Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Bu çalışma, ince ve kalın bağırsaklardan türetilen 2D tek katmanlı domuz organoidleri oluşturmak için bir protokolün ana hatlarını çizmektedir. Bu tek tabakaların büyümesi, sağlam epitel bütünlüğünü gösteren artan TEER değerleri ile işaretlenir. Ek olarak, bu tek tabakalar, forskolin uygulamasını takiben Ussing odası deneylerinde fizyolojik salgı tepkileri sergiler.
Gastrointestinal sistem (GIT) hem gıdaların sindiriminde hem de besinlerin alımında değil, aynı zamanda patojenlere karşı koruyucu bir bariyer görevi görür. Geleneksel olarak, bu alandaki araştırmalar hayvan deneylerine dayanıyordu, ancak 3R ilkelerine uyan alternatif yöntemler için artan bir talep var - değiştirme, azaltma ve iyileştirme. Domuz organoidleri, in vivo koşulların geleneksel hücre modellerinden daha doğru bir in vitro replikasyonunu sunan umut verici bir araç olarak ortaya çıkmıştır. Bağırsak organoidleri ile ilgili en büyük zorluklardan biri, içe bakan apikal yüzeyleri ve dışa bakan bazolateral yüzeyleridir. Bu sınırlama, transwell ekleri üzerinde iki boyutlu (2D) organoid katmanlar oluşturularak (bundan sonra ek(ler) olarak anılacaktır) ve her iki yüzeye de erişim sağlayarak aşılabilir. Bu çalışmada, domuz jejunum ve kolon organoidlerinin iki boyutlu kültürlerini başarıyla geliştirdik. Yetiştirme süreci iki temel aşamadan oluşur: Birincisi, hücresel bir tek tabakanın oluşumu, ardından özel ortamlar kullanılarak hücrelerin farklılaşması. Hücresel büyüme, kolon organoidleri için 8. güne ve jejunum organoidleri için 16. güne kadar stabilize olan transepitelyal elektrik direncinin ölçülmesiyle izlenir. 2 günlük bir farklılaşma aşamasından sonra epitel analize hazır hale gelir. Klorür salgılanması gibi aktif elektrojenik taşıma süreçlerini ölçmek ve izlemek için Ussing odası tekniğini kullanıyoruz. Bu yöntem, epitel taşıma süreçlerinin gerçek zamanlı ölçümüne ve ayrıntılı karakterizasyonuna izin verir. Bu yenilikçi in vitro model, Ussing odası gibi yerleşik tekniklerle birleştirildiğinde, domuz GIT'ini 3R çerçevesi içinde fizyolojik olarak karakterize etmek için sağlam bir platform sağlar. Ayrıca patofizyolojik mekanizmaların araştırılması ve potansiyel terapötik stratejilerin geliştirilmesi için fırsatlar sunar.
GIT, sindirim, besin emilimi ve dışkı yoluyla atık atılımında merkezi bir rol oynar1. Ek olarak, kök hücreler, mukus üreten goblet hücreleri, enteroendokrin hücreler ve emici enterositler2 dahil olmak üzere çeşitli bir hücresel bileşim tarafından desteklenen bir rol olan patojenlere karşı bir bariyer görevi görür. Bağırsak homeostazı, bakteriyel enfeksiyonlar3 veya enflamatuar süreçler4 gibi çeşitli faktörler tarafından bozulabilir ve organizma için emilim bozukluğu, ishal ve hatta ölüm5 gibi ciddi sonuçlara yol açabilir. Bu tür patofizyolojik senaryoların araştırılması genellikle laboratuvar hayvanları veya 3R prensibi6'ya uygun olarak çeşitli türlerden türetilen hücre kültürleri kullanılarak yapılır. Türe özgü modeller kullanılırken sonuçların doğru tahmini ve aktarılabilirliği çok önemlidir7. Bu ihtiyaca rağmen, bağırsak sisteminin karmaşıklığını ve işlevselliğini yeterince kopyalayan domuz türevli hücre kültürlerinin kayda değer bir eksikliği vardır.
