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Method Article
이 프로토콜은 쥐 모델에서 최적화된 2단계 콜라겐분해효소 간 관류 기술을 제시하고 3D 오가노이드의 시험관 장기 배양을 위해 분리된 간세포의 사용을 보여줍니다.
원발성 간세포는 체외 간 관련 연구에 일반적으로 사용되는 도구입니다. 그러나 이러한 세포의 유지 관리는 배양에서 형태, 생존력 및 기능성의 급속한 손실로 인해 항상 어려운 과제였습니다. 장기 배양에 대한 최근의 접근 방식은 3차원(3D) 오가노이드를 생성하는 것인데, 이는 간의 놀라운 자체 재생 능력을 기반으로 접시의 조직을 재현할 수 있는 시험관 내 도구입니다. 발표된 프로토콜은 1차 성인 간세포(Hep-Org)에서 장기적으로 기능하는 3D 오가노이드를 얻도록 설계되었습니다. 3D 오가노이드 최첨단 도구에는 성인 조직에서 세포를 분리할 수 있는 기능이 필요하며, 이 초기 단계는 고품질 최종 결과를 위해 매우 중요합니다. 1970년대에 도입된 2단계 콜라겐분해효소 관류는 여전히 단일 간세포를 얻기 위한 유효한 절차입니다. 본 논문은 수술 절차의 모든 중요한 단계를 설명하여 쥐 모델에서 1차 간세포 분리 절차를 최적화하는 것을 목표로 합니다. 또한 성공적인 절차의 가능성을 높이고 고품질 결과를 보장하기 위해 PREPARE 지침에 특별한 주의를 기울이고 있습니다. 상세한 프로토콜을 통해 연구자들은 1차 성체 쥐 간세포에서 3D 오가노이드를 확립하기 위한 다운스트림 작업을 가속화하고 최적화할 수 있습니다. 2D 간세포와 비교했을 때, Hep-Org는 15일째에도 여전히 생존 가능하고 활발하게 증식하여 장기적인 잠재력을 보여주었습니다.
원발성 간세포는 체외 간 관련 연구에서 중요하고 널리 사용되는 도구입니다. 그러나 그들의 확장과 유지는 역사적으로 도전적이었으며, 배양에서 며칠 후에 형태와 기능을 잃기 때문에1. 2D 배양은 특히 다각형 모양과 분화된 정점 및 기저막이 있는 편광 구조를 가진 간세포에 대한 제한 조건입니다. 실제로, 간세포가 플레이트에 부착되면 세포 간 및 세포와 세포외 기질(ECM) 간의 상호 작용이 제한된 편평한 세포골격을 유발하여 분극 및 관련 신호 전달 경로를 감소시키기 때문에 정상적인 활동을 방해합니다2.
이 방법의 한계를 우회하기 위해 Dunn과 동료3 는 먼저 콜라겐 이중층을 사용했습니다. "샌드위치 배양법"으로 알려진 이 배양 방법은 기질의 두 층 사이에 일차 간세포를 파종하는 것을 기반으로 합니다. 이 방법은 장기 배양, 다각형 형태학의 유지, 갓 분리한 간세포에 필적하는 전사 활성을 포함하여 많은 장점이 있습니다4. 동일한 원리에 기초한 유사한 방법으로, 밑받침은 마트리겔로 구성되고 콜라겐은 오버레이되는데, 이는 잘 확립된 운하 네트워크(canalicular network)5의 존재를 입증했다.
