O foco principal do presente protocolo é eficientemente isolar culturas viáveis glomérulos primário com contaminantes mínimas para uso em uma variedade de aplicações a jusante. Os glomérulos isolados mantém relações estruturais entre tipos de células do componente e podem ser cultivadas ex vivo por um curto período de tempo.
Preservação da estrutura glomerular e função é essencial na prevenção da glomerulonefrite, uma categoria de doença renal, caracterizada por proteinúria, que pode eventualmente levar a crônica e o estágio final da doença renal. O glomérulo é um complexo aparato responsável para a filtragem do plasma do corpo. Na doença, integridade estrutural está perdida e permite o vazamento anormal do conteúdo de plasma na urina. Um método para isolar e examinar glomérulos na cultura é fundamental para o estudo destas doenças. Neste protocolo, é descrito um método eficiente de recuperar glomérulos intactos em rins de ratos adultos, preservando as características estruturais e morfológicas. Este processo é capaz de gerar rendimentos elevados dos glomérulos por rim com contaminação mínima de outros segmentos do néfron. Com estes glomérulos, condições de lesão podem ser imitadas por incubando-os com uma variedade de toxinas químicas, incluindo sulfato de protamina, que faz com que os pés processo de apagamento e proteinuria em modelos animais. Grau de lesão pode ser avaliada usando microscopia eletrônica de transmissão, mancha da imunofluorescência e mancha ocidental. Nefrina e níveis 1 de Tumor de Wilms (WT1) também podem ser avaliados destas culturas. Devido à facilidade e flexibilidade do presente protocolo, os glomérulos isolados podem ser utilizados conforme descrito, ou de uma forma que melhor se adapte às necessidades do pesquisador para ajudar o melhor estudo saúde glomerular e estrutura nos Estados doentes.
O glomérulo é um altamente especializado tufo de capilares responsáveis pela filtragem do plasma de circulação. Forma-se o início do néfron, que é a unidade funcional básica do rim. Função glomerular é definida por um endotélio capilar excepcionalmente fenestrado, o diafragma de fenda de podócitos e uma membrana basal intermediárias. Estas camadas formam uma barreira semipermeável para permitir a excreção seletiva de substâncias no filtrado. Água, íons e outras moléculas pequenas geralmente passam, enquanto moléculas maiores são retidas no plasma. Podócitos são células epiteliais especializadas que se espalham ao longo da membrana basal, cercando os capilares com projeções citoplasmáticas, conhecidas como processos de pé. O pé processos dos podócitos adjacentes interdigitate e é atravessado por diafragmas de fenda compostos por proteínas como a Nefrina, podocin, caderina P e ZO-11. Em seção transversal, esses pé processos uniformemente dispostos sobre a membrana basal. Em glomérulos doentes, os processos de pé tornam-se grosseiramente anormais ou “apagados”, levando à fuga anormal do conteúdo de plasma no filtrado. Como tal, o dano glomerular geralmente é caracterizado pela presença de quantidades anormalmente grandes de proteínas (por exemplo, proteinúria) e/ou células vermelhas do sangue (por exemplo, hematúria) na urina. Além disso, lesionados podócitos perdem expressão de Nefrina, bem como seu regulador 1 de Tumor de Wilms (WT1), uma proteína-chave responsável pela manutenção da diferenciação2,3. Os glomérulos são um alvo primário de danos na nefropatia diabética e outros glomerulonephritides, tais como doença de mudança mínima, glomeruloesclerose segmentar e nefropatia membranosa. Estas doenças são principais causas de insuficiência renal progressiva e o desenvolvimento de estágio final da doença renal, uma condição em que sobrevivência depende de diálise ou transplante renal. Portanto, é importante estudar glomérulos para entender melhor a patologia de (CKD) de doença renal crônica.
Um sistema de cultura de células é fundamental para estudar Biologia glomerular. Devido ao seu papel central na geração do diafragma de fenda, bem como a existência de doenças específicas de contraste devido a mutações de proteínas de membrana de fenda, muita pesquisa compreensivelmente tem utilizado o podocyte isoladamente. Isto levou à geração de linhas de células primárias podocyte para utilizar em vitro. Estas células podem ser cultivadas sob uma variedade de condições e até mesmo podem ser cultivadas em suportes permeáveis para avaliar a permeabilidade4. No entanto, o isolamento de pilhas proliferating muitas vezes seleciona células condrossarcoma que perderam alguns dos seus marcadores podocyte. Isto levou à geração de podócitos condicionalmente imortalizados derivadas de uma cepa de rato geneticamente modificado carregando um mutante sensível à temperatura do SV40 grande T gene (por exemplo, immortomouse), que poderia ser cultivado em cultura, mas também ser diferenciadas para expressar uma gama completa de marcadores de podocyte5. Esses métodos de cultura primária tem sido fundamentais na compreensão podocyte biologia4,6,7.
No entanto, culturas contendo os tipos de célula única faltam as relações intercelulares que ocorrem in vivo , bem como a estrutura de apoio e matrizes, e monocamadas dessas células não necessariamente recapitular o tridimensional arquitetura de glomérulos. Os podócitos imortalizados também podem ser complicado e desafiador de cultura8e requerem a posse de ambos o immortomouse ou estabelecida de uma alíquota inicial de células de investigadores para começar. Além disso, o glomérulo é composto não só podócitos, mas também células endoteliais capilares e a membrana basal, bem como as células mesangiais, que fornecem suporte para a estrutura. É, portanto, útil desenvolver uma ex vivo abordagem disponível para todos os investigadores para o estudo de glomérulos intactos que retêm sua arquitetura nativa, bem como todas as células que constituem o glomérulo normal.
Em 1958, cozinheiro e Pickering descrevem o primeiro isolamento de glomérulos do rim coelho. Após as observações que embolia gordurosa tornou-se apresentado em glomérulos, eles postularam que partículas do mesmo tamanho poderiam ser usadas para isolar especificamente essas estruturas. Com efeito, a infusão de partículas de óxido de ferro para o rim levou a captura destas partículas em glomérulos. Após dissociação mecânica e peneiramento do rim, o glomérulo pode ser isolado intacta e com pureza através do uso de separação magnética9. Em 1971, Misra mostrou que o óxido de ferro infusões podem ser omitidos e isolamento glomerular alcançado com peneiramento de humanos picado, cachorro, coelho ou rato de tecido renal10. Esta técnica foi modificada desde então dependendo o objetivo dos investigadores, mas essencialmente resultou em preparações purificadas, que poderia ser ainda mais estudado ou do que as culturas de células primárias poderiam ser estabelecida11,12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17.
Aqui descrevemos um protocolo para a isolação de glomérulos viáveis intactos desde o rim de rato. O protocolo inteiro leva apenas algumas horas. Embora eles não proliferam, planos experimentais de qualquer tamanho podem ser suportados, simplesmente aumentando o número de rins como material de partida. Embora existam protocolos publicados para a separação magnética do grânulo de glomérulos, eles exigem uma injeção intravenosa de grânulos, são mais caros e podem alterar a biologia desde os grânulos são também mantidos pelos glomérulos na cultura ou exigem glomerulares” Lise”e remoção por centrifugação19. Em comparação com glomérulos do mouse, o maior tamanho de glomérulos de rato (cerca de 100 µm em dois meses de idade ratos18) facilita muito para separá-los de outras estruturas do rim usando uma técnica simples de peneiramento.
Como prova da sua utilidade, nós têm caracterizado os glomérulos para demonstrar os diferentes tipos de células. Eles também podem ser expostos a agentes conhecidos por ferir glomérulos in vivo e demonstramos os efeitos negativos do sulfato de protamina (PS) para essas culturas. PS é um polycation que neutraliza os aniônicos locais ao longo da parede capilar glomerular20. Esta neutralização tem um efeito dramático sobre a barreira de filtração glomerular e, portanto, aumenta a proteinúria e pé processo de apagamento. Esses glomérulos podem ser avaliados com immunoblots para proteínas chaves como Nefrina e WT1 para avaliar a saúde geral. Além disso, sua estrutura pode ser avaliada com luz, imunofluorescência e microscopia eletrônica.
Globalmente, este protocolo é acessível para a maioria dos investigadores (um só precisa de acesso para os animais e alguns equipamentos simples). Com características morfológicas deixadas intactas, o pesquisador é capaz de analisar os glomérulos e ver como outros tipos de células importantes e preservação de matriz em glomérulos afetam a função e doença progressão, uma lacuna de culturas podocyte.
Este é um método eficiente para a recuperação de glomérulos do rim de rato usando equipamento barato e reutilizável com um protocolo simples. Como com todos os procedimentos, existem limitações a sua utilidade. Em primeiro lugar, embora nós obtemos > 95% de pureza, devido à natureza de peneiramento do protocolo e matérias-primas é impossível eliminar todos os contaminantes e alguns glóbulos vermelhos e o segmento tubular ocasional estará presentes na cultura. Não prevemos estes contaminantes pequenos para ser um problema para a maioria das aplicações. Em segundo lugar, o protocolo de peneiramento baseia-se na utilização de rins de ratos, em que os glomérulos são muito maiores do que em ratos. Se glomérulos do mouse são necessários, uma técnica usando grânulos magnéticos comerciais (por exemplo, Dynabeads) tem sido publicado22. Em terceiro lugar, tem sido demonstrado que os mRNAs específicos (inibidor de ativador de plasminogênio-1 e colágeno eu) em glomérulos isolados derivam quase inteiramente cápsula de Bowman em vez de intraglomerular células23. Isso pode levar a conclusões inadequadas, se a tentativa de isolamento do mRNA destes glomérulos. Deve notar-se que, nas nossas mãos, a maioria dos glomérulos é congelada e deve, portanto, falta de contribuições significativas de cápsulas de Bowman. Em quarto lugar, a morte celular começa a ocorrer relativamente rapidamente em condições de cultura.
