In Vitro Pâncreas Organogenesis de dispersos rato embrionárias Progenitores

Summary

O método de cultura tridimensional descrito neste protocolo recapitula o desenvolvimento do pâncreas dispersos progenitores rato pâncreas embrionárias, incluindo a sua expansão substancial, a diferenciação ea morfogênese em um órgão ramificada. Este método é passível de imagiologia, interferência funcional e a manipulação do nicho.

Abstract

The pancreas is an essential organ that regulates glucose homeostasis and secretes digestive enzymes. Research on pancreas embryogenesis has led to the development of protocols to produce pancreatic cells from stem cells ¹. The whole embryonic organ can be cultured at multiple stages of development ^2-4. These culture methods have been useful to test drugs and to image developmental processes. However the expansion of the organ is very limited and morphogenesis is not faithfully recapitulated since the organ flattens.

We propose three-dimensional (3D) culture conditions that enable the efficient expansion of dissociated mouse embryonic pancreatic progenitors. By manipulating the composition of the culture medium it is possible to generate either hollow spheres, mainly composed of pancreatic progenitors expanding in their initial state, or, complex organoids which progress to more mature expanding progenitors and differentiate into endocrine, acinar and ductal cells and which spontaneously self-organize to resemble the embryonic pancreas.

We show here that the in vitro process recapitulates many aspects of natural pancreas development. This culture system is suitable to investigate how cells cooperate to form an organ by reducing its initial complexity to few progenitors. It is a model that reproduces the 3D architecture of the pancreas and that is therefore useful to study morphogenesis, including polarization of epithelial structures and branching. It is also appropriate to assess the response to mechanical cues of the niche such as stiffness and the effects on cell´s tensegrity.

Introduction

Cultura órgão fornece um modelo útil que preenche as lacunas entre o complexo, mas altamente relevante em investigações in vivo ea simulação conveniente, mas aproximado de modelos da linha celular. No caso do pâncreas, não existe uma linha de células perfeitamente equivalente a progenitores pâncreas embora existam linhas de células transformadas que simulam células endócrinas e exócrinas. Todo o pâncreas adulto não podem ser cultivadas; ilhotas isoladas endócrinos pode ser mantida durante algumas semanas, sem proliferação celular e fatias de tecidos podem ser mantidos in vitro durante ⁵ horas. Cultura pâncreas embrionário tem sido amplamente utilizado, não só para estudar o seu desenvolvimento, mas também para investigar interacções epiteliais mesenquimais ^4,6,7, a imagem processa ⁸ ou para interferir quimicamente com eles ^9. Dois métodos de cultura de órgãos são usados ​​principalmente: a primeira consiste na cultura de gomos pancreáticas em placas revestidas com fibronectina ^2, que é convenient para fins de imagem; a segunda opção é a cultura dos órgãos de filtros na interface ar-líquido ^3,4 que melhor preserva a morfogênese. Apesar de muito úteis, estes métodos levam a um certo grau de achatamento; a expansão de células progenitoras é muito limitado em comparação com o normal desenvolvimento e a população de partida é complexo que compreende todos os tipos de células pancreáticas e células mesenquimais.

A capacidade de cultura e expandir células primárias dispersas é valioso para estudar relações de linhagem e descobrir as propriedades intrínsecas dos tipos de células isoladas ^10. Sugiyama et al. ¹¹ poderia manter progenitores pâncreas e progenitores endócrinas que retiveram alguns personagens funcionais por 3-5 dias em cultura em camadas alimentadoras. Pancreatospheres, semelhante ao neurospheres ¹² e mammospheres ^13, foram ampliados a partir de ilhotas adultas e células ductais embora a natureza dos progenitores / células-troncoque geram essas esferas não é clara. Além disso, em contraste com o desenvolvimento fisiológico, os pancreatospheres continha alguns neurónios ^14,15. Spheres também foram recentemente produzidos a partir de células progenitoras embrionárias pâncreas ^16,17 e regenerar pancreata ¹⁸ com boa expansão e diferenciação de células progenitoras subseqüente, mas não conseguiu recapitular morfogênese.

Modelos 3D a partir de células dispersas e, muitas vezes definidos que se auto-organizam em órgãos miniaturizados recentemente floresceu e simular desenvolvimento ou adulto o volume de negócios de vários órgãos, como o intestino ^19,20, o estômago ^21, o fígado ^22, a próstata ²³ e traquéia ^24. Em alguns casos, a morfogénese e diferenciação de desenvolvimento foram recapitulado em 3D a partir de células ES, como é o caso dos copos óptica ^{25, 26} do intestino ou do cérebro ^27.

