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このプロトコルには、正常に腸内阻の豚のモデルを確立、その後分離し、損傷上皮修復の研究のための腸幹細胞の培養に読者が有効になります。
腸管虚血の罹患率と人間および獣医の患者の死亡率の主要な原因のまま。腸への血液供給、そのため酸素が減少、多くの病気プロセスは腸管虚血の結果します。これは腸の壁損失および根本的なティッシュへの損傷につながる。小腸幹細胞 Lieberkühn の陰窩の基部に存在する、恒常性と次の傷害の間に腸内のリニューアルを担当。細胞培養の技術前のヴィヴォは三次元上皮器官のようなシステムの成長を支える培養条件を確立することによって上皮幹細胞の相互作用の研究のため許可されている ("enteroids"と呼ばれる"colonoids「小規模および大規模な腸からそれぞれ).これらの enteroids はクリプトと絨毛のようなドメインの構成とすべての上皮内で見つかった細胞の種類を格納する成熟しました。歴史的に、マウスモデルは腸管を研究に利用されています。しかし、ブタのモデルは、サイズと同様に消化管の解剖学と人間の生理学の類似性を含むいくつかの利点を提供しています。ブタのモデルを活用し、我々 は、分節ループ腸管虚血の単一動物の内で作成することができます、異なる研究時間虚血性損傷のポイントおよびin vivoを修復プロトコルを確立します。また、述べるを分離し、腸管の虚血性のループから腸幹細胞の培養上皮修復、幹細胞によって変調に関する継続的な研究を可能にする前のヴィヴォ。
腸管の虚血性損傷、削減や腸への血流の完全閉塞による酸素濃度の低下の可用性の結果人間と動物の患者1,2死亡率と罹患率の重要な原因のまま。虚血性損傷、その後炎症と細胞浸潤は粘膜バリア妥協に します。粘膜のバリアは、全身循環3,4にバクテリアル トランス ロケーションと関連付けられた毒素の予防に重要です。虚血性の組織の後の再灌流は、損傷損傷5を悪化させ、活性酸素種の形成で起因できます。腸管虚血はほとんど予防できるため、ほとんどの現在の研究は早期虚血と再灌流傷害またはターゲットの粘膜修復を低減する新規治療法の開発のための技術の進展にきました。
動物モデルは、虚血再灌流障害の基本的な科学知識を展開し、トランスレーショナルリサーチの命令のままに広く使用されています。齧歯動物モデルは能力を遺伝子操作6をすることのための最も広く使用されています。ただし、最近では人間7、8に豚の解剖学的および生理学的類似点を含む利点の数が多いため将来の橋渡し研究の大動物モデル、特に豚の使用が提唱されています。さまざまな傷害モデルは虚血再灌流障害を研究し、完全な血管閉塞、低流量虚血腸間膜血管閉塞などが開発されています。これらのモデルの完全なレビューは、著者らが最近レビュー3に読者を誘導するただしこの記事の領域外です。
体内モデルに加えて細胞培養システム前のヴィヴォの使用は、腸管の恒常性と損傷修復を検討する有望なツールを提供しています。小腸幹細胞は、細胞の増殖と腸の上皮粘膜の売り上げ高。通常または傷つけられた腸から分離された腸幹細胞は文化で維持できるし、ツールまたは幹細胞と上皮細胞生物学を研究するためのモデルとして役立ちます。メソッドを特定し、これらの三次元培養システム (enteroids と colonoids それぞれ大・小腸から派生する場合と呼ばれる) さまざまな種および器官システム9,10 の記載されています。 ,11,12,13。具体的には、消化管の内でこれら文化システムはモデル消化器疾患がん、病原体感染症や炎症性腸疾患14などに使用されています。この時、分離および任意の種 ischemically 負傷した小腸から腸幹細胞の維持を記述するレポートはございません。したがって、ここで述べる小説、大動物モデルの再現可能な傷害との追加研究のため通常と ischemically 負傷者の腸から腸幹細胞を分離する能力に起因する腸管虚血のプロセス回復前のヴィヴォ。
これらの実験すべての動物の研究は、制度的動物ケアおよび使用委員会 (IACUC) ノースカロライナ州立大学のによって承認されました。
1. 文化のための準備
注: すべての試薬は、材料表に表示されます。特定の成長因子の濃度は表 1に示します。
2. 手術モデルの虚血およびティッシュのコレクション
3. クリプト (幹細胞) 虚血性から分離、制御ループ
完全な腸管虚血は、縫合またはクランプ図 1に示すように、血管の閉塞を利用して小さい腸のループで作成されました。クランプをリリースすることによって、必要な場合その後再灌流障害の追加研究のため許可、再灌流の制御された期間を実行できます。すべての動物は、安楽死まで最小限の合併症の中に生き残った。最も一般的な手術の合併症は、低血圧、ドブタミンなどの肯定的な心不全の補充で解決でした。
正しく実行すると、虚血性損傷は腸絨毛の先端で開始し、虚血の増加 (図 2) の期間として地下室内を移行します。手術の手技で 1 つよくある間違いは、血管の結紮または均等に固定されていない場合に発生します。結果は出血性虚血 (図 3)、薄肉静脈は動脈の組織に潜入する追加の血液を可能にする前に崩壊です。これは暗い紫漿膜面として (図 3、左) 完全虚血 (図 3右) の中に淡い表面と比較して著しく見られます。
次の虚血性腸ループの除去は、腸陰窩を次の解離プロトコル (図 4) 分離しました。予想通り、もっとひどく傷つけられた縦長から陰窩が壊れていた頻繁 (f; フラグメント) クリプト分数含まれる背景のより多くの細胞残骸なしを受けたそれらと比較されたとき、または軽度の損傷。プロトコルの中に重傷を負った腸を基になる組織に追加のダメージを避けるために軽く動揺する必要があります。さらにクリプト損傷と追加の途切れない EDTA を含む災害復旧ソリューションで終わる陰窩の大半で起因できる余りに大体揺れ。
