Dieses Manuskript beschreibt ein FACS-basiertes Protokoll zur Isolierung von papillären und Netzfibroblasten von der menschlichen Haut. Sie umgeht in der vitro-Kultur, die mit dem häufig verwendeten Isolationsprotokoll über Explantationskulturen unvermeidlich war. Die ausstrahlenden fibroblasten Untersätze sind funktional unterscheidbar und zeigen eine differenzierte Genexpression und Lokalisierung innerhalb der Dermis.
Fibroblasten sind eine sehr heterogene Zellpopulation, die in die Pathogenese vieler menschlicher Krankheiten verwickelt ist. In der menschlichen Hautdermis werden Fibroblasten traditionell der oberflächlichen Papillar-oder unteren Netzhaut entsprechend ihrer histologischen Lokalisierung zugeschrieben. In der Maus kommen die Papillar-und Netzfibroblasten aus zwei verschiedenen Linien mit unterschiedlichen Funktionen in physiologischen und pathologischen Prozessen und einem ausgeprägten Oberflächenmarkerausdruckprofil, mit dem sie sich unterscheiden lassen.
Wichtig ist, dass Hinweise aus Explantingskulturen aus oberflächlichen und unteren dermalen Schichten darauf hindeuten, dass es in der menschlichen Hauthaut auch mindestens zwei funktionell unterschiedliche dermale Fbroblasten gibt. Im Gegensatz zur Maus sind jedoch die Oberflächenmarker, die die Diskriminierung verschiedener Fibroblast-Untersätze ermöglichen, für die menschliche Haut noch nicht etabliert. Wir haben ein neuartiges Protokoll zur Isolierung von menschlichen Papillar-und Netzfaserpopulationen über fluoreszenzaktivierte Zellsortierung (FACS) entwickelt, bei dem die beiden Zelloberflächenmarker Fibroblast-Aktivierungs-Protein (FAP) und Thymocyte antigen 1 (Thy1)/CD90 verwendet werden. Diese Methode ermöglicht die Isolierung von reinen Fibroblast-Untergruppen ohne In-vitro-Manipulation, die nachweislich die Genexpression beeinflussen, wodurch eine genaue funktionelle Analyse menschlicher dermal fibrobbest-Untergruppen in Bezug auf Gewebehomeostasis oder-erkrankung ermöglicht wird. die Pathologie.
Als Hauptbestandteil des Bindegewebes sind Fibroblasten in erster Linie für die Ablagerung von Kollagen und elastischen Fasern verantwortlich, die letztlich die extrazelluläre Matrix 1 bilden, und damit ihre Rolle in der Gewebehomanose,Regeneration und Krankheit wurde lange unterschätzt. Allerdings sind Fibroblasten in letzter Zeit unter das Rampenlicht der Forscher geraten, nicht nur, weil sie eine prominente zelluläre Quelle für induzierte pluripotente Stammzellen2 darstellen, sondern auch wegen ihrer hohen Plastizität und Implikation in die Pathogenese der Eine Vielzahl von Krankheiten wie Organfibrose3,4,5 oder Krebs6,7.
Die menschliche Haut besteht aus einem vielschichtigen Epithel, der Epidermis, und dem darunter liegenden Bindegewebe, der Dermis, die histologisch in die obere Papillare und die untere Netzhaut unterteilt werden kann und hauptsächlich aus Fibroblasten besteht und extrazelluläre Matrix8 und die Hypodermis. Entsprechend ihrer Lage innerhalb des Gewebes wurden derbe Fibroblasten grobinpapillare und Netzfibroblasten eingeteilt 1.
Wichtig ist, dass diese derben fibrobgebranischen Unterpopulationen nicht nur histologisch unterscheidbar sind, sondern auch erheblich unterschiedlich funktionieren. In der Maus entstehen Papillar-und Netzfibroblasten aus zwei unterschiedlichen Linien während der Embryogenese 9. Mehrere Beweislinien deuten darauf hin, dass die beiden Linien nicht nur in der Gewebehraomose, der Haarfollikel Morphogenese, der Wundreparatur und der Fibrose7,9,10unterschiedlicheRollenspielen, sondern auch auf unterschiedliche Signale aus neoplastischen epidermalen Stammzellen11, die auf divergierende Rollen bei der Krebserkrankung hindeuten. Bequem drücken beide Linien eine deutliche Reihe von sich gegenseitig ausschließenden Zellmarkern in der erwachsenen Maus aus, wodurch die Isolierung reiner dermal Fibroblastpopulationen und die anschließende umfassende Analyse ihrer spezifischen Funktionen in vitro 9 möglich ist. , 11. November
Entsprechend sind mindestens zwei verschiedene Faserblast-Untergruppen mit unterschiedlichen Morphologie und Funktionen, einschließlich divergierender Promillungsraten, Gewebeumbaukapazitäten 12, 13,sowiedie Fähigkeit, das Wachstum von Epidermale Stammzellen in vitro wurden für menschliche Hautdermis 14,15beschrieben. Die meisten der veröffentlichten Studien über die derben Fibroblasten des Menschen wurden jedoch mit gemischten Fibroblast-Populationen durchgeführt, die von den Explantationskulturen aus der entarteten Haut isoliert sind, da spezifische Zelloberflächenmarker die Isolierung von reinem menschlichen Papillarsatz ermöglichen. Oder Netzfaser-Subpopulationen in Analogie zur Maus-Dermis waren noch nicht etabliert.
Wir haben vor kurzem gezeigt, dass menschliche Hautpapillare und Netzfibroblasten durch spezifische Oberflächenmarker gekennzeichnet sind, die die Isolierung der jeweiligen Unterpopulationen durch fluoreszenzaktivierte Zellsortierung (FACS)16: FAP ermöglichen. + CD90– Fibroblasten repräsentieren Papillabonisten, die sich in erster Linie in der oberen Dermis befinden und eine höhere Proliferationsrate aufweisen, eine deutliche Gen-Signatur, aber kein adipogenes Potenzial. FAP+CD90 + und FAP–CD90 + Fibroblasten gehören zur Netzlinie der unteren dermalen Fächer, die weniger proliferativ sind, aber leicht einer Adipogenese unterzogen werden — ein Markenzeichen für Netzfibroblasten. Diese Methode ermöglicht es, diese unterschiedlichen fibroblast Subpopulationen nicht nur im Hinblick auf ihre spezifischen Funktionen unter physiologischen Bedingungen, sondern auch im Zusammenhang mit der Pathogenese von Hautkrankheiten einschließlich Hautkrebs umfassend zu untersuchen.
Da Fibroblasten jedoch ihren Zelloberflächenmarker-Ausdruck in zweidimensionaler In-vitro-Kultur16,17, 19 verändern,beschränktsich die Anwendung unseres Protokolls auf die Isolierung von Primärfibroblasten vom Menschen Dermis und erlaubt nicht die Identifizierung von Papillar-oder Netzfibroblasten in Mischzellkultur-Populationen. Wichtig ist, dass die nach dem unten beschriebenen Fibroblast-Untersätze, obwohl sich die Verwendung von Zelloberflächenmarkern in vitro ändert, ihre spezifische Funktionalität bei der Kultivierung16behalten, wodurch sie In vitro-Studien von subsetspezifischen Eigenschaften unter physiologischen oder pathologischen Bedingungen.
Abschließend haben wir über FACS ein Protokoll zur Isolierung von verschiedenen Fibroblast-Sharatoren entwickelt, das zum ersten Mal die Isolierung reiner Fibroblastpopulationen von menschlichen Hautermis in einem naiven Zustand ermöglicht.
In diesem Artikel beschreiben wir eine Methode zur Isolierung von papillaren und Netzfibroblasten von der menschlichen Haut. CD90 wurde zur Identifizierung oder Isolierung von dermalen Fibroblasten 18, 20,21eingesetzt. Wir haben jedoch gezeigt, dass neben CD90+-Fistenblästen auch menschliche Dermis eine CD90-Fisten-Population beherbergen, die FAP16ausdrückt, die als Marker für aktivierte Fibroblasten und krebserregende Fibroblasten etabliert wurde ( CAFs)22,23, 24,25. Wichtig ist, dass wir drei Faserblatt-Unterpopulationen FAP +CD90–, FAP+CD90 + und FAP–CD90+ in Hautbiopsien von allen gesunden menschlichen Spendern identifizieren konnten. Wir kommen daher zu dem Schluss, dass FAP nicht nur ein Marker für aktivierte Fibroblasten oder CAFs ist, sondern auch normale Gewebefibroblasten.
Die nach Anwendung der oben beschriebenen Exklusions-und Gating-Strategie verbliebene Zellpopulation der FAP-CD90-enthält keine Fibroblasten, da sich diese Zellen nicht im Fibroblast-Anbaumedium in vitro vermehren, sondern die meisten Wahrscheinlich eine gemischte Zellpopulation, einschließlich Lymphzellen und Pericyten unter anderem16.
Die durch die Verwendung des oben beschriebenen Protokolls gewonnene Zellausbeute kann je nach Körperteil variieren, aus dem das für die Isolation verwendete Hautstück stammt. Dermis aus verschiedenen Körperteilen unterscheiden sich sowohl in ihrer Struktur, Dicke als auch in der Kollagenzusammensetzung. Zum Beispiel ist die Haut aus dem Gesicht oder dem Oberarm viel dünner als die Haut aus dem Bauch oder dem Oberschenkel, die auch häufig eine dickere subkutane Fettschicht aufweisen. Darüber hinaus können Alter und Geschlecht der Hautsppender nicht nur die Wirksamkeit der Gewebedissoziation beeinflussen, sondern auch die Verteilung der drei Fibroblast-Unterpopulationen (Abbildung3) beeinflussen, wenn sie von der vollen Dicke der Haut isoliert werden. Dies resultiert aus der Tatsache, dass die papillare Dermis schrumpft und die Gesamtfaserzahlenmit dem Alter11, 26,27,28abnehmen. Darüber hinaus wird das Zellpellet aus der papillären Dermis wahrscheinlich größer sein als die Netzhaut, da die obere Dermis dichter von Fibroblasten bevölkert ist als die Netzhaut. Außerdem ist die untere Dermis auch härter und dichter mit Kollagen verpackt, was es schwieriger macht, das Gewebe zu trennen und die Fibroblasten freizusetzen. Beachten Sie, dass das Zellpellet sehr rot erscheinen kann, weshalb eine rote Blutkörperell-Lyse empfohlen wird.
Neben der Identifizierung von drei Unterpopulationen in intakter menschlicher Haut zeigen wir auch, dass bei gedichtem Haut jede fibroblast Untermenge entweder in papillären oder Netzhaut anreichert wird. Um eine richtige Bereicherung jeder Unterpopulation aus verschiedenen dermalen Schichten zu erreichen, ist eine präzise Aufteilung der Haut mit dem Dermatom von entscheidender Bedeutung. Da die papillare Dermis sehr dünn ist, sollte die entalterte Scheibe, die sie darstellt, eine Dicke von 300 μm nicht überschreiten. Obere Netz-und Unterscheidenfibroblasten repräsentieren sowohl die Netzlinie als auch ähnliche Funktionen und Genunterschriften, Man könnte daher auch in Erwägung ziehen, sie nicht zu trennen.
Wichtig ist, dass alle drei Fibroblasten-Populationen in der gesamten Dermis vorkommen und nicht ausschließlich in einer Schicht vorhanden sind, weshalb Explantationskulturen aus Papillar-oder Netzhaut zu gemischten Fibroblastkulturen führen. FAP+CD90-Papillarfibroblasten sind in der papillären Dermis am häufigsten und folgen einem Gefälle von oberflächlichen bis zu unteren Dermallschichten, währendFAP + CD90+ und FAP–CD90+ Fibroblasten einem Umkehrung von der unteren in die oberflächlichen Schichten16. Darüber hinaus sind die meisten CD90+ -Fistenblätter der Papillardermis fast ausschließlich umgebende Blutgefäße zu finden und drücken den perivaskulären Fibroblast-Marker CD146 29 aus und weisen damit wahrscheinlich andere Funktionen auf als die Restes CD146– Netzfibroblasten 16. CD146 könnte als zusätzlicher Marker in der Gating-Strategie verwendet werden, um diese Population auszuschließen.
Nach der Dissoziation der dermalen Schichten werden die isolierten Zellen mit einem speziell entwickelten Antikörper-Cocktail befleckt, der verschiedene Antikörper zum Ausschluss von Immunzellen, Endothel-und Lymphzellen, Epidermzellen, Erythrozyten und MSCs enthält, um Erhalten Sie reine Fibroblastpopulationen. Es ist zu beachten, dass die Auswahl eines Markers für die Identifizierung und den Ausschluss von MSCsaufgrundder hohen Anzahl der veröffentlichten MSC-Marker 30,31schwierig sein kann. Da MSCs CD90 wie Fibroblasten ausdrücken, könnten sich zusätzliche MSC-Marker wie CD105 oder CD271 für ihre Identifizierung als nützlich erweisen. MSCs stellen jedoch nur einen sehr geringen Prozentsatz aller dermalen Zellen dar, und da CD90 +-Fischler bei der Sortierung typische morphologische Merkmale von Fibroblasten aufweisen, könnte man argumentieren, dass der Ausschluss von MSCs durch den Einsatz von unterschiedlichen Zelloberflächenmarkern möglich sein könnte. Unnötig.
Wichtig ist, dass wir die FAP und die CD90-Genexpression analysiert haben, nachdem wir die Zellen nach der Sortierung 7-14 Tage lang in der Kultur gehalten hatten (Daten nicht gezeigt) und festgestellt haben, dass die Expression beider Marker in der jeweils sortierten Single positiv (FAP+CD90– oder FAP–CD90+) Zellen16. Wir betonen daher, dass die oben beschriebenen Marker-Sets und-Protokolle die Isolierung von primären Fibroblasten-Teilmengen direkt aus dem Gewebe, nicht aber aus zuvor kultivierten Mischfaserpopulationen erlauben.
Dennoch zeigen wir, dass die Funktionalität aller drei Unterpopulationen in der Zellkultur erhalten bleibt, unabhängig von der Veränderung des Lichtflächenmarkers, da Fibroblasten als FAP+CD90sortiert werden-Papillarfibroblasten nicht Erhalten Sie die Fähigkeit, Adipogenese nach einer längeren Periode der Kulturzuunterziehen, während Fibroblasten sortiert als FAP + CD90 + oder FAP-CD90+ Netzfasernhaltenihre Fähigkeit, in Adipozyten zu unterscheiden 16 . Wichtig ist auch, dass wir festgestellt haben, dass papillare und rekulationsspezifische Gene in FAP + CD90– bzw. CD90+ immer noch in höherem Maße zum Ausdruckkommen.
Abschließend möchte ich sagen, dass wir über FACS ein Protokoll zur Isolierung von funktionell unterschiedlichen Fibroblast-Untergruppen eingerichtet haben, das zum ersten Mal die Isolierung und Analyse von reinen und naiven fibrobgeladenen Unterpopulationen aus menschlichen Hautermis ermöglicht. Diese Methode stellt einen großen Fortschritt zu dem häufig verwendeten Fibroblast-Kultur-Isolationsprotokoll von der oberen und unteren Dermis dar, da (i) ein gegenläufiger Gefälle von Papillar-und Netzfibroten von der Hautoberfläche bis zur Hypodermis und (ii) Fibroblasten ändern ihre Genunterschrift in vitro.
The authors have nothing to disclose.
Wir danken der Unterstützung bei der FACS-Sortierung durch Bärbel Reininger und Wolfgang Bauer. Diese Arbeit wurde durch Zuschüsse an B. M. L. vom Wissenschaftsfonds FWF: V 525-B28 und dem Verband Europäischer Biochemie-Meister (FEBS) unterstützt. S. F. ist Träger eines DOC-Stipendiums der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (OeAW). Wir danken den Kernkompetenzen der Medizinischen Universität Wien für unsere hervorragende Unterstützung. Wir danken Bernhard Gesslbauer, Christine Radtke und Martin Vierhapper für die Bereitstellung menschlichen Hautmaterials.
Material: | |||
3-isobutyl-1-methylxanthine | Sigma | I5879 | |
Ammonium chloride | Sigma | 9718 | used for selfmade ACK Lysis Buffer |
Amniomax-C100 (1x) Basal Medium | Gibco | 17001-074 | used for fibroblast growth medium |
β-Mercaptoethanol | Scharlau | ME0095 | ! CAUTION |
C100 Supplement | Thermo Scientific | 12556015 | used for fibroblast growth medium |
Collagenase I | Thermo Scientific | 17100017 | ! CAUTION |
Collagenase II | Gibco | 17101015 | ! CAUTION |
Collagenase IV | Sigma | C5138 | ! CAUTION |
DAPI | Thermo Scientific | 62248 | |
Dexamethasone | Sigma | D8893 | |
Dispase II | Roche | 4942078001 | ! CAUTION |
Dulbecco‘s Modified Eagle Medium + GlutaMAX | Gibco | 31966-021 | |
EDTA disodium salt | Sigma | E1644 | used for selfmade ACK Lysis Buffer |
Fetal bovine serum (heat inactivated) | Gibco | 10500-064 | |
Hyaluronidase | Sigma | H4272 | ! CAUTION |
Insulin | Sigma | I5500 | |
Isopropanol | Merck | 1,096,341,011 | |
OilRed O | Sigma | O-0625 | |
Paraformaldehyd | Sigma | 158127 | ! CAUTION Cancerogenic. Skin and eye irritant. Handle with care. |
Penicillin/Streptomycin | Gibco | 15070-063 | |
Phosphate-buffered saline without Ca++ & Mg++ | Lonza | BE17-512F | |
Potassium bicarbonate | Sigma | 237205 | used for selfmade ACK Lysis Buffer |
PureLink RNA MicroKit | Invitrogen | 12183-016 | |
SuperScript III First-Strand Synthesis SuperMix for qRT-PCR | Invitrogen | 11752 | |
Taqman 2xUniversal PCR Master Mix | Applied Biosystems | 4324018 | ! CAUTION Skin and eye irritant. |
Troglitazone | Sigma | T2573 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Flow cytometry Antibodies: | |||
anti human CD31-AF488 | Biolegend | 303109 | Dilution: 1:30, Lot: B213986, RRID: AB_493075 |
anti human CD45-Pacific blue | Biolegend | 304029 | Dilution: 1:20, Lot: B218608, RRID: AB_2174123 |
anit human CD49f/ITGA6-PE | Serotec | MCA699PE | Dilution: 1:20, Lot: 0109, RRID: AB_566833 |
anti human CD90/Thy-1-AF700 | Biolegend | 328120 | Dilution: 1:30, Lot: B217250, RRID: AB_2203302 |
anti human CD106-AF421 | BD | 744309 | Dilution: 1:100, Lot: 7170537, RRID: x |
anti human CD235ab-Pacific blue | Biolegend | 306611 | Dilution: 1:1000, Lot: B224563, RRID: AB_2248153 |
anti-human E-cadherin-PE | Biolegend | 147304 | Dilution: 1:20, Lot: B197481, RRID: AB_2563040 |
anti human FAP-APC | R&D | FAB3715A | Dilution: 1:20, Lot: AEHI0117111, RRID: x |
Human TruStain FcX | Biolegend | 422302 | Dilution: 1:20, Lot: B235080, RRID: x |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Equipment: | |||
1.4 mL micronic tubes | Thermo Scientific | 4140 | |
1.5 mL screw cap micro tube | Sarstedt | 72,692,405 | |
5 mL Polystyrene Round Bottom Tube with cell strainer cap | Falcon | 352235 | |
48-well cell culture cluster | Costar | 3548 | |
50 mL polypropylene canonical tubes | Falcon | 352070 | |
70 µm cell strainer nylon | Falcon | 352350 | |
Aesculap Acculan 3Ti Dermatome | VWR | AESCGA670 | |
Aesculap Dermatome blades | VWR | AESCGB228R | |
MicroAmp Fast Optical 96well | Applied Biosystems | 4346906 | |
Primary cell culture dish | Corning | 353803 | |
Scalpel blades | F.S.T | 10022-00 | |
Tea strainer | x | x | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Fibroblast growth medium: | |||
AmnioMAX basal medium with AmnioMAX C-100 Supplement, 10 % FCS and 1 % P/S |