We would like to acknowledge Connecticut Children's Medical Center Strategic Research Funding for supporting this work.

동의가 소아 환자의 부모 / 보호자로부터 및 기관 검토위원회 (IRB # 13-094)에 따라 얻은 후 식도 생검을 얻었다. 1. 살균 악기 및 젤라틴 솔루션 <ol><li> 오토 클레이브 겸자 면도날 및 오염을 방지하기 위해 조직을 처리하기 전에 위. </li><li> 0.1 % 젤라틴 용액을 200 mL로, 젤라틴 0.2 g에 증류수 200 ㎖를 조합. 압력솥 멋진 사용하기 전에. </li></ol> 2. 코팅 조직 배양 플레이트 <ol><li> 종래 셀 분리하는데 약 2 시간이, 조직 배양 접시 (100mm)를 커버하고, 세포 배양 인큐베이터에서 37 ℃에서 배양한다 충분한 0.1 % 젤라틴을 추가한다. 참고 :이 접시도 미리 만들어 사용하기 전에 배양기에서 유지 될 수있다. </li></ol> 3. 해리에 대한 효소 솔루션을 만들기 <ol><li> 약 세포 분리에 앞서 30 분, 밖으로 무게유리 병에 밀리그램 농도 당 단위를 기준으로 균형에 디스 파제의 10 대. 37 ° C의 물을 욕조에 10 ㎖ 둘 베코의 수정 독수리 중간 (DMEM) 및 장소 15 ML 원뿔 튜브에 분말을 배치합니다. </li></ol> 4. 만들기 세포 배양 매체 <ol><li> F12의 35 ㎖ (햄의 중간), DMEM의 11.5 ㎖, L 글루타민 0.5 mL를 100 배 페니실린 / 스트렙토 마이신 0.5 ㎖, 2.5 ㎖의 : 멸균 원뿔 튜브에 다음 성분을 혼합, 조건부 재 프로그래밍 매체의 50 mL로한다 소 태아 혈청 (FBS), 인간 인슐린 250 μg의 인간 표피 성장 인자 (EGF)의 (500)의 NG. </li><li> , 3T3 매체의 500 mL로 FBS의 50 ㎖, 100 배 페니실린 / 스트렙토 마이신의 5 mL의 DMEM 500 mL를 L 글루타민 5 mL를 혼합합니다. </li><li> 각질 세포의 무 혈청 배지 500 mL로, EGF와 (미디어 제공) 소 뇌하수체 추출물 (BPE) 보조 식품을 해동. 기본 매체의 500 ㎖ 병에 보충제를 추가하고 10의 5 mL를 넣고0X 페니실린 / 스트렙토 마이신 </li></ol> 피더 소스로 5. 배양 및 조사 3T3 세포 <ol><li> DMEM, 10 % FBS, 1X 페니실린 / 스트렙토 마이신 및 2 mM L- 글루타민을 포함하고, 3T3 매체를 준비한다. </li><li> 문화 적어도 삼일 환자 샘플의 도착 전 조직 처리 T-75 플라스크에서 3T3 세포. <ol><li> 5 ㎖ 플라스크 당 0.25 % 트립신 - EDTA의 및 사용 3T3 세포가 5 분 동안 또는 가장 셀 때까지 37 ° C에서 부화 환자 샘플의 도착를 Trypsinize 직전이 떠있다 </li></ol></li><li> 반응을 정지 3T3 매체의 5 ML을 추가합니다. 세포 현탁액을 기음과 15 ML 원뿔 튜브에 전송할 수 있습니다. 300 X g에서 5 분 스핀. </li><li> 매체를 기음과 세포 계수를위한 트리 판 블루의 정의 된 볼륨 세포를 재현 탁. 죽은 세포를 제외 트리 판 블루 10 μL와 세포의 10 μL를 결합합니다. 세포 계수를위한 혈구에이 솔루션의 부하 10 μL. 참고 :이 프로토하십시오COL, 조사 3T3 세포 접종 밀도는 100mm 플레이트 당 600,000 세포와 동일한 cm 2 당 10,900 세포이다. </li><li> 한 50㎖ 원추형 튜브에 3T3 배지 25 mL에 환자 샘플 재현 탁 당 100mm 플레이트 접시 3000 래드로 조사하는데 필요한 세포의 수를 나누어지는. </li><li> 다음 조사, 아래로 100mm 플레이트 당 5 ㎖에서 조건부 재 프로그래밍 배지에서 5 300 XG에 분,에 resuspend에 대한 스핀 세포. </li><li> 환자 세포의 도금 프로토콜의 뒷부분에서 발생 때까지 옆으로 튜브를 설정 (단계 7.6 참조). </li></ol> 6. 소아 식도 생검을 보존하고 운반, 취득 <ol><li> 15 ML 원뿔 튜브에 100 μg의 / ML의 primocin 완료 각질 세포의 무 혈청 배지 5 mL를 추가하고 얼음에 의료 시설로 가져온다. 주 : 매체의이 튜브는 최대 2 개월 동안 4 ° C에 저장할 수 있습니다. </li><li> TI의에서 약 8 식도 조직 검사를 구합니다나에게 다음과 같이 내시경의 분리 : <ol><li> 젖은 얼음에 100 μg의 / ML의 primocin 및 장소 완전한 각질 세포의 무 혈청 배지를 포함하는 15 ML 원뿔 여섯 조직 검사를 놓습니다. </li><li> 젖은 얼음에 완충 포르말린과 장소의 5 mL에 하나의 조직 검사를 놓습니다. </li><li> 최적의 절단 온도 화합물 cryomold 작은 생검 한 조직 검사를 놓습니다. <ol><li> 즉시 액체 질소에 배치 이소 펜탄의 비커에 넣고,이 금형을 놓습니다. 