メッキ、一度虚血のすべての時間の点から陰窩は存続し、(図 5) の文化で定着することができます。文化の通常、軽度破損腸陰窩をメッキするとき、24-48 時間以内の enterospheres フォーム。重度の虚血性損傷 (3 〜 4 h)、腸陰窩生き残るが、最初小さく球の形成に終って、破損しています。72 120 h enteroids は明白な中央ルーメンと新進構造より複雑になります。全体的にみて、陰窩の減らされた成長効率だけでなく、重度の損傷した腸管組織 (ゴンザレス、L.M.、未発表データ、2017) から派生した enteroids の大きさを減少があります。
図 1: ブタモデルにおける完全腸管虚血の外科モデル。A) 通常豚腸が体外します。B) 腸間膜血管は、腸管虚血を作成する縫合糸で結紮されています。C) 必要な場合は組織再灌流、ブルドッグ血管クランプを使って作成した虚血。D) 腸血管血管クランプの除去の直後します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 2: 上皮損傷完全腸管虚血の期間が長く、次の増加の組織学的証拠 (ヘマトキシリンとエオシン (H & E) 染色).被害は、単一の細胞上皮層、絨毛の鈍化、細胞損傷の重傷 (最大 4 時間) を基本のクリプトにまで拡張の漸進的な損失で絨毛の先端から始まります。100 μ m スケール バー。私 = 虚血。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 3: 出血性虚血の総, 組織学的証拠。A) 総写真出血性虚血 (左ループ) と完全な虚血 (右のループ) を比較します。血管が結紮、均等にクランプ、血は追加の炎症や損傷の結果、組織に潜入する続行できます。1-4 h からの期間の延長の出血性虚血の B) H & E の画像。完全虚血で見られる細胞損傷、に加えて周囲の粘膜内で赤血球細胞浸潤の証拠があります。100 μ m スケール バー。私 = 虚血。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 4: 虚血性と通常の腸管から分離された腸陰窩の因数。完了すると、そのまま腸陰窩 (アスタリスク) を腸のループから分離しました。予想通り、もっとひどく傷つけられた時点から陰窩が壊れていた頻繁 (f; フラグメント) クリプト分数含まれる背景のより多くの細胞残骸なしを受けたそれらと比較されたとき、または軽度の損傷。100 μ m スケール バー。私 = 虚血。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 5: 小腸虚血性ループからの分離に続く腸管幹細胞成長の時間コース。通常腸陰窩は、文化でメッキされた、24-48 時間以内 enterospheres が形成されます。重度の虚血性損傷 (3 〜 4 h)、陰窩生き残るが、はるかに小さい球を最初に形成します。72 120 h enteroids は明白な中央ルーメンと新進構造より複雑になります。20 μ m スケール バーの断りのない限り。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
成長因子 | 希釈剤 | ストック濃度 | 株式の希薄化 | 希釈作業 |
R Spondin | PBS | 100 X | 100 μ g/ml | 1 μ g/ml |
酒を飲むこと | SW/0.1%BSA | 1000 X | 100 μ g/ml | 100 ng/ml |
EGF | 10 mM 酢酸 | 10,000 X | 500 μ g/ml | 50 ng/ml |
A-83-01 | DMSO | 1000 X | 500 Μ M | 500 nM |
SB202190 | DMSO | 3000 X | 30 mM | 10 Μ M |
ニコチン酸アミド | SW | 1000 X | 1 M | 1 mM |
ガストリン | PBS | 10,000 X | 100 Μ M | 10 nM |
Y-27632 | PBS | 1000 X | 10 mM | 10 Μ M |
LY2157299 | DMSO | 10,000 X | 5 mM | 0.5 Μ M |
CHIR99021 | PBS | 1000 X | 2.5 mM | 2.5 Μ M |
Wnt3a | PBS | 2000 X | 200 μ g/ml | 100 ng/ml |
表 1: 成長因子試薬テーブル。成長因子原液とこのプロトコルで使われる作業ソリューションの概要です。
分節の腸管虚血の豚のモデルの開発は同じ動物の内で組織の損傷の複数の時点の研究により以前のマウス モデルを拡張します。このプロトコルの適切な血管結紮術、組織再灌流成功したクリプト細胞培養などのいくつかの重要な論点があります。
適切な血管結紮術は、完全虚血のモデルの作成に不可欠です。縫合糸を均等に縛らまたはクランプない完全からの血を強化した場合肉厚動脈組織を入力し続けるかもしれないし、薄肉静脈の崩壊のため終了できません。その他の組織の損傷を引き起こしている粘膜に血液の血管外漏出でこの結果します。しかし、検討している虚血性損傷の種類に応じて完全なまたは出血性虚血を必要があります。たとえば、小腸移植の過程で、腸は完全に完全な腸管虚血につながるプロシージャの段階で切除血管 (動脈、静脈) から区切られます。また、ただし、腸軸捻転などのイベント中に腸間膜をねじったり、静脈還流はしばしば妨げられる最初、妨げられる、従って作成する動脈供給される前に組織内で追加の血液につながる出血性虚血。