Diğer türlerle de ilgili olan bu zorluğun üstesinden gelmek için, GIT8'in fizyolojik karmaşıklığını çoğaltmak amacıyla üç boyutlu (3D) organoidler geliştirilmiştir. Başlangıçta, organoidler insan ve farelerin bağırsaklarından oluşturuldu; Bugüne kadar, genç ve yetişkin domuzlardan elde edilen domuz organoidleri de başarıyla geliştirilmiş ve yetiştirilmiştir 9,10. Başlangıcından bu yana, bu domuz organoidleri, öncelikle bağırsak enfeksiyonlarına odaklanan çeşitli çalışmalarda kullanılmıştır 11,12,13,14. Besin taşınması veya salgılama süreçleri gibi fizyolojik özellikleri karakterize etmeyi amaçlayan araştırmalar sınırlı kalmaktadır15. Bu, apikal yüzeyin içe ve bazolateral tarafın dışa baktığı ve apikal yüzeye erişilebilirliği sınırlayan bağırsak organoidlerinin oryantasyonundan kaynaklanabilir. Bu sınırlama, domuz organoidlerinin iki boyutlu bir formatta16 başarılı bir şekilde yetiştirilmesiyle ele alındı, bu da onları17 oluşturmak için donmuş doku kullanımıyla daha da geliştirilmiş bir yöntem.
Domuz organoidlerinin 2 boyutlu kültivasyonu, epitelin her iki tarafına da erişim sağlayarak, epitel tabakası boyunca taşıma süreçlerini incelemek için iyi bilinen yöntemlerin uygulanmasını sağlar. Böyle bir yöntem, epitel boyunca elektrojenik emme ve salgılama süreçlerinin gerçek zamanlı olarak gözlemlenmesine izin veren Ussing odası18'dir. Bu sistemin yaygın kullanımı, tüm bağırsak eksenini kapsayan, in vivo olarak domuz bağırsak fonksiyonunun kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını sağlamıştır. Bu, monosakkarit taşınması veya kısa zincirli yağ asitlerinin taşınması veya bağırsak taşıma özelliklerini etkileyen resveratrol gibi ikincil bitki metabolitlerine verilen yanıtlar üzerine çalışmaları içerir 19,20,21,22,23,24. Bu çalışmalardan elde edilen önemli miktarda veri, iyi karakterize edilmiş in vivo koşullar ile domuz organoidlerinin in vitro ortamı arasında doğrudan karşılaştırmaları kolaylaştırarak, fizyolojik alaka düzeylerine ilişkin anlayışımızı geliştirir.
Bu çalışmada, 3 boyutlu domuz organoidlerinden 2 boyutlu tek tabakaların üretilmesi ve yetiştirilmesi için bir protokol sunuyoruz. Ek olarak, Ussing odası tekniğini kullanarak bağırsak taşıma süreçlerini ölçmek için metodolojik yaklaşımı detaylandırıyoruz. Protokol, emilim ve salgı özelliklerini in vitro olarak jejunum ve kolon organoidlerini incelemek için araçlar sunar ve iyi karakterize edilmiş in vivo koşullarla doğrudan karşılaştırmaya izin verir. Bu protokolün gelecekteki uygulamaları, farmakolojik veya toksikolojik maddelerin etkilerinin araştırılmasının yanı sıra epitel ve patojenler arasındaki etkileşimlerin araştırılmasını içerebilir.
Bu protokol için iki sağlıklı domuz (Bentheim Blacked Pied domuzu; 1 erkek, 1 dişi; 4.5 aylık; yaklaşık 65 kg) tutsak cıvata atışı ve kanaması ile sakrifiye edildi. Hayvanları Koruma Kanunu'na göre, bu (dokuların kesilmesi ve alınması) bir hayvan deneyi olarak sınıflandırılmaz, ancak hayvan refahı görevlisine bildirilmesi gerekir (kayıt no. TiHo-T-2023-15) Hannover Veterinerlik Üniversitesi Vakfı'ndan.
1. Eklerin kaplanması
NOT: Tüm adımlar bir güvenlik kabini altında steril malzemelerle gerçekleştirilir. Protokolün tüm adımları, aksi belirtilmedikçe buz üzerinde gerçekleştirilir.
