이 프로토콜의 주요 초점은 가능한 기본 glomeruli 문화 다양 한 다운스트림 응용 프로그램에에서 사용 하기 위해 최소한의 오염 물질을 효율적으로 분리 하는 것입니다. 격리 된 glomeruli 구성 요소 셀 형식 간의 구조적 관계를 유지 하 고 교양 비보 전 짧은 시간 동안 수 있습니다.
사 구조와 기능 보존은 사 구체 신 염의 예방, 신장 질환 특징으로 이어질 수 있는 결국 만성 proteinuria와 끝 단계 신장 질병의 범주에. glomerulus은 복잡 한 기구는 시체에서 플라즈마의 여과 대 한 책임 이다. 질병에서 구조적 무결성 손실 이며 소변으로 비정상적인 플라즈마 내용 누설에 대 한 수 있습니다. 격리 하 고 문화에서 glomeruli 검사 메서드는 이러한 질병의 연구에 대 한 중요 한. 이 프로토콜 구조 및 형태학 상 특성을 보존 하는 동안 그대로 glomeruli 성인 쥐 신장에서 검색 하는 효율적인 방법을 설명 합니다. 이 과정은 다른 nephron 세그먼트에서 최소한의 오염 신장 당 glomeruli의 높은 수익률을 생성할 수 있는. 이러한 glomeruli와 부상 상태는 원인 발 프로세스 항목 및 동물 모델에서 proteinuria protamine 황산 등 화학 독 소의 다양 한 그들을 배양 하 여 유사 수 있습니다. 상해의 정도 전송 전자 현미경 검사 법, 면역 형광 염색 법, 그리고 서쪽에 게 더 럽 히기을 사용 하 여 평가 될 수 있다. Nephrin 및 Wilms 종양 1 (WT1) 수준 또한 이러한 문화에서 평가 될 수 있습니다. 용이성과이 프로토콜의 유연성, 격리 glomeruli 설명 또는 더 나은 연구 사 건강 및 질병 상태에서 구조 연구자의 요구에 가장 적합 한 방법으로 활용할 수 있습니다.
glomerulus 모세 혈관 순환 플라즈마의 여과 대 한 책임의 고도로 전문화 된 술 이다. 그것은 신장의 기본적인 기능 단위 nephron의 시작 부분을 형성 한다. 사 기능 고유 fenestrated 모 세관 내 피, podocytes, 슬릿 막과 중간 지하실 멤브레인에 의해 정의 됩니다. 이러한 레이어는 filtrate에 물질의 선택적 배설 수 있도록 반 투과성 방 벽을 형성 한다. 물, 이온, 및 다른 작은 분자 일반적으로 통과, 큰 분자는 플라즈마에 유지 됩니다. Podocytes는 지하실 멤브레인에 걸쳐 전문된 상피 세포 세포질 예측 발 프로세스로 알려진 모 세관을 둘러싼. 발 인접 podocytes interdigitate의 처리 하 고 슬릿 diaphragms nephrin, podocin, P-cadherin, ZO-11같은 단백질의 구성에 의해 교차. 크로스 섹션에서 이러한 발 프로세스는 균등 하 게 배열 지하실 멤브레인에. 병 glomeruli, 조잡 한 비정상적인 또는 “지워,” 플라즈마 내용의 비정상적인 누수는 filtrate에 이어지는 발 프로세스 된다. 따라서, 사 손상 일반적으로 비정상적으로 많은 양의 단백질 (예를 들어, proteinuria) 또는 적혈구 (예, 혈 뇨) 소변에서의 존재에 의해 특징입니다. 또한, 부상된 podocytes nephrin 그것의 레 귤 레이 터 Wilms 종양 1 (WT1), 주요 단백질 차별화2,3의 유지 보수에 대 한 책임의 식을 잃는다. glomeruli 당뇨병 신 장병에 손상의 주요 목표 및 최소 변화 질병, 막 신 장병, 초점 단편 glomerulosclerosis 등 다른 glomerulonephritides 있습니다. 이 질병은 진보적인 신부전 및 말기 신장 질병의 발달, 생존이 투 석 또는 신장 이식에 의존 하는 상태에의 주요 원인. 따라서, 그것은 만성 신장 병 (CKD) 병 리를 이해 하기 glomeruli 공부 하는 것이 중요입니다.
