初代ヒト肝細胞と非実質肝細胞の対応する主な集団の単離のためのプロトコル
Summary
A technique to isolate human hepatocytes and non-parenchymal liver cells from the same donor is described. The different liver cell types build the basis for functional liver models and tissue engineering. This new method aims to isolate liver cells in a high yield and viability.
Abstract
肝実質細胞のほかに、肝臓は非実質細胞（NPC）、すなわちクッパー細胞（KC）、肝臓内皮細胞（LEC）と肝星細胞（HSC）で構成されています。初代ヒト肝細胞（PHH）の二次元（2D）培養物は、依然として薬物代謝および肝毒性のin vitro試験のための「ゴールドスタンダード」とみなされます。それはPHHの2D単作が脱分化と機能の損失に苦しんでいることはよく知られています。最近、肝NPCは、肝臓（病態）生理学およびPHH機能の維持に中心的な役割を果たしていることが示されました。現在の研究は、2Dの単一栽培の限界を克服するための3D-と共培養モデルによるインビボ組織構造の再構築に焦点を当てています。以前に我々は、ヒト肝細胞を単離する方法を公開し、実験生物学および医学1における細胞培養での使用のために、これらの細胞の適合性を調べました。このテにおいて幅広い関心に基づいて、この記事の目的をchniqueすることは、この手法を簡単に再現できるようになります、ビデオ、などの肝細胞の単離プロセスのためのより詳細なプロトコルを提供することでした。
ヒト肝細胞は、二段階EGTA /コラゲナーゼP灌流技術により外科的介入のヒト肝組織サンプルから単離しました。 PHHは、50×gで最初の遠心分離によってNPCから分離しました。密度勾配遠心分離工程は、死細胞の除去のために使用しました。個々の肝細胞集団は、特定の細胞の性質、細胞選別手順を使用して濃縮されたNPCの画分から単離しました。 PHH分離のほかに、私たちはさらなる培養のためのKC、LECとHSCを分離することができました。
まとめると、提示されたプロトコルは、1つのドナー組織サンプルから高品質と量のPHHとNPCの単離を可能にします。精製された肝細胞集団へのアクセスは、人間の李のようなin vivoでの作成 が可能性があります版モデル。
Introduction
ヒト肝組織は非常に複雑であり、2つの異なる細胞エンティティ、実質細胞と非実質細胞（NPC）から成ります。肝実質細胞は肝細胞と胆管を含みます。肝細胞は、全肝細胞の60〜70％を表し、代謝、肝機能のほとんどを占め、 例えば、胆汁酸および因子合成、生体内変化とエネルギー代謝2,3を補完します。
より小さいNPC画分は、全肝細胞の30〜40％を構成します。 NPCは、異なる細胞集団、すなわち、クッパー細胞（KC）、肝内皮細胞（LEC）と肝星細胞（HSC）が挙げられます。この異種細胞画分は、肝臓の生理学的プロセスにおいて中心的な役割を果たしています。さらに、NPCは、肝硬変4などの慢性肝損傷、急性肝障害を仲介する、 例えば、薬剤誘発性肝障害（DILI）に参加するだけでなく、。
近年では、時間UMAN肝細胞はますます不可欠な研究開発薬物試験の、薬剤開発および肝疾患における新たな生化学的経路の同定になっています。 インビトロ試験のためにPHHの単一栽培は依然として「ゴールドスタンダード」として考えられている5。現在の同型肝臓モデルの主な制限は、数日4内の脱分化と肝細胞の機能の喪失です。 3次元（3D）培養技術の確立は、これらの制限は、4,6を補償することができることを示しています。しかし、現代の3D培養技術は、アクション7のすべての肝毒性のモードを表示することができません。既存のin vitroモデルで不足しているNPC集団は、in vivoでの状況にこの矛盾の可能性のある理由として議論されています。それにもpathophyにおける異なる肝細胞集団との間の細胞間コミュニケーションは、生理的恒常性において中心的な役割を果たしていることが示されましたsiologicは8を処理します 。したがって、科学的な関心は、NPCとそれらの細胞間相互作用にますます焦点を当てています。共培養および組織工学システムにおけるそれらの意図的な使用はできるだけin vivoでの状況に近いですインビトロ肝モデル8,9の高い需要のためのソリューションである可能性があります。
現在、主な課題は、PHHとNPCの明確に定義された部分が含まれている標準化されたヒト肝共培養モデルの開発です。その結果、非常に異種肝細胞の分離技術が必要とされ、それらは、純粋な細胞集団を得るために最適化されなければなりません。 PHH分離のための標準化されたプロトコルが10を存在するが、人間のNPCの標準化された単離は、まだ開発中です。ほとんどの公開されたNPCの分離プロトコルは、非ヒト細胞11,12を用いた実験に基づいています。ごく少数の出版物は、人間のNPCの分離プロセスを記述し、ほとんどがカバーのみ単一の細胞型11〜16の単離のための方法。細胞分離のために活用されている最も重要な細胞特性が大きさ、密度、付着挙動、および表面タンパク質の発現です。これらの特性に基づいて、我々は実験生物学と医学 1で以前に出版されたPHH、KC、LECとHSCを単離するために簡略化されたプロトコルを開発しました。そのため、この技術において幅広い関心が、この記事の目的は、より簡単な技術を再現することができますビデオを含む、肝細胞の単離プロセスのためのより詳細なプロトコルを提供することでした。プロトコルはまた、収量と生存能力の評価のためだけでなく、特定の免疫染色を用いて同定および純度評価のための品質管理方法を含みます。
