このプロトコルは、混合、マウス小腸の細胞の単離および培養を記載しています。これらの一次腸の培養物は、多くの技術を使用して、腸ペプチド分泌の根底にあるシグナル伝達経路の研究を可能にします。
腸は、消化管上皮の長さに沿って配置ホルモン分泌腸内分泌細胞と体の最大の内分泌器官です。それらの生理学的重要性にもかかわらず、腸内分泌細胞は、上皮細胞集団のごく一部を表しており、過去には、その特性は、細胞株モデルへの依存度が得られ、かなりの挑戦を提示しています。ここで、我々は、混合、マウス小腸の細胞の単離および培養のための詳細なプロトコルを提供します。これらの一次培養物を栄養および神経ペプチドの数、ならびに薬理学的薬剤に応答して腸ペプチド分泌の刺激および阻害の根底にあるシグナル伝達経路を同定するために使用されてきました。さらに、トランスジェニック蛍光レポーターマウスの使用との組み合わせで、我々はこれらの初代培養物が中に蛍光タグ付き腸内分泌細胞の検査のための強力なツールとなっていることを証明しましたそのようなパッチクランプ及び単一細胞カルシウムおよびcAMP-FRETイメージングなどの方法を用いてtracellularレベル、。
この方法の全体的な目標は、腸ペプチド分泌と腸内分泌細胞の生細胞イメージングの研究を可能にするために、混合ネズミ腸細胞を分離し、文化です。この手順の初期のバージョンは、もともとライマンらによって2008年に出版されました。 1、以来、私たちのグループからさらに20本の出版物の基礎を形成しています。この原稿のために、我々は、彼らが結腸の文化よりも確立するより挑戦しているよう小腸の文化に焦点を当てることにしました。
腸内分泌細胞は、グルコース依存性ペプチド(GIP)、コレシストキニン(CCK)およびペプチドYY(PYY)2インスリン分泌、グルカゴン様ペプチド1(GLP-1)を含めた腸ペプチドの配列を分泌します。これらの消化管ペプチドは、腸の輸送の遅延として食後応答を組織にグルコース刺激インスリン放出および満腹感の誘導の増強を重要な生理的役割を果たしています。 GLP-1模倣物ANDその分解を阻害する薬物は、現在、2型糖尿病の治療のために認可されており、このペプチド3の内因性の分泌を刺激する治療的可能性の継続的な評価があります。腸内分泌生理学のより良い理解及び分泌が刺激または阻害されるかれるメカニズムは、非常に重要で、従って、です。
ペプチドの分泌は、インビトロおよびエクスビボ実験モデル、利点と欠点を有するそれぞれのさまざまな方法を使って研究することができる腸(また、in vivoモデルの使用をカバーする包括的な最近の総説についてはSvendsen ら 4を参照)。そのような単離された灌流腸5とウッシングチャンバ6としてエクスビボ技術は、現在、種々の物質に応答して腸ペプチド分泌を探索するために使用されています。これらのメソッドの主な利点として、初代培養物と比較して、腸内分泌細胞の直接の環境はほとんど無傷のままで、重要なのは、細胞の極性が保存されていることです。したがって、分泌6に作用される細胞表面に関する情報を引き出すことが可能です。しかし、これらは一般的に、低スループット技術であり、それらから得られたデータの品質は必然的に時間をかけて低下し、腸組織の完全性と実行可能性に大きく依存しています。
腸オルガノイドは今、ますます腸内分泌細胞機能と開発7の研究のためのin vitroモデルとして使用されています。マウスおよびヒト組織の両方に由来することができるオルガノイドは、培養中の細胞極性を維持3D「陰窩様」構造を形成するという利点を有します。しかしながら、オルガノイド由来の腸内分泌細胞は、まだ完全には特徴付けされなければならないとネイティブLのCELに対するそれらの類似性LSはほとんど不明のまま。初代培養物は、腸内分泌細胞は長期間にわたって人工条件下で維持し、分化していないとして、ステップ近い生理学的設定にあるという利点を有します。
腸ペプチド分泌の評価のために使用されてきた別の初代培養方法は、胎児ラットの腸細胞(FRICs)8の単離であります。しかし、成人の腸組織の文化はあまり成功していると、いくつかの違いがFRICs 対大人のマウスの腸細胞( 例えば 、グルコース8)の応答で観察されています。
腸内分泌様細胞株( 例えば GLUTag、STC-1およびNCI-H716)は、伝統的に対直接区別するために使用されています。間接的な影響腸内分泌細胞上および分泌に刺激を結合根底にある分子メカニズムを分析します。 Kuhre らを参照してください</em>。 「Lセル状」不死化細胞株によるペプチド産生および分泌のための9。消化管に沿って点在腸内分泌細胞は、腸管上皮細胞10と分類された細胞のすぐ下に1%を占めているので、これは私たちの手の中に、文化1で生存しない、必要がありました。細胞株は、彼らがそのような遺伝子サイレンシングなどの遺伝子操作を助長している、主に均一な細胞集団であるという事実のために便利なツール残ります。したがって、トランスジェニックマウスが利用できない場合、薬理学的に標的にすることができないタンパク質の役割を調査することは容易です。しかし、細胞株は、常にプライマリ細胞の有効なモデルではありません。多くの類似点がありますが、初代培養からの調査結果は、機会に例えば (例えば、GLUTag細胞と比較して主L細胞内の特定の栄養素によって活性化されるシグナル伝達経路の違いを強調している。ペプトン<SUPクラス= "外部参照"> 11)。決定的に、トランスジェニック蛍光レポーターマウスと組み合わせて、初代培養モデルは、細胞内レベルで個々の一次腸内分泌細胞の詳細な検査を可能にします。初代培養物内蛍光標識L細胞は1、12件の研究、および単一細胞カルシウム11、13及びサイクリックアデノシン一リン酸-FRETイメージング腸内分泌の分野における重要な進歩をもたらしてきた14件の研究を、クランプパッチのための私達のグループによって使用されています生理。
