بروتوكول لعزل، وصفت مجموعات والثقافة، وصورة الخلية جزيرة (ICCS) مشتقة من خلايا البنكرياس الجنين البشري. تفاصيل أسلوب الخطوات اللازمة لتوليد ICCS من الأنسجة والثقافة والطبقات الوحيدة أو في التعليق كما المجاميع، وصورة لعلامات الانتشار والبنكرياس القرارات مصير الخلية.
لما يقرب من 30 عاما، وقد أثبتت العلماء أن الجنين ICCS البشرية المزروعة تحت كبسولة الكلى من الفئران عارية نضجت في أداء خلايا الغدد الصماء، كما يتضح من زيادة كبيرة في تعميم الإنسان C-الببتيد التالية التحفيز الجلوكوز 1-9. ولكن في المختبر، نشأة الخلايا المنتجة للانسولين من ICCS الجنين البشري هو انخفاض 10؛ النتائج تذكرنا التجارب الأخيرة أجريت مع الخلايا الجذعية الجنينية البشرية (HESC)، مصدر متجدد للخلايا التي تحمل وعودا كبيرة كعلاج العلاجية المحتملة لمرض السكري نوع 1. مثل ICCS، زرع HESC متباينة جزئيا توليد استجابة الجلوكوز والأنسولين الخلايا المنتجة، ولكن في نشأة المختبر من الخلايا المنتجة للانسولين من HESC هو أقل قوة بكثير 11-17. وهناك فهم كامل للعوامل التي تؤثر على نمو وتمايز الخلايا السلائف الغدد الصماء المرجح تتطلب ولدت البيانات من كلا ICCS وسعادةSC. في حين أن عددا من البروتوكولات الموجودة لتوليد خلايا انتاج الانسولين من HESC في المختبر 11-22، وجود عدد أقل بكثير لICCS 10،23،24. من المرجح أن يأتي جزء من التناقض من صعوبة العمل مع البنكرياس الجنين البشري. وتحقيقا لهذه الغاية، فقد واصلنا الاعتماد على الأساليب القائمة لعزل الجزر الجنين من بنكرياس الإنسان مع الأعمار الحمل تتراوح بين 12 إلى 23 أسبوعا، وتنمو الخلايا كما أحادي الطبقة أو في التعليق، والصورة لتكاثر الخلايا، وعلامات البنكرياس والهرمونات البشرية بما في ذلك الجلوكاجون وC-الببتيد. ICCS التي تم إنشاؤها بواسطة بروتوكول موضح أدناه النتيجة في الافراج C-الببتيد بعد زرع الكلى تحت الكبسولة من الفئران عارية التي تشبه إلى مستويات C-الببتيد التي حصلت عليها من زرع أنسجة جديدة 6. على الرغم من أن الأمثلة المعروضة هنا التركيز على انتشار الأديم الباطن والبنكرياس β نشأة الخلية، بروتوكول يمكن استخدامها لدراسة الجوانب الأخرى للتنمية البنكرياس، بما في ذلك إفرازات، الأقنية، والخلايا المنتجة للهرمون الأخرى.
ومن القيود الأساسية للأنسولين علاجات استبدال خلية القاعدة في مرض السكري نوع 1 هو ندرة الجزر البشرية المتاحة للزرع. القدرة على تنظيم انتشار وتمايز الخلايا السلائف البنكرياس الإنسان إلى خلايا منتجة للأنسولين التي تلبي متطلبات التمثيل الغذائي للدولة على الأنسولين ناقصة لا يزال لبنة حاسمة لعلاج خلية مقرها لعلاج داء السكري من النوع 1.