2. 2D organoid tek tabakaların oluşturulması
NOT: Domuz kolon organoidleri, domuz jejunal organoidleri25 için tarif edildiği gibi üretilir ve yetiştirilir. 3D organoidlerin üretilmesinden sonra, tutarlı bir büyüme sağlamak için bunlar haftalık geçiş sırasında en az 3-4 hafta boyunca yetiştirilmelidir. Sonraki adımlarda çözünen 3D organoidler içeren her bir kubbe içindeki hücre sayısı, tek bir transmembran filtreyi kaplamak için yeterlidir. Tek tabakalı üretimden önce, 3D organoidler, önceki büyümeyi ve olası kontaminasyonu kontrol etmek için optik kalite kontrolüne tabi tutuldu (Şekil 1).
Resim 1: Temsili 3D organoidler. Üç boyutlu (A) jejunum ve (B) kolon organoidleri, tek tabakalar oluşturulmadan önce mikroskop altında dikkatlice incelenir. Önceki büyüme modellerinin, yapısal bütünlüğün ve herhangi bir safsızlık veya kontaminasyonun varlığının değerlendirilmesine özel önem verilir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
3. Transepitelyal elektrik direncinin (TEER) ölçümü
NOT: Kontaminasyonu önlemek için tüm ölçümler bir güvenlik kabini altında gerçekleştirilir. Hücreleri tohumlamadan önce, her boş kaplanmış transkuyucuk, ayrı ayrı boş değerler elde etmek için ölçülür. Volt-ohm metre, değerleri tanıtılan bir USB cihazında saklar.
4. Ussing odası tekniği kullanılarak yapılan elektrofizyolojik transport çalışmaları
NOT: Elektrofizyolojik taşıma çalışmalarının belirlenmesi, epitel ile bölünmüş iki bölmeden oluşan bir Ussing odası kullanılarak gerçekleştirilir. Bu oda, Ag / AgCl Elektrotları ile bir voltaj kelepçesine bağlanır. Bu teknik, voltaj kelepçesi tarafından indüklenen kısa devre akımındaki (Isc) değişiklikler ve Ohm yasası ile hesaplanan doku direnci(RT) yoluyla epitelin aktif elektrojenik taşıma süreçlerinin izlenmesine izin verir. Isc ve Rt, tüm deney boyunca her 6 saniyede bir kaydedilir. Deney sırasında, incelenen doku karbojen ile havalandırılır ve uygulanabilir koşulları sağlamak için modifiye edilmiş Krebs-Henseleit çözeltileri ile inkübe edilir. Prostaglandin sentezini inhibe etmek için tampon çözeltilerine indometazin (10 μM) eklenir26.
Şekil 2: Ussing odasının şematik yapısı. Görüntülenen, her iki oda, büyütülmüş 2D tek tabaka ile zar tarafından bölünmüştür. Her iki oda da karbojen ile havalandırılır; Voltaj ve akım, oda başına iki elektrot tarafından izlenir. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
5. Ussing odası kurulumu tarafından üretilen verilerin analizi
Bu protokol, domuzların jejunum ve kolonundan türetilen 3D organoidleri ayrıştırarak domuz 2D tek katmanlarının güvenilir bir şekilde üretilmesini kolaylaştırır. Jejunum organoidleri için 16 günlük ve kolon organoidleri için 9 günlük bir yetiştirme periyodu boyunca, sağlam tek tabakalar oluşur. Bu tek tabakalar daha sonra Ussing odası tekniği kullanılarak elektrojenik ve fizyolojik taşıma özelliklerini değerlendirmek için kullanılabilir.
Bu protokol, yerleşik domuz 3D organoidlerini tek hücrelere dönüştürmek için bir yöntemi açıklar ve bunlar daha sonra sağlam bir tek tabaka oluşturmak için transwell zarlarına ekilir. Bu konfigürasyon, hücrelerin apikal tarafına erişim sağlayarak, emici ve salgı süreçlerini izlemek için Ussing odalarının kullanımını kolaylaştırır.
Bu çok adımlı süreçteki ilk ve en önemli adım, 3D organoidlerin kesin olarak parçalanmasıd?...
Beyan edilecek herhangi bir çıkar çatışmamız yok.
