확립된 쥐 콜로노이드에 대한 시험관 내 장 염증의 상피 효과 연구

요약

우리는 3차원 결장류의 발달을 위한 쥐 결장 선와(miline colonic crypt)의 분리를 자세히 설명하는 프로토콜을 설명합니다. 확립된 콜로노이드는 염증성 챌린지를 받거나 상피 단층을 형성하도록 지시되기 전에 숙주 상피의 세포 구성을 반영하도록 최종적으로 분화될 수 있습니다.

초록

장 상피는 인체 건강에 필수적인 역할을 하며 숙주와 외부 환경 사이에 장벽을 제공합니다. 이 매우 역동적인 세포층은 미생물과 면역 집단 사이의 첫 번째 방어선을 제공하고 장 면역 반응을 조절하는 데 도움이 됩니다. 상피 장벽의 파괴는 염증성 장 질환(IBD)의 특징이며 치료 표적화에 관심이 있습니다. 3차원 결장 배양 시스템은 IBD 발병기전에서 장 줄기 세포 역학 및 상피 세포 생리학을 연구하는 데 매우 유용한 시험관 내 모델입니다. 이상적으로는 동물의 염증이 있는 상피 조직에서 콜로노이드를 확립하는 것이 질병에 대한 유전적 및 분자적 영향을 평가하는 데 가장 유익할 것입니다. 그러나, 우리는 생체 내 상피 변화가 급성 염증이 있는 마우스에서 확립된 콜로노이드에서 반드시 유지되는 것은 아니라는 것을 보여주었습니다. 이러한 한계를 해결하기 위해 우리는 IBD 동안 일반적으로 상승하는 염증 매개체의 칵테일로 콜로노이드를 치료하는 프로토콜을 개발했습니다. 이 시스템은 다양한 배양 조건에 유비쿼터스로 적용될 수 있지만, 이 프로토콜은 차별화된 콜로노이드와 확립된 콜로노이드에서 파생된 2차원 단층 모두에 대한 처리를 강조합니다. 전통적인 배양 환경에서 콜로노이드는 장내 줄기 세포가 풍부하여 줄기 세포 틈새를 연구하기에 이상적인 환경을 제공합니다. 그러나 이 시스템은 장벽 기능과 같은 장 생리학의 특징을 분석할 수 없습니다. 또한, 전통적인 콜로노이드는 전염증성 자극에 대한 말단적으로 분화된 상피 세포의 세포 반응을 연구할 기회를 제공하지 않습니다. 여기에 제시된 방법은 이러한 제한 사항을 해결하기 위한 대체 실험 프레임워크를 제공합니다. 2차원 단층 배양 시스템은 또한 생체 외에서 치료 약물 스크리닝을 위한 기회를 제공합니다. 이 편광된 세포층은 세포의 기저부에 있는 염증 매개체로 치료할 수 있으며 IBD 치료에서의 유용성을 결정하기 위해 정점적으로 추정 치료제와 병행할 수 있습니다.

서문

염증성 장 질환(IBD)은 염증 및 임상적 정지 에피소드를 특징으로 하는 만성, 완화 및 재발성 질환입니다. IBD의 병인은 다인성이지만, 이 질환의 주요 특징은 상피 구획 내에서 활성화된 전염증성 신호 캐스케이드 외에도 장벽 기능 결함과 장 상피의 투과성 증가를 포함한다 ^1,2. 염증의 세포 배양 및 쥐 모델을 포함하여 IBD 동안 상피 반응을 요약하기 위해 여러 시험관 내 및 생체 내 모델이 사용되었습니다³. 그러나, 이들 모든 시스템은 IBD⁴ 동안 상피 변화를 요약하는 능력을 제한하는 중요한 단점을 가지고 있다. IBD 연구에 사용되는 대부분의 세포주는 형질전환되고, 단층을 형성할 수 있는 능력을 가지며,³개를 분화시킬 수 있지만 숙주에서 형질전환되지 않은 장 상피 세포와 본질적으로 다르게 증식합니다. 염증의 여러 다른 쥐 모델이 IBD를 연구하는 데 사용되며, 그 중 일부는 녹아웃 모델, 감염성 모델, 화학적 염증 모델 및 T 세포 전달 모델

프로토콜

본원에 기술된 쥐 조직을 이용한 모든 실험은 피츠버그 대학교의 임상시험심사위원회에 의해 승인되었고, 피츠버그 대학교 및 UPMC의 동물 연구 및 관리 위원회에 의해 제시된 가이드라인에 따라 수행되었다.

1. 문화 준비

참고: 모든 시약은 재료 표 섹션에 나열되어 있으며 모든 용액 조성은 용액 조성 표(표 1)에서 찾을 수 있습니다.

1. 표 1에 기재된 바와 같이 마우스 세척 배지를 준비한다. 4°C에서 최대 2개월까지 보관하세요.
2. 표 1에 설명된 대로 크립트 격리 버퍼 1(CIB1)을 준비합니다. 4°C에서 최대 2개월까지 보관하세요.
   주의 : Dithiothreitol (DTT)은 섭취시 잠재적 인 급성 독성과 해당 부위에 노출되면 피부와 눈이 손상되기 때문에 OSHA 위험 커뮤니케이션 표준에 따라 위험한 것으로 간주됩니다. 이 화학 물질을 취급할 때는 보호 장갑, 보안경 및 안면 보호구를 사용해야 합니다.
3. 표 1에 설명된 대로 크립트 격리 버퍼 2(CIB2....

토론

오가노이드 개발은 과학계가 접시에 담긴 동물이나 인간의 세포 구조와 기능을 부분적으로 요약할 수 있는 능력으로 체외에서 장기 시스템을 연구하는 방식에 혁명을 일으켰습니다. 또한, 질병이 있는 인간에게서 파생된 오가노이드 시스템은 치료 의사 결정을 안내할 수 있는 개인화된 의학을 위한 유망한 도구를 제공합니다. 여기에서는 잘 작동하는 크립트 격리 프로토콜에 대해 설명하?.......

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
0.4-μM transparent transwell, 24-well	Greiner Bio-one	662-641
15-mL conical tubes	Thermo Fisher	12-565-269
50-mL conical tubes	Thermo Fisher	12-565-271
70-μM cell strainer	VWR	76327-100
Advanced DMEM/F12	Invitrogen	12634-010	Stock Concentration (1x); Final Concentration (1x)
B-27 supplement	Invitrogen	12587-010	Stock Concentration (50x); Final Concentration (1x)
Chopsticks Electrode Set for EVO	World Precision Instruments	STX2
Corning Matrigel GFR Membrane Mix	Corning	354-230	Stock Concentration (100%); Final Concentration (100%)
Dithiothreitol (DTT)	Sigma-Aldrich	D0632-5G	Stock Concentration (1 M); Final Concentration (1.5 mM); Solvent (ultrapure water)
DMEM high glucose	Thermo Fisher	11960-069	Stock Concentration (1x); Final Concentration (1x)
Dulbecco's phosphate-buffered saline without Calcium and Magnesium	Gibco	14190-144	Stock Concentration (1x); Final Concentration (1x)
Ethylenediaminetetraacetic acid (ETDA)	Sigma-Aldrich	E7889	Stock Concentration (0.5 M); Final Concentration (30 mM)
Fetal Bovine Serum	Bio-Techne	S11150H	Stock Concentration (100%); Final Concentration (1%)
Fisherbrand Superfrost Plus Microscope Slides, White, 25 x 75 mm	Thermo Fisher	12-550-15
G418	InvivoGen	ant-ga-1	Final Concentration (400 µg/µL)
Gentamicin Reagent	Gibco/Fisher	15750-060	Stock Concentration (50 mg/mL); Final Concentration (250 μg/mL)
GlutaMAX-1	Fisher Scientific	35050-061	Stock Concentration (100x); Final Concentration (1x)
HEPES 1 M	Gibco	15630-080	Stock Concentration (1 M); Final Concentration (10 mM)
hIFNγ	R&D Systems	285-IF	Stock Concentration (1000 ng/µL); Final Concentration (10 ng/mL); Solvent (ultrapure water)
hIL-1β	R&D Systems	201-LB	Stock Concentration (10 ng/µL); Final Concentration (20 ng/mL); Solvent (ultrapure water)
hTNFα	R&D Systems	210-TA	Stock Concentration (10 ng/µL); Final Concentration (40 ng/mL); Solvent (ultrapure water)
Hydrogen Peroxide	Sigma	H1009	Stock Concentration (30%); Final Concentration (0.003%); Solvent (Mouse wash media)
Hygromycin B Gold	InvivoGen	ant-hg-1	Final Concentration (400 µg/µL)
L-WRN Cell Line	ATCC	CRL-3276
mEGF	Novus	NBP2-35176	Stock Concentration (0.5 µg/µL); Final Concentration (50 ng/mL); Solvent (D-PBS + 1% BSA)
N-2 supplement	Invitrogen	17502-048	Stock Concentration (100x); Final Concentration (1x)
N-Acetyl-L-cysteine	Sigma	A9165-5G	Stock Concentration (500 mM); Final Concentration (1 mM); Solvent (ultrapure water)
Noggin	Peprotech	250-38	Stock Concentration (0.1 ng/µL); Final Concentration (100 ng/mL); Solvent (UltraPure water + 0.1% BSA)
Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL)	Thermo Fisher	15140-122	Stock Concentration (100x); Final Concentration (1x)
Petri dishes (sterilized; 100 mm x 15 mm) Polystrene disposable	VWR	25384-342
Polystyrene Microplates, 24 well tissue culture treated, sterile	Greiner Bio-one	5666-2160
R-Spondin	R&D Systems	3474-RS-050	Stock Concentration (0.25 µg/µL); Final Concentration (500 ng/mL); Solvent (D-PBS + 1% BSA)
Tryp LE Express	Thermo Fisher	12604-013	Stock Concentration (10x); Final Concentration (1x); Solvent (1 mM EDTA)
UltraPure Water	Invitrogen	10977-023	Stock Concentration (1x); Final Concentration (1x)
Y-27632 dihyddrochloride	Abcam	ab120129	Stock Concentration (10 mM); Final Concentration (10 µM); Solvent (UltraPure Water)