일단 냉동, 견본 가방에 cryomold을 배치하고, 스티로폼 용기에 드라이 아이스에 저장합니다. </li></ol></li></ol></li><li> 밀봉 가방 안에 다음 젖은 얼음을 포함하는 배송 상자에 중간 또는 포르말린에서 조직 검사를 포함하는 튜브를 놓습니다. 인감 및 생물 학적 레이블 상자에 레이블과 실험실로 운반 할 것. 참고 : 드라이 아이스가 들어 컨테이너 및 냉동 조직 검사는 밀봉 생물 학적 레이블과 레이블이 붙어 있습니다. </li></ol> 7. 처리다운 스트림 문화 분석을위한 환자 조직 <ol><li> 실험실에 도착하면, 하류 단면 또는 RNA 추출을 위해 C의 냉동고 ° -80에 드라이 아이스에 냉동 생검을 전송합니다. 포르말린의 샘플을 놓습니다. 4 ° C 냉장고에 보관 하룻밤 해결 할 수 있습니다. </li><li> 300 XG에 남아있는 조직 검사를 스핀 다운, 그리고 매체를 대기음. 원추형 튜브 시일 디스 파제 용액 10 mL를 첨가하고 15 분 동안 수욕에서 37 ℃에서 배양 할 수 있습니다. </li><li> 배양 후, 300 × g으로의 조직 검사를 스핀 다운. 0.05 % 트립신 EDTA 5ml에 재현 탁하고 배지를 흡인 생검. </li><li> 100mm의 멸균 판에 조직 검사를 포함하는 트립신 EDTA의 5 mL를 전송하고 2 멸균 면도날 가능한 벌금을 사용하여 조직 검사를 말하다. </li><li> 새로운 15 ML 원뿔에 다진 조직 검사를 포함하는 트립신 EDTA의 5 mL를 전송합니다. 0.05 % 트립신 - EDTA의 추가 5 mL로 두 번 접시를 씻어 원추형에 추가튜브. 37 ° C의 물을 욕조에 10 분 동안 튜브를 품어. </li><li> 배양 후, 5 분 300 XG (1.4 RPM)에서 조직 검사를 스핀 다운 및 매체를 대기음. 원추형 튜브뿐만 아니라 조사 피더 세포를 포함하는 조건부 프로그래밍 매체의 5 ㎖ 조건부 프로그래밍 배지 5 ㎖를 추가한다 (단계 5.7 참조). </li><li> 조직 배양 접시에서 젤라틴을 흡입 한 후 세포 현탁액과 판의 10 ㎖에 ROCK 저해제 (1 μL / mL로)를 추가합니다. 37 ° C에서 품어. </li></ol> 8. 배양 및 확장 셀 <ol><li> 문화의 약 5 일 후, 다진-생검 조각을 포함하는 초기 매체를 대기음 5 mL의 멸균 PBS와 함께 접시에 2-3 번 헹군다. 10 μM에서 ROCK 저해제를 포함하는 판에 새로운 매체를 추가합니다. </li><li> 70 % 포화 상태에 도달하면, 세포를 확장. 접시에 0.05 % 트립신 - EDTA의 5 ㎖를 추가하고 37 ° C 배양기에서 일을 제거 이하 2.5 분을 품어전자 피더 세포. 그 배양 한 후, 트립신 EDTA를 기음과 PBS 5 mL로 접시를 씻어. </li><li> PBS를 대기음하고 판에 0.25 % 트립신 - EDTA 5 mL를 추가하고 5 ~ 10 분 동안이나 세포가 접시에서 느슨한 때까지 배양한다. 반응을 중지하고 50 ML 원뿔 관에 유체를 모두 전송하고 5 분 동안 300 XG에 스핀 다운 판에 매체의 동일한 금액을 추가합니다. </li><li> 조건부 프로그래밍 매체의 정의 부피 재현 탁 세포는 트리 판 블루 10 μL로 현탁액 10 μL를 혼합한다. 총 세포 수를 결정하는 혈구의 개수. </li><li> 세포를 확장 120 만 15 mL의 총 부피에 3T3 세포를 조사와 함께 150mm 판에 1 백만 인간의 식도 세포를 추가합니다. 10μM에서 신선한 ROCK 억제제를 추가하고 젤라틴 코팅 150mm 접시에 세포 현탁액을 추가합니다. </li></ol> 9. 동결 및 저장 인간의 식도 상피 세포 <ol><li> 매체를 동결하려면 10 % 추가조건부 프로그래밍 매체 DMSO. trypsinizing 및 계산 한 후, 새로운 50 ML 원뿔 튜브에 고정하고 5 분 동안 300 XG에 스핀 다운 세포 나누어지는. </li><li> 매체를 기음과 cryovial 당 2 mL의 부피에 매체를 동결 추가합니다. 세포 현탁액을 균질되면, 미리 라벨링 cyrovials 10 6 세포 분취. 장기 액체 질소 저장에 튜브를 이동하기 전에 최소 24 시간 동안 -80 ° C에서 냉동 컨테이너의 장소. </li></ol>

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The authors declare they have no competing financial interests.