Finansman için Federal Gıda ve Tarım Bakanlığı'na (BLE# 28N-2-071-00) teşekkür ederiz.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
24 well plate | SARSTEDT AG & Co. KG | 8,33,922 | |
A83-01 | MedChemExpress, New Jersey, USA | HY-10432 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
accujet S | Brand GmbH + Co KG, Wertheim, Germany | 26351 | |
Advanced DMEM/F12 Medium | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | 12634010 | Store at 4 °C |
B27 supplement | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | 17504044 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
CaCl2.2 H2O | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | C3306 | Store at room temperature |
D(+)-Glucose (wasserfrei) | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 1.08337 | Store at room temperature |
DAPT | MedChemExpress, New Jersey, USA | HY-13027 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
D-Mannitol | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | M4125 | Store at room temperature |
DMSO | Sigma-Aldrich, Schnelldorf, Germany | 154938 | Store at room temperature |
Electrode-Set (AgCl/PtIr/Std.) | Scientific Instruments, Simmerath, Germany | #1316 | |
Eppendorf Research plus | Eppendorf SE, Hamburg, Gemany | 3123000063 | |
Eppendorf Research plus | Eppendorf SE, Hamburg, Gemany | 3123000047 | |
EVOM3 Manual Epithelial Volt Ohm Meter | World precision instruments, Sarasota, USA | EVM-MT-03-01 | |
FBS | Sigma-Aldrich, Schnelldorf, Germany | F7524 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
Forskolin | Sigma-Aldrich, Schnelldorf, Germany | F6886 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
gasprofi 1 SCS micro | WLD-TEC GmbH, Arsenhausen, Germany | 60,04,000 | |
Gastrin 1 | MedChemExpress, New Jersey, USA | HY-P1097 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
Glutamax | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | 35050061 | Store at 4 °C. |
HCl | Sigma-Aldrich, Schnelldorf, Germany | 1090571000 | Store at room temperature |
HEPES | Sigma-Aldrich, Schnelldorf, Germany | H0887 | Store at 4 °C |
Herasafe 2025 Class II Biological Safety Cabinet | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | 51033316 | |
Incubator ICO105 | Memmert GmbH + Co.KG, Schwabach, Germany | 62,20,143 | |
Indomethacin | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | I7378 | Store at room temperature |
KCl | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 1.04936 | Store at room temperature |
L-Glutamin | Sigma-Aldrich, Schnelldorf, Germany | G7513 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
LWRN Supernatant | selfmade | Store at -20 °C. Thaw when needed. LWRN supplement is produced according to Miyoshi et al. (2012) | |
Matrigel Basement Membrane Matrix, LDEV-free, 10 mL | Corning Incorporated - Life Sciences | 354234 | Store at -20 °C. Thaw carefully on ice when needed |
Megafuge 1.OR | Heraeus Instruments, Osterode, Germany | 75003060 | |
MgCl2.6 H2O | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 1.05833 | Store at room temperature |
Na2HPO4.2H2O | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 1.06580 | Store at room temperature |
N-Acetyl-L-cysteine | Sigma-Aldrich, Schnelldorf, Germany | A7250 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
NaCl | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 1.06404 | Store at room temperature |
NaH2PO4.H2O | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 1.06346 | Store at room temperature |
NaHCO3 | Merck KGaA, Darmstadt, Germany | 1.06329 | Store at room temperature |
Neubauer improved chamber | Glaswarenfabrik Karl Hecht, Sondheim vor der Rhön, Germany | 40442712 | |
Olympus IX70 iverted Microscope | Olympus Corporation, Hamburg, Germany | ||
Pen/Strep | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | 15140122 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
PolymyxinB | Sigma-Aldrich, Schnelldorf, Germany | P4932-1MU | Store at -20 °C. Thaw when needed |
Primovert microscope stand with binocular phototube | Zeiss | 415510-1101-000 | |
rm EGF | Prepotech, New Jersey, USA | 315-09 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
SB202190 | MedChemExpress, New Jersey, USA | HY-10295 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
Snapwell 3801 | Corning Incorporated - Life Sciences | 3801 | |
Trypsin/EDTA | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | 25300054 | |
Ussing Base System | Scientific Instruments, Simmerath, Germany | #1317 | |
Ussing Diffusion Chamber | Scientific Instruments, Simmerath, Germany | SKU 1307 | |
Voltage/Current Clamp VCC6 | Scientific Instruments, Simmerath, Germany | SKU 1310 | |
Y27632 | MedChemExpress, New Jersey, USA | HY-10583 | Store at -20 °C. Thaw when needed |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır