이 프로토콜 상피 장벽 침투성 형광 현미경 검사 법을 사용 하 여 인간의 창 자 organoids에서 실시간 다음 약리학 적인 치료에서의 측정을 설명 하 고 라이브 셀 현미경 검사 법.
장 조직 생 검을 통해 얻은 또는 감독된 차별화를 통해 만능 줄기 세포에서 생성의 3D 문화 발전 장 점 막의 정교한 생체 외에서 모델에서 이어지고 있다. 이러한 신흥 모델 시스템을 활용 하 여 도구와 2D 문화 시스템 및 동물을 위해 개발 된 기술의 적응이 필요 합니다. 여기, 우리가 실시간으로 인간의 장 organoids에 상피 장벽 침투성을 측정 하기 위한 기술을 설명 합니다. 이것은 붙일 표시 된 dextran 및 epifluorescent 필터를 장착 한 거꾸로 한 현미경에 이미징의 microinjection에 의해 수행 됩니다. 장 organoids에 장벽 침투성의 실시간 측정이이 기술은 고정된 timepoint 이미징 접근에도 적용할 수 있지만 인간의 창 자 상피 조직에서 고해상도 임시 데이터의 생성을 촉진 한다. 이 프로토콜은 쉽게 상피 장벽 침투성 pharmacologic 대리인, 세균성 제품 또는 독 소, 또는 라이브 미생물에 노출 다음의 측정에 대 한 적응력입니다. 약간의 수정이이 프로토콜도 장 organoids의 microinjection에 대 한 일반적인 입문서로 사용할 수 있습니다와 사용자 추가 또는 대체 다운스트림 응용 프로그램 microinjection 다음이 프로토콜을 보완 하도록 선택할 수 있습니다.
장 상피 형성 선택적 장벽 영양소, H2O, 이온, 및 폐기물의 방향 전송 루멘 사이 다른 입자의 일반적인 보급 중재 교환 최소화 하면서 중재 하 고 중간 엽 조직 또는 혈액 공급1,2. 장 상피 방 벽의 일반적인 침투성 오래 간주 되었습니다 건강 및 질병3,,45,6의 속도 반영 하는 주요 기능 매개 변수 작은 분자 paracellular 공간 통해 상피에 걸쳐 확산 상피 장벽 침투성의 측정에서 지휘 될 수 있다 동물 모델7 과 lactulose의 섭취를 통해 인간의 환자8 , 위장, 그리고 이후의 컬렉션에 없는 특정 전송이 그리고 주변 혈액에 있는 농도 lactulose의 측정입니다. 장벽 기능 붙일 레이블된 탄수화물 등의 대체 섭취 마커 사용 가능한9,10도 있습니다. 이 방법은 장 상피 세포 배양 Transwell 지원11, 실험 제어에 대 한만 비보 의 가난한 예언자로 강평 되었다 또한 단순화 된 접근에 대 한 적응 되었습니다. 차별화 된 상피 하위 및 조직 구조12의 부재로 인해 침투성. 챔버를 사용 하 여 또 다른 접근 방식을 나타내고 전체 장 점 막 전 비보13상피 장벽 기능 측정에 대 한 허용. 이 기술의 응용 프로그램은 자주 조직의 가용성 및 조건13,14에 의해 제한 됩니다. 따라서 새로운 방법 생리 관련성 재현성 및 처리량의 균형은 필요 합니다.
Organogenesis 생체 외에서 최근 개발 업과 복잡 한 조직15,16,17의 역학에 대 한 정교한 플랫폼으로 3 차원 조직 배양 모델 시스템의 도입을 이끈 ,18,19,20,21,,2223. 특히, 인간 만능 줄기 세포 (hPSC) 파생 된 인간의 창 자 organoids (HIOs)19,24 호스트 미생물 상호 작용의 연구에 대 한 재현 하 고 실험적으로 세공 모델 시스템으로 등장 하 고 상피 장벽은 역학25,26,,2728. 마찬가지로, 인간의 조직 파생 된 organoids (일컬어 enteroids) 간단한 생 검 절차에서 파생 될 수 있다 고 연구 인간 생리학 및 질병15,,2930세공 시스템으로 사용할 수 있습니다. 인간의 장 organoids의 microinjection 실험적인 화합물25 의 배달에 대 한 허용 또는 미생물25,31,,3233 는 꼭대기에 상피 라이브 organoid 루멘의 표면입니다. 레슬리와 황 외. 25 는 최근 HIOs fluorescein isothiocyanate (FITC) 세균 독 소에 노출 다음 dextran을 표시와 함께 microinjected에 장벽 침투성 측정에이 기술을 적응.
이 프로토콜은 hPSC 파생 HIOs 및 형광 현미경 검사 법을 사용 하 여 조직 파생 HIOs 상피 장벽 침투성의 측정을 위한 가이드 것입니다. 사소한 수정, 그것은 또한 실험적인 화합물과 HIOs의 microinjection에 대 한 일반적인 입문서로 사용할 수 있습니다. 사용자가 microinjection 후 추가 또는 대체 다운스트림 응용 프로그램이 프로토콜을 보충 수 있습니다.
이 프로토콜 실시간으로 hPSC 파생 HIOs 및 조직 파생 장 organoids의 microinjection 및 상피 장벽 침투성의 측정을 위한 범용 메서드를 설정합니다. 우리는 또한 우리의 접근 방식을 분석 하 고 이러한 메서드를 사용 하 여 생성 하는 데이터의 해석 설명 했다. 준 장 organoids의 성장 채택 모델 시스템16,20,,2128 및 장의 장벽 침투성으로 순수 관련 기능에 오랜 관심 결과3,,45,6, 우리는이 분야에서 일하고 다른 사람 적용 하 고 이러한 방법에 따라 만들 수 있을 것입니다 예상.
이 기술의 응용 프로그램에 중요 한 몇 가지 단계가 있습니다. 고품질 hPSC-또는 파생된 HIO 조직 microinjection와 광범위 한 실험 전에 설치 되어야 하는 조직에 접근. HIO macrostructure 조직 정체성과 세포 형태학은 높은 재현성 HIOs24를 생성 하기 위해 설립 된 방법론을 활용 하면 이기종, 크기와 모양, 변형 될 수 있습니다. 구형 HIOs 단일 반투명 루멘 이루어져 고 직경에서 약 1 m m microinjection 및 실시간 luminal 형광의 측정에 이상적입니다. 경우에 따라 microinjection는 하이 오의 붕괴 또는 주입 된 물자의 분명 한 누설의 결과로 실패 합니다. 실패 한 HIOs 표준 micropipette를 사용 하 여 사용자의 판단에 따라 잘 문화에서 제거할 수 있습니다. Microinjection 및 이미징 HIOs 선택할 때 이미징 플랫폼에서 사용할 수 있는 대물 렌즈를 고려 하십시오. 일반적으로 2-4 X 렌즈는 완전 한 HIO 형광 신호 캡처에 이상적 저전력 렌즈는 사용할 수 없거나 사용 가능한 HIOs 10 X 목표 사용할 수 있지만 < 직경에서 1 m m. 이미징 소프트웨어 시간이 지남에 정의 된 지점에서 형광 이미지의 자동된 캡처 허용 해야 합니다.
이 프로토콜의 여러 수정 실험 요구 사항에 맞게 하기 위해 수 있습니다. 예를 들어 장벽 기능 테스트 결과 사용43 화합물의 분자 크기에 따라 있을 수 있습니다 그리고 그것은 다양 한 분자량의 dextran 준비를 테스트 하려면 적절 한 수 있습니다. 또한, 명시 이미징 조직25의 전반적인 구조적 무결성의 지표로 서 형광 이미징 뿐만 아니라 수행할 수 있습니다. 그것은 페니실린을 추가 해야 할 수 있습니다 라이브 박테리아25,28,31,32,,3344의 microinjection를 수행할 때와 스 또는 gentamicin HIO 문화 미디어 이전에 또는 microinjection 후에. microcapillary의 외부 세균성 문화 중단 작성 하는 동안 오염 될 것 이다 하 고이 하이 오 미디어에 전송 될 수 있습니다. 또는, microinjection HIOs 미디어 하지 않고, 세포 외 기질 (예를 들어, Matrigel)에 정지에 microinjection 완료 되는 미디어를 추가에 수행할 수 있습니다. 이 기질을 하는 오의 외부 얼굴 오염을 제한할 수 있습니다. 미생물 성장 분석 실험을 계획할 때 그것을 감속 하거나 방지 microinjected 생물의 성장을 피하기 위해 1-2 h 후 미디어에서 항생제를 제거 필요할 수 있습니다.
마지막으로, 모든 연구원 생체 외에서 영상에 적합 한 현미경 장비에 접근이 있을 것을 인식, 그것은 촬영 한 이미지에 형광 데이터를 수집 하기 위해이 프로토콜에서 설명 하는 절차를 적용할 수 있습니다 지적 하는 것이 중요 자동된 이미지 캡처 또는 환경 컨트롤 없이 표준 epifluorescent 현미경 검사 법을 사용 하 여 고정된 timepoints에서. 이 방법의 예는 레슬리와 황 외 에 의해 보고서에서 찾을 수 있습니다. 25, 누가 hPSC 파생 장 organoids, 그리고 Karve 및 Pradan 외. C. 남과 어울리지 않는 독 소 활동 검사 44, 유사한 hPSC 파생 장 organoids 라이브 대장균을 microinjected에 상피 장벽 침투성을 검사 들. 이미징 장비의 수동 조작 큰 변화와 어려움 형광 신호를 정상화 될 수 있습니다. HIOs 주입 FITC dextran의 수동 이미징 수행 때 고정된 배율, 형광 흥분 강도, 형광 강도 측정을 왜곡 하지 않도록 하는 실험 내내 노출 시간을 유지 하기 위해 필수적 이다.
The authors have nothing to disclose.
저자 박사 스테파니 Spohn과 바젤 Abuaita organoid microinjection에 많은 유용한 토론에 감사 하 고 싶습니다. 주니어 장 줄기 세포 컨소시엄 (U01DK103141), 공동 연구 프로젝트는 국립 연구소의 당뇨병과 소화와 신장 질병 (NIDDK) 알레르기의 국가 학회 및 감염 증 (NIAID)에 의해 자금 지원 됩니다. 주니어 및 VBY NIAID 소설, 장의 질병 (NAMSED) 컨소시엄 (U19AI116482)에 대 한 대안 모델 시스템에 의해 지원 됩니다. DRH 지원 메커니즘의 미생물 병 인 교육 부여 알레르기의 국가 학회 및 감염 증 (NIAID, T32AI007528)와 임상, 번역 상 과학 상 미시간 연구소 임상 및 건강에 대 한 연구 (UL1TR000433)입니다.
완전 한 데이터 파일 및 데이터 분석 코드가이 원고에 사용 된 https://github.com/hilldr/HIO_microinjection에서 사용할 수 있습니다.
EGTA 0.5 M sterile (pH 8.0) | Bioworld | 405200081 | |
Cell matrix solution (Matrigel) | Corning | 354230 | |
Deltavision RT live cell imaging system | GE Life Sciences | 29065728 | http://www.gelifesciences.com/webapp/wcs/stores/servlet/catalog/en/GELifeSciences/brands/deltavision/ |
Camera | GE Life Sciences | 29065728 | Included with Deltavision system |
softWoRx Imaging software | GE Life Sciences | 29065728 | Included with Deltavision system |
Biosafety cabinet | Labconco | Cell Logic+ | http://www.labconco.com/product/purifier-cell-logic-class-ii-type-a2-biosafety-cabinets-2/4262 |
1X PBS | Life Technologies | 10010-023 | |
Advanced DMEM-F12 | Life Technologies | 12634-010 | Component of ENR media; see McCraken et al. 24 |
B27 supplement (50X) | Life Technologies | 17504044 | Component of ENR media; see McCraken et al. 24 |
L-glutamine (100X) | Life Technologies | 25030-081 | Component of ENR media; see McCraken et al. 24 |
HEPES buffer | Life Technologies | 15630080 | Component of ENR media; see McCraken et al. 24 |
Manipulator | Narshge | UM-3C | |
Micromanipulator | Narshge | UM-1PF | |
Pipette Holder | Narshge | UP-1 | Alternate to Xenoworks pipette holder |
Magnetic stand | Narshge | GJ-1 | |
Dissecting scope | Olympus | SX61 | Recommended scope, although other models are likely compatible |
Olympus IX71 Fluorescent microscope | Olympus | IX71 | Included with Deltavision system |
CoolSNAP HQ2 | Photometrics | 29065728 | Included with Deltavision system |
Recombinant C. difficile Toxin A/TcdA Protein | R&D Systems | 8619-GT-020 | |
EGF | R&D Systems | 236-EG | Component of ENR media; see McCraken et al. 24 |
R-spondin 1 | R&D Systems | 4645-RS | Component of ENR media; see McCraken et al. 24 |
Noggin | R&D Systems | 6057-NG | Component of ENR media; see McCraken et al. 24 |
Mineral oil | Sigma-Aldrich | M8410 | |
FITC-dextran (4 kDa) | Sigma-Aldrich | 46944 | |
Micropipette puller | Sutter Instruments | P-30 | |
Nunc Lab-Tek II Chamber Slides | ThermoFisher Scientific | 154526PK | |
Glass filaments | WPI | TW100F-4 | |
Micropipette holder | Xenoworks | BR-MH2 | Preferred device |
Analog Tubing kit | Xenoworks | BR-AT | |
1/16 in clear ferrule | Xenoworks | V001104 | |
1-1.2 mm O-ring | Xenoworks | V300450 |