Nós achamos que o programa de apoptose, como evidenciado pela aparição do clivada caspase-3, foi ativado começando às 2 h da cultura. Este é em geral de acordo com relatórios anteriores, mostrando que a apoptose, avaliada pelo DNA fragmentação, TUNEL e análise histológica, começa a ocorrer dentro de 1-2h após isolamento24. No entanto, também deve ser notado que as primeiras observações mostraram que atividade metabólica pode ser detectada de glomérulos peneirados isolados quando cultivados pelo menos 3 h, sugerindo considerável viabilidade celular neste Commit16. Não obstante, baseado nos resultados, acreditamos que seria prudente utilizar glomérulos isolados imediatamente em experimentos pretendidos para os melhores resultados. Recomendamos que todos os experimentos ser executados antes de 72 h, como temos observado que toda a estrutura glomerular começa a deteriorar-se além que Commit.
É muito mais fácil de obter rendimentos mais elevados, quando se inicia com 4-8 rins em oposição a apenas 2 porque um certo número de glomérulos é perdido devido a aderência para as peneiras de vários, mas uma vez que as peneiras são revestidas màxima não há nenhuma perda adicional. Pela mesma razão, é importante embeber as peneiras no antes do tampão BSA/PBS usar como glomérulos são mais propensos a aderir a uma peneira seca e para limitar a exposição de tecido para uma borda da peneira. Sugerimos começar com nada menos que 6 rins (3 ratos) obter um rendimento razoável.
Alguns investigadores isolaram primário podocyte culturas de glomérulos isolados que tendem a crescer fora de glomérulos durante cultura17. Temos observado que alguns glomérulos isolados irão aderir ao plástico de prato de cultura e que as células vão começar a migrar fora da estrutura glomerular em momentos finais (72 h após o isolamento). O estudo destas células está além do escopo do presente protocolo de isolamento, e há alguma controvérsia sobre se essas células são podócitos, células epiteliais parietais ou ambos15,25. Notavelmente, Mundal et al, relataram que células de paralelepípedos de glomérulos peneirados colhidas podem ser induzidas para se diferenciar em podócitos maduros sob específicas condições26de cultivo. Algumas das confusões sobre identidade da célula podem depender se a glomérulos isolados são encapsulados (incluindo a cápsula de Bowman, que é preenchida por células epiteliais parietais) ou congelada no processo de peneiramento. Em nossas mãos, usando tamanhos de peneira sequencial de 180, 90 e 75 µm levou à maioria dos glomérulos sendo congelada.
A maioria das formas de doença renal crônica contraste são devido ao aumento da permeabilidade glomerular. Diversos autores utilizaram glomérulos isolados em ex vivo experimentos de permeabilidade. Em um método, a mudança no volume glomerular após alterar o conteúdo osmótico da mídia circundante foi usada para estimar a permeabilidade27. Recentemente, foi estabelecido que vazamento de uma sonda fluorescente de glomérulos isolados pode ser quantificado, para medir a permeabilidade e pode ser executado em roedores expostos a modelos experimentais de doença glomerular28.
Temos observado que o processo de preparação TEM, às vezes, vemos o podocyte processos levantar a membrana basal do pé. Nós não sentimos isto está acontecendo na cultura e é mais provável um artefato durante a preparação da amostra TEM. Notavelmente, mesmo quando isso ocorre, é claro se os processos de pé parecem “normais” ou são apagados.
Em geral, este protocolo fornece um método pelo qual um pode avaliar as alterações morfológicas e celulares em resposta a lesões. Nós antecipamos que pode ser usado como uma técnica complementar para culturas de podocyte isolada, especialmente quando as interações com a matriz extracelular ou outros tipos de células nativas estão sendo consideradas. Isso é uma promessa para aumentar a compreensão do contraste CKD, que melhoraria a capacidade de desenvolver futuras terapêuticas para esta doença debilitante.
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi apoiado pela American Heart Association grant 16990086 FTF, NIH P30 DK079307, American Society of Nephrology Gottschalk Award, uma Universidade de Pittsburgh Medical Center competitiva médico pesquisa fundo Award e uma Universidade de Pittsburgh Médicos acadêmicos Foundation Award. Agradecemos suas sugestões técnicas para preservação glomerular para análise histológica, Mara Sullivan e Ming Sun para obter assistência com microscopia eletrônica e Yingjian Li e Youhua Liu para seu técnica entrada neste protocolo Gerard Apodaca. Também agradecemos Cynthia St. Hilaire o anticorpo CD31.
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 |