虚血傷害の結果は絨毛の先端から始まる地下3の基盤にまで拡張し、組織の損傷。虚では、アデノシン三リン酸の形でエネルギーが使用され続けているし、代謝産物ヒポキサンチンを生成します。組織は骨格の酸素と、ヒポキサンチン キサンチン酸化酵素によって代謝されるとなるし、粘膜傷害と好中球17,18の損傷組織の魅力につながる活性酸素フリーラジカルを生成します。キサンチン酸化酵素の様々 な表現と同様、粘膜の血管構築の種の違いにより再灌流傷害3の度合い。虚血再灌流の猫、齧歯動物モデルが活性酸素代謝物19,20から再灌流障害が発生しやすい。対照的に、豚が少ないキサンチンオキシダーゼしたがって少ない再灌流障害より人間の腸管虚血21に匹敵するこのモデルを作るが見つかりました。この時、ノックアウトまたは腸管損傷を研究するトランスジェニック モデルの使用記載されていない、これはこのモデルの主要な制限を作るします。適切な動物モデルの選択は病気プロセスに依存または特定条件研究者は研究に望みます。たとえば、6 h まで虚血性損傷のモデルは、マウスモデルで最も虚血性のプロシージャは 45-60 分の23に対し説明22をされています。
ノーマルと ischemically ダメージの腸から腸陰窩の分離を成功させる文化の上皮の回復に関することができます。このシステムにより、上皮だけでない血管供給または考慮する免疫細胞のコンポーネントがある、一意に焦点を当てる研究員です。これは上皮細胞の相互作用と異なる成長因子、または培養液を継ぎ足すことによって手術または次のクリプト分離中に投与治療への応答の他の損傷の回復を検討する機会を提供しています。この手順の最も困難なまま、ひどく傷つけられたループからの隔離を必要と穏やかな揺れと EDTA を含むソリューションの迅速な除去陰窩が持っている場合になる途中で解離。腸のこれらのループが徹底的に洗浄されていない、陰窩でが文化に汚染されてしまう可能性があります。その結果、抗生物質抗真菌薬ソリューションは、IESC メディアに加えて両方の DR ソリューションに追加されました。別の論点は通常のコントロールとして収集腸に焦点を当てください。動物は可能な二次虚血、炎症性メディエーターを循環の可能性と一緒に、全身組織灌流をもつ麻酔を受けるも「普通の」コントロール組織は真のコントロールを表さない場合があります。これらの実験の制御組織登場肉眼的および病理組織学的に匹敵する組織虚血 (ゴンザレス、L.M.、未発表データ、2017) 他の実験を受けていない動物から注意です。
要約すると、このメソッドは、密接に人間の虚血性損傷での動作をモデル化するブタ腸管虚血の再現モデルをについて説明します。さらに、虚血性ループから腸幹細胞の隔離を記述、上皮修復と文化での治療可能な応答を研究するのに役立ちます。
著者が明らかに何もありません。
このプロジェクトは、NIH の K01OD0199、NIH T32 OD011130、NIH の P30DK034987、臨床科学部普及資金に支えられ
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Phosphate Buffered Saline, Ca2+, Mg 2+ free | Fisher Scientific | BP-399 | Dilute 1:10 |
Distilled, deionized water (ddH2O) | Used to prepare EDTA and PBS | ||
Dimethyl Sulfoxide (DMSO) | Thermo Scientific | 20688 | |
Ethylenediamene tetraacetic acid (EDTA) | Sigma Aldrich | ED45 | Make fresh before each experiment; pH 7.4 |
1,4-Dithiothreitol (DTT) | Sigma Aldrich | 646563 | |
Y-27632 | Sigma Aldrich | Y0503 | |
Advanced DMEM/F12 | Life Technologies | 12634-010 | |
N2 Supplement | Life Technologies | 17502-048 | |
B-27 Supplement | Life Technologies | 12587-010 | |
HEPES | Life Technologies | 15630-106 | |
Glutamax | Life Technologies | 35050-061 | |
Penicillin/Streptomycin/Amphotericin B | Gibco | 15240-096 | Anti-Anti solution |
Recombinant human Wnt-3a | R & D Systems | 5036 WN/CF | |
Recombinant human Rspondin1 | R & D Systems | 4645- RS | |
Recombinant human Noggin | R & D Systems | 6057-NG | |
Recombinant human EGF | R & D Systems | 236-EG | |
LY2157299 | SelleckChem | 52230 | |
CHIR99021 | Cayman Chemical | 13122 | |
Human [leu]15-Gastrin 1 | Sigma Aldrich | G9145 | |
SB202190 | Sigma Aldrich | 57067 | |
A83-01 | Tocris | 2939 | |
Nicotinamide | Sigma Aldrich | N0636 | |
Acetic Acid | Sigma Aldrich | 695092 | |
Water, WFI Quality | Corning, Inc. | 25-055-CM | Referred to as sterile water (SW); for growth factor stocks |
Bovine Serum Albumin (BSA) | Sigma Aldrich | A2153 | |
Matrigel Matrix, GFR | Corning, Inc. | 356231 | Phenol red free |
24 Well Culture Dish | Corning, Inc. | 3524 | |
Conical Tube, 50 ml | Corning, Inc. | 430828 | |
Scalpel Handle | World Precision Instruments | 500236 | |
Carbon Steel Surgical Blade, No. 10 | World Precision Instruments | 504169 | |
Tissue Forceps | World Precision Instruments | 15918 | |
Debakey Tissue Forceps | World Precision Instruments | 501239 | |
Mayo Scissors | World Precision Instruments | 501752 | Curved or straight |
Metzenbaum Scissors | World Precision Instruments | 501739 | |
Mosquito Forceps, Curved | World Precision Instruments | 503724-12 | Curved or straight (503728-12) |
Hopkins Bulldog Clamp | Stoelting Co. | 52120-40P | Straight |
Silk, 2-0 | Henry Schein | 685S-BUT | Any similar brand is acceptable |
Towel Clamps | World Precision Instruments | 501700 | |
Needle Holder | World Precision Instruments | V503382 | |
Wire suture, 20 gauge | Henry Schein | 19075 | Cut and straighten before use. |
Surgical Towels | Henry Schein | ST1833 | Any similar product is acceptable. |
Lactated Ringers Solution | Henry Schein | 9851 | |
Chlorhex antiseptic scrub (4%) | Henry Schein | VINV-CHMX-SCRB | Any similar brand is acceptable |
Isopropyl Alcohol 70% | Henry Schein | MS071HS | Any similar brand is acceptable |
IV catheter, 22 gauge | Henry Schein | 2225PUR | May need 20g or 24 g depending on size of the vein |
Xylazine (100 mg/ml) | Henry Schein | 33198 | |
Ketamine (100 mg/ml) | Henry Schein | 11695-6835-1 | Controlled medication |
Isoflurane solution | Henry Schein | 10015516 | |
Pentobarbital (Fatal Plus Euthanasia Solution (390 mg/ml)) | Vortech Pharm. | Multiple brands of Pentobarbital Sodium available. | |
Heating pad | Gaymar | Tpump Core Warming System; others are available. | |
Mindray Datascope Monitor | Mindray North America | Any equivalent piece of monitoring equipment acceptable | |
Vaporizer | Vetland Medical | Recommended to use a Circle System w/ Y piece; multiple suppliers available. | |
Fluid Pump | Abbott Hospira | Plum A+; Any similar manufacturer is recommended. |
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