Aqui, desCribe um método para expandir progenitores multipotentes pancreáticas dissociadas em um andaime Matrigel 3D onde podem diferenciar e se auto-organizar.

Protocol

Este protocolo destina-se a crescer organoids pancreáticas derivados de E10.5 de murino dissociadas células pancreáticas epiteliais. O protocolo exige aprovação ética para experimentação animal. 1. Dissecção da Dorsal pâncreas Bud de E10.5 embriões de camundongos Sacrifício camundongos cronometrado grávidas no dia embrionário (E) 10,5, abrir o abdômen com uma tesoura, retire os dois cornos uterinos e coloque-os em um prato de 10 centím…

Representative Results

E10.5 dorsais progenitores pancreáticas dissociadas e semeadas em Matrigel 3D recapitular desenvolvimento pâncreas. Progenitores pode ser mais fácil de ser seguido com repórteres fluorescentes. No nosso caso, usamos um camundongo transgênico que expressa uma proteína GFP nuclear controlada por Pdx1 promotor (Pdx1-Ngn3-ER TM-nGFP) (Filme 1), na ausência de tamoxifeno e, portanto, sem ativar Neurog3 4 (Figura 2). Com o meio de org…

Discussion

A produção em grande escala de células beta funcionais in vitro ainda é ineficaz ^1. Neste contexto desafiador, estudos de biologia do desenvolvimento pode ajudar a decifrar os sinais exatos que são necessários para a diferenciação das células beta funcionais. Este protocolo permite a manutenção, expansão e diferenciação de células progenitoras pancreáticas embrionárias in vitro. Isso inclui a formação de células beta produtoras de insulina que não co-expressar outros hor…

Materials

Penicillin-Streptomycin	Gibco	15070-063	Stock keept at -20°C
KnockOut Serum replacement (supplement)	Gibco	10828-028	Stock keept at -20°C
2-mercaptoethanol	Sigma Aldrich	3148-25ML	Stock keept at 4°C
Phorbol Myristate Acetate (PMA)	Calbiotech	524400-1MG	Stock keept at -20°C
Y-27632 (ROCK inhibitor)	Sigma Aldrich	ab120129	Stock keept at -20°C- Attention! Stability/source is a frequent source of problems
EGF	Sigma Aldrich	E9644-2MG	Stock keept at -80°C
Recombinant Human R-spondin 1	R&D	4645-RS-025/CF	Stock keept at -80°C
- or -
Recombinant Mouse R-spondin 1	R&D	3474-RS-050	Stock keept at -80°C
Recombinant Human FGF1 (aFGF)	R&D	232-FA-025	Stock keept at -80°C- do not include to increase beta cell production
Heparin (Liquemin)	Drossapharm		Stock keept at 4°C
Recombinant Human FGF10	R&D	345-FG-025	Stock keept at -80°C
DMEM/F-12	Gibco	21331-020
Penicillin-Streptomycin	Gibco	15070-063	Stock keept at -20°C
B27 x50 (supplement)	Gibco	17504-044	Stock keept at -20°C
Recombinant Human FGF2 (bFGF)	R&D	233-FB-025	Stock keept at -80°C
Y-27632 (ROCK inhibitor)	Sigma Aldrich	ab120129	Stock keept at -20°C- Attention! Stability/source is a frequent source of problems
DMEM/F-12	Gibco	21331-020
Matrigel	Corning	356231	Stock keept at -20°C
Trypsin 0.05%	Gibco	25300-054	Stock keept at 4°C
RNAlater – RNA stabilizing reagent	Qiagen	76104	Store at room temperature
Dispase	Sigma Aldrich	D4818-2MG	Stock keept at -20°C
BSA for reconstitution	Milipore	81-068	For reconstituition of cytokines  – Stock keept at -20°C
Fetal calf serum (FCS)	Gibco	16141079	Stock keept at -20°C
60 well MicroWell trays	Sigma Aldrich	M0815-100EA
4-well plates	Thermo Scientific	176740
95-well plates F bottom	Greiner Bio	6555180
Glas bottom plates	Ibidi	81158
Disposal micropittes	Blaubrand	708745