Protocol
Representative Results
Discussion
公開されたプロトコルは、同時にヒト肝組織の同じサンプルから高品質と純度で、純粋なPHHやNPC、すなわちKC、HSCおよびLECを分離する技術が記載されています。 （ダムらによってレビュー。）ヒト組織を用いて行ったものの細胞集団18-20と単離手順のいずれか一方のみをカバーする肝細胞の単離を扱う出版物の大半はまれである21。ヒトの肝臓への動物組織（ …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
0315741：私たちは、この研究は、教育研究のドイツ連邦省（BMBF）プロジェクト仮想肝臓でサポートされていた、図1の作成を支援するための嘉李劉に感謝したいと思います。
Materials
| General Equipment | |||
| PIPETBOY | Eppendorf | ||
| pipettes | Eppendorf | ||
| microscope | Carl Zeiss | ||
| microscope | Olympus | ||
| CO2-incubator | Binder | ||
| Lamin Air | Heraeus | ||
| Centrifuge Varifuge 3.0R | Heraeus | ||
| Urine Beaker | Sarstedt | 2041101 | |
| perfusor syringe 50 ml | B.Braun | 12F0482022 | |
| Bottle Top Filter | Nalgene | 1058787 | |
| Falcon 50 ml Polypropylene Conical Tube | BD Biosciences | 352070 | |
| Falcon 15 ml Polypropylene Conical Tube | BD Biosciences | 352096 | |
| Tissue Culture plate | BD Biosciences | 533047 | 24 well |
| serological pipettes | BD Biosciences | 357525, 357551, 357543 | 25 ml, 10 ml, 5 ml |
| pipette tips | SARSTEDT | 0220/2278014, 0005/2242011, 0817/2222011 | 100 µl, 200 µl, 1000 µl |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Isolation Equipment | |||
| water bath | Lauda | ||
| peristaltic pump | Carl Roth | ||
| circulation thermostat | Lauda | ||
| pH meter | Schott | ||
| fine scales | Sartorius | ||
| stand | |||
| Büchner funnel | Haldenwanger | ||
| plastic funnel | |||
| silicone tube | |||
| cannulae with olive tips | |||
| glass dish | |||
| forceps | |||
| scalpel | Feather | 12068760 | |
| Neubauer counting chamber | Optic Labor | ||
| cell lifter | Costar | ||
| Surgical Drape | Charité Universitätsmedizin Berlin | A2013027 | |
| compress | Fuhrmann | 40013331 | |
| sterile surgical gloves | Gammex PF | 1203441104 | |
| Tissue glue | B. Braun | 1050052 | |
| glass bottle | VWR | ||
| Collagenase P | Roche | 13349524 | |
| Percoll Separating Solution | Biochrom | L6145 | Density 1.124 g/ml |
| Hank’s BSS | PAA | H00911-3938 | |
| Dulbecco’s PBS | PAA | H15 – 002 | without Mg/Ca |
| Ampuwa | Plastipur | 13CKP151 | |
| Albumin | Sigma-Aldrich | A7906 | |
| NaCl | Merck | 1,064,041,000 | |
| KCl | Merck | 49,361,000 | |
| Hepes Pufferan | Roth | 133196836 | |
| EDTA | Sigma | E-5134 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Media Equipment | |||
| DMEM | PAA | E15-005 | Low Glucose (1 g/l) (without L-Glutamine) |
| HEPES Buffer Solution 1M | GIBCO | 1135546 | |
| L-Glutamine | GIBCO | 25030-024 | 200 mM |
| MEM NEAA | GIBCO | 11140-035 | |
| penicillin/streptomycin | GIBCO | 15140-122 | |
| RPMI 1640 | PAA | E15 – 039 | without L-Glutamine |
| Sodium Pyruvate | GIBCO | 1137663 | 100 mM |
| Trypan Blue Solution | Sigma-Aldrich | T8154 | 0.4% |
| William’s E | GIBCO | 32551-020 | |
| with GlutaMAX™ | |||
| EGTA | Sigma-Aldrich | 03780-50G | |
| Fortecortin | Merck | 49367 | 8 mg/2 ml |
| Human-Insulin | Lilly | HI0210 | 100 I.E./ml |
| N-Acetyl cysteine | Sigma-Aldrich | A9165-5G | |
| Fetal calf serum (FCS) | PAA | A15-101 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment for Immunostainings | |||
| CD 68 | R&D Systems, USA | monoclonal | |
| CK 19 | Santa Cruz | D2309 | polyclonal |
| CK18 | Santa Cruz | K2105 | monoclonal |
| Vimentin | Santa Cruz | monoclonal | |
| GFAP | Sigma Aldrich | monoclonal | |
| Triton X-100 | Sigma Aldrich | 23.472-9 | |
| Goat anti-Mouse IgG1-PE | Santa Cruz | C0712 | |
| Goat anti-rabbit IgG-FITC | Santa Cruz | L0412 | |
| Methanol | J.T.Baker | 1104509006 | |
| Formaldehyde 4% | Herbeta Arzneimittel | 200-001-8 | |
| Bovine serum albumin (BSA) | Sigma Aldrich | A7906-100G |
Riferimenti
- Pfeiffer, E., et al. Isolation, characterization, and cultivation of human hepatocytes and non-parenchymal liver cells. Exp Biol Med. , (2014).
- Si-Tayeb, K., Lemaigre, F. P., Duncan, S. A. Organogenesis and development of the liver. Dev Cell. 18 (2), 175-189 (2010).
- Alpini, G., Phillips, J. O., Vroman, B., LaRusso, N. F. Recent advances in the isolation of liver cells. Hepatology. 20 (2), 494-514 (1994).
- Godoy, P., et al. Recent advances in 2D and 3D in vitro systems using primary hepatocytes, alternative hepatocyte sources and non-parenchymal liver cells and their use in investigating mechanisms of hepatotoxicity, cell signaling and ADME. Arch Toxicol. 87 (8), 1315-1530 (2013).
- Gómez-Lechón, M. J., Castell, J. V., Donato, M. T. Hepatocytes–the choice to investigate drug metabolism and toxicity in man: in vitro variability as a reflection of in vivo. Chem Biol Interact. 168 (1), 30-50 (2007).
- Ginai, M., et al. The use of bioreactors as in vitro models in pharmaceutical research. Drug Discov Today. 18 (19-20), 922-935 (2013).
- Schyschka, L., et al. Hepatic 3D cultures but not 2D cultures preserve specific transporter activity for acetaminophen-induced hepatotoxicity. Arch Toxicol. 87 (8), 1581-1593 (2013).
- Kostadinova, R., et al. A long-term three dimensional liver co-culture system for improved prediction of clinically relevant drug-induced hepatotoxicity. Toxicol Appl Pharmacol. 268 (1), 1-16 (2013).
- Messner, S., Agarkova, I., Moritz, W., Kelm, J. M. Multi-cell type human liver microtissues for hepatotoxicity testing. Arch Toxicol. 87 (1), 209-213 (2013).
- Nussler, A. K., Nussler, N. C., Merk, V., Brulport, M., Schormann, W., Yao, P., Hengstler, J. G., Santin, M. The Holy Grail of Hepatocyte Culturing and Therapeutic Use. Strategies in Regenerative Medicine. , 1-38 (2009).
- Friedman, S. L., Roll, F. J. Isolation and culture of hepatic lipocytes, Kupffer cells, and sinusoidal endothelial cells by density gradient centrifugation with Stractan. Anal Biochem. 161 (1), 207-218 (1987).
- Knook, D. L., Blansjaar, N., Sleyster, E. C. Isolation and characterization of Kupffer and endothelial cells from the rat liver. Exp Cell Res. 109 (2), 317-329 (1977).
- Alabraba, E. B., et al. A new approach to isolation and culture of human Kupffer cells. J Immunol Methods. 326 (1-2), 139-144 (2007).
- Friedman, S. L., et al. Isolated hepatic lipocytes and Kupffer cells from normal human liver: morphological and functional characteristics in primary culture. Hepatology. 15 (2), 234-243 (1992).
- Lalor, P. F., Lai, W. K., Curbishley, S. M., Shetty, S., Adams, D. H. Human hepatic sinusoidal endothelial cells can be distinguished by expression of phenotypic markers related to their specialised functions in vivo. World J Gastroenterol. 12 (34), 5429-5439 (2006).
- Lee, S. M., Schelcher, C., Demmel, M., Hauner, M., Thasler, W. E. Isolation of human hepatocytes by a two-step collagenase perfusion procedure. J Vis Exp. (79), (2013).
- Rajan, N., Habermehl, J., Coté, M. F., Doillon, C. J., Mantovani, D. Preparation of ready-to-use, storable and reconstituted type I collagen from rat tail tendon for tissue engineering applications. Nat Protoc. 1 (6), 2753-2758 (2006).
- Chang, W., et al. Isolation and culture of hepatic stellate cells from mouse liver. Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai). 46 (4), 291-298 (2014).
- Zeng, W. Q., et al. A new method to isolate and culture rat kupffer cells. PLoS One. 8 (8), e70832 (2013).
- Tokairin, T., et al. A highly specific isolation of rat sinusoidal endothelial cells by the immunomagnetic bead method using SE-1 monoclonal antibody. J Hepatol. 36 (6), 725-733 (2002).
- Damm, G., et al. Human parenchymal and non-parenchymal liver cell isolation, culture and characterization. Hepatology International. 7, 915-958 (2013).
- Baccarani, U., et al. Isolation of human hepatocytes from livers rejected for liver transplantation on a national basis: results of a 2-year experience. Liver Transpl. 9 (5), 506-512 (2003).
- Shen, L., Hillebrand, A., Wang, D. Q., Liu, M. Isolation and primary culture of rat hepatic cells. J Vis Exp. (64), (2012).
- Gerlach, J. C., et al. Large-scale isolation of sinusoidal endothelial cells from pig and human liver. J Surg Res. 100 (1), 39-45 (2001).
