Een protocol te isoleren, cultuur en imago eilandje cel clusters (ICC), afkomstig van menselijke foetale pancreas cellen wordt beschreven. De methode beschrijft de stappen die nodig zijn om ICC te genereren uit weefsel, cultuur als monolagen of in suspensie als aggregaten, en voor markers van proliferatie en alvleesklier cel beslissingen over het lot.
Al bijna 30 jaar, hebben wetenschappers aangetoond dat de menselijke foetale ICC getransplanteerd onder de nier capsule van naakt muizen uitgegroeid tot functionerende endocriene cellen, zoals blijkt uit een significante toename van circulerende humane C-peptide na glucose stimulatie 1-9. Echter in vitro ontstaan van insuline producerende cellen uit menselijke foetale ICC is laag 10; resultaten die doet denken aan de recente experimenten uitgevoerd met menselijke embryonale stamcellen (hESC), een hernieuwbare bron van cellen die grote belofte als potentiële therapeutische behandeling voor diabetes type 1 te houden. Zoals ICC, transplantatie van gedeeltelijk gedifferentieerde hESC genereren glucose responsieve, insuline producerende cellen, maar in vitro ontstaan van insuline producerende cellen van hESC is veel minder robuust 11-17. Een volledig begrip van de factoren die de groei en differentiatie van endocriene voorloper cellen beïnvloeden zal waarschijnlijk vereisen data gegenereerd uit zowel ICC en hijSC. Terwijl een aantal protocollen bestaan insulineproducerende cellen genereren van hESC in vitro 11-22, veel minder aanwezig voor ICC 10,23,24. Een deel van dit verschil waarschijnlijk afkomstig is van de problemen van het werken met menselijke foetale alvleesklier. Hiertoe, zijn we blijven voortbouwen op bestaande methoden om foetale eilandjes te isoleren uit menselijke pancreases met zwangerschapsduur leeftijd variërend 12-23 weken, groeien de cellen als een monolaag of in suspensie, en voor celproliferatie, alvleesklier markers en menselijke hormonen waaronder glucagon en C-peptide. ICC's gegenereerd door de in C-peptide vrijlating onderaan resultaat beschreven na transplantatie onder de nier capsule van naakt muizen die vergelijkbaar zijn met C-peptide niveaus verkregen door transplantatie van verse weefsel 6 zijn protocol. Hoewel de voorbeelden hier gepresenteerde richten op de pancreatische endoderm proliferatie en β cellen ontstaan, kan het protocol worden gebruikt voor andere aspecten van pancreatische ontwikkeling bestuderen, Waaronder exocriene, ductale en andere hormoon-producerende cellen.
Een primaire beperking tot cel-gebaseerde insuline vervangende therapieën in type 1 diabetes is het gebrek aan menselijke eilandjes beschikbaar voor transplantatie. Het vermogen om de proliferatie en differentiatie van humane pancreatische voorlopercellen regelen in insulineproducerende cellen die voldoen aan de metabolische behoeften van een insuline-deficiënte toestand blijft een belangrijke bouwsteen voor celtherapie behandeling van type 1 diabetes.
Tot de komst van hESC afgeleid insulineproducerende cellen, humane foetale alvleesklier endocrine cellen of voorlopers werden als potentiële bronnen van cellen voor klinische transplantatie. Hoewel de wetenschappelijke en regelgevende landschap is veranderd in de afgelopen jaren, blijft er een absolute noodzaak om te begrijpen hoe de menselijke foetale pancreas ontwikkelt. Veel nu bekijk therapeutisch gebruik van menselijke foetale cellen onwaarschijnlijk, maar als effectieve en veilige methoden om de cellen te breiden werden vastgesteld, therapeutische gebruik van deze cellen kunnen agAïn worden onderzocht. Een belangrijke hindernis die overblijft is dat in vitro transformatie van menselijke foetale cellen de alvleesklier aggregaten (ICC) in glucose responsieve, insuline afscheidende endocriene cellen is momenteel een inefficiënt proces. Hoewel veel werk over bijna 30 jaar is opgehelderd en afgebakend het expressieprofiel van transcriptiefactoren die nodig zijn voor de ontwikkeling van de endocriene pancreas, blijven er gaten in onze kennis over hoe temporele expressie van transcriptiefactoren wordt gereguleerd en gerelateerd aan celfunctie.
Tot de komst van hESC afgeleid insulineproducerende cellen, humane foetale alvleesklier endocrine cellen of voorlopers werden als potentiële bronnen van cellen voor klinische transplantatie. Hoewel de wetenschappelijke en regelgevende landschap is veranderd in de afgelopen jaren, blijft er een absolute noodzaak om te begrijpen hoe de menselijke foetale pancreas ontwikkelt. Velen nu zien therapeutische gebruik van menselijke foetale cellen als onwaarschijnlijk, maar als effectiefen veilige methoden groeien de cellen werden vastgesteld, therapeutische gebruik van deze cellen kunnen opnieuw worden onderzocht. Een belangrijke hindernis die overblijft is dat in vitro transformatie van menselijke foetale cellen de alvleesklier aggregaten (ICC) in glucose responsieve, insuline afscheidende endocriene cellen is momenteel een inefficiënt proces. Hoewel veel werk over bijna 30 jaar is opgehelderd en afgebakend het expressieprofiel van transcriptiefactoren die nodig zijn voor de ontwikkeling van de endocriene pancreas, blijven er gaten in onze kennis over hoe temporele expressie van transcriptiefactoren wordt gereguleerd en gerelateerd aan celfunctie.