以下のプロトコルは、24ウェルプレートを用いて、分泌実験を行うために最適化された、または単一成体マウスからの小腸の10cmの部分から最大16枚の撮像皿の調製のためのものです。プロトコルは、簡単に消化時間を増加させることにより結腸細胞の研究や共同のために変更することができますllagenase濃度。
このプロトコルは、消化管ペプチドの分泌および標識腸内分泌細胞の単一細胞イメージングの研究を可能にするために、混合ネズミ小腸の細胞の単離および培養を記載しています。
小腸培養は成功している可能性を高めるためには、プロトコルが可能なように(理想的には、組織採取の3時間以内)と組織を前氷冷培地または緩衝液中で維持されるよう迅速に行われることが重要です消化プロセスに、細胞死を制限します。それは、特に結腸の文化のために、必須ではないが、小腸からの筋層の除去が強く推奨されます。小腸培養プロトコルは、可能な限り標準化されています。しかし、消化プロセスが同一ではないことに注意することが重要です。変動は、筋肉の除去の程度EG日常的に導入することができるこのプロトコル中の多くのステップは、トンの大きさがあります彼は、揺れの強さ、コラゲナーゼなどの特定のバッチの効力を組織片「を刻みました」。これは、異なる各々のアリコートを検査するために最も重要である。したがって、それに応じて消化プロセスの進捗及びテーラー振盪及び「ダイジェスト」の数を評価するために顕微鏡下で「消化します」。暗号フラグメントは、より積極的に揺れを開始し、3年以降「ダイジェスト」から明らかでない場合は、で始まるとするより優しく振ることをお勧めします。
私たちの経験から、腸内分泌細胞は、培養中で増殖しないと、通常は4日以内に小腸培養物から失われています。それにもかかわらず、これは、生理的刺激及び/又は薬剤を試験するために(典型的には2時間、18〜24時間後にメッキにわたって行わ)十分な時間が腸ペプチド分泌実験を行うことを可能にします。分泌実験前に一晩のインキュベーションを必要とする実験も実現可能であるなど百日咳毒素15による前処理の場合です。
ここで紹介する初代培養技術は、それが年間で生産している研究成果の量によって証明されるように、十分に確立された方法です。初代培養モデルは、多様な栄養素および非栄養14、20回の刺激および阻害剤に応答して、GLP-1、GIP 18およびPYY 19を含む腸ペプチドの種々の分泌を研究するために使用されてきました。また、同じ技術は、正常ヒト腸細胞21の培養に適用されています。多くの場合、追加の実験モデルなどとともに初代細胞培養法の組み合わせ。 エキソビボまたはインビボにおいては、ほとんどの洞察6を提供することができます。特に他の方法とは対照的に、この技術は、IMを持っています腸ペプチド放出の測定を超えportantアプリケーション。我々は、トランスジェニックレポーターマウス由来の初代小腸培養は、例えば、それぞれのCa 2+およびcAMPセンサー、GCaMP3 11、13及びEpac2camps 14を用いて、消化管ペプチドの分泌に結合された細胞内シグナル伝達経路の問い合わせのための強力なツールであることを実証していますだけでなく、電気生理学的手法12。
全てのin vitroモデルと同様に、一次腸の培養物は、培養中の上皮細胞の極性の喪失、ならびに血液供給と神経支配の喪失を含む特定の固有の限界を有しています。腸内分泌細胞機能に対するこれらの人工的な条件の潜在的な影響を推定することは困難です。しかし、初代培養から得られたデータは、多くの場合、in vivoで settiに翻訳可能となっていますNG(GLP-1分泌15の短鎖脂肪酸の例効果)。
主な腸の培養は、多くの潜在的な用途で汎用性の高い技術です。彼らはすでに腸ペプチド分泌の調節に重要なメカニズムの洞察を提供しています。
The authors have nothing to disclose.
GLP-1免疫アッセイはAddenbrooke病院におけるコア生化学アッセイ研究所によって行われました。
この作品は、長年にわたって、ウェルカムトラストによって支えられてきた(現在アクティブな助成金106262 / Z / 14 / Zおよび106263 / Z / 14 / Z)と医学研究評議会(MRC)(助成金MRC_MC_UU_12012 / 3および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) |