환자로부터 생검 식도 상피 세포를 분리하고 확장하기 위해 가장 중요한 단계가있다 : 1) 적절히 최소 세포사와 생검 조직 해리; 2) 보장 ROCK 억제제마다 변화 매체에서 세포 배양 배지에 첨가되고; 3) 권장보다 더 피더 세포를 사용하지 마십시오 4) 깨끗한 무균 문화를 유지; 5) 합류에 도달하기 직전 통로 세포. 조건부 인해 프로그래밍 얻어 생검 표본에서 환자 - 관련 차이로는...

식도 조직 공학 및 호산 구성 식도염 (삼킴)는 지난 10 년간 많은 실험실에서 연구의 초점이되고있다. 이러한 식도 폐쇄증과 같은 선천성 결함, 1 먹을 수 없다는 선도 식도의 불완전 개발 결과 약 1 4,000에서 출산에 볼 수 있습니다. 호산구 식도염의 발생률과 유병률은 1993 년 질병 엔티티의 식별이 호산구 식도염의 빈도는 10 인 - 연간 / 100,000 0.7에서 변화와 유병률은 43 / 10 만 2 0.2에서 원거리 이후로 증가하고있다. 롱갭 식도 폐쇄증의 치료에 대한 새로운 매력적인 접근법 수술은 환자 자신의 세포를 이용하여 이식을위한 조직 구조를 생성하는 것으로 이루어진다. 합성 비계와 함께이 세포들은 면역 억제를 필요로하지 않는자가 구조를 생성합니다. 일부 그룹은 이미 우리를 조사하기 시작했다7 - 식도 조직 공학 (3)뿐만 아니라 고유의 식도 상피 세포의 사용과 같은 줄기 세포의 예는 점막 4를 다시 채울. 소아 환자의 식도에 존재하는 질병은 종종 진단이나 간섭없이 공부하기 어렵다. 또한, 사용 동물 모델 또는 시험 관내에서 정확한 질병의 발병 또는 환자 별 차이 (8)을 포함하지 않는 호산구 식도염 등 소아 질환 세포주 모델을 불멸. 따라서, 위해 체외에서 환자의 질병 과정을 연구 할 수있는 기능은 특정 질병 유발 항원을 식별하는 기본 메커니즘을 평가하고 새로운 일 및 환자 치료에 도움이되는 정보와 임상의를 제공 할 것이다 약물 치료를 조사합니다. tissu에서 사용하기 위해 제안 된 많은 환자는자가 또는 특정 세포 유형이 있었다전자 공학 및 인간 질병의 발병 기전을 연구. 그러나, 이들 세포 유형의 일부 큰 지지체 시드 또는 시험 관내 연구에서 높은 처리량을 수행 할 특정 표현형의 충분한 세포를 생성하는 그들의 능력에 제한된다. 다 능성 또는 다 능성 줄기 세포의 사용은 많은 연구의 논의의 주제왔다 그러나, 이들 세포를 사용 제한 및 단점도 9를 설명 하였다. 인간 배아 줄기 세포의 사용은 매우 많은 논쟁 윤리적 문제를 제시한다. 가장 중요한 것은, 이러한 세포는 그들의 능성 상태 사전 거실 호스트 (10)로 전달을 구별하지 않는 경우, 종양과 유사한 기형 종을 형성한다. 또, 배아 줄기 세포의 사용은 환자의 특정되지 않을 것 및 동종 면역 반응 억제 (10)의 필요성을 유도 할 수있다. 유도 만능 줄기 세포 (iPSCs)는 그 수있는 만능 세포이다환자 자신의 세포로부터 유도 될 수있다. 피부 세포 등의 체세포, 통합 및 비 통합하는 다양한 기술을 사용하여 다 능성 상태로 유도 할 수있다. 이 세포는 조직 공학 또는 질병 연구를위한 환자 맞춤형 세포 소스 역할을합니다. 이들 세포에 원하지 않는 유전 물질의 통합은 여러 설명하고 서열하더라도 완전히 제거 iPSCs들이 11 유도되었던 세포 유형 향해 후생 유전 학적 &quot;메모리&quot;보존 나타날 우려이다. 이식 11 일 전에 분화되지 않는 경우 상기 세포는 생체 내에서 기형 종을 형성한다. 많은 분화 프로토콜 그러나, 분화의 끝에서 생성 된 세포 유형이 균일 및 O 아니라는 것을주의하는 것이 중요 상피 계통 (12, 13), (14)에 집중 조사되었다할수 있답니다 관심의 세포 유형의 일부를 소유한다. 이것은 낮은 수율 및 목적하는 세포 유형을 정제 할 필요성을 초래한다. iPSCs 잠재적 환자 별 셀 소스이지만, 처리는 조직 공학 또는 질병 조사 중 하나에 대한 관심의 세포 유형은 매우 비효율적이다 얻었다. 폐 15 유 16 17 소장, 결장 (18), 방광 (19) 및 식도 (20) : 인간 상피 세포가 성공적 포함한 인체에 질병 및 비 병변 조직 모두 다양한 분리되었다. 이는 일차 인간 세포 표현형 (21), (22)이 유지되는 통로 유한 수있는 것이 중요하다. 불행하게도,이 즉, 질병 조사 또는 설계 발판을 시드에 필요한 세포의 수주입 달성되지 않을 수 있습니다. 따라서, 새로운 기술은 여전히 ​​상피 표현형을 유지하면서 환자의 세포를 확대 할 필요가있다. 피더 세포와 ROCK 저해제를 이용하여 정상 및 암 상피 세포의 조건부 재 프로그래밍은 리우 등에 의해 2012 년에 설명했다. 2 3. 이 기술은 조사 된 피더 세포, 암 억제제 및 조건부 프로그래밍 매체를 이용하여 전립선 및 유방암의 생검에서 얻은 암성 상피 세포를 확장하는 데에 이용 하였다. 목표는 약물 검사 등의 체외 분석을위한 충분한 세포를 생성하는 것이 었습니다. 이 기술은 높은 증식하는 줄기 또는 선조 같은 상태를 &quot;리 프로그래밍&quot;이 무기한 세포 상피 세포를 확대 할 수있다. 이들 세포가 아닌 종양이며 기형 종 (23), (24)을 형성하는 능력을 갖고 있지 않는 것이 입증되었다. 또한, 아니염색체 이상 또는 유전자 조작이 기술 23, 24을 사용 문화에 이러한 세포를 계대 후 참석했다. 가장 중요한 것은, 이들 세포는 주목 원시 세포 유형으로 분화 할 수있다. 따라서,이 기술은 불멸화 없이도 질환 조사 또는 조직 공학을위한 환자 별 상피 세포의 큰 저장 용기를 제공한다. 질병 과정을 연구하기 위해 특정 기관의 상피 조직을 얻기 때문에, 환자의 위험을 가능 종종 한정되지 항상. 식도 질환 또는 결함을 앓고있는 환자의 경우, 내시경 생검 검색이 해리 조건이 환자의 식도 점막 고유 부정 셀 소스를 제공하기 위해 재 프로그램 될 수있는 상피 조직을 얻기위한 최소 침습적 방법이다. 이것은 다음 체외 연구 허용상피 세포의 잠재적 치료제에 대한 질병 프로세스와 화면을 평가합니다. 크게 이러한 접근법으로부터 이익을 얻을 수 한 질병 과정 식도 (8)의 알레르기 질환과 같은 설명했지만 호산구 식도염이다. 알레르기 시험뿐만 아니라 치료 방법은 환자 자신의 상피 세포를 사용하여 시험 관내에서 평가 될 수 있고,이 데이터는 개별 치료 계획을 수립하기 위해 치료 의사에 전달 될 수있다. 소아 환자에서 내시경 생검을 얻기과 함께 조건부 프로그래밍의 기술은 모든 환자에서 무기한 정상 식도 상피 세포를 확장 할 수있는 기능을 제공합니다. 이 셀 소스 따라서 결함, 질병이나 외상에 대한 환자 맞춤형 수술 옵션을 제공하는 천연 또는 합성 비계와 함께 협력 할 수있다. 무기한 세포 수를 갖는 것은 완전히 시드 가지고 식도 구조 엔지니어링 도움이 될 것이다위해 식도 상피 세포와 루멘하면 나머지 세포 유형의 재생을 촉진하는 데 도움.

<table><tbody><tr><td>Primocin</td><td>InVivogen</td><td>ant-pm2</td><td></td></tr><tr><td>Isopentane</td><td>Sigma Aldrich</td><td>277258-1L</td><td></td></tr><tr><td>Gelatin From Porcine Skin</td><td>Sigma Aldrich</td><td>G1890-100G</td><td></td></tr><tr><td>DMEM</td><td>Thermofisher Scientific</td><td>11965092</td><td></td></tr><tr><td>Cryomold</td><td>TissueTek</td><td>4565</td><td></td></tr><tr><td>Cryomatrix OCT</td><td>Thermofisher Scientific</td><td>6769006</td><td></td></tr><tr><td>15 mL Conical Tubes</td><td>Denville Scientific</td><td>C1017-p</td><td></td></tr><tr><td>Complete Keratinocyte Serum Free Medium</td><td>Thermofisher Scientific</td><td>10724011</td><td></td></tr><tr><td>Penicillin Streptomycin</td><td>Thermofisher Scientific</td><td>15140122</td><td></td></tr><tr><td>Glutamax</td><td>Thermofisher Scientific</td><td>35050061</td><td></td></tr><tr><td>Insulin Solution</td><td>Sigma Aldrich</td><td>I9278-5ml</td><td></td></tr><tr><td>Human Epidermal Growth Factor (EGF)</td><td>Peprotech</td><td>AF-100-15</td><td></td></tr><tr><td>ROCK Inhibitor (Y-27632)</td><td>Fisher Scientific</td><td>125410</td><td></td></tr><tr><td>F-12 Medium&amp;nbsp;</td><td>Thermofisher Scientific</td><td>11765054</td><td></td></tr><tr><td>Fetal Bovine Serum</td><td>Denville Scientific</td><td>FB5001</td><td></td></tr><tr><td>Dispase</td><td>Thermofisher Scientific</td><td>17105041</td><td></td></tr><tr><td>0.05% Trypsin-EDTA</td><td>Thermofisher Scientific</td><td>25300062</td><td></td></tr><tr><td>0.25% Trypsin-EDTA</td><td>Thermofisher Scientific</td><td>25200072</td><td></td></tr><tr><td>100 mm Dishes</td><td>Denville Scientific</td><td>T1110-20</td><td></td></tr><tr><td>150 mm Dishes</td><td>Denville Scientific</td><td>T1115</td><td></td></tr><tr><td>50 mL Conicals</td><td>Denville Scientific</td><td>&amp;nbsp; C1062-9&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Phosphate Buffered Saline Tablets</td><td>Fisher Scientific</td><td>BP2944-100</td><td></td></tr><tr><td>5 mL Pipettes</td><td>Fisher Scientific</td><td>1367811D</td><td></td></tr><tr><td>10 mL Pipettes</td><td>Fisher Scientific</td><td>1367811E</td><td></td></tr><tr><td>25 mL Pipettes</td><td>Fisher Scientific</td><td>1367811</td><td></td></tr><tr><td>9&quot; Pasteur Pipettes</td><td>Fisher Scientific</td><td>13-678-20D</td><td></td></tr><tr><td>NIH 3T3 Cells</td><td>ATCC</td><td>CRL1658</td><td></td></tr></tbody></table>

conditional reprogramming of pediatric human esophageal epithelial cells for use in tissue engineering and disease investigation

Identifying and expanding patient-specific cells in culture for use in tissue engineering and disease investigation can be very challenging. Utilizing various types of stem cells to derive cell types of interest is often costly, time consuming and highly inefficient. Furthermore, undesired cell types must be removed prior to using this cell source, which requires another step in the process. In order to obtain enough esophageal epithelial cells to engineer the lumen of an esophageal construct or to screen therapeutic approaches for treating esophageal disease, native esophageal epithelial cells must be expanded without altering their gene expression or phenotype. Conditional reprogramming of esophageal epithelial tissue offers a promising approach to expanding patient-specific esophageal epithelial cells. Furthermore, these cells do not need to be sorted or purified and will return to a mature epithelial state after removing them from conditional reprogramming culture. This technique has been described in many cancer screening studies and allows for indefinite expansion of these cells over multiple passages. The ability to perform esophageal screening assays would help revolutionize the treatment of pediatric esophageal diseases like eosinophilic esophagitis by identifying the trigger mechanism causing the patient's symptoms. For those patients who suffer from congenital defect, disease or injury of the esophagus, this cell source could be used as a means to seed a synthetic construct for implantation to repair or replace the affected region.

환자로부터 생검 식도 상피 세포를 단리의 주요 단계의 요약은도 1에 요약 하였다. 상피 세포의 콜로니는 약 4-5일에 형성되고 섬유 아세포의 피더 세포 (그림 2A)에 의해 포위됩니다. 이러한 식민지가 확장됨에 따라 그들은 더 큰 식민지 (그림 2B)를 형성하기 위해 다른 식민지로 병합합니다. 문화가 70 % 합류하게되면, 그들은 (그?...

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Conditional Reprogramming of Pediatric Human Esophageal Epithelial Cells for Use in Tissue Engineering and Disease Investigation

조건부 재 프로그래밍을 이용하여 인간의 소아 식도 상피 세포의 확장 결함이나 부상을 치료 및 치료 심사 분석을위한 저수지 역할을하는자가 이식을 위해 식도 구조 엔지니어링에 이용 될 수있는 셀의 환자 별 인구와 수사관을 제공합니다.

조직 공학 및 질병 조사에있는 사용을위한 소아 인간의 식도 상피 세포의 조건부 재 프로그래밍

Identifying and expanding patient-specific cells in culture for use in tissue engineering and disease investigation can be very challenging. Utilizing ...

conditional-reprogramming-pediatric-human-esophageal-epithelial-cells

Research

JoVE Journal

Developmental Biology

6.9K 조회수.  UConn Health.  조건부 재 프로그래밍을 이용하여 인간의 소아 식도 상피 세포의 확장 결함이나 부상을 치료 및 치료 심사 분석을위한 저수지 역할을하는자가 이식을 위해 식도 구조 엔지니어링에 이용 될 수있는 셀의 환자 별 인구와 수사관을 제공합니다. 

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Cultivate Primary Nasal Epithelial Cells from Children and Reprogram into Induced Pluripotent Stem Cells

Nasal epithelial cells (NECs) are the part of the airways that respond to air pollutants and are the first cells infected with respiratory viruses. They are also involved in many airway diseases through their innate immune response and interaction with immune and airway stromal cells. NECs are of particular interest for studies in children due to their accessibility during clinical visits. Human induced pluripotent stem cells (iPSCs) have been generated from multiple cell types and are a powerful tool for modeling human development and disease, as well as for their potential applications in regenerative medicine. This is the first protocol to lay out methods for successful generation of iPSCs from NECs derived from pediatric participants for research purposes. It describes how to obtain nasal epithelial cells from children, how to generate primary NEC cultures from these samples, and how to reprogram primary NECs into well-characterized iPSCs. Nasal mucosa samples are useful in epidemiological studies related to the effects of air pollution in children, and provide an important tool for studying airway disease. Primary nasal cells and iPSCs derived from them can be a tool for providing unlimited material for patient-specific research in diverse areas of airway epithelial biology, including asthma and COPD research.

This publication demonstrates methods for successful sampling and culture of nasal epithelial mucosa from children, and reprogramming these cells to induced Pluripotent Stem Cells (iPSCs).