Onlangs heeft het veld stamcel de geaccumuleerde kennis tijdelijke transcriptiefactor expressie tijdens de ontwikkeling eilandje gebruikt voor de productie van cellen die de markers van rijpe endocrine cellen tot expressie drijven. Hoewel ontstaan van insuline producerende cellen van hESC en geïnduceerde pluripotente cellen (IPSC) aanzienlijk heeft gemaakt ensignificante vooruitgang in de afgelopen jaren de meest effectieve protocollen vereisen twee verschillende differentiatie fasen: 1) een eerste in vitro differentiatie cellen die alvleesklier precursor transcriptiefactoren, gevolgd door 2) in vivo rijping na transplantatie genereren – een zogenaamde "black box "periode. Om vooruit te gaan, de vooruitgang in het begrijpen van de biologie onderliggende eilandje rijping in vivo, ongeacht de bron van cellen, moet worden begrepen op een biochemisch niveau. De overeenkomst tussen de resultaten ICC en hESC resultaat suggereert dat een aantal kritische biochemische processen die de overgang van menselijke pancreatische voorlopercellen in rijpe, glucose responsieve, insuline afscheidende cellen in vitro reguleren blijven onbekend. Een centraal onderdeel van dit inzicht zal zijn om nieuwe methoden te ontwikkelen om functionele endocriene celpopulaties ontlenen pancreas voorlopercellen en hESC zullen niet alleen biochemische ca. vereisenoaches dat de rijping gebeurtenissen, maar methoden om de veranderingen te analyseren helderen.
Waarom geloven we dat de beeldvorming van humane foetale cellen de alvleesklier is een cruciaal aspect van het identificeren van veranderingen in eilandje rijping? Het antwoord ligt deels in de historische zoektocht naar insuline-producerende cellen te genereren. Zowel model en weefsel-kweeksystemen voor alvleesklier precursoren en eilandjes hebben toegestaan onderzoekers om de grote verschillen die er bestaan tussen rijping van dierlijke eilandjes en menselijke eilandjes in vitro onderzoeken. Een beperking bij het navigeren foetale pancreas ontwikkeling is dat de zwangerschapsduur die legaal kan worden gebruikt leiden tot heterogene cel aggregaten. Hoewel de geïsoleerde foetale menselijke cellen lijken eilandjes, kleuring na in vitro kweek van zwangerschapsduur 9-23 weken blijkt minder dan 15% bevatten merkers voor endocrine cellen, met de meeste cellen niet kleuring op eilandje hormonen. Na transplantatie envivo rijping, een grote meerderheid van de cellen brengen endocriene markers 6,25. De resultaten van deze studies worden om herhaald met hESC differentiatie protocollen die alleen kunnen bescheiden populaties van enkele hormoon positieve endocrine cellen genereren na in vitro differentiatie. In vitro werkwijzen populaties hormoon positieve cellen verbeteren waarschijnlijk inzicht in in vivo eilandje rijping. Bovendien, het begrijpen van de moleculaire gebeurtenissen die de menselijke foetale ontwikkeling van de alvleesklier rijden zal waarschijnlijk verbeteren inspanningen om insuline-producerende cellen afkomstig van hESC en verder af te bakenen van de mechanismen die de β-cel regeneratie en alvleesklier cel transdifferentiation reguleren.
De overeenkomsten tussen humane foetale alvleesklier cel en hESC rijping kan worden uitgebreid tot celfunctie. Zoals muizencellen zowel menselijke foetale cellen en gedifferentieerde hESC zijn niet insuline vrij in reactie op glucosena eilandje nieuwvorming in vitro 26,27. Echter, bij transplantatie in naakt muizen en rijping, zowel menselijk eilandje-achtige clusters en insuline producerende cellen, afkomstig van hESC vertonen een endocriene fenotype. Drie maanden na de transplantatie, bijna 90% van de getransplanteerde cellen uit beide populatie insuline positief en normaal functioneren zoals bepaald door de afgifte van C-peptide 17,26. Deze resultaten geven aan dat transplantatie biedt context en onbekende signalen dat eilandje rijping te bevorderen. Geoptimaliseerde beeldvormingsprotocollen, zoals hier beschreven, voor menselijke foetale pancreascellen zal helpen bij het zoeken naar factoren die moduleren en rijping versnellen identificeren. Fundamentele biochemische onderzoek van menselijke foetale pancreascellen en hESC gedifferentieerd naar een endocriene afstammingslijn in dit stadium van ontwikkeling is essentieel voor het meten van de efficiëntie van rijping.
Het volgende protocol, beschreven in Figure 1, verschaft de huidige werkwijze voor de isolatie van humane foetale pancreascellen, zogenaamde ICC van gehele menselijke foetale pancreas en beeldvorming van deze cellen. Dit protocol heeft een initiële bereiding van cellen uit weefsel, dat vervolgens kan worden gekweekt als een monolaag of suspensie. Bereiding van cellen voor beeldvorming van veel gebruikte merkers endocriene cel proliferatie en maturatie beschreven.
Generatie en beeldvorming van ICC in de afwezigheid of aanwezigheid van diverse chemische modificerende middelen verschaft een snelle werkwijze, vergeleken met transplantatie modellen te helpen identificeren omstandigheden en verbindingen die rijping van humane foetale pancreascellen versnellen in volledig functionele exocriene, ductale of cultuur hormoon producerende cellen de alvleesklier.
De hier gepresenteerde methoden in staat een om ICC te genereren uit humane foetale pancreas beeld en vervolgens voor markers van celproliferatie en alvleesklier endoderm. Het proces van menselijke foetale pancreas dissociatie vereist ongeveer 90 minuten, gevolgd door 72 uur ICC vormingstijdstip, een aanpak die aanzienlijk van protocollen β cel progenitorcellen isoleren van muis. De hier gepresenteerde protocol verschaft een reproduceerbare werkwijze waarmee de onderzoeker foetale pancreas ontwikkeling verkennen. Twee verschillende longitudinale studies kunnen worden uitgevoerd. Ten eerste kan het potentieel functionele pancreas celtypen (ductale cellen, exocriene cellen en hormoon positieve cellen) produceren van verschillende zwangerschapsduur worden geëvalueerd na transplantatie. Ten tweede kan ICC uit een zwangerschapsduur worden in kweek, behandeld met geselecteerde farmacologische agentia en getransplanteerd op verschillende tijdstippen tijdens ICC kweek verschillen ontdekkenin cel lot. Met de enorme inspanningen momenteel gericht op hESC differentiatie in insuline producerende cellen, worden de problemen in verband met insuline uitscheiding in reactie op fysiologische stimuli weer tot leven gebracht. Human ICC bieden een unieke modelsysteem om dit cruciaal aspect van foetale pancreas celproliferatie en β cel ontwikkeling te bestuderen.
Zoals bij elk protocol om cellen te isoleren uit weefsels, details zijn essentieel voor succes. Een aantal parameters nog buiten de controle van het laboratoriumpersoneel die het experiment uitvoert. Twee problemen van dit laboratorium zijn de slechte kwaliteit van het uitgangsmateriaal en de levering van niet-pancreas weefsel. Gezond foetale pancreas weefsel is stevig om een schaar te snijden. Als het weefsel snijdt te gemakkelijk, is een teken dat de pancreasenzymen begonnen de alvleesklier verteren zelf. Dit is er helaas geen herstel en de voorbereiding is best geannuleerd. Zelden is een inervaren technicus verwijderen van de pancreas gedeelten van de darm verwarren van de alvleesklier. Deze monsters zullen veel meer elasticiteit dan een pancreas en een opmerkelijke lumen zullen aanwezig zijn. Nogmaals, deze monsters worden weggegooid.
Wanneer het protocol hierboven wordt gevolgd zoals beschreven, zijn er zelden problemen die zich voordoen om het isolement te werpen off track. Een paar punten om te onthouden voor een soepele isolatie zorgen, met name, te scherpe schaar voor nauwkeurige alvleesklier snijden gebruiken en zorg ervoor dat elk weefsel monster te groot is om te verteren niet verlaten. Als de bezuinigingen zijn niet klein genoeg is, dan is de collagenase niet doeltreffend werkt, en enkele ICC's worden gevormd. Omgekeerd, wanneer het gebruik van een nieuwe partij van collagenase, beginnen met een vergelijkbaar niveau als IE (internationale eenheden) voor de spijsvertering, zoals eerder gebruikt. Echter, verminderen de incubatietijd zodat via vertering niet optreedt. Deze techniek oplossen van problemen zorgt ervoor dat de IE etiket niet aanzienlijk verschillen van partij tot batch.
Genomen in perspectief, deze techniek voor het isoleren van foetale ICC relatief standaard in het veld. De meeste laboratoria bevestigden onze bevindingen dat toevoeging van HGF aan de media helpt de cellen overleven en vermenigvuldigen 33. Samengevat hebben we een methode om foetale ICC te isoleren verse pancreata zwangerschapsduur variërend 9-23 weken ontwikkeld. De cellen kunnen worden gekweekt als een monolaag of suspensie voor experimenten endocriene pancreas transcriptiefactoren en humane insuline visualiseren.
The authors have nothing to disclose.
Dit werk werd ondersteund door het California Institute for Regenerative Medicine (RB3-02266) en de NIH (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 |