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.
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.
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.
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…
The authors have nothing to disclose.
Diese Arbeit wurde nacheinander von einem NFS Frontiers in Genetics Pilot Auszeichnung, Juvenile Diabetes Research Foundation Grants 41-2009-775 und Grant 12-126875 von Det Frie forskningsråd / Sundhed og Sygdom finanziert. Die Autoren danken der Spagnoli Labor für die Ausrichtung der Videoaufnahmen.
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 |