In-vitro-Pankreas Organogenese von Dispersed embryonalen Maus-Vorläufer

Summary

Die in diesem Protokoll beschriebenen dreidimensionalen Kulturverfahren rekapituliert Bauchspeicheldrüse Entwicklung von verteilten embryonalen Maus-Pankreasvorläuferzellen, einschließlich ihrer erheblichen Ausweitung, Differenzierung und Morphogenese in einem verzweigten Organ. Dieses Verfahren ist zugänglich Bildgebung, funktionelle Störungen und Manipulationen der Nische.

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

Orgelkultur bietet ein nützliches Modell, das die Lücken zwischen der komplexen, aber sehr relevant in-vivo-Untersuchungen und die bequeme, aber ungefähre Simulation von Zelllinie Modelle überbrückt. Im Falle der Bauchspeicheldrüse, gibt es keine Zelllinie perfekt entspricht Pankreas-Vorläufer, obwohl es sind transformierte Zellinien Simulation endokrine und exokrine Zellen. Die erwachsenen ganze Bauchspeicheldrüse kann nicht kultiviert werden; endokrinologischen Inseln können für einige Wochen beibehalten werden, ohne die Zellproliferation und Gewebeschnitten können in vitro für einige Stunden ⁵ gehalten werden. Embryonale Bauchspeicheldrüse Kultur ist weit verbreitet, nicht nur ihre Entwicklung zu studieren, sondern auch epitheliale-mesenchymale Interaktionen ^4,6,7 untersuchen, Bild verarbeitet ⁸ oder ^9, um mit ihnen chemisch stören. Zwei Orgelkultur Methoden werden hauptsächlich verwendet: Die erste besteht in der Kultivierung von Bauchspeicheldrüsenknospen auf Fibronektin-beschichtete Platten ^2, das ist komfortabler zur Bildgebung; Die zweite Möglichkeit ist die Kultur die Organe über Filter an der Luft-Flüssigkeit-Grenzfläche, die ^3,4 am besten bewahrt Morphogenese. Obwohl sehr nützlich führen diese Verfahren zu einem gewissen Grad der Abflachung; der Ausbau der Vorläufer sehr begrenzt im Vergleich zu der normalen Entwicklung und der Ausgangspopulation Komplex, alle Typen von pankreatischen Zellen und mesenchymalen Zellen.

Die Fähigkeit, Kultur und erweitern verteilten Primärzellen ist wertvoll für Linie Beziehungen zu studieren und entdecken Sie die intrinsischen Eigenschaften von isolierten Zelltypen ^10. Sugiyama et al ^11. Könnte Pankreas-Vorläufern und endokrine Vorläuferzellen, die einige funktionale Zeichen für 3-5 Tage in Kultur auf Feeder-Schichten beibehalten zu halten. Pancreatospheres, ähnlich Neurosphären mammospheres ¹² und ¹³ sind aus adulten Inseln und duktalen Zellen erweitert worden, obwohl die Art der Vorläufer / Stammzellen, die diese Kugeln zu erzeugen, ist nicht klar. Darüber hinaus im Gegensatz physiologische Entwicklung enthielten die pancreatospheres einige Neuronen ^14,15. Kugeln wurden vor kurzem auch aus embryonalen Vorläuferzellen der Bauchspeicheldrüse ^16,17 und regenerierende Bauchspeicheldrüsen ¹⁸ mit guten Vorläufer Expansion und nachfolgende Differenzierung produziert aber nicht Morphogenese rekapitulieren.

3D-Modelle aus dispergierten, oft definierte Zellen, die durch Selbstorganisation miniaturisierten Organen mit blühten und simulieren die Entwicklung oder Erwachsener Umsatz von mehreren Organen, wie dem Darm ^19,20, dem Magen ^21, Leber ^22, die Prostata ²³ und die Trachea ^24. In einigen Fällen wurden Entwicklungs Morphogenese und Differenzierung von ES-Zellen 3D rekapituliert wurde, wie im Fall der Augenbecher ^{25, 26} Darm, Gehirn ^27.

Hier haben wir describe eine Methode, um multi dissoziierten Pankreas-Vorläuferzellen in einer 3D-Matrigel Gerüst, wo sie differenzieren können und selbst zu organisieren, zu erweitern.

Protocol

Dieses Protokoll zielt darauf ab, zu wachsen Bauchspeicheldrüsen Organoide aus murinen E10.5 abgeleitet dissoziiert epithelialen Zellen der Bauchspeicheldrüse. Das Protokoll erfordert ethische Genehmigung für Tierversuche. 1. Präparation der dorsalen Pankreas-Knospe von E10.5 Maus Embryonen Sacrifice timed-schwangeren Mäusen an embryonalen Tag (E) 10.5, öffnen Sie den Bauch mit einer Schere entfernen Sie die beiden Uterushörner und legen Sie sie…

Representative Results

E10.5 dorsalen Pankreasvorläuferzellen dissoziiert und in 3D Matrigel ausgesät rekapitulieren Bauchspeicheldrüse Entwicklung. Vorläufer lassen sich am einfachsten mit fluoreszierenden Reporter verfolgt werden. In unserem Fall haben wir eine transgene Maus, die ein Kernprotein mit GFP Pdx1 Promotor (Pdx1-Ngn3-ER-nGFP TM) (Film 1) in Abwesenheit von Tamoxifen und so gesteuert ohne Aktivierung NEUROG3 4 (Fig. 2) drückt. Mit dem organ…

Discussion

Großtechnische Produktion von Funktions Beta-Zellen in vitro ist immer noch ineffektiv ^ein. In diesem schwierigen Kontext kann der Entwicklungsbiologie Studien helfen, die Entschlüsselung der Signale, die exakte für die Differenzierung von funktionellen Beta-Zellen benötigt werden. Dieses Protokoll ermöglicht die Erhaltung, Expansion und Differenzierung der Pankreas-Vorläuferzellen de embryonalen vitro. Dazu gehören die Bildung von Insulin-produzierenden Beta-Zellen, die nich…

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