Dağınık Fare Embriyonik progenitörlerin gelen Vitro Pankreas organogeneziste
Summary
Bu protokol açıklanan üç boyutlu kültür yöntemi dallı bir organ haline onların önemli genişleme, farklılaşma ve morfojenezinin dahil dağınık embriyonik fare pankreas atalarıdır, gelen pankreas gelişimini özetlediği. Bu yöntem, görüntüleme, niş fonksiyonel müdahale ve manipülasyon için uygun değildir.
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
Organ kültür vivo araştırmalarda karmaşık ama son derece alakalı arasındaki boşlukları ve hücre çizgi modellerin uygun ama yaklaşık simülasyon köprü kullanışlı bir model sağlar. Pankreas durumunda, endokrin ve ekzokrin hücreleri taklit hücre çizgileri bulunmaktadır transforme edilir, ancak pankreas progenitörlerin mükemmel eşdeğer herhangi bir hücre hattı yoktur. Yetişkin Bütün pankreas kültüre olamaz; izole edilmiş endokrin adacık hücresi çoğalması olmadan birkaç hafta muhafaza edilebilir ve doku dilimleri birkaç saat 5 için in vitro olarak tutulabilir. Embriyonik pankreas kültürü yaygın gelişimini incelemek için sadece kullanılır olmuştur, ama aynı zamanda 8 işler görüntüye, epitelyal-mezenkimal etkileşimleri 4,6,7 araştırmak veya kimyasal onlarla 9 ile müdahale. İki organ kültürü yöntemleri ağırlıklı olarak kullanılır: İlk conve fibronektin kaplı plakalar 2, üzerinde pankreas tomurcukları kültürleme oluşurGörüntüleme amacıyla nient; İkinci seçenek kültürüne en morfogenetiğine korur hava-sıvı arayüzü 3,4 de filtrelerde organ olduğunu. Çok faydalı olmasına rağmen, bu yöntemler, düzleşme belli bir dereceye kadar yol; normal gelişimi ile karşılaştırıldığında ve başlangıç popülasyonu pankreas hücreleri ve mezenkimal hücreler her türlü içeren karmaşık olduğu gibi progenitörlerin genişleme çok sınırlıdır.
Kültür yeteneği ve dağınık birincil hücreleri genişletmek soy ilişkileri incelemek ve izole hücre tiplerinin 10 içsel özelliklerini ortaya çıkarmak için değerlidir. Sugiyama ve ark. 11. pankreas atalarıdır ve besleyici katmanlar kültürde 3-5 gündür bazı fonksiyonel karakterleri korunur endokrin atalarıdır korumak olabilir. Atalarıdır doğası / kök hücrelerin rağmen neurospheres 12 ve 13 mammospheres benzer Pancreatospheres, yetişkin adacık ve duktal hücrelerinden genişletilmiştirBu küreler oluşturmak olduğu açık değildir. Buna ek olarak, fizyolojik gelişimi ile aksine, bazı pancreatospheres nöronlar 14,15 ihtiva etmiştir. Küreler yakın zamanda embriyonik pankreas atalarıdır 16,17 ve iyi progenitör genişleme ve sonraki farklılaşma ile pankreata 18 yenileyici üretilir ama morfogenetiğine özetlemek başarısız olduğu görülmüştür.
Minyatür organları içine kendi kendini düzenleyebilir ve genellikle dağınık tanımlanan hücrelerden 3 boyutlu modeller son gelişti ve bu bağırsak 19,20, 21, mide, karaciğer 22, prostat 23 ve nefes borusu gibi birden fazla organların gelişimi veya yetişkin devir taklit adres 24. Optik bardak 25, 26 ya da bağırsak, beyin 27 olduğu gibi, bazı durumlarda, gelişme morfolojisi ve farklılaşması, ES hücrelerinden in 3D değinmeyecek edilmiştir.
Burada, biz desOnlar farklılaştırmak ve öz-örgütlenmeyi bir 3D Matrigel iskele ayrışmış multipotent pankreas atalarıdır genişletmek için bir yöntem cribe.
Protocol
Representative Results
Discussion
In vitro fonksiyonel beta hücrelerinin büyük ölçekli üretim hala 1 etkisizdir. Bu zorlu bağlamda, gelişim biyolojisi çalışma fonksiyonel beta hücrelerinin farklılaşması için gerekli olan tam sinyalleri deşifre yardımcı olabilir. Bu protokol, in vitro embriyo pankreas progenitörlerin bakım, genişleme ve farklılaşması için izin verir. Bu, diğer endokrin hormon eş bildirilmemektedir insülin üreten beta hücrelerinin oluşumunu içeren, Pdx1 yüksek düzeyde, insül…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışma Det sutable Forskningsråd / Sundhed og Sygdom Bir Genetik Pilot ödülü NCCR Frontiers, Juvenil Diyabet Araştırma Vakfı Hibe 41-2009-775 ve Grant 12-126875 tarafından sırayla finanse edildi. Yazarlar video çekimi sahipliği için Spagnoli laboratuvar teşekkür ederim.
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 |
Referencias
- Pagliuca, F. W., Melton, D. A. How to make a functional beta-cell. Development. 140, 2472-2483 (2013).
- Percival, A. C., Slack, J. M. Analysis of pancreatic development using a cell lineage label. Exp Cell Res. 247, 123-132 (1999).
- Attali, M., et al. Control of beta-cell differentiation by the pancreatic mesenchyme. Diabetes. 56, 1248-1258 (2007).
- Johansson, K. A., et al. Temporal control of neurogenin3 activity in pancreas progenitors reveals competence windows for the generation of different endocrine cell types. Dev Cell. 12, 457-465 (2007).
- Speier, S., Rupnik, M. A novel approach to in situ characterization of pancreatic beta-cells. Pflugers Arch. 446, 553-558 (2003).
- Golosow, N., Grobstein, C. Epitheliomesenchymal interaction in pancreatic morphogenesis. Dev Biol. 4, 242-255 (1962).
- Miralles, F., Czernichow, P., Scharfmann, R. Follistatin regulates the relative proportions of endocrine versus exocrine tissue during pancreatic development. Development. 125, 1017-1024 (1998).
- Petzold, K. M., Spagnoli, F. M. A system for ex vivo culturing of embryonic pancreas. J. Vis. Exp. , 3979 (2012).
- Miralles, F., Battelino, T., Czernichow, P., Scharfmann, R. TGF-beta plays a key role in morphogenesis of the pancreatic islets of Langerhans by controlling the activity of the matrix metalloproteinase MMP-2. J Cell Biol. 143, 827-836 (1998).
- Hope, K., Bhatia, M. Clonal interrogation of stem cells. Nat Methods. 8, 36-40 (2011).
- Sugiyama, T., Rodriguez, R. T., McLean, G. W., Kim, S. K. Conserved markers of fetal pancreatic epithelium permit prospective isolation of islet progenitor cells by FACS. Proc Natl Acad Sci U S A. 104, 175-180 (2007).
- Reynolds, B. A., Weiss, S. Generation of neurons and astrocytes from isolated cells of the adult mammalian central nervous system. Science. 255, 1707-1710 (1992).
- Dontu, G., et al. In vitro propagation and transcriptional profiling of human mammary stem/progenitor cells. Genes Dev. 17, 1253-1270 (2003).
- Smukler, S. R., et al. The adult mouse and human pancreas contain rare multipotent stem cells that express insulin. Cell Stem Cell. 8, 281-293 (2011).
- Seaberg, R. M., et al. Clonal identification of multipotent precursors from adult mouse pancreas that generate neural and pancreatic lineages. Nat Biotechnol. 22, 1115-1124 (2004).
- Jin, L., et al. Colony-forming cells in the adult mouse pancreas are expandable in Matrigel and form endocrine/acinar colonies in laminin hydrogel. Proc Natl Acad Sci U S A. 110, 3907-3912 (2013).
- Sugiyama, T., et al. Reconstituting pancreas development from purified progenitor cells reveals genes essential for islet differentiation. Proc Natl Acad Sci U S A. 110, 12691-12696 (2013).
- Huch, M., et al. Unlimited in vitro expansion of adult bi-potent pancreas progenitors through the Lgr5/R-spondin axis. Embo J. , (2013).
- Sato, T., et al. Single Lgr5 stem cells build crypt-villus structures in vitro without a mesenchymal niche. Nature. , (2009).
- Ootani, A., et al. Sustained in vitro intestinal epithelial culture within a Wnt-dependent stem cell niche. Nat Med. 15, 701-706 (2009).
- Barker, N., et al. Lgr5(+ve) stem cells drive self-renewal in the stomach and build long-lived gastric units in vitro. Cell Stem Cell. 6, 25-36 (2010).
- Huch, M., et al. In vitro expansion of single Lgr5+ liver stem cells induced by Wnt-driven regeneration. Nature. 494, 247-250 (2013).
- Lukacs, R. U., Goldstein, A. S., Lawson, D. A., Cheng, D., Witte, O. N. Isolation, cultivation and characterization of adult murine prostate stem cells. Nat Protoc. 5, 702-713 (2010).
- Rock, J. R., et al. Basal cells as stem cells of the mouse trachea and human airway epithelium. Proc Natl Acad Sci U S A. 106, 12771-12775 (2009).
- Eiraku, M., et al. Self-organizing optic-cup morphogenesis in three-dimensional culture. Nature. 472, 51-56 (2011).
- Spence, J. R., et al. Directed differentiation of human pluripotent stem cells into intestinal tissue in vitro. Nature. 470, 105-109 (2011).
- Lancaster, M. A., et al. Cerebral organoids model human brain development and microcephaly. Nature. 10, (2013).
- Greggio, C., et al. Artificial three-dimensional niches deconstruct pancreas development in vitro. Development. 140, 4452-4462 (2013).
- Muzumdar, M. D., Tasic, B., Miyamichi, K., Li, L., Luo, L. A global double-fluorescent Cre reporter mouse. Genesis. 45, 593-605 (2007).
