Method Article
Трехмерного клоногенных анализа, который позволяет поджелудочной подобных предшественников дифференцироваться в инсулин-выражения колонии описано. Этот метод использует полутвердых средах, содержащих метилцеллюлозу, Матригель и факторов роста, в которой один прародителей размножаться и дифференцироваться В пробирке, Что позволяет количественную оценку числа функциональных предшественников в популяции.
The field of pancreatic stem and progenitor cell biology has been hampered by a lack of in vitro functional and quantitative assays that allow for the analysis of the single cell. Analyses of single progenitors are of critical importance because they provide definitive ways to unequivocally demonstrate the lineage potential of individual progenitors. Although methods have been devised to generate "pancreatospheres" in suspension culture from single cells, several limitations exist. First, it is time-consuming to perform single cell deposition for a large number of cells, which in turn commands large volumes of culture media and space. Second, numeration of the resulting pancreatospheres is labor-intensive, especially when the frequency of the pancreatosphere-initiating progenitors is low. Third, the pancreatosphere assay is not an efficient method to allow both the proliferation and differentiation of pancreatic progenitors in the same culture well, restricting the usefulness of the assay.
To overcome these limitations, a semi-solid media based colony assay for pancreatic progenitors has been developed and is presented in this report. This method takes advantage of an existing concept from the hematopoietic colony assay, in which methylcellulose is used to provide viscosity to the media, allowing the progenitor cells to stay in three-dimensional space as they undergo proliferation as well as differentiation. To enrich insulin-expressing colony-forming progenitors from a heterogeneous population, we utilized cells that express neurogenin (Ngn) 3, a pancreatic endocrine progenitor cell marker. Murine embryonic stem (ES) cell-derived Ngn3 expressing cells tagged with the enhanced green fluorescent protein reporter were sorted and as many as 25,000 cells per well were plated into low-attachment 24-well culture dishes. Each well contained 500 μL of semi-solid media with the following major components: methylcellulose, Matrigel, nicotinamide, exendin-4, activin βB, and conditioned media collected from murine ES cell-derived pancreatic-like cells. After 8 to 12 days of culture, insulin-expressing colonies with distinctive morphology were formed and could be further analyzed for pancreatic gene expression using quantitative RT-PCR and immunoflourescent staining to determine the lineage composition of each colony.
In summary, our colony assay allows easy detection and quantification of functional progenitors within a heterogeneous population of cells. In addition, the semi-solid media format allows uniform presentation of extracellular matrix components and growth factors to cells, enabling progenitors to proliferate and differentiate in vitro. This colony assay provides unique opportunities for mechanistic studies of pancreatic progenitor cells at the single cell level.
1. Дифференциация мышиные клетки поджелудочной железы ES-подобных клеток в пробирке для генерации кондиционированной среде (СМ) для анализа колонии
Процедуры обслуживания клетка мышиной Е.С., эмбриоидных тела (EB) образование в суспензионной культуре и привязанность культуры для дальнейшей дифференциации были описаны ранее 1-3 и не являются предметом настоящего доклада. Схематическое представление этапов нашей дифференциации протокол показано на рисунке 1.
Для того чтобы получить высококачественное кондиционированной среде, важно, чтобы сначала создать 6-дневных ЭТ в которых хотя бы 30-40% из них с диаметром не менее 150 мкм. Больше ЭТ должна содержать темные пятна под световым микроскопом, предполагая расширение дифференциации (рис. 2). Выбор высокого качества эмбриональной телячьей сыворотки (FCS) имеет решающее значение для создания таких EBS. Высокое качество ФТС много отбираются на основе их способности поддерживать differentiatионов ЭТ к инсулину 1, глюкагона и амилазы 2А экспрессии генов в более поздних стадиях (день 18-20), которая была определена методом ОТ-ПЦР анализа. Более того, когда день-6 ЭТ передаются из суспензионной культуры с привязанностью культуры (примерно 80 - 100 ЭТ на лунку в 6 луночных) важно, чтобы аккуратно вращать пластины для сбора день-6 ЭТ в центре скважины. По неизвестным причинам, маневры, которые повышают межклеточных контактов приведет к улучшению развития поджелудочной железы-подобных клеток из ЭТ в последующей стадии культуры привязанности.