셀 문화 시스템은 사 생물학을 공부 하 고 중요 합니다. 슬릿 격 막 단백질 돌연변이 때문 특정 proteinuric 질병의 존재 뿐만 아니라 슬릿 막 생성에 그것의 중추적인 역할 때문에 많은 연구 인지 고립에서 podocyte을 활용 하고있다. 이 체 외에서활용 하 주 podocyte 셀 라인의 세대를 이끌어 냈다. 이 세포는 다양 한 조건에서 경작 될 수 있다 하 고 침투성4를 평가 하기 위해 투과 지원에 조차 성장 될 수 있다. 그러나, 종종 증식 세포의 고립 그들의 podocyte 마커의 일부를 잃 었 dedifferentiated 셀을 선택 합니다. 들고 SV40 큰 T 유전자 (예: immortomouse), 문화에서 성장 될 수 있지만의 온도 민감한 돌연변이 유전자 변형 마우스 긴장에서 파생 하는 조건부 불멸 하 게 podocytes의 생성을 주도하 고 있다 podocyte 마커5의 전체 배열을 표현 하 분화. 이러한 방법의 기본 문화 이해 podocyte 생물학4,,67에 중추적인 되었습니다.
그럼에도 불구 하 고, 단일 셀 형식이 포함 된 문화 세포 관계 vivo에서 뿐만 아니라 지원 구조와 행렬, 발생 하는 부족 하 고 이러한 세포의 monolayers 할 하지 반드시 정리는 3 차원 glomeruli의 아키텍처입니다. 복잡 하 고 어려운8, 문화 중 하나는 immortomouse의 소지를 요구 하는 불멸 하 게 podocytes 수 있습니다 또는 셀에서의 시작 약 수 설립 조사 시작. 또한,는 glomerulus 뿐만 아니라 podocytes, 하지만 또한 모 세관 내 피 세포와는 지하실 멤브레인으로 mesangial 세포 구조에 대 한 지원을 제공 하는 구성 되어 있습니다. 따라서 비보 전 하는 접근 방식을 사용할 수 그들의 네이티브 아키텍처를 유지 하는 그대로 glomeruli의 연구에 대 한 모든 조사 뿐만 아니라 정상적인 glomerulus 구성 하는 모든 셀을 개발 하는 것이 유용 합니다.
1958 년에, 요리사 및 피커링 glomeruli 토끼 신장에서의 첫 번째 격리를 설명합니다. 지방 혈 glomeruli에 제기 되었다 관측, 후 그들은 구체적으로 이러한 구조를 분리 하는 같은 크기의 입자를 사용 될 수 postulated. 실제로, 신장에 산화 철 입자의 주입 glomeruli에 입자 트랩 이끌어 냈다. 기계적 분리 및 신장 체질, 후는 glomeruli 격리 그대로 고 수 자력 분리9통해 순도 함께. 1971 년 Misra가 보여주었다 혼합 생략 될 수 있는 산화 철 그리고 다진된 인간, 개, 토끼 또는 쥐 신장 조직10의 체질로 사 격리. 이 기술은 수정 된 이후 그는 수 사관의 목표에 따라 하지만 본질적으로 더 공부 될 수 또는 기본 셀 문화 설립된11,12 수는 정화 준비 결과 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17.
여기 우리는 그대로 가능한 glomeruli 쥐 신장에서의 격리에 대 한 프로토콜을 설명합니다. 전체 프로토콜 불과 몇 시간 걸립니다. 비록 그들은 증식 하지 않는, 어떤 크기의 실험 계획 단순히 시작 물자로 신장 수를 증가 하 여 지원할 수 있다. Glomeruli 마그네틱 비드 분리에 대 한 게시 프로토콜을 확인 하 고는, 하는 동안 그들은 구슬의 정 맥 주입을 요구, 더, 그리고 비싼 구슬 glomeruli 문화에 의해 유지 하거나 또는 요구 사 이후 생물학을 변경할 수 있습니다 ” lysing”고 원심19에 의해 제거. 마우스 glomeruli에 비해 쥐 glomeruli (2 개월 된 쥐18에서 약 100 µ m)의 더 큰 크기 쉽게 그것 간단한 체질 하 기술을 사용 하 여 다른 신장 구조에서 그들을 분리.
그들의 유용성의 증거로 서, 우리 다른 세포 유형 설명 하 glomeruli 특징 있다. 그들은 또한 glomeruli vivo에서, 다치게 하 알려진 대리인에 노출 될 수 있습니다 그리고 이러한 문화에 protamine 황산 (PS)의 부작용 설명. 추 신: 중화 사 모 세관 벽20따라 음이온 사이트는 polycation이입니다. 이 중화 사 여과 장벽에 극적인 효과 있으며 따라서 proteinuria와 발 프로세스 항목을 증가. 이러한 glomeruli nephrin 등 전반적인 건강을 평가 하기 위해 WT1 주요 단백질에 대 한 immunoblots로 평가 될 수 있다. 또한, 빛, 면역 형광 검사, 전자 현미경과 그들의 구조를 평가할 수 있습니다.
