Questo protocollo descrive l'isolamento e la coltura di piccole cellule intestinali murine misti. Queste colture primarie intestinali consentono la ricerca di vie di segnalazione sottostanti intestinale secrezione peptide utilizzando un numero di tecniche.
L'intestino è l'organo più endocrino del corpo, con celle enteroendocrine GH secernenti situati lungo la lunghezza dell'epitelio gastrointestinale. Nonostante la loro importanza fisiologica, le cellule enteroendocrine rappresentano solo una piccola frazione della popolazione di cellule epiteliali e, in passato, la loro caratterizzazione ha presentato una notevole sfida con un conseguente affidamento su modelli della linea cellulare. Qui, forniamo un protocollo dettagliato per l'isolamento e la coltura di piccole cellule intestinali murine misti. Queste colture primarie sono state usate per identificare le vie di segnalazione sottostanti la stimolazione e inibizione della secrezione intestinale peptide in risposta ad un numero di sostanze nutritive e neuropeptidi nonché agenti farmacologici. Inoltre, in combinazione con l'uso di topi transgenici reporter fluorescente, abbiamo dimostrato che queste colture primarie diventano un potente strumento per l'esame delle cellule enteroendocrine fluorescenza-tag al dilivello tracellular, utilizzando metodi come serraggio cerotto e calcio cella singola e l'imaging cAMP-FRET.
L'obiettivo generale di questo metodo è quello di isolare e coltura mista cellule intestinali murine per consentire lo studio della secrezione intestinale peptide e imaging cellulare dal vivo di cellule enteroendocrine. Una prima versione di questa procedura è stato originariamente pubblicato nel 2008 da Reimann et al. 1 e da allora ha costituito la base di ulteriori 20 pubblicazioni dal nostro gruppo. Per questo manoscritto, abbiamo scelto di concentrarsi su piccoli culture intestinale in quanto sono più difficili da stabilire di culture del colon.
Cellule enteroendocrine secernono una serie di peptidi intestinali compresi glucagone-like peptide 1 (GLP-1), glucosio-dipendente insulinotropico peptide (GIP), colecistochinina (CCK) e peptide YY (PYY) 2. Questi peptidi intestinali hanno importanti ruoli fisiologici a orchestrare le risposte post-prandiali, come il rallentamento del budello di transito, potenziamento del rilascio di insulina glucosio-stimolata e l'induzione di sazietà. GLP-1 mimetici and farmaci che inibiscono la degradazione sono attualmente licenza per il trattamento del diabete di tipo 2 e non v'è costante valutazione del potenziale terapeutico di stimolare la secrezione endogena di questo peptide 3. Una migliore comprensione della fisiologia e enteroendocrine i meccanismi con cui secrezione è stimolata sia o inibita è, quindi, di importanza critica.
Gut secrezione peptide può essere studiata utilizzando diversi in vitro ed ex vivo modelli sperimentali, ciascuno con vantaggi e svantaggi (per una rassegna recente completa comprendente anche l'uso di modelli in vivo vedere Svendsen et al. 4). Ex vivo tecniche come l'intestino 5 e Camera di Ussing perfusi isolati 6 sono attualmente utilizzate per esplorare intestinale secrezione peptide in risposta a varie sostanze. Il principale vantaggio di questi metodi, comerispetto a colture primarie, è che l'ambiente immediato delle cellule enteroendocrine rimane in gran parte intatto e, soprattutto, la polarità delle cellule è conservato. Pertanto, è possibile ottenere informazioni riguardanti quale cella superficie un secretagogo agisce per 6. Tuttavia, queste sono in genere tecniche a basso throughput e la qualità dei dati da essi derivati si basa molto sulla integrità e la vitalità del tessuto intestinale, che declina inevitabilmente nel corso del tempo.