2. Получение поджелудочной железы, как прародители в суспензии отдельных клеток с использованием флуоресценции активирован сортировщик ячейки
Стук в мышиной клеточной линии ES, 4 обозначается как Ngn3-EGFP, где ген EGFP репортер заменил один аллель локуса Ngn3 был дифференцирован как описано выше. Ngn3 2 является одним из основных спираль-петля-спираль (bHLH), содержащий фактор транскрипции . выраженную панкреатических эндокринных предшественников при разработке 5 дней-16 культурах, как правило, отсортированных для получения дифференцированных Ngn3-EGFP + и Ngn3-EGFP -. клеткам 1,2
3. Покрытие отсортированные клетки полутвердых культуры
4. Наблюдение образования колоний под светом микроскопиисправляться
Клетки должны быть соблюдены сразу же после покрытия для обеспечения, что отдельные клетки случайно и равномерно распределены по всему из скважин. Если большая часть клеток или в результате колонии распределены на периферии скважины, это будет означать, что отпуск полутвердых СМИ в скважинах был слишком сильный (см. раздел 3.7.4). В связи с колонией мениска эффект плотности на периферии культуры скважины может быть выше, по сравнению с теми, кто живет в центре.
5. Представитель Результаты:
Предыдущие эксперименты показали, что, начиная с 2,5 х 10 5 мышиных R1 ЭС клетки (в 50 мл общего СМИ) можно было бы ожидать, чтобы генерировать около 5000 соответствующего размера день-6 ЭТ. Ngn3-EGFP ЭС клетки были менее эффективными; 4 раза больше, клетки, необходимые для создания аналогичного размера ЭТ днем 6. Потому что 25 дней-6 ЭТ содержат в среднем на 1,88 ± 0,67 х 10 5 клеток, 1 примерно 37,6 х 10 6 клеток может быть получена от 5000 ЭТ. Во вложение культуре клетки, как ожидается, расширить 2,72 ± 0,32 раза. 1 Таким образом, 5000 день-6 ЭТ получается примерно 100 х 10 6 день-16 клеток, прежде чем сортировка. После стробирование, Ngn3-EGFP + клеток составит примерно 10% от общего день-16 клеточной популяции (Протокол текстовый раздел 2.2.5 и рис 3).
Пример photomicrogrАФС инсулина экспрессией колонии основе мышиные клетки ES показано на рисунке 4. Эти колонии имеют отличительные морфологии; мала (~ 60-100 мкм), круглые колонии с отдельными клетками в колонии, которые маленькие, темные, а не свет отражать. В нашей предыдущей публикации, 2 в режиме реального времени RT-PCR и двойного иммунофлуоресцентного окрашивания индивидуально подобранных колоний показало, выражение инсулина, С-пептида и глюкагона. Эти результаты демонстрируют способность одним Ngn3-EGFP + клеток дифференцироваться в клетки, содержащие по крайней мере два островка гормоны одновременно, напоминающих примитивные первой волны, как эндокринные клетки.
Колония тест для рассеянных отдельных клеток позволяет изучать для тех, прародителей, которые имеют возможность инициировать пролиферацию и дифференцировку в пробирке (рис. 5). Таким образом, это анализ, который может измерять внутренние функции отдельных клеток-предшественников. Прародителей, которые capability стать инсулин выражения колонии называются инсулин выражения колониеобразующих единиц (ICFUs) (рис. 5). В соответствии с идеей, что Ngn3 знаки эндокринные клетки предшественники в развивающихся поджелудочная железа, 5 Ngn3-EGFP +, но не Ngn3-EGFP -. Клеткам МЧС ячейка происхождения популяции обогащенные для ICFUs 2 Тем не менее, частота этих предшественников до сих пор низкий, около 0,1% до 0,6% от общего Ngn3-EGFP + населения изолирована от 16-й день культуры ICFUs 2 Независимо от этого, очевидна разница в колониеобразующих эффективности, как ожидается, с Ngn3-EGFP + клеток высокий, а затем. отсортированы клетки, а затем Ngn3-EGFP - клеток.