حتى كان ينظر ظهور الخلايا المنتجة للانسولين HESC مشتقة، خلايا الغدد الصماء في البنكرياس الجنين البشري أو سلائفها كمصادر محتملة من الخلايا للزرع السريرية. على الرغم من أن المشهد العلمية والتنظيمية قد تغيرت في السنوات القليلة الماضية، لا تزال هناك حاجة حيوية لفهم كيفية تطور البنكرياس الجنين البشري. العديد من الآن عرض الاستخدام العلاجي للخلايا الجنينية البشرية من غير المحتمل، ولكن إذا تم إنشاء طرق فعالة وآمنة لتوسيع الخلايا، واستخدام العلاجية لهذه الخلايا يمكن AGعين يكتشفها. وهناك عقبة رئيسية ما تبقى هو أن التحول في المختبر من خلايا البنكرياس الإنسان الجنين المجاميع (ICCS) إلى جلوكوز استجابة، الأنسولين إفراز خلايا الغدد الصماء في الوقت الراهن عملية غير فعالة. على الرغم من أن هناك الكثير من العمل على مدى 30 عاما تقريبا وقد أوضحت وحددت الشخصى التعبير عن عوامل النسخ المطلوبة لتطوير البنكرياس الصماء، لا تزال هناك ثغرات في معرفتنا حول كيفية تنظيم التعبير الزماني للعوامل النسخ وتتعلق وظيفة الخلية.
حتى كان ينظر ظهور الخلايا المنتجة للانسولين HESC مشتقة، خلايا الغدد الصماء في البنكرياس الجنين البشري أو سلائفها كمصادر محتملة من الخلايا للزرع السريرية. على الرغم من أن المشهد العلمية والتنظيمية قد تغيرت في السنوات القليلة الماضية، لا تزال هناك حاجة حيوية لفهم كيفية تطور البنكرياس الجنين البشري. العديد من الآن عرض الاستخدام العلاجي للخلايا الجنينية البشرية من غير المحتمل، ولكن إذا فعالةوطرق آمنة لتوسيع أنشئت الخلايا، يمكن مرة أخرى أن تستكشف استخدام العلاجي من هذه الخلايا. وهناك عقبة رئيسية ما تبقى هو أن التحول في المختبر من خلايا البنكرياس الإنسان الجنين المجاميع (ICCS) إلى جلوكوز استجابة، الأنسولين إفراز خلايا الغدد الصماء في الوقت الراهن عملية غير فعالة. على الرغم من أن هناك الكثير من العمل على مدى 30 عاما تقريبا وقد أوضحت وحددت الشخصى التعبير عن عوامل النسخ المطلوبة لتطوير البنكرياس الصماء، لا تزال هناك ثغرات في معرفتنا حول كيفية تنظيم التعبير الزماني للعوامل النسخ وتتعلق وظيفة الخلية.
في الآونة الأخيرة، في مجال الخلايا الجذعية استخدمت المعارف المتراكمة حول الزمانية عامل النسخ التعبير خلال تطوير جزيرة لدفع إنتاج الخلايا التي تعبر عن علامات من خلايا الغدد الصماء ناضجة. على الرغم من أن نشأة الخلايا المنتجة للانسولين من HESC والخلايا المحفزة (التوجيهية) جعلت كبيرة وتقدما كبيرا في السنوات القليلة الماضية، والبروتوكولات الأكثر فعالية تتطلب متميزتين مراحل تمايز: 1) والتمايز في وقت مبكر في المختبر لتوليد الخلايا معربا عن العوامل السلائف النسخ البنكرياس، تليها 2) في الجسم الحي النضج بعد زرع – وهو ما يسمى ب "الصندوق الأسود "الفترة. للمضي قدما، والتقدم في فهم بيولوجيا الكامنة نضوج جزيرة في الجسم الحي، بغض النظر عن مصدر الخلية، ويجب أن يفهم على مستوى البيوكيميائية. التشابه بين النتائج التي تم الحصول عليها مع ICCS وHESC تشير إلى أن عددا من العمليات الكيميائية الحيوية الحرجة التي تنظم عملية انتقال الخلايا السلائف البنكرياس الإنسان في، والأنسولين إفراز الخلايا تستجيب الجلوكوز ناضجة في المختبر لا تزال مجهولة. وهناك جزء أساسي من هذا الفهم أن يكون لتطوير منهجيات جديدة لاشتقاق السكان الخلية الغدد الصماء وظيفية من الخلايا الاصلية البنكرياس وسوف HESC تتطلب ليس فقط APPR البيوكيميائيةoaches أن إلقاء الضوء على الأحداث النضج، ولكن أساليب لتحليل التغييرات.