전반적으로,이 프로토콜은 대부분 수 사관 (하나만 동물 및 몇 가지 간단한 장비에 대 한 액세스를 필요)에 액세스할 수 있습니다. 형태학 상 기능 손상 되지 않은 왼쪽, 연구원은 수는 glomeruli 분석 하 고 어떻게 다른 중요 한 세포 유형을 참조와 매트릭스는 glomeruli에서 보존에 영향을 미치는 기능과 질병 진행, podocyte 문화의 단점.
이 간단한 프로토콜 저렴, 재사용 가능한 장비를 사용 하 여 쥐 신장에서 glomeruli 복구 하는 효율적인 방법입니다. 모든 절차에서와 마찬가지로 그것의 유용성에 한계가 있다. 첫째, 비록 우리가 얻을 > 95% 순도, 프로토콜과 제외 불가능 시작 물자의 체질 하 특성 때문에 모든 오염 물질, 그리고 몇 가지 적혈구와 가끔 관 세그먼트 표시 됩니다 문화에. 우리는 이러한 작은 오염 물질 응용 프로그램의 대부분에 대 한 문제가 될 것을 예상 하지. 둘째, 체질 하 프로토콜 glomeruli는 쥐에서 보다 훨씬 큰 쥐 신장의 사용에 의존 합니다. 마우스 glomeruli 필요 하면 기술 상업 자석 구슬을 (예, Dynabeads)를 사용 하 여 게시 된22되었습니다. 셋째, 그것은 보였다 그 특정 mRNAs (플라스 미노 겐 활성 제 억제 물-1과 콜라겐 나) intraglomerular 세포23보다는 고립 된 glomeruli에 거의 전적으로 보 먼의 캡슐에서 파생. 이 부적절 한 결론 mRNA 절연 이러한 glomeruli에서 시도 하는 경우 발생할 수 있습니다. 그것은 우리 손에 glomeruli의 대부분은 decapsulated 이며 따라서 보 먼의 캡슐에서 상당한 기여를 부족 한다 주목 한다. 넷째, 세포 죽음 문화 조건에서 비교적 빨리 발생 하기 시작 합니다.
우리는 apoptotic 프로그램 쪼개진된 caspase 3의 외관에 의해 입증으로 활성화 되었다 문화의 2 시간에 시작 발견. 이것은 일반적으로 그 apoptosis 격리24후 1-2 시간 이내에 발생 하기 시작 하는 DNA 분열, TUNEL, 조직학 분석에 의해 평가 보여주는 이전 보고서와 계약 이다. 그러나, 그것은 또한 주목 해야한다 이른 관측 신진 대사 활동 고립 된 체질된 glomeruli 때 적어도 3 h,이 timepoint16에서 상당한 세포 생존을 제안에 대 한 교양에서 검출 될 수 보였다. 그럼에도 불구 하 고, 결과에 따라, 우리는 것이 최상의 결과 얻으려면 원하는 실험에 즉시 격리 glomeruli 활용 믿습니다. 우리는 전체 사 구조 그 timepoint 넘어 악화 하기 시작 관찰해 서 모든 실험 72 h 하기 전에 수행 되어야 하는 것이 좋습니다.
그것은 훨씬 쉽게 glomeruli 특정 수 준수 다양 한 체 손실 하지만 여 체는 극대로 입힌 다 면 추가 손실 때문에 유일한 2 반대 4-8 신장부터 시작 하는 때 더 높은 수익률을 얻을. 같은 이유로 그것은 BSA/PBS 버퍼 사전 glomeruli 체의 한쪽 가장자리에 조직 노출 제한 하 고 마른 체에 더 많은 가능성이 사용 하는 체를 흡수 하는 것이 중요. 아니 6 신장 (3 쥐) 적당 한 수익률을 얻을 시작 하는 것이 좋습니다.
일부 조사 문화17동안에 glomeruli 으로부터 성장 하는 경향이 격리 glomeruli 으로부터 기본 podocyte 문화 고립 있다. 우리는 어떤 고립 된 glomeruli 문화 접시 플라스틱에 고착 하는 것 이다 고 셀 늦은 timepoints (72 h 격리 후)에서 사 구조 마이그레이션할 시작 됩니다 지적 했다. 이러한 세포의 연구가 격리 프로토콜의 범위를 넘어 이며이 세포는 podocytes, 정수 리 상피 세포, 또는 둘 다15,25로 몇 가지 논쟁이 있다. 특히, Mundel은 외, 조약돌 셀 체질된 glomeruli에서 수확 특정 배양 조건26에서 성숙한 podocytes로 차별화 하는 유도 될 수 있습니다 보고 있다. 일부 셀 정체성에 관한 혼란 여부 격리 glomeruli 캡슐화 (를 포함 하 여 정수 리 상피 세포에 의해 채워집니다를 보 먼의 캡슐)에 따라 달라질 수 있습니다 또는 체질 하 절차에서 decapsulated. 180, 순차 체 크기를 사용 하 여 우리의 손에 90, 및 75 µ m glomeruli 되 고 decapsulated의 대부분에 지도 했다.