간세포 성장을 위한 샌드위치 배양법의 신뢰성에도 불구하고, 본 연구는 접시의 조직을 재현하는 데 사용되는 시험관 내 도구인 3D 오가노이드 배양을 설정하고 맞춤형 의학을 향한 잠재적인 다리를 형성하여 질병별 생물학적 통찰력을 생성하고, 분자 표적을 식별하고, 약물을 테스트하고, 바이오뱅크를 구축하고, 장기 칩6과 같은 혁신적인 기술에 대한 새로운 지평을 열 수 있기를 기대합니다. 1차 간세포는 "돔"으로 알려진 반구형 기질 액적에 내장되어 돔 내부의 오가노이드가 견고하게 성장할 수 있도록 하고 배양 배지에서 간세포 성장 인자(HGF) 및 표피 성장 인자(EGF)를 포함한 용해성 인자의 흐름을 보장했습니다. 이러한 성장 인자는 간세포의 생존을 보장하기 위해 신호 전달 경로를 직접 활성화한다7. 간 오가노이드는 일반적으로 배아 단계 또는 성체 쥐, 생쥐, 인간(및 개와 고양이) 간에서 분리된 줄기세포/전구세포에서 얻는다8. 3D 형태가 줄기세포의 성인 간세포로의 분화를 개선하더라도, 이 도구는 여전히 원래의 일차 조직(primary tissue)의 성숙도에는 미치지 못한다9. 이 문제를 극복하기 위해 2018년에 두 개의 다른 그룹 9,10이 동시에 성인 원발성 마우스 간세포(Hep-Orgs라고 함)에서 시작하는 3D 간 오가노이드의 장기 배양을 얻기 위한 프로토콜을 발표했습니다. 그들의 프로토콜은 간 재생의 증식 손상 반응을 요약하여 부분 간절제술 후 발생하는 높은 수준의 염증성 사이토카인을 가진 간세포를 성장시킵니다. 실제로, 위의 연구들은 간세포가 손상 후12 또는 담관세포 증식이 억제될 때 유관 상태로 전환될 수 있음을 보여준다13. 이분화능은 세포 가소성을 허용하며, 이는 오가노이드와 같은 복잡한 구조에 중요합니다. 따라서 이러한 프로토콜은 시험관 내에서 원발성 간세포를 확장할 수 없다는 문제를 극복합니다.
3D 오가노이드 최첨단 도구에는 성인 조직에서 세포를 분리할 수 있는 기능이 필요하며, 이 초기 단계는 고품질 최종 결과를 위해 매우 중요합니다. 3D 오가노이드 제제는 최근에 개발되고 있는 기술로 간주될 수 있지만(오가노이드 정의는 불과10 년 전에 Lancaster 14와 Huch15 에 의해 만들어졌기 때문에), 2단계 콜라겐분해효소 관류는 1970년대16에 Seglen이 도입한 오래된 절차입니다. 이 분야의 가장 최근 간행물에 초점을 맞추면, Ng17 및 Shen18 의 프로토콜은 쥐에서 절차를 수행하기 위한 황금 표준으로 간주될 수 있는 반면, Cabral19 및 Charni-Natan20 의 프로토콜은 쥐에서 절차를 수행하기 위한 황금 표준으로 간주될 수 있습니다. 연구자들이 3D 오가노이드를 개발하기 위해 최상의 세포외 기질(ECM) 및 성장 인자를 선택하는 데 집중하지만 부적절한 수술 절차, 낮은 간세포 생존율 및 수율 또는 높은 수준의 박테리아 오염과 같은 실패에 부딪히는 것은 드문 일이 아닙니다. 이러한 문제는 다운스트림 실험을 길어지게 하고 다음 실험에 필요한 동물의 수를 증가시킵니다. 반대로, 수술 및 격리 절차가 잘 설정되면 얻을 수 있는 생존 가능한 간세포의 수가 많아 엄청난 수의 오가노이드를 준비할 수 있으므로 동물의 사용을 제한할 수 있습니다. 현재 프로토콜은 주로 상용 솔루션을 사용하고 간에서 최적의 관류 및 소화 단계를 보장하는 정확한 포털 정맥 캐뉼레이션을 최적화하여 이러한 문제를 해결합니다.
동물 연구의 품질, 재현성 및 번역 가능성을 개선하기 위해 우리는 PREPARE 가이드라인: 동물에 대한 연구 계획 및 실험 절차: 우수성을 위한 권장 사항21을 신중하게 고려했습니다. 이러한 보고 지침은 계획을 통해 성공 가능성을 높이려고 하며 Russel and Burch의 3R(교체, 축소 및 개선)을 구현하는 데 중요한 단계를 나타냅니다. PREPARE 가이드라인은 각 개별 연구 프로젝트에 따라 다루어야 하는 15가지 주요 주제를 다룹니다. 프로젝트를 계획하고 준비하는 동안 중점을 둔 주제를 설명합니다.
본 연구는 연구자들이 다운스트림 작업을 가속화하고 최적화할 수 있도록 쥐 모델에서 수술의 중요한 단계를 철저하고 상세하며 결과적인 프로토콜로 설명하는 것을 목표로 합니다. 처음에 이러한 프로토콜에 접근했을 때 박테리아 오염, 낮은 간 소화 효율, 낮은 원발성 간세포 수율, 낮은 간세포 생존율 등의 문제를 경험했으며, 이는 기술의 성공에 쉽게 영향을 미칠 수 있습니다. 중요한 특징을 다루고 해결하는 방법을 보여주는 이 프로토콜은 원발성 쥐 간세포 분리 절차를 최적화했습니다. 쥐의 간 관류와 그에 따른 1차 성체 간세포 분리는 다양한 응용 분야에 대한 주요 예비 단계입니다. 특히, 이 프로토콜은 고품질의 고생존력이 높은 성인 간세포의 양호한 수율을 필요로 하는 모든 시술에 적합합니다. 프로토콜 결과는 간 생리학 및 병리학을 연구하기 위한 시험관 내 모델을 확립하는 데 적합합니다.
모든 절차와 동물 사육은 이탈리아 법률 및 유럽 공동체 지침의 지침에 따라 수행되었습니다. 실험 프로토콜은 법령 26/2014의 art.31에 따라 지역 동물 보호 위원회와 이탈리아 보건부(허가 번호 321/2022-PR)의 승인을 받았습니다.
1. 동물 시술 준비
참고: 매체 및 완충액 조성에 대해서는 표 1 을 참조하고 상업적 세부 사항에 대해서는 재료 표를 참조하십시오.
2. 간세포 분리를 위한 준비
3. 초기 동물 시술 및 마취
4. Cannulation와 간 관류
5. 간 소화
6. 간세포 정제
7. 간세포 배양 및 RNA 수집
설정 절차(단계 6.13)가 끝날 때 약 300g의 쥐의 간에서 분리할 때마다 최대 1 x 108 세포의 세포 수율을 얻었습니다. 78%와 97% 사이의 세포 생존율은 Trypan blue 계수에 의해 확립되었습니다.
이전 연구 1,18,19에서 이미 설명한 바와 같이, 배양 시 원발성 간세포는 형태, 간 특이적 ?...
3D 오가노이드는 개인 맞춤형 의학의 최전선이며 장기적인 간세포 배양을 가능하게 합니다. 이 혁신적인 기술의 품질은 생존 가능한 1차 간세포의 우수한 수율과 우수한 성능의 간 관류 및 간세포 분리를 필요로 합니다. 이 오래된 절차는 여전히 널리 사용됩니다. 그러나 도전적일 수 있는 다양한 단계로 구성됩니다. 시술에 접근하면서 우리는 박테리아 오염, 낮은 간 소?...
모든 저자는 모든 이해 상충을 공개했습니다.
EdU 증식 분석을 수행하는 데 도움을 주신 트리에스테 대학교 소렌티노 연구소의 Davide Selvestrel 박사와 Giovanni Sorrentino 교수님께 감사드립니다. 이 작업은 Banca d'Italia 임시 보조금과 교내 FIF 보조금의 지원을 받았습니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
A83-01- ALK5 Inhibitor IV | Twin Helix | T3031 | |
B27 | Thermofisher Scientific | 0080085SA | |
CFX Connect Real-Time PCR Detection System | Bio-Rad | ||
CHIR99021 | Twin Helix | T2310 | |
Click EdU Alexa 488 imaging kit | Thermofisher Scientific | C10499 | |
Collagen, Type I, solution from rat tail | Merck | C3867-1VL | |
Dexamethasone | Merck | D4902 | |
EGF | Merck | E9644 | |
Fetal bovine serum (FBS) | Euroclone | ECS0180L | |
GELTREX LDEV FREE RGF BME | Thermofisher Scientific | A1413202 | |
Heparin Sodium 25000 IU/5 ml | B. Braun Melsungen AG | B01AB01 | |
HGF | Peprotech | 100-39H | |
Insulin-Transferrin-Selenium solution 100x | Thermofisher Scientific | 41400045 | |
L-Glutamine solution | Euroclone | ECB3000D | |
Liver Digest Medium | Thermofisher Scientific | 17703-034 | |
Liver Perfusion Medium | Thermofisher Scientific | 17701038 | |
N2 supplement | Thermofisher Scientific | 17502048 | |
N-acetylcysteine | Merck | A9165 | |
Nicotinamide | Merck | N-0636 | |
Non-Essential Amino Acids | Merck | M7145 | |
Normocin | Aurogene | ant-nr-1 | |
PBS buffer 1X | PanReac AppliChem | A0964,9050 | |
Penicillin-streptomycin solution 100x | Euroclone | ECB3001D | |
Percoll | Santa Cruz | sc-296039A | |
Peristaltic pump | Ismatec™ | MS-4/12 Reglo Digital Pump | |
TNFa | Peprotech | 300-01A | |
TRI Reagent | Merck | T9424 | |
Tubing | Ismatec™ | ID.2,79mm | |
Williams' E Medium, no glutamine | Thermofisher Scientific | 31415029 | |
Y27632 | Twin Helix | T1725 |
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