لماذا نعتقد أن التصوير خلايا البنكرياس الجنين البشري هو أحد الجوانب الحاسمة لتحديد التغيرات في جزيرة النضج؟ الجواب يكمن جزئيا في السعي التاريخية لتوليد الخلايا المنتجة للأنسولين. وقد سمحت كل من نموذج وأنظمة الأنسجة الثقافة لالسلائف البنكرياس والجزر الباحثين لاستكشاف الاختلافات الكبيرة الموجودة بين النضج من الجزر والجزر الصغيرة الحيوانية البشرية في المختبر. وجود قيود لاستكشاف التنمية البنكرياس الجنين البشري هو أن الأعمار الحمل التي يمكن استخدامها قانونيا تعطي فقط لارتفاع المجاميع الخلية غير المتجانسة. على الرغم من أن الخلايا البشرية الجنين معزولة تشبه الجزر، وتلطيخ بعد الثقافة في المختبر من سن 9-23 أسابيع الحمل يكشف أقل من 15٪ تحتوي على علامات لخلايا الغدد الصماء، مع معظم الخلايا لا تلطيخ للهرمونات جزيرة. ومع ذلك، بعد زرع وفيفو النضج، فإن أغلبية كبيرة من الخلايا التعبير عن علامات الغدد الصماء 6،25. ويجري ردد النتائج من هذه الدراسات اليوم مع بروتوكولات HESC التمايز التي هي قادرة على توليد السكان متواضعة من هرمون واحد خلايا الغدد الصماء إيجابية إلا بعد التمايز في المختبر. في المختبر طرق لتعزيز السكان من هرمون إيجابية الخلايا ومن المرجح أن توفر نظرة ثاقبة في الجسم الحي جزيرة النضج. علاوة على ذلك، فهم الأحداث الجزيئية التي تدفع التنمية البنكرياس الجنين البشري من المرجح أن تحسين الجهود لاستخلاص خلايا انتاج الانسولين من HESC ومزيد ترسيم الآليات التي تنظم تجديد الخلايا β وtransdifferentiation خلية البنكرياس.
أوجه التشابه بين الإنسان خلية البنكرياس الجنين وHESC النضج يمكن أن تمتد إلى وظيفة الخلية. مثل خلايا الفئران، سواء الخلايا الجنينية البشرية وHESC متباينة غير قادر على إفراز الأنسولين استجابة إلى جلوكوزبعد neoformation جزيرة في المختبر 26،27. ومع ذلك، عند زرع في الفئران عارية والنضج، سواء مجموعات مثل جزيرة البشرية والخلايا المنتجة للأنسولين المستمدة من HESC المعرض النمط الظاهري الغدد الصماء. بعد ثلاثة أشهر التطعيم، ما يقرب من 90٪ من الخلايا التي تم زرعها من السكان هم من الأنسولين إما إيجابية، وتعمل بشكل طبيعي على النحو الذي يحدده إطلاق سراح C-الببتيد 17،26. هذه النتائج تشير إلى أن زرع مجهولون توفر السياق والعظة التي تعزز جزيرة النضج. بروتوكولات التصوير الأمثل، مثل واحد هو موضح هنا، لخلايا البنكرياس الجنين الإنسان سوف تساعد في البحث لتحديد العوامل التي تعدل وتسريع النضج. استكشاف البيوكيميائية الأساسية للخلايا البنكرياس الجنين البشري وHESC متباينة نحو النسب الغدد الصماء في هذه المرحلة من التنمية أمر أساسي لقياس كفاءة النضج.
بروتوكول التالية، الواردة في الارقام ..ه 1، ويوفر أسلوبنا الحالي لعزل خلايا البنكرياس الجنين البشري، ودعا ICCS من البنكرياس كله الجنين البشري والتصوير من هذه الخلايا. هذا البروتوكول يتطلب الإعداد الأولي من الخلايا من الأنسجة، والتي يمكن زراعتها في وقت لاحق كما أحادي الطبقة أو في التعليق. يوصف إعداد الخلايا لتصوير علامات تستخدم عادة من الغدد الصماء تكاثر الخلايا والنضج.
جيل والتصوير من ICCS في غياب أو وجود مجموعة متنوعة من العوامل الكيميائية تعديل يوفر طريقة سريعة، مقارنة مع نماذج زرع، للمساعدة في تحديد الشروط الثقافة والمركبات التي تسريع نضوج خلايا البنكرياس الجنين البشري في إفرازات تعمل بكامل طاقتها، الأقنية، أو هرمون إنتاج خلايا البنكرياس.
الأساليب المعروضة هنا تمكن واحد لتوليد ICCS من البنكرياس الجنين البشري، وبعد ذلك صورة لعلامات من تكاثر الخلايا والأديم الباطن البنكرياس. عملية البنكرياس الجنين البشري تفارق المطلوبة حوالي 90 دقيقة، تليها فترة تشكيل المحكمة الجنائية الدولية 72 ساعة، وهو نهج يختلف كثيرا عن البروتوكولات لعزل الخلايا الاصلية الخلايا β من الماوس. بروتوكول المعروضة هنا يوفر طريقة استنساخه التي تسمح للباحث لاستكشاف التنمية البنكرياس الجنين البشري. نوعين مختلفين من الدراسات الطولية يمكن أن يؤديها. أولا، القدرة على توليد أنواع وظيفية البنكرياس خلية (خلايا الأقنية، الخلايا الإفرازية وخلايا إيجابية هرمون) من مختلف الأعمار الحمل يمكن تقييمها بعد الزرع. الثانية، ICCS من العمر الحملي واحد يمكن زراعتها في الثقافة، وتعامل مع وكلاء الدوائية المختارة والمزروعة في نقاط زمنية مختلفة خلال ثقافة المحكمة الجنائية الدولية لاستكشاف الاختلافاتفي مصير الخلية. مع الجهود الهائلة التي توجه حاليا في HESC التمايز إلى خلايا انتاج الانسولين، ومرة أخرى يجري إحياؤها المشاكل المرتبطة إفراز الأنسولين استجابة للمؤثرات الفسيولوجية. توفير ICCS الإنسان نظام نموذجا فريدا لدراسة هذا الجانب الهام من البنكرياس الجنين تكاثر الخلايا ونمو الخلايا β.
كما هو الحال مع أي بروتوكول لعزل الخلايا من الأنسجة، والتفاصيل هي الحاسمة للنجاح. وهناك عدد من المعلمات للأسف خارج سيطرة العاملين في المختبرات أداء التجربة. اثنين من المشاكل التي واجهت هذا المختبر تشمل رداءة نوعية المواد الانطلاق والتسليم من الأنسجة غير البنكرياس. نسيج البنكرياس الجنين صحية ثابتة لخفض مقص. إذا كانت التخفيضات الأنسجة بسهولة جدا، بل هو علامة على أن أنزيمات البنكرياس قد بدأت لهضم البنكرياس نفسها. من هذا هناك للأسف هناك انتعاش وأفضل إلغاء الإعداد. نادرا، وهو فيسوف فني من ذوي الخبرة إزالة البنكرياس الخلط بين أقسام القناة الهضمية للالبنكرياس. وهذه العينات لديها مرونة أكثر من ذلك بكثير من البنكرياس وسوف التجويف ملحوظ تكون موجودة. مرة أخرى، يجب التخلص من هذه العينات.
عند اتباع البروتوكول كما هو موضح أعلاه، هناك نادرا أي القضايا التي تنشأ لرمي العزلة عن مسارها. وتشمل بضع نقاط لنتذكر لضمان عزلة على نحو سلس، لاستخدام مقص حاد لقطع البنكرياس دقيقة وللتأكد من عدم ترك أي عينة الأنسجة كبيرة جدا لهضم. إذا التخفيضات ليست صغيرة بما فيه الكفاية، ثم كولاجيناز لا يعمل على نحو فعال، وتتشكل القليلة ICCS. على العكس من ذلك، عند استخدام دفعة جديدة من كولاجيناز، وتبدأ مع مستوى مماثل إذا وحدة دولية (وحدة دولية) لعملية الهضم كما تستخدم في السابق. ومع ذلك، خفض فترة حضانة لضمان أن ما يزيد على الهضم لا يحدث. هذه التقنية استكشاف الأخطاء وإصلاحها يضمن أن تسمية وحدة دولية لا تختلف اختلافا كبيرا من دفعة لدرجة البكالوريوسطشه.
التي اتخذت في المنظور، هذه التقنية لعزل ICCS الجنين البشري هو المعيار نسبيا في هذا المجال. وأكد معظم المختبرات النتائج التي توصلنا إليها أن إضافة HGF إلى وسائل الإعلام يساعد الخلايا على البقاء والتكاثر 33. باختصار، قمنا بتطوير طريقة لعزل ICCS الجنين البشري بنكرياسات جديدة مع الأعمار الحمل تتراوح 9-23 أسابيع. يمكن زراعتها الخلايا كما أحادي الطبقة أو في تعليق للتجارب لتصور عوامل النسخ الغدد الصماء في البنكرياس والأنسولين البشري.
The authors have nothing to disclose.
وأيد هذا العمل من قبل معهد كاليفورنيا للطب التجديدي (RB3-02266) والمعاهد الوطنية للصحة (DK54441).
Trehalose SG | Hayashibara | Trehalose SG | |
Collagenase XI | Sigma | C-9407 | |
Hank’s Balanced Salt Solution (HBSS) | Life Technologies | 24020-117 | |
RPMI 1640 with glutamate | Life Technologies | 11879020 | no glucose or HEPES |
Human AB Sera, Male Donors | Omega Scientific | HS-30 | |
Fungizone | Life Technologies | 15290018 | |
Gentamicin Solution 50 mg/ml | Invitrogen | 15750060 | |
1M Hepes, pH 7.0 | Life Technologies | 15630080 | |
Penicillin – Streptomycin 100X Solution | Life Technologies | 15070063 | |
Glutamax | Life Technologies | 35050061 | |
Hepatocyte Growth Factor (HGF) | Peprotech | 100-39 | |
GLP-1 | Peprotech | 130-08 | |
Fetal Bovine Serum | Invitrogen | 16000-044 | |
Dnase | Sigma | DN25 | |
Sterile Petri Dishes, 60 x 15 mm; Stackable, venting ribs | Spectrum Laboratory Products, Inc. | D210-13 | |
PBS | Gibco | 14190 | |
16% PFA | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
Triton X-100 | Sigma | T9284 | |
Donkey Serum | Jackson ImmunoResearch | 017-000-121 | |
BrdU | Life Technologies | 00-0103 | |
anti-insulin (mouse monclonal; 1:1000) | Sigma | I2018 | |
anti-glucagon (mouse monoclonal; 1:2000) | Sigma | G2654 | |
PDX1 (mouse monoclonal) | Novus Biologicals | NBP1-47910 | |
PDX1 (goat polyclonal) | AbCam | 47383 | |
PDX1 (rabbit polyclonal) | AbCam | 47267 | |
AlexaFluor 546 (rabbit) | Invitrogen | A11010 | |
AlexaFluor 546 (mouse) | Invitrogen | A11003 | |
AlexaFluor 488 (rabbit) | Invitrogen | A11008 | |
AlexaFluor 488 (mouse) | Invitrogen | A11001 | |
Ki67 | Lab Vision Neomarkers | RM 9016-50 | |
pan-CK (mouse monoclonal; 1:100) | Immunotech | 2128 | |
CK19 | AbD Serotech | MCA 2145 | |
DAPI | Cell Signaling | 4083 | |
HTB9 cell line | ATCC | 5637 | see Beattie 1997 reference to generate matrix |
Agarose | Sigma | A-6013 |