Organoidi intestinali sono ora sempre più utilizzati come modelli in vitro per lo studio della funzione delle cellule enteroendocrine e sviluppo 7. Organoidi, che possono derivare sia da topo e tessuti umani, hanno il vantaggio di formare strutture 3D 'cripta-simili' che mantengono la polarità delle cellule in coltura. Tuttavia, le cellule enteroendocrine organoide derivate devono ancora essere completamente caratterizzati e loro somiglianza L cel nativols rimane in gran parte sconosciuto. colture primarie hanno il vantaggio di essere un passo verso l'impostazione fisiologico, come cellule enteroendocrine non vengono mantenute e differenziate in condizioni artificiali per periodi di tempo prolungati.
Un metodo di coltura primario alternativo che è stato usato per la valutazione della secrezione intestinale peptide è l'isolamento delle cellule intestinali ratto fetale (FRICS) 8. Tuttavia, la coltura di tessuto intestinale adulta ha riscosso meno successo e alcune differenze sono state osservate nella sensibilità di FRICS vs cellule intestinali murine adulte (ad esempio glucosio 8).
Linee cellulari enteroendocrine-simile (es GLUTag, STC-1 e NCI-H716) sono stati tradizionalmente utilizzati per distinguere diretta vs. effetti indiretti sulle cellule enteroendocrine e per sezionare meccanismi molecolari alla base accoppiamento stimolo alla secrezione; vedi Kuhre et al </em>. 9 per la produzione e la secrezione del peptide da linee cellulari immortalizzate 'alveolari L'. Questo è stato necessario in quanto le cellule enteroendocrine, sparsi lungo il tratto gastrointestinale, costituiscono poco meno dell'1% delle cellule epiteliali intestinali 10 e cellule ordinati, nelle nostre mani, non sopravvivere in cultura 1. Linee cellulari rimangono strumenti utili per il fatto che essi sono una popolazione cellulare molto omogeneo che è favorevole a manipolazioni genetiche come gene silenziamento. Di conseguenza, è facile per indagare il ruolo delle proteine che non possono essere mirati farmacologicamente, quando i topi transgenici non sono disponibili. Tuttavia, le linee cellulari non sono sempre validi modelli di pile. Mentre ci sono molte somiglianze, risultati di colture primarie sono talvolta differenze nelle vie di segnalazione attivate da alcune sostanze nutritive in cellule primarie L rispetto alle cellule GLUTag evidenziate, per esempio (es. Peptoni <class = sup "xref"> 11). Cruciale, in combinazione con i topi transgenici reporter fluorescente, il modello coltura primaria permette un esame particolareggiato delle singole celle enteroendocrine primario a livello intracellulare. Cellule L fluorescenti-tag all'interno colture primarie sono state usate dal nostro gruppo di patch di bloccaggio 1, 12 studi e unicellulare calcio 11, 13 e ciclico adenosina immagini monofosfato-FRET 14 studi, che hanno dato significativi progressi nel campo della enteroendocrine fisiologia.
Il seguente protocollo è ottimizzato per eseguire esperimenti secrezione, utilizzando una piastra a 24 pozzetti o per la preparazione di fino a 16 piatti di imaging, da una sezione 10 cm tenue da un singolo topo adulto. Il protocollo può essere facilmente modificato per lo studio delle cellule del colon aumentando tempi di digestione e coconcentrazione llagenase.
Questo protocollo descrive l'isolamento e la coltura di piccole cellule intestinali murine misti per consentire lo studio della secrezione intestinale peptide e di imaging singola cellula di cellule enteroendocrine etichettati.
Per aumentare la probabilità delle piccole colture intestinali avere successo, è importante che il protocollo avviene più rapidamente possibile (idealmente entro 3 h di raccolta del tessuto) e che il tessuto viene mantenuto in terreno ghiacciata o tampone prima per il processo di digestione, per limitare la morte cellulare. Mentre non è essenziale, soprattutto per culture colon, rimozione dello strato muscolare dall'intestino tenue è fortemente incoraggiata. Il piccolo protocollo cultura intestinale è stato standardizzato, per quanto possibile. Tuttavia, è importante notare che nessun processo di digestione è identico. Ci sono molti passi durante questo protocollo in cui la variabilità può essere introdotto in un giorno per giorno ad esempio, il grado di rimozione del muscolo, la dimensione delle tha 'macinato' pezzi di tessuto, la forza di scuotere, la potenza di un particolare lotto di collagenasi, ecc. È quindi di fondamentale importanza per ispezionare aliquote di ciascuno dei diversi 'digerisce' al microscopio per valutare l'avanzamento del processo di digestione e adattare lo scuotimento e il numero di 'digest' di conseguenza. Si consiglia di scuotere più delicatamente per cominciare e, se frammenti cripta non sono evidenti da 'digest' 3 in poi, per iniziare agitazione più vigorosamente.
Dalla nostra esperienza, le cellule enteroendocrine non proliferano nella cultura e di solito sono persi da piccole culture intestinali entro 4 giorni. Tuttavia, questo consente tempo sufficiente per effettuare esperimenti secrezione intestinale peptide (tipicamente effettuata in 2 h, 18-24 ore dopo placcatura) per testare stimoli fisiologici e / o agenti farmacologici. Esperimenti che richiedono una notte di incubazione prima dell'esperimento secrezione sono possibili anche esnel caso di pre-trattamento con la tossina della pertosse 15.
La tecnica di coltura primaria qui presentato è un metodo ben noto, come dimostra il volume dei risultati della ricerca ha prodotto nel corso degli anni. Il modello di coltura primaria è stata usata per studiare la secrezione di una varietà di peptidi intestinali, compreso GLP-1 1, 18 e GIP PYY 19, in risposta a diverse nutrienti e non nutrienti 14, 20 stimoli e inibitori. Inoltre, la stessa tecnica è stata applicata con successo alla coltura di cellule intestinali umane 21. Spesso, una combinazione del metodo colture primarie insieme ad un ulteriore modello sperimentale es. ex vivo o in vivo in grado di fornire la più intuizione 6. In particolare ed in contrasto con altri metodi, questa tecnica ha imapplicazioni portanti al di là della misura del rilascio intestinale peptide. Abbiamo dimostrato che le piccole colture intestinali primarie derivate da topi transgenici transgenici sono strumenti potenti per l'interrogazione dei segnali intracellulari accoppiati al budello secrezione peptide, usando per esempio il Ca 2+ e sensori cAMP, GCaMP3 11, 13 e Epac2camps 14, rispettivamente, nonché tecniche elettrofisiologiche 12.
Come con tutti i modelli in vitro, le colture primarie intestinali hanno certe limitazioni inerenti compresa la perdita di polarità delle cellule epiteliali in coltura, così come il mancato afflusso di sangue e innervazione. È difficile stimare gli impatti potenziali di queste condizioni artificiali sulla funzione cellulare enteroendocrine. Tuttavia, i dati ottenuti da colture primarie sono state spesso traslabile in vivo setting (ad esempio effetti degli acidi grassi a catena corta di GLP-1 secrezione 15).
Le colture primarie intestinali sono una tecnica versatile con molte applicazioni potenziali. Essi hanno già fornito importanti visione meccanicistica nella regolazione della secrezione intestinale peptide.
The authors have nothing to disclose.
GLP-1 immuno-test sono stati eseguiti dal Nucleo biochimica Laboratorio Analisi dell'Ospedale di Addenbrooke.
Questo lavoro ha, nel corso degli anni, è stato sostenuto dalla Wellcome Trust (attualmente sovvenzioni attivi 106262 / Z / 14 / Z e 106263 / Z / 14 / Z) e il Medical Research Council (MRC) (sovvenzioni MRC_MC_UU_12012 / 3 e MRC_MC_UU_12012 / 5).
24-well plates | Costar | 3524 | For secretion experiments |
Bombesin | Sigma-Aldrich | B4272 | Positive control (calcium imaging experiment) |
Centrifuge tubes, 15 ml, sterile | Greiner bio-one | 188261 | For tissue preperation/ digestion |
Centrifuge tubes, 50 ml, sterile | Corning | 430828 | For tissue preperation/ digestion |
Collagenase XI (Crude) | Sigma-Aldrich | C9407 | For making up digestion medium |
Dichroic mirror | Cairn Research | – | For imaging experiments |
DMEM High glucose (4500 mg) | Sigma-Aldrich | D6546 | For dissolving matrigel (keep at 4 oC). For making up digestion medium, pre-warm to 37 oC. |
Emission Filter (Bandwidth 510-560 nm) | Cairn Research | – | For imaging experiments |
Foetal Bovine Serum | Sigma-Aldrich | F7524 | For making up culture medium |
Forceps/Tweezers | Agar Scientific | AGT520 | For dissection/removal of intestine |
Forskolin | Sigma-Aldrich | F6886 | Positive control (secretion experiment) |
Glass-bottomed dishes (35 mm) | MatTek | P35G-0-14-C | For imaging experiments |
High precision tweezer (110 mm) | IDEAL-TEK | 3480641 (5 SA) | For removing muscle layer |
High resolution digital CCD camera | Hamamatsu | ORCA-ER | For imaging experiments |
3-Isobutyl-1-methylxanthine | Sigma-Aldrich | I7018 | Positive control (secretion experiment) |
L-15 Medium (Leibovitz) | Sigma-Aldrich | L1518 | For collecting tissue, keep on ice |
L-glutamine | Sigma-Aldrich | G7513 | For making up culture medium |
Matrigel | Corning | 354234 | Basement Membrane Matrix, for coating plates and dishes |
MetaFluor | Molecular Devices (supplied by Cairn Research) | – | Fluorescence ratio imaging software |
Mice (C57BL6) | Charles River Laboratories | C57BL/6J | Background mice used for breeding. Can also be used for secretion experiments |
Mice (GLU-cre x ROSA26 GCaMP3) | in house | – | For calcium imaging and secretion experiments |
Microscope (EVOS XL Core) | Thermo Fisher Scientific | AMEX1000 | For photomicrographs of cultures |
Microscope | Olympus | IX71 | Inverted microscope with 40x oil objective used for imaging experiments |
Monochromator | Cairn Research | – | For imaging experiments |
Pasteur pipettes | Alpha Laboratories | LW4234 | For cleaning tissue |
PBS containing Ca2+ and Mg2+ | Sigma-Aldrich | D8662 | For washing tissue, keep on ice |
Penicillin & Streptomycin | Sigma-Aldrich | P0781 | For making up culture medium |
Petri dishes (100 mm x 20 mm) | Corning | CLS430167 | For cleaning tissue and removing muscle layer |
Potassium chloride | Fisher Scientific | P/4280/53 | Positive control (calcium imaging experiment) |
Scissors | Agar Scientific | AGT554 | For dissection/removal of intestine |
Sterile cell strainer 100 µm | Fisher Scientific | 22363549 | For filtering crypt cell suspension prior to plating |
Surgical scalpel blade No.22 (sterile, stainless) | Swann Morton | 0308 | For dicing tissue |
Syringe filters, Minisart NML (0.2 µm pore size) | Sartorius | 16534-K | For filter-sterilising collagenase solution (digestion medium) |
Syringes, 20 ml, disposable, sterile, Luer slip | BD | 300613 | For filter-sterilising collagenase solution (digestion medium) |
Xenon arc lamp 75W | Cairn Research | – | For imaging experiments |
Y-27632 dihydrochloride | Tocris | 1254 | ROCK inhibitor, prepare 10 mM stock solution in sterile water (use 1:1000 in final culture medium) |