Рисунок 1. Timeline в пробирке мышиные стволовые клетки поджелудочной железы дифференциации-подобных клеток. Для кондиционированной среде (СМ) поколения, мышиных ES челLs выращиваются в виде суспензии с 15% FCS в течение первых шести дней с уменьшением дозы monothioglycerol (6,0 х 10 -3 М в течение первых двух дней и 6,0 х 10 -4 М в течение последующих четырех дней) для создания EBS. День-6 ЭТ (80-100 на лунку), затем переведен в приложение 6-и блюд, содержащих 15% нокаут сыворотке замены. 5% FCS может быть добавлен между днями 6-10 культуры, чтобы ускорить присоединение EBS. Никотинамид, exendin-4, и человеческий рекомбинантный активин βB которые затем добавляются в средствах массовой информации на культуру 13-й день (см. раздел 1.1). СМИ собираются на культуру 16-й день и в этот момент стало кондиционированной среде. День 16 клетки затем сортируются и высевали в полутвердых сред для колонии анализа.
Рисунок 2. Представителю микрофотография большой день-6 эмбриоидных органов производным от мышиных эмбриональных стволовых клеток. Идеальный день ЭТ-6, по меньшей мере 150 мкм в диаметрепараметром и потемнели центров (стрелки). Экспрессия ранних предшественников поджелудочной маркеров (например, PDX-1 и Sox9) усиливается в этих ЭТ (данные не представлены) 3.
Рисунок 3. Сортировка ворота для MES ячейки полученных день-16-Ngn3 EGFP экспрессирующие клетки. () Вперед и боковые ворота разброс, что свидетельствует о размера ячейки и степень детализации, соответственно, устранить непористые мусора. (B) DAPI используется для идентификации мертвых клеток, которые будут окрашенных положительной, когда возбуждается на 405-413 нм и излучения обнаружен 450/40 фильтр. (C) Длительность импульса, ширина электронного импульса вперед разброс, показывает, дублеты, которые должны быть устранены перед передачей через активированный флуоресценции ячейка сортировщика. (D) Память о EGFP (канал FL1) по сравнению с использованием аутофлюоресценция день-16 клетки из родительского контроля клеточной линии, такие как TL1 (слева) освещает истинную флуоресценции и, таким образом Ngn3-EGFP + клеточной популяции (правая панель). (Е) Красная стрелка показывает ручной сдвиг вправо от ворот EGFP + непосредственно перед сортировкой увеличить разделения ложных положительных клеток. События в обоих (D) и (Е) на основе закрытого регионов (R1 - R3) показано в (AC).
Рисунок 4. Представителю микрофотографии инсулин выражения колоний в полутвердых культуры. Колонии случайным образом распределены и отображаются в виде небольших темных, не отражающих свет кластеров. Индивидуальные колоний в дальнейшем могут быть исследованы на экспрессию генов и белков методом ОТ-ПЦР и иммуногистохимического анализа, соответственно (не показан, см. видео).
Рисунок 5. Колонии анализа, который позволяет функциональные и количественные оценки отдельных клеток-предшественников. Нумерация в результате колонии используется для расчета частотаuency из клеток-предшественников в общей покрытые клетками. Состав клеток в каждой колонии свидетельствует о линии потенциал инициирования прародителя. С помощью этого теста, мы обнаружили, что Ngn3-EGFP + клетки, полученные из мышиных эмбриональных стволовых клеток были обогащены в инсулине, экспрессирующих колониеобразующих единиц (ICFUs), клеток-предшественников, которые имеют способность дифференцироваться в инсулин-выражения колонии 2.
Таблица 1. Мягкие Культурное Компоненты и порядок добавления.