어린이에서 차 비강 상피 세포를 배양 및 유도 다 능성 줄기 세포로 재 프로그램

Nasal epithelial cells (NECs) are the part of the airways that respond to air pollutants and are the first cells infected with respiratory viruses. They ...

연구

발생학

Production, Characterization and Potential Uses of a 3D Tissue-engineered Human Esophageal Mucosal Model

The incidence of both esophageal adenocarcinoma and its precursor, Barrett&#8217;s Metaplasia, are rising rapidly in the western world. Furthermore esophageal adenocarcinoma generally has a poor prognosis, with little improvement in survival rates in recent years. These are difficult conditions to study and there has been a lack of suitable experimental platforms to investigate disorders of the esophageal mucosa.
A model of the human esophageal mucosa has been developed in the MacNeil laboratory which, unlike conventional 2D cell culture systems, recapitulates the cell-cell and cell-matrix interactions present in vivo and produces a mature, stratified epithelium similar to that of the normal human esophagus. Briefly, the model utilizes non-transformed normal primary human esophageal fibroblasts and epithelial cells grown within a porcine-derived acellular esophageal scaffold. Immunohistochemical characterization of this model by CK4, CK14, Ki67 and involucrin staining demonstrates appropriate recapitulation of the histology of the normal human esophageal mucosa.
This model provides a robust, biologically relevant experimental model of the human esophageal mucosa. It can easily be manipulated to investigate a number of research questions including the effectiveness of pharmacological agents and the impact of exposure to environmental factors such as alcohol, toxins, high temperature or gastro-esophageal refluxate components. The model also facilitates extended culture periods not achievable with conventional 2D cell culture, enabling, inter alia, the study of the impact of repeated exposure of a mature epithelium to the agent of interest for up to 20 days. Furthermore, a variety of cell lines, such as those derived from esophageal tumors or Barrett&#8217;s Metaplasia, can be incorporated into the model to investigate processes such as tumor invasion and drug responsiveness in a more biologically relevant environment.

This manuscript describes the production, characterization and potential uses of a tissue engineered 3D esophageal construct prepared from normal primary human esophageal fibroblast and squamous epithelial cells seeded within a de-cellularized porcine scaffold. The results demonstrate the formation of a mature stratified epithelium similar to the normal human esophagus.

3 차원 조직 공학 인간의 식도 점막 모델의 제조, 특성 및 사용 가능성

The incidence of both esophageal adenocarcinoma and its precursor, Barrett&#8217;s Metaplasia, are rising rapidly in the western world. Furthermore ...

생체공학

Construction of Defined Human Engineered Cardiac Tissues to Study Mechanisms of Cardiac Cell Therapy

Human cardiac tissue engineering can fundamentally impact therapeutic discovery through the development of new species-specific screening systems that replicate the biofidelity of three-dimensional native human myocardium, while also enabling a controlled level of biological complexity, and allowing non-destructive longitudinal monitoring of tissue contractile function. Initially, human engineered cardiac tissues (hECT) were created using the entire cell population obtained from directed differentiation of human pluripotent stem cells, which typically yielded less than 50% cardiomyocytes. However, to create reliable predictive models of human myocardium, and to elucidate mechanisms of heterocellular interaction, it is essential to accurately control the biological composition in engineered tissues. 
To address this limitation, we utilize live cell sorting for the cardiac surface marker SIRP&#945; and the fibroblast marker CD90 to create tissues containing a 3:1 ratio of these cell types, respectively, that are then mixed together and added to a collagen-based matrix solution. Resulting hECTs are, thus, completely defined in both their cellular and extracellular matrix composition.
Here we describe the construction of defined hECTs as a model system to understand mechanisms of cell-cell interactions in cell therapies, using an example of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hMSC) that are currently being used in human clinical trials. The defined tissue composition is imperative to understand how the hMSCs may be interacting with the endogenous cardiac cell types to enhance tissue function. A bioreactor system is also described that simultaneously cultures six hECTs in parallel, permitting more efficient use of the cells after sorting.

This manuscript describes the creation of defined engineered cardiac tissues using surface marker expression and cell sorting. The defined tissues can then be used in a multi-tissue bioreactor to investigate mechanisms of cardiac cell therapy in order to provide a functional, yet controlled, model system of the human heart.

정의 인간 공학 심장 조직의 건설 심장 세포 치료의 메커니즘을 연구하는

Human cardiac tissue engineering can fundamentally impact therapeutic discovery through the development of new species-specific screening systems that ...

Establishment of Human Epithelial Enteroids and Colonoids from Whole Tissue and Biopsy

The epithelium of the gastrointestinal tract is constantly renewed as it turns over. This process is triggered by the proliferation of intestinal stem cells (ISCs) and progeny that progressively migrate and differentiate toward the tip of the villi. These processes, essential for gastrointestinal homeostasis, have been extensively studied using multiple approaches. Ex vivo technologies, especially primary cell cultures have proven to be promising for understanding intestinal epithelial functions. A long-term primary culture system for mouse intestinal crypts has been established to generate 3-dimensional epithelial organoids. These epithelial structures contain crypt- and villus-like domains reminiscent of normal gut epithelium. Commonly, termed &#8220;enteroids&#8221; when derived from small intestine and &#8220;colonoids&#8221; when derived from colon, they are different from organoids that also contain mesenchyme tissue. Additionally, these enteroids/colonoids continuously produce all cell types found normally within the intestinal epithelium. This in vitro organ-like culture system is rapidly becoming the new gold standard for investigation of intestinal stem cell biology and epithelial cell physiology. This technology has been recently transferred to the study of human gut. The establishment of human derived epithelial enteroids and colonoids from small intestine and colon has been possible through the utilization of specific culture media that allow their growth and maintenance over time. Here, we describe a method to establish a small intestinal and colon crypt-derived system from human whole tissue or biopsies. We emphasize the culture modalities that are essential for the successful growth and maintenance of human enteroids and colonoids.

We describe a method to establish human enteroids from small intestinal crypts and colonoids from colon crypts collected from both surgical tissue and biopsies. In this methodological article, we present the culture modalities that are essential for the successful growth and maintenance of human enteroids and colonoids.

전체 조직과 조직 검사에서 인간 상피 Enteroids과 Colonoids 설립

The epithelium of the gastrointestinal tract is constantly renewed as it turns over. This process is triggered by the proliferation of intestinal stem ...

의학

Derivation of Adult Human Fibroblasts and their Direct Conversion into Expandable Neural Progenitor Cells

Generation of&#160;induced pluripotent stem cell (iPSCs) from adult skin fibroblasts and subsequent differentiation into somatic cells provides fascinating prospects for the derivation of autologous transplants that circumvent histocompatibility barriers. However, progression through a pluripotent state and subsequent complete differentiation into desired lineages remains a roadblock for the clinical translation of iPSC technology because of the associated neoplastic potential and genomic instability. Recently, we and others showed that somatic cells cannot only be converted into iPSCs but also into different types of multipotent somatic stem cells by using defined factors, thereby circumventing progression through the pluripotent state. In particular, the direct conversion of human fibroblasts into induced neural progenitor cells (iNPCs) heralds the possibility of a novel autologous cell source for various applications such as cell replacement, disease modeling and drug screening. Here, we describe the isolation of adult human primary fibroblasts by skin biopsy and their efficient direct conversion into iNPCs by timely restricted expression of Oct4, Sox2, Klf4, as well as c-Myc. Sox2-positive neuroepithelial colonies appear after 17 days of induction and iNPC lines can be established efficiently by monoclonal isolation and expansion. Precise adjustment of viral multiplicity of infection and supplementation of leukemia inhibitory factor during the induction phase represent critical factors to achieve conversion efficiencies of up to 0.2%. Thus far, patient-specific iNPC lines could be expanded for more than 12 passages and uniformly display morphological and molecular features of neural stem/progenitor cells, such as the expression of Nestin and Sox2. The iNPC lines can be differentiated into neurons and astrocytes as judged by staining against TUJ1 and GFAP, respectively. In conclusion, we report a robust protocol for the derivation and direct conversion of human fibroblasts into stably expandable neural progenitor cells that might provide a cellular source for biomedical applications such as autologous neural cell replacement and disease modeling.

Generation of induced pluripotent stem cells provides fascinating prospects for the derivation of autologous transplants. However, progression through a pluripotent state and laborious re-differentiation still hinders clinical translation. Here we describe the derivation of adult human fibroblasts and their direct conversion into induced neural progenitor cells and the subsequent differentiation into neural lineages.

성인 인간 섬유 아세포의 유도 및 확장 신경 전구 세포에 자신의 직접 변환

Generation of&#160;induced pluripotent stem cell (iPSCs) from adult skin fibroblasts and subsequent differentiation into somatic cells provides ...

신경과학

Tissue-Engineered Graft for Circumferential Esophageal Reconstruction in Rats

The use of biocompatible materials for circumferential esophageal reconstruction is a technically challenging task in rats and requires an optimal implant technique with nutritional support. Recently, there have been many attempts at esophageal tissue engineering, but the success rate has been limited due to difficulty in early epithelization in the special environment of peristalsis. Here, we developed an artificial esophagus that can improve the regeneration of the esophageal mucosa and muscle layers through a two-layered tubular scaffold, a mesenchymal stem cell-based bioreactor system, and a bypass feeding technique with modified gastrostomy. The scaffold is made of polyurethane (PU) nanofibers in a cylindrical shape with a three-dimensional (3D) printed polycaprolactone strand wrapped around the outer wall. Prior to transplantation, human-derived mesenchymal stem cells were seeded into the lumen of the scaffold, and bioreactor cultivation was performed to enhance cellular reactivity. We improved the graft survival rate by applying surgical anastomosis and covering the implanted prosthesis with a thyroid gland flap, followed by temporary nonoral gastrostomy feeding. These grafts were able to recapitulate the findings of initial epithelialization and muscle regeneration around the implanted sites, as demonstrated by histological analysis. In addition, increased elastin fibers and neovascularization were observed in the periphery of the graft. Therefore, this model presents a potential new technique for circumferential esophageal reconstruction.

Esophageal reconstruction is a challenging procedure, and development of a tissue-engineered esophagus that enables regeneration of esophageal mucosa and muscle and that can be implanted as an artificial graft is necessary. Here, we present our protocol to generate an artificial esophagus, including scaffold manufacturing, bioreactor cultivation, and various surgical techniques.

쥐의 원주 식도 재건을 위한 조직 공학 이식편

The use of biocompatible materials for circumferential esophageal reconstruction is a technically challenging task in rats and requires an optimal implant ...

Imaging-Guided Bioreactor for Generating Bioengineered Airway Tissue

Repeated injury to airway tissue can impair lung function and cause chronic lung disease, such as chronic obstructive pulmonary disease. Advances in regenerative medicine and bioreactor technologies offer opportunities to produce lab-grown functional tissue and organ constructs that can be used to screen drugs, model disease, and engineer tissue replacements. Here, a miniaturized bioreactor coupled with an imaging modality that allows in situ visualization of the inner lumen of explanted rat trachea during in vitro tissue manipulation and&#160;culture is described. Using this bioreactor, the protocol demonstrates imaging-guided selective removal of endogenous cellular components while preserving the intrinsic biochemical features and ultrastructure of the airway tissue matrix. Furthermore, the delivery, uniform distribution, and subsequent prolonged culture of exogenous cells on the decellularized airway lumen with optical monitoring in situ are shown. The results highlight that the imaging-guided bioreactor can potentially be used to facilitate the generation of functional in vitro airway tissues.

The protocol describes an imaging-enabled bioreactor that allows the selective removal of the endogenous epithelium from the rat trachea and homogenous distribution of exogenous cells on the lumen surface, followed by long-term in vitro culture of the cell-tissue construct.

생체 공학 기도 조직 생성을 위한 영상 유도 생물반응기

Repeated injury to airway tissue can impair lung function and cause chronic lung disease, such as chronic obstructive pulmonary disease. Advances in ...

Reconstituting Cytoarchitecture and Function of Human Epithelial Tissues on an Open-Top Organ-Chip

Nearly all human organs are lined with epithelial tissues, comprising one or multiple layers of tightly connected cells organized into three-dimensional (3D) structures. One of the main functions of epithelia is the formation of barriers that protect the underlining tissues against physical and chemical insults and infectious agents. In addition, epithelia mediate the transport of nutrients, hormones, and other signaling molecules, often creating biochemical gradients that guide cell positioning and compartmentalization within the organ. Owing to their central role in determining organ-structure and function, epithelia are important therapeutic targets for many human diseases that are not always captured by animal models. Besides the obvious species-to-species differences, conducting research studies on barrier function and transport properties of epithelia in animals is further compounded by the difficulty of accessing these tissues in a living system. While two-dimensional (2D) human cell cultures are useful for answering basic scientific questions, they often yield poor in vivo predictions. To overcome these limitations, in the last decade, a plethora of micro-engineered biomimetic platforms, known as organs-on-a-chip, have emerged as a promising alternative to traditional in vitro and animal testing. Here, we describe an Open-Top Organ-Chip (or Open-Top Chip), a platform designed for modeling organ-specific epithelial tissues, including skin, lungs, and the intestines. This chip offers new opportunities for reconstituting the multicellular architecture and function of epithelial tissues, including the capability to recreate a 3D stromal component by incorporating tissue-specific fibroblasts and endothelial cells within a mechanically active system. This Open-Top Chip provides an unprecedented tool for studying epithelial/mesenchymal and vascular interactions at multiple scales of resolution, from single cells to multi-layer tissue constructs, thus allowing molecular dissection of the intercellular crosstalk of epithelialized organs in health and disease.

The present protocol describes the capabilities and the essential culture modalities of the Open-Top Organ-Chip for the successful establishment and maturation of full-thickness organ-on-chip cultures of primary tissues (skin, alveolus, airway, and intestine), providing the opportunity to investigate different functional aspects of the human epithelial/mesenchymal and vascular niche interface in vitro.

Reconspartuting Cytoarchitecture and Function of Human Epithelial Tissues on an Open-Top Organ-Chip (개방형 장기 칩에서 인간 상피 조직의 세포 구조 및 기능 재구성)

Nearly all human organs are lined with epithelial tissues, comprising one or multiple layers of tightly connected cells organized into three-dimensional ...

인간 식도 오가노이드 및 공기-액체 인터페이스 배양 프로토콜

Three-Dimensional Cell Culture Models to Investigate the Epithelial Barrier in Eosinophilic Esophagitis

The squamous epithelium of the esophagus is directly exposed to the environment, continuously facing foreign antigens, including food antigens and microbes. Maintaining the integrity of the epithelial barrier is critical for preventing infections and avoiding inflammation caused by harmless food-derived antigens. This article provides simplified protocols for generating human esophageal organoids and air-liquid interface cultures from patient biopsies to study the epithelial compartment of the esophagus in the context of tissue homeostasis and disease. These protocols have been significant scientific milestones in the last decade, describing three-dimensional organ-like structures from patient-derived primary cells, organoids, and air-liquid interface cultures. They offer the possibility to investigate the function of specific cytokines, growth factors, and signaling pathways in the esophageal epithelium within a three-dimensional framework while maintaining the phenotypic and genetic properties of the donor. Organoids provide information on tissue microarchitecture by assessing the transcriptome and proteome after cytokine stimulation. In contrast, air-liquid interface cultures allow the assessment of the epithelial barrier integrity through transepithelial resistance (TEER) or macromolecule flux measurements. Combining these organoids and air-liquid interface cultures is a powerful tool to advance research in impaired esophageal epithelial barrier conditions.

저자 스포트라이트: 호산구성 식도염의 병태생리학 조사

Here, a protocol for the culture of human esophageal organoids and air-liquid interface culture is provided. Esophageal organoids' air-liquid interface culture can be used to study the impact of cytokines on the esophageal epithelial barrier.