대부분 proteinuric 만성 신장 질환의 형태는 사 침투성 증가 되어야 한다. 몇몇 저자는 침투성 실험 ex vivo에서 에서 격리 glomeruli 활용 하 고 있다. 한 가지 방법은, 주변 미디어의 삼투성 내용을 변경 후 사 볼륨에 변경 침투성27추정 하 사용 되었다. 최근에, 그것은 고립 된 glomeruli에서 형광 프로브 누설 침투성 측정 하 계량 수 및 사 병 실험 모델28에 노출 하는 설치류에서 수행할 수 설립 되었다.
우리 편 준비 과정에서 우리 가끔 볼 발 지하실 멤브레인에서 프로세스 리프트 podocyte 지적 했다. 우리는이 문화에서 일어나는 고 가능성이 더 유물 중 가장 샘플 준비를 생각 하지 마십시오. 특히,이 문제가 발생 하는 경우에 그것은 분명 발 프로세스 “정상적인” 보고 여부 없어지게 됩니다.
전반적으로,이 프로토콜은 하나 상해에 대 한 응답에서 형태 론 적과 세포 변화를 평가할 수 있는 메서드를 제공 합니다. 우리는 그것 때 사용할 수 있습니다 절연된 podocyte 문화 동반자 기법으로 특히 세포 외 기질 또는 다른 기본 셀 형식 상호 작용 고려 되 고 예상. 그것은이 쇠 약 질병에 대 한 미래의 치료제를 개발 하는 능력을 향상 시킬 것 이라고 proteinuric CKD의 이해를 높이기 위한 약속을 보유 하고있다.
The authors have nothing to disclose.
이 작품은 미국 심장 협회 부여 FTF 16990086, NIH P30 DK079307, 장학 고트 포상의 미국 사회, 피츠버그 의료 센터 경쟁 의료 연구 기금 상, 대학 및 피츠버그 대학에 의해 지원 되었다 의사 학술 재단 상입니다. 더 분석, 마라 설리반와 명나라를 통해 전자 현미경 검사 법, 태양 및 Yingjian 리 사 보존 및 그들의 기술 입력이이 프로토콜에 대 한 Youhua Liu에 대 한 그의 기술 제안에 감사 제라드 아 포 다카 하 고. 우리 또한 감사 신 시아 St. Hilaire CD31 항 체.
Solutions, Chemicals, and Animals | |||
Sprague-Dawley Rats | Envigo | 207M | |
Bovine serum albumin | Fisher | BP1605100 | |
Hank's Balanced Salt Solution with Ca2+ and Mg2+ | Thermo | 14025092 | |
1x Phosphate Buffered Saline | VWR | 97063-660 | |
Protamine sulfate | MP Bio | ICN15197105 | |
Karnovsky's Fixative | |||
Gelatin | |||
Paraformaldehyde | EMD | EM-PX0055-3 | |
O.C.T. | Scigen | 23730571 | |
RIPA Buffer | |||
Halt Protease Inhibitors | Thermo | PI78442 | |
Nephrin Antibody | Fitzgerald | 2OR-NP002 | |
WT-1 Antibody | Abcam | ab89901-10ul | |
PDGFR-β Antibody | Cell Signaling | #3169S | |
CD31 Antibody | LSBio | LS-C348736 | |
Cleaved caspase-3 antibody | Cell Signaling | 9661S | |
Poly/Bed 812 (Luft) epoxy | Polysciences | 08792-1 | |
Equipment | |||
Carbon dioxide chamber | |||
Conical tubes, 15 mL | |||
Conical tubes, 50 mL | |||
Surgical scissors | |||
Surgical forceps | |||
Sterile gauze | |||
Petri dishes, 100 mm | |||
Scalpels | |||
Razor blades | |||
Sterile filter apparatus | |||
Sieve Pan | Alfa Aesar | AA39999ON | |
180um Sieve | Alfa Aesar | AA39996ON | |
90um Sieve | Alfa Aesar | AA39990ON | |
75um Sieve | Alfa Aesar | AA39991ON | |
10 mL syringes | |||
600 mL beakers | |||
Cell culture incubator | |||
Picofuge | |||
Vortex | |||
Tissue Homogenizers | Fisher Scientific | 50550226 | |
20 G needles | |||
Leica Reichart Ultracut | ultramicrotome |