Колония анализов, позволяющих получить количественную и функциональную оценку отдельных прародителей поджелудочной железы были ограничены до сих пор, что значительно препятствует прогрессу в исследованиях стволовых поджелудочной железы и биологии клеток-предшественников. Сущность колонии анализа является то, что он измеряет внутреннюю способность клеток-предшественников, а не только их фенотип, что позволяет функциональные возможности и потенциалы линии клеток-предшественников, которые необходимо соблюдать. Кроме того, количественный инструмент, который может определить количество предшественников в данной популяции. В поле гемопоэтических стволовых клеток, колонии тесты играли важную роль в идентификации, а также расшифровка фактор роста требований, взаимодействия и механизмы, регулирующие происхождение приверженность этих клеток. 6 В области поджелудочной предшественников клеточной биологии, поджелудочной орган 7 , 8 или массовых культур 9-13 были разработаны, однако, такие тесты не учитывают биологические questiдополнения на одном уровне клетки. Без одного анализа клетки, существование нескольких потенциальных стволовых поджелудочной железы / прародителей не может быть доказано однозначно. 14
Здесь мы показываем, что инсулин, экспрессирующих колониеобразующих предшественники могут быть проанализированы использованием трехмерной, Матригель содержащих, полутвердых и региональные параметры системы. Хотя подвеска 15,16 культуры была разработана, которая позволяет одним взрослым поджелудочной прародителей размножаться и дифференцироваться в "pancreatospheres", наши колонии препарат обеспечивает дополнительные преимущества. Во-первых, наши полутвердых медиакультуры система позволяет покрытие до 25000 отсортированных клеток на 500 мкл культуральной среды в 24-а, сохраняя при этом в результате образования колоний в линейном диапазоне. 2 В отличие от анализа подвески pancreatosphere требует использования одного клетка осаждения методом из клетки сортировщик, чтобы один анализ клетки, и таким образом большего объема питательных сред и инкубатором пространстваобязательны для заполнения. Таким образом, наша колония анализа относительно легко и экономически эффективно проводить, когда большое количество различных клеток необходимо сравнить одновременно для предшественников деятельности. Во-вторых, наши полутвердых СМИ позволяет равномерное распределение компонентов внеклеточного матрикса и факторов роста, который позволяет не только пролиферации и дифференцировки происходит в той же скважине. С другой стороны, труднее обеспечить такую окружающую среду, особенно матрицы, для клеток в суспензии культуры. Мы понимаем, что с помощью нашего метода не может быть окончательно доказано, что каждая колония является производным от одной клетки, как две прародителей может быть случайно расположенных рядом друг с другом и образуют одну колонию. Тем не менее, эта проблема может быть преодолена путем вторичного анализа с помощью одной манипуляции клетки. Прямой ручной отборки отсортированы отдельные клетки могут окончательно продемонстрировать единое происхождение ячейке каждой колонии.
Таким образом, инсулин выражения колониеобразующих деятельности проgenitors в полу-твердых средах, описанных здесь предоставляются уникальные возможности для механистические исследования панкреатических предшественников на одном уровне клетки. Например, в предыдущем докладе мы обнаружили, что добавление Матригель, сырой смеси белки внеклеточного матрикса, в культуре средств массовой информации необходима для образования инсулина, экспрессирующих колоний от Ngn3-EGFP + клеток, 2 предполагая внеклеточной матрицы важно для тех, прародителей. Использование этой колонии анализа, она теперь будет возможным дальнейшее препарировать и определить конкретные требования матрицы для такой деятельности. В дополнение к изучению прародителей производным от мышиных эмбриональных стволовых клеток, мы в настоящее время изучает ли это в пробирке анализа Система также поддерживает формирование других отличительных колоний происходит от поджелудочной железы и печени перинатальной и взрослых мышей, а также от человека трупной ткани поджелудочной железы лишенный островков.
Нам нечего раскрывать.
Авторы хотели бы поблагодарить д-ра Клауса Kaestner за дар мышиной Ngn3-EGFP эмбриональных стволовых клеток, г-жа Люси Браун и аналитической Основные цитометрии для помощи в сортировки клеток. Эта работа была частично финансируется грантами NIH R21DK069997 и R01DK081587 присужден HTK и из Калифорнийского института регенеративной медицины (CIRM) обучение гранты присуждены МВт и LS
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Материал / реагент | Компания | Каталог Номер | Комментарии |
1X DMEM / F-12 (1:1) | Mediatech | 15-090-CV | |
Фетальной телячьей сыворотки | Тканевой культуры Биологические препараты | 201 | Обратитесь к разделу 1,1 |
L-глютамин | Гибко | 25030-081 | |
1X Дульбеко PBS | Mediatech | 21-031-CV | |
Бычьего сывороточного Альбумин | Сигма | A8412 | 7,5% |
Матригель | Becton Дикинсон | 356231 | Уменьшение роста Фактор |
Метилцеллюлоза | Sinetsu Химическая, Токио, Япония | 1500 сантипуаз (Высокая-VIscosity) | |
Никотинамид | Сигма | N0636 | |
Человек Рекомбинантный Активин βB | R & D Systems | 659-AB-025 | |
Exendin-4 | Сигма | E7144 | |
Человек Рекомбинантный VEGF- | R & D Systems | 293-VE-010 | |
24-луночных планшетах | Costar | 3473 | Ультра-низкие Привязанность |
60 мм чашки Петри с защитной сеткой | Nunc | 169558 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены