被描述为建立原代人胎盘(绒毛)及蜕膜器官文化的简单方法。绒毛及蜕膜器官培养是在人类母胎界面发病机制研究的宝贵工具。感染的细胞内兼细菌李斯特菌是证明。
胎盘显示出很大程度的种间解剖变异。为了更好地理解生物学和人类胎盘的病理生理,当务之急是要设计出使用人体细胞组织实验。器官培养的优点是三维(3D)的维护结构组织和细胞外基质。这里所描述的方法的目标是成功地建立体外人体妊娠组织器官培养物和72-96小时他们健康培养维修。协议细节的研究,同意,胎盘及蜕膜标本从操作套件新鲜立即处理。这些丰富的标本,否则将被丢弃。对这些样品,包括关于如何选择适当的组织,以建立三维器官培养形态学细节的无菌采集的详细说明,提供了一种。胎盘绒毛及蜕膜组织被显微切割为2-3毫米的3块和矩阵林立的transwell过滤器分开放置,并培养了好几天。绒毛及蜕膜器官培养是非常适合人类宿主 – 病原体相互作用的研究。相对于其他的模式生物,这些人类文化是特别有利的,以检查该证明宿主特异性的可变图案的病原体感染的机制。作为一个例子,我们证明胎盘和蜕膜器官培养的感染与临床相关,兼胞内细菌病原体李斯特菌。
感染和炎症在母胎接口表示妇女和儿童发病率和死亡率的主要来源。理解病原体如何感染这些组织为的新策略的发展,以预防和治疗疾病,例如早产和胎儿死亡的关键。然而,母胎界面的高变异物种间实验研究复杂化。此外,大多数微生物病原体显示宿主特异性,因此许多动物模型不能完全概括人类传染病。某些生物( 流感嗜血杆菌 , 伤寒沙门氏菌 , 霍乱弧菌 ,以及众多的其他人)是在人类中严格致病的,而另一些,如李斯特菌,显示宿主特异性1的多个中间级。宿主特异性已被记录在发病机制中的许多方面,包括定植2,传播3,免疫逃逸4 </sUP>和养分收购5。因此,它是最重要的,选择最佳主机模型系统。
由胎儿细胞和母体血液中,胎盘是一个迅速发展超过6酝酿的过程中的器官。在最简单的方面,人胎盘被构造在母血沐浴胎儿“绒毛”树形结构。天然气和养分交换横跨称为该行的绒毛树的表面滋养胎儿的专门细胞层发生。母体子宫粘膜衬,在非妊娠雌性称为内膜,结构和功能上转换为蜕膜以容纳胎儿胎盘单元。绒毛树被固定成从锚定元件列入蜕膜迁移绒毛外滋养层细胞(EVT)子宫。母胎界面,因此,由蜕膜和胎盘。
器官培养技术这里描述已被用于检查在何处以及如何临床相关的人类病原体,包括L。 monocytogene S和弓形虫 ,穿过胎盘屏障2,7。这些体外器官培养复制体内组织架构,以及对人类胎盘可以说是生理上高度相关的模型系统。其他养殖技术包括全器官外植体,器官切片和组织或干细胞组织体嵌入的3D矩阵。有关这些选项的详细信息,请参阅进行全面检讨最近8。请注意,这个协议是蜕膜和胎盘绒毛的独立的文化。用于研究的胎盘细胞和蜕膜细胞之间的相互作用,共培养技术是优选的。我们是指有兴趣的读者到先前描述的绒毛-蜕膜共培养技术,通过研究人员在研究滋养层-介导的蜕膜血管重塑9-11使用。
近交系,转基因和基因敲除小鼠品系可在实验系统起到有力测试机制。然而,尽管芯遗传物质的一般保护,小鼠和人类的功能基因组展示的调节元件23显著差异。这并不奇怪,因此,在动物模型中有希望的临床前研究有时无法在人类患者中概括。胎盘显示非常高的种间差异,从而使较少的动物模型则非常适合人类疾病24的研究。双方承认在人类和小鼠免疫学25显着的差异,而在胎盘解剖明显分歧演变,谨慎的做法是考虑使用的实验研究人类妊娠组织的体外器官培养的。
的描述,照片以及视频教学在这个协议上的指示研究人员如何建立对ECM-涂透孔组织培养插入绒毛及蜕膜器官培养。这种技术的优点包括显微解剖的相对简单性和机械支承的transwell系统,特别是当与其他方法,如3D-嵌入式矩阵或器官切片培养。上膜支撑的器官培养的悬浮液允许在所有的组织表面物质交换和生存力被保持短期培养(96小时为绒毛状培养,72小时为蜕膜培养物)。本技术允许在组织研究人类胎盘生物学水平,不可否认超过单层细胞培养模型生物相关的。
在这个协议中最关键的一步是合适的绒毛及蜕膜碎片器官培养显微解剖。组织的最佳片照相证实( 图2A和图3A),以帮助研究人员为谁妊娠标本可视化是新的。选择绒毛状树木的枝终止在EVT列,这些细胞将迁移到ECM和帮助锚定的绒毛的膜是特别重要的。对于这两种类型的器官培养的是有帮助的过程中,吹打在仔细和从容地媒体的变化,以尽量减少干扰,组织。
该技术提出了只有很少的困难。有时,标本展示污染。污染通常是细菌(偶尔聚微生物),以及只在培养1-2天后变得明显。一旦污染物被观察到的,漂白应适用,将培养丢弃,并且组织培养箱灭菌,以防止一个长期的问题。有几种可能的方式污染可能出现:在子宫内感染,手术过程中,试样收获/处理期间,或在器官培养维护。收获和加工步骤是最可能的时间和将要引入的污染的地方。因此,为减少的时间收集和显微解剖期间检体被操纵的量是重要的。这将减少样品暴露于周围环境,非无菌的环境。根据实验室设置中,解剖显微镜可以位于无菌组织培养罩内。
器官培养的组织病理学分析感染后与医学相关的病原体L.菌 ,在此显示作为协议的一个可能的应用。感染后的产量新的见解人类宿主对病原体细菌和宿主免疫细胞的免疫荧光定位。蜕膜器官培养可以作为一种补充体外实验方法检测在小鼠体内的感染,包括显示在小鼠巨噬细胞蜕膜防御功能缺陷26,27耐人寻味报告生成的数据。此外,人类组织一个培养物可以在混合感染策略中使用,如L的几个等基因的菌株组成的有竞争力的接种物菌等 。器官培养的有竞争力的感染是测试人类宿主中的毒力因子的相关性的灵敏方法。这种方法的一个制约因素是组织活力,这是仅限于短期培养(96小时为绒毛培养,72小时为蜕膜文化)。这是理想的感染快速增长的微生物如L.菌 ,但更长培养可能需要对于需要更多的时间来建立,并通过组织传播的病原体。
为了减少妊娠并发症的全球负担,研究必须着重了解人类母胎界面的病理生理学。细菌,真菌,以及从母亲跨越给胎儿造成毁灭性的怀孕和胎儿感染等并发症病毒病原体。受控实验室 ANI 体内感染马尔斯通常被视为黄金标准解决病原体如何殖民和器官28日期间中转。由于胎盘解剖整个哺乳动物显着变化,这是最重要的,把人权组织为研究策略。人类绒毛及蜕膜机关文化是高度相关的模型系统来研究宿主 – 病原体相互作用。为了研究这一重要但知之甚少的器官,研究人员可以利用丰富否则丢弃的人胎盘及蜕膜标本的优势,利用器官培养策略,如这里所描述。
The authors have nothing to disclose.
We are grateful to Cristina Faralla and David Lowe for helpful discussions. We acknowledge Mark Weinstein and San Francisco General Hospital Pathology Department for expert advice. This work was supported by National Institute of Health grants R01AI084928 and Burroughs Wellcome Fund 41259 to A.I.B; G.A.R. was supported by F32AI108195, Society for Pediatric Pathology Young Investigator Research grant, and University of California Partnerships for Faculty Diversity President’s Post-doctoral Fellowship.
Sterilization pouches | Fisher Scientific | 01-812-54 | For autoclaving individual dissecting tools |
Fine mesh strainer | Cuisinart (Amazon.com) | NA | Wrap completely in aluminum foil and autoclave prior to tissue collection. |
Carboy with spigot | Fisher Scientific | 03-007-647 | For large volume preparation of Wash buffer. |
Ice packs | Nortech labs | GB8818 | These do not have to be purchased, rather they can be recycled/reused from any routine laboratory shipment that includes them in the packaging. |
70% Ethanol | VWR | V1001 | 70% solution made by adding dH20 to 190 or 200 proof research grade alcohol. |
10% Bleach | Waxie Sanitary Supply | CLO 30966 | 10% solution made by adding dH20. |
Light Box | Litebox Lumina (dickblick.com) | 55305-2009 | Note replacement bulbs also purchased on Blick (55305.0100) |
Micro dissecting forceps | Stoelting | 52102-43 | 4in, 1×2 0.5mm, Slight Curve |
Micro dissecting forceps | Stoelting | 52102-06 | 4in, Straight Fine, Sharp |
Micro dissecting vannas spring scissors | Stoelting | 52130-01P | McPherson-Vannas Spring Scissors, 8.5cm, 0.33 Tip, Slight Curve |
Dissecting microscope | Leica Microsystems | MZ16 or M60 | We have had success with the listed models. External gooseneck flexible light sources are helpful but not necessary. |
50 mL conical tubes | Sigma-Aldrich (Corning) | CLS4558 | |
Phosphate Buffered Saline | Gibco (ThermoFisher Scientific) | 10010023 | We purchase from our university Tissue Culture Core facility, alternate options such as this are available. |
10X Phosphate Buffered Saline | Teknova | P0195 | For preparation of Wash buffer we use 10X PBS |
DMEM/F-12 nutrient mixture (Ham's) with GlutaMAX | Gibco (Life Technologies) | 10565-018 | We purchase this specific media formulation, containing 2.438 g/L sodium bicarbonate, 55 mg/L sodium pyruvate, and 4.5 g/L glucose |
Gentamicin | Thermofisher Scientific | 15710072 | 1000X stock. Recommend to prepare and store aliquots at -20 °C to avoid freeze/thaw. |
Penicillin/Streptomycin | Gibco (ThermoFisher Scientific) | 15140-122 | 100X stock. Recommend to prepare and store aliquots at -20 °C to avoid freeze/thaw. |
Amphotericin B | Gibco (ThermoFisher Scientific) | 15290-018 | 500X stock. Recommend to prepare and store aliquots at -20 °C to avoid freeze/thaw. |
progesterone | Sigma-Aldrich | P8783 | A 1 mM stock solution is made by reconstituting 15.7 mg progesterone powder in 15.7 mL Ethanol and adding 34.3 mL PBS. Solution is sterile filtered, aliquoted, and stored at -20 °C. |
17β-estradiol | Sigma-Aldrich | E2758 | A 10 μM stock solution is made by reconstituting 13.5 mg estradiol powder in 10 mL ethanol and adding 40 mL PBS. Solution is sterile filtered, aliquoted, and stored at -20 °C. |
Bottle-top vaccum filter (0.22 μm) | Sigma-Aldrich (Corning) | CLS430769 | For sterile filtration of Collection media after preparation |
6-well tissue culture plate | BD Falcon | 353224 | Polystyrene, Tissue culture treated |
6-well transwells | Millipore | PICM03050 | Insert – 30mm diameter, 0.4μm pore size hydrophilic PTFE membrane |
Extracellular Matrix (for example, Matrigel Matrix) | BD Biosciences | 354234 | We have utilized Matrigel Matrix in our studies. It is a solid at room temperature and at -20 °C. Avoid repeat freeze/thawing. Thaw bottle to viscous solution at 4 °C, and prepare ~300μL aliquotsin the cold room with chilled pipette tips. Store aliquots at -20 °C. |
Paraformaldehyde, 16% w/v aqueous solution | Alfa Aesar | 30525-89-4 | For tissue fixation, a fresh preparation of 4% paraformaldehyde is made by diluting this stock in PBS. |
Tissue culture incubator, maintained at 37 °C, 5% CO2, 3% oxygen (optional for villous organ cultures) | For some experiments, hypoxia may be preferred. This can be established multiple ways, including addition of exogenous nitrogen via gas cylinder, Tygon tubing, and a regulator. | ||
Bench top centrifuge |