1分間、酸性アルコール溶液中で切片をインキュベートします。流水でセクションをすすぎます。
        11. 2分間、スコットの水道水溶液中でセクションをインキュベートします。流水でセクションをすすぎます。
        12. オプション：1分間エオシンでセクションをインキュベートし、流水で洗います。
        13. キシレン、エタノールの上昇率のセクション脱水（ - 80％エタノール - 70％エタノール、90％エタノール - 100％エタノール - キシレン）。サンプルが完全に段あたり3分間水没されていることを確認。
        14. マウントカバーガラスに、取り付けメディアを使用して、スライドします。空気乾燥一夜。
        15. 40X / 1.30油浸対物レンズとの共焦点顕微鏡を用いた画像。
    2. 透過型電子顕微鏡（アンカリング線維を可視化するために）
      1. 72時間、2.5％グルタルアルデヒド中のサンプルを修正しました。
      2. 1×PBSで洗浄サンプル、3回、1回の洗浄あたり10分。
      3. 小片（1ミリメートル3）にカット。室温で1時間1％四酸化オスミウム、pHが7.4、でポストフィックスサンプル。蒸留水で洗浄サンプル。
        注意：四酸化オスミウムは、有毒、有毒であり、ドラフト内で慎重に処理しなければなりません。
      4. ステップごとに20分間上昇エタノール系列（アセトン - 50％エタノール - 75％エタノール - 95％エタノール - - 100％エタノール、25％エタノール）を介して試料を脱水。
      5. 6一晩：1、続いて1時間、のために3：室温で30分間、その後、1：（1 1）アラルダイト樹脂：100％のアセトンに試料を浸漬することにより潜入。 40°Cで1時間の新鮮なアラルダイト樹脂の第2の変更に続いて室温で2時間、新鮮なアラルダイト樹脂にサンプルを浸します。第三の新鮮なAを残します45℃で1時間raldite樹脂の変更とは、50℃で1時間のための第四の新鮮なアラルダイト樹脂の変更を残します。
      6. 重合を可能にするために、24時間、60℃でサンプルをインキュベートします。
      7. セクションサンプルを1μmの厚さの半薄切片を得るために、ガラスナイフを用いて。メチレンブルーで染色部分は、組織像を観察しました。セクション70nmの超薄切片を取得し、銅グリッド上に各セクションを収集するサンプル。
      8. 10分間、3％クエン酸鉛溶液、続いて15分間、5％酢酸ウラニル溶液で染色切片。
      9. 30,000Xの倍率で、透過型電子顕微鏡（100キロボルト）で画像を取得します。

結果

分子クラウディングは、特に、ECMの沈着を向上させることができた、線維芽細胞培養物対照と比較してより多くのコラーゲンI、IVおよびフィブロネクチン堆積（ 図1、細胞層を、 図1A、コラーゲンI、1B、コラーゲンIV、1C、フィブロネクチン）。脱細胞化の際には、線維芽細胞はケラチノサイト（ 図1、マ?...

ディスカッション

Enhanced extracellular matrix is obtained upon introduction of macromolecular crowders to cell culture, owing to the excluded volume effect which increases the propeptide cleavage by proteinases. This results in extracellular matrix, in particular collagen, to be processed faster and deposited on the culture surface. While other groups have obtained thick fibroblast cell layers, it involved a culture time of several weeks20. In contrast, MMC described in this Protocol, dramatically shortens the culture time wh...

開示事項

The authors have no conflicting interests to disclose.

謝辞

This work was supported by the Biomedical Research Council, Singapore through core support to the Institute of Medical Biology and grant SPF2013/005. M.R. was supported by a NUS Faculty Research Committee Grant (Engineering in Medicine) (M.R.) R-397-000-081-112, and the NUS Tissue Engineering Program (NUSTEP). The authors would like to thank Professor Irene Leigh for providing the collagen VII antibody. Electron microscopy work was carried out at the National University of Singapore Electron Microscopy Unit.

資料

NameCompanyCatalog NumberComments
Ascorbic acidWako013-12061Cell culture media additive
Cell culture inserts  (6-well format)Greiner Bio-One657610Organotypic cultures
Citrate solutionDakoS2369DakoCytomation Target Retrieval Solution Citrate, pH 6 (x10)
Collagen (rat tail)Corning354236Organotypic cultures
CnT-57CELLnTECCnT-57Cell culture media
DAB Substrate + chromogen kitDakoK3468Histology
Deep-well plate (6-well format)Corning355467Organotypic cultures
ECL detection reagentGE Healthcare Life SciencesRPN2106Amersham ECL Western Blotting Detection Reagent
Electron microscope (TEM) JEOL  JEM-1010 (100kV)Transmission electron microscopy
Fibroblast media (FM)High Glucose-DMEM + 10% Fetal Bovine Serum + 1% Penicillin Streptomycin
Ficoll PM70GE Healthcare Life Sciences17-0310-05Macromolecular crowder
Ficoll PM400GE Healthcare Life Sciences17-0300-05Macromolecular crowder
Keratinocyte serum-free media (KSFM)Life Technologies17005-042Cell culture media
Lysis bufferThermoFisher Scientific89900Lysis buffer for protein extraction. A protease inhibitor (Roche, #11836170001) was added to this lysis buffer. 
MicroscopeZeissLSM510Red, green and blue channels to visualize AF594, AF488 and DAPI fluorescent immunostainings (40X mag).
Mounting media (Hydromount)National DiagnosticsHS-106Fluorescent staining
Mounting media (Cytoseal)ThermoFisher Scientific8310-16Histology (HRP)
OCT compound (Tissue Tek)Sakura4583Embedding for cryotomy
Penicillin-streptomycin antibioticsSigma AldrichA5955Cell culture media additive
Primary antibodies
Anti-Collagen I antibodyAbcam#ab6308
Anti-Collagen Type IVNovocastra#NCL-COLL-IV
Anti-collagen VIILH7.2 (in house) 
Anti-Fibronectin antibodyAbcam#ab2413
Reducing agent ThermoFisher ScientificNP0009Western blot
Sample bufferThermoFisher ScientificNP0008Western blot
Secondary antibodies (Immunostaining)
4′,6-Diamidino-2-phenylindole dihydrochloride (DAPI)Sigma Aldrich#D9542
AlexaFluor 594 goat-anti-rabbitThermoFisher Scientific#A-11037 
AlexaFluor 594 goat-anti-mouseThermoFisher Scientific #A-11005
AlexaFluor 488 chicken-anti-rabbitThermoFisher Scientific#A-21441
AlexaFluor 488 goat-anti-mouseThermoFisher Scientific#A-11001
Secondary antibodies (HRP)DakoEnvision + System - HRP Labelled Polymer Anti-Rabbit and Anti-Mouseundiluted
Sodium deoxycholateProdotti Chimicie AlimentariDecellularization
Stratification media
Dulbecco's Modified Eagle's Medium Used during the air-liquid interface of organotypic cultures. This media is added to the outside of the cell-culture insert.
Ham’s F12   Used during the air-liquid interface of organotypic cultures. This media is added to the outside of the cell-culture insert.
10% fetal bovine serum Used during the air-liquid interface of organotypic cultures. This media is added to the outside of the cell-culture insert.
100 U/ml penicillin and 100 U/ml streptomycinUsed during the air-liquid interface of organotypic cultures. This media is added to the outside of the cell-culture insert.
0.4 mg/ml hydrocortisoneUsed during the air-liquid interface of organotypic cultures. This media is added to the outside of the cell-culture insert.
5 mg/ml insulinUsed during the air-liquid interface of organotypic cultures. This media is added to the outside of the cell-culture insert.
1.8·10-4 M adenine  Used during the air-liquid interface of organotypic cultures. This media is added to the outside of the cell-culture insert.
5 mg/ml transferrinUsed during the air-liquid interface of organotypic cultures. This media is added to the outside of the cell-culture insert.
2·10- 11 M triiodothyronine Used during the air-liquid interface of organotypic cultures. This media is added to the outside of the cell-culture insert.
TrypsinBiopolis Shared Facilities0.125% Trypsin/Versene   pH 7.0 + 0.3 Used to trypsinize cells

参考文献

  1. Breitkreutz, D., Mirancea, N., Nischt, R. Basement membranes in skin: unique structures with diverse functions. Histochem Cell Biol. 132 (1), 1-10 (2009).
  2. Lane, E. B., et al. mutation in the conserved helix termination peptide of keratin 5 in hereditary skin blistering. Nature. 356 (6366), 244-246 (1992).
  3. Fuchs, E., Raghavan, S. Getting under the skin of epidermal morphogenesis. Nat Rev Genet. 3 (3), 199-209 (2002).
  4. Niessen, C. M. Tight junctions/adherens junctions: basic structure and function. J Invest Dermatol. 127 (11), 2525-2532 (2007).
  5. Jarvelainen, H., Sainio, A., Koulu, M., Wight, T. N., Penttinen, R. Extracellular matrix molecules: potential targets in pharmacotherapy. Pharmacol Rev. 61 (2), 198-223 (2009).
  6. Schaefer, L., Schaefer, R. M. Proteoglycans: from structural compounds to signaling molecules. Cell Tissue Res. 339 (1), 237-246 (2010).
  7. Frantz, C., Stewart, K. M., Weaver, V. M. The extracellular matrix at a glance. J Cell Sci. 123 (Pt 24), 4195-4200 (2010).
  8. Ghalbzouri, A., Jonkman, M., Dijkman, R., Ponec, M. Basement membrane reconstruction in human skin equivalents is regulated by fibroblasts and/or exogenously activated keratinocytes. J Invest Dermatol. 124 (1), 79-86 (2005).
  9. Lareu, R. R., Arsianti, I., Harve, K. S., Peng, Y. X., Raghunath, M. In Vitro Enhancement of Collagen Matrix Formation and Crosslinking for Applications in Tissue Engineering--a Preliminary Study. Tiss Eng. 13 (2), 385-391 (2007).
  10. Lareu, R. R., et al. Collagen matrix deposition is dramatically enhanced in vitro when crowded with charged macromolecules: the biological relevance of the excluded volume effect. FEBS Lett. 581 (14), 2709-2714 (2007).
  11. Lareu, R. R., Harve, K. S., Raghunath, M. Emulating a crowded intracellular environment in vitro. dramatically improves RT-PCR performance. Biophys Biochem Res Comm. 363 (1), 171-177 (2007).
  12. Harve, K. S., Ramakrishnan, V., Rajagopalan, R., Raghunath, M. Macromolecular crowding in vitro as means of emulating cellular interiors: when less might be more. Proc Natl Acad USA Sci. 105 (51), E119 (2008).
  13. Chen, C., et al. The Scar-in-a-Jar: Studying antifibrotic lead compounds from the epigenetic to extracellular level in a single well. Br J Pharmacol. 158 (5), 1196-1209 (2009).
  14. Harve, K. S., Lareu, R., Rajagopalan, R., Raghunath, M. Understanding how the crowded interior of cells stabilizes DNA/DNA and DNA/RNA hybrids-in silico predictions and in vitro evidence. Nucleic Acids Res. 38 (1), 172-181 (2009).
  15. Satyam, A., et al. Macromolecular crowding meets tissue engineering by self-assembly: A paradigm shift in regenerative medicine. Adv Mat. 26 (19), 3024-3034 (2014).
  16. Chen, C. Z. C., Loe, F., Blocki, A., Peng, Y., Raghunath, M. Applying macromolecular crowding to enhance extracellular matrix deposition and its remodeling in vitro for tissue engineering and cell-based therapies. Adv Drug Deliv Rev. 63 (4-5), 277-290 (2011).
  17. Rashid, R., et al. Novel use for Polyvinylpyrrolidone as a Macromolecular Crowder for Enhanced Extracellular Matrix Deposition and Cell Proliferation. Tiss Eng C. , (2014).
  18. Dewavrin, J. Y., Hamzavi, N., Shim, V. P. W., Raghunath, M. Tuning the Architecture of 3D Collagen Hydrogels by Physiological Macromolecular Crowding. Acta Biomaterialia. 10 (10), 4351-4359 (2014).
  19. Dewavrin, J. Y., et al. Synergistic Rate Boosting of Collagen Fibrillogenesis in Heterogeneous Mixtures of Crowding Agents. J Phys Chem B. 119 (12), 4350-4358 (2015).
  20. Auger, F. A., Berthod, F., Moulin, V., Pouliot, R., Germain, L. Tissue engineered skin substitutes: from in vitro constructs to in vivo applications. Biotechnol Appl Biochem. 39, 263 (2004).
  21. Chen, B., et al. Macromolecular crowding effect on cartilaginous matrix production: a comparison of two-dimensional and three-dimensional models. Tiss Eng Part C Methods. 19 (8), 586-595 (2013).
  22. Zeiger, A. S., Loe, F. C., Li, R., Raghunath, M., van Vliet, K. J. Macromolecular crowding directs extracellular matrix organization and mesenchymal stem cell behavior. PLOS One. 7 (5), e37904 (2012).
  23. Kumar, P., et al. Macromolecularly crowded in vitro microenvironments accelerate the production of extracellular matrix-rich supramolecular assemblies. Scientific Reports. 5, 8729 (2015).
  24. Ang, X. M., et al. Macromolecular crowding amplifies adipogenesis of human bone marrow-derived MSCs by enhancing the pro-adipogenic microenvironment. Tiss Eng Part A. 20 (5-6), 966-981 (2014).
  25. Peng, Y. X., et al. Human Fibroblast Matrices Bioassembled Under Macromolecular Crowding Support Stable Propagation Of Human Embryonic Stem Cells. J Tiss Eng Regen Med. 6 (10), e74-e84 (2012).
  26. Benny, P., Badowski, C., Lane, E. B., Raghunath, M. Making More Matrix: Enhancing the deposition of dermal-epidermal junction components in vitro and accelerating organotypic skin culture development, using macromolecular crowding. Tiss Eng A. 21 (1-2), 182-192 (2015).

転載および許可

このJoVE論文のテキスト又は図を再利用するための許可を申請します

許可を申請

さらに記事を探す

114 2 I IV VII in vitro

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

個人情報保護方針

利用規約

一般データ保護規則

お問い合わせ

図書館への推薦

JoVE ニュースレター

研究

教育

著者

図書館員

JoVEについて

Copyright © 2023 MyJoVE Corporation. All rights reserved