Isolement des hépatocytes régénérants après hépatectomie partielle chez la souris
Summary
Les hépatocytes chargés de lipides sont inhérents à la régénération du foie, mais sont généralement perdus lors de la centrifugation par gradient de densité. Ici, nous présentons un protocole d’isolement cellulaire optimisé qui conserve les hépatocytes stéatotiques, produisant des populations représentatives d’hépatocytes en régénération après hépatectomie partielle chez la souris.
Abstract
L’hépatectomie partielle a été largement utilisée pour étudier la régénération du foie chez la souris, mais l’isolement des rendements élevés d’hépatocytes viables pour des applications unicellulaires en aval est difficile. Une accumulation marquée de lipides au sein des hépatocytes en régénération est observée pendant les 2 premiers jours de régénération hépatique normale chez la souris. Cette stéatose associée à la régénération transitoire (TRAS) est temporaire mais chevauche partiellement la phase proliférative majeure. La purification par gradient de densité est l’épine dorsale de la plupart des protocoles existants pour l’isolement des hépatocytes primaires. Comme la purification par gradient repose sur la densité et la taille des cellules, elle sépare les populations d’hépatocytes non stéatotiques des populations d’hépatocytes stéatotiques. Par conséquent, les hépatocytes gras sont souvent perdus, produisant des fractions hépatocytes non représentatives.
Le protocole présenté décrit une méthode simple et fiable pour l’isolement in vivo des hépatocytes en régénération, quelle que soit leur teneur en lipides. Les hépatocytes de souris mâles C57BL/6 sont isolés 24 à 48 h après l’hépatectomie par une approche classique de perfusion de collagénase en deux étapes. Une pompe péristaltique standard conduit les solutions chauffées via la veine cave inférieure cathétérisée dans le reste, en utilisant une technique de perfusion rétrograde avec écoulement par la veine porte. Les hépatocytes sont dissociés par la collagénase pour leur libération de la capsule de Glisson. Après un lavage et une centrifugation soigneuse, les hépatocytes peuvent être utilisés pour toutes les analyses en aval. En conclusion, cet article décrit une technique simple et reproductible pour l’isolement d’une population représentative d’hépatocytes en régénération après hépatectomie partielle chez la souris. La méthode peut également aider à l’étude de la stéatose hépatique.
Introduction
Le foie peut se régénérer même après une perte tissulaire importante. Cette capacité de régénération unique est explicitement illustrée par le modèle expérimental d’hépatectomie partielle (70%), décrit pour la première fois chez le rat par Higgins et Anderson en 19311. Dans ce modèle, 70% du foie est enlevé chirurgicalement des animaux en coupant les lobes hépatiques plus gros. Les lobes restants se développent ensuite par hypertrophie compensatoire pour restaurer la masse hépatique d’origine dans environ 1 semaine après la chirurgie, mais sans restauration de l’architecture hépatique d’origine 2,3. D’autres hépatectomies avec des quantités variables d’ablation de tissus ont été développées, telles que l’hépatectomie étendue à 86% où le reste du foie est trop petit pour récupérer, conduisant éventuellement à une insuffisance hépatique post-hépatectomie (PHLF) et à la mort subséquente chez 30% à 50% des animaux 4,5,6. Ces modèles permettent d’étudier la régénération hépatique normale et défaillante, en fonction de la quantité de tissu réséqué (Figure 1).
Bien que les modèles murins d’hépatectomies soient utilisés avec succès depuis de nombreuses années, ce n’est que récemment que des méthodes analytiques plus avancées ont permis une compréhension plus approfondie au niveau de la cellule unique. Pour la plupart de ces méthodes, cependant, la présence d’hépatocytes individuels est une condition préalable de base. La plupart des protocoles d’isolement des hépatocytes primaires sont basés sur une technique de perfusion de collagénase en deux étapes et une purification subséquente par gradient de densité pour séparer les hépatocytes viables des débris et des cellules non parenchymateuses 7,8,9. Cette méthode a été décrite pour la première fois par Berry et Friend en 196910 et adaptée par Seglen et ses collègues en 197211,12. Cependant, comme la centrifugation par gradient dépend de la densité et de la taille des cellules, les hépatocytes chargés de lipides sont souvent perdus lors de la purification standard. Bien qu’une telle perte puisse être négligeable pour de nombreuses questions de recherche, il s’agit d’un aspect crucial pour la régénération précoce du foie. Au cours des 2 premiers jours, les hépatocytes dans le foie de souris en régénération accumulent des lipides, augmentant ainsi en taille et en densité. Cette stéatose transitoire associée à la régénération (TRAS) sert à fournir un carburant régénératif et est temporaire, mais chevauche partiellement la phase proliférative majeure et est inégalement répartie dans les lobules hépatiques – les unités fonctionnelles du foie13,14. Après une hépatectomie prolongée à 86%, cependant, TRAS se produit également mais persiste, car la régénération est bloquée et les lipides ne sont pas oxydés14. Par conséquent, la purification par gradient des hépatocytes après des hépatectomies à 70% ou 86% produira des fractions non représentatives, car la plupart des hépatocytes chargés de lipides sont perdus en raison de leur faible densité15.
Dans ce protocole d’isolement modifié, les hépatocytes de souris C57BL/6 sont isolés 24 à 48 h après l’hépatectomie par une approche classique de perfusion de collagénase en deux étapes. Habituellement, la canulation et la perfusion du reste pour l’isolement cellulaire se font via la veine porte. Cependant, la résistance portovasculaire dans les petits restes laissés après une résection majeure est élevée16, et donc la perfusion est délicate. Parce que la veine cave reste non affectée par les hépatectomies, la perfusion peut être facilement effectuée dans le sens rétrograde par canulation de la veine cave. Une pompe péristaltique standard conduit les solutions chauffées via la veine cave inférieure cathétérisée dans le reste du foie, en utilisant une perfusion rétrograde avec écoulement par la veine porte (figure supplémentaire S1). Les hépatocytes sont dissociés par les collagénases et libérés de la capsule de Glisson. Après lavage et traitement soigneux des hépatocytes viables par isolement progressif à l’aide d’une approche de centrifugation à basse vitesse, les hépatocytes peuvent être utilisés pour toutes les analyses en aval.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le protocole publié fournit une méthode fiable et simple pour isoler un rendement élevé d’hépatocytes murins normaux et stéatotiques pour des analyses en aval de cellules uniques ou une analyse en vrac de cellules après tri FACS. L’avantage distinct par rapport à la purification par gradient de densité est que la teneur en lipides cellulaires n’a essentiellement aucun impact sur le rendement effectif des hépatocytes. Ainsi, la fraction des hépatocytes stéatotiques sera retenue et incluse dans les analys…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette étude a été soutenue par le Fonds national suisse (subvention de projet 310030_189262).
Materials
| Reagents | |||
| Alexa Fluor 488 Zombie green | BioLegend | 423111 | Amine-reactive viability dye |
| Attane Isoflurane ad us. vet. 99.9% | Provet AG | QN01AB06 | CAUTION: needs ventilation |
| EDTA solution | Sigma-Aldrich | E8008-100ML | – |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | V001229 | Dilute with water to 70% |
| Fetal bovine serum (FCS) | Gibco | A5256701 | – |
| Hanks' Balanced Salt Solution (HBSS), Ca2+, Mg2+, phenol red | Sigma-Aldrich | H9269-6x600ML | For digestion/preservation |
| Hanks' Balanced Salt solution (HBSS), w/o Ca2+, w/o Mg2+, no phenol red | Sigma-Aldrich | H6648-6x500ML | For perfusion buffer |
| HEPES solution, 1 M | Sigma-Aldrich | 83264-100ML-F | – |
| Histoacryl tissue adhesive (butyl-2-cyanoacrylate) | B. Braun | 1050052 | For stabilization of cannulation site |
| Hoechst 33258 Staining Dye Solution | Abcam | ab228550 | – |
| Liberase Research Grade | Roche | 5401119001 | Lyophilized collagenases I/II |
| NaCl 0.9% 500 mL Ecotainer | B. Braun | 123 | – |
| Paralube Vet Ointment | Dechra | 17033-211-38 | – |
| Phosphate buffered saline (PBS) | Gibco | A1286301 | – |
| Sudan IV – Lipid staining | Sigma-Aldrich | V001423 | – |
| Temgesic (Buprenorphine hydrochloride), Solution for Injection 0.3 mg/mL | Indivior Europe Ltd. | 345928 | Narcotics. Store securely. |
| Trypan blue, 0.4%, sterile-filtered | Sigma-Aldrich | T8154 | For cell counting |
| Williams’ Medium E | Sigma-Aldrich | W4128-500ML | – |
| Materials | |||
| 25 mL serological pipette, Greiner Cellstar | Merck | P7865 | – |
| 50 mL Falcon tubes | TPP | – | – |
| BD Neoflon, Pro IV Catheter 26 G | BD Falcon | 391349 | – |
| Cell scraper, rotating blade width 25 mm | TPP | 99004 | – |
| Falcon Cell Strainer 100 µm Nylon | BD Falcon | 352360 | – |
| Fenestrated sterile surgical drape | – | – | Reusable cloth material |
| Filling nozzle for size 16# tubing (ID 3.1 mm) | Drifton | FILLINGNOZZLE#16 | To go into the tubes |
| Flow cytometry tubes, 5 mL | BD Falcon | 352008 | – |
| Male Luer to Barb, Tubing ID 3.2 mm | Drifton | LM41 | Connection tube to syringe |
| Petri dishes, 96 x 21 mm | TPP | 93100 | – |
| Prolene 5-0 | Ethicon | 8614H | To retract the sternum |
| Prolene 6-0 | Ethicon | 8695H | For skin suture |
| Prolene 8-0 | Ethicon | EH7470E | Ligature gall bladder |
| Tube 16#, WT 1.6 mm, ID 3.2 mm, OD 6.4 mm | Drifton | SC0374T | Perfusion tube |
| Equipment | |||
| BD LSRFortessa Cell Analyzer Flow Cytometer | BD | – | – |
| Isis rodent shaver | Aesculap | GT421 | – |
| Isofluran station | Provet | – | – |
| Low-speed centrifuge – Scanspeed 416 | Labogene | – | – |
| Neubauer-improved counting chamber | Marienfeld | – | – |
| Oxygen concentrator – EverFlo | Philips | 1020007 | 0 – 5 L/min |
| Pipetboy – Pipettor Turbo-Fix | TPP | 94700 | – |
| Shenchen perfusion pump – YZ1515x | Shenchen | YZ1515x | – |
| Surgical microscope – SZX9 | Olympus | – | – |
| ThermoLux warming mat | Thermo Lux | – | – |
| Vortex Genie 2, 2700 UpM | NeoLab | 7-0092 | – |
| Water bath – Precision GP 02 | Thermo scientific | – | Adjust to 42 °C |
Riferimenti
- Higgins, G., Anderson, R. Experimental pathology of liver. I. Restoration of liver of white rat following partial surgical removal. Archives of Pathology & Laboratory Medicine. 12, 186-202 (1931).
- Taub, R. Liver regeneration: from myth to mechanism. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 5 (10), 836-847 (2004).
- Nevzorova, Y. A., Tolba, R., Trautwein, C., Liedtke, C. Partial hepatectomy in mice. Lab Animal. 49, 81-88 (2015).
- Lehmann, K., et al. Liver failure after extended hepatectomy in mice is mediated by a p21-dependent barrier to liver regeneration. Gastroenterology. 143 (6), 1609-1619 (2012).
- Makino, H., et al. A good model of hepatic failure after excessive hepatectomy in mice. Journal of Surgical Research. 127 (2), 171-176 (2005).
- Lizardo Thiebaud, M. J., Cervantes-Alvarez, E., Navarro-Alvarez, N., Gayam, V., Engin, O. . Liver Pathology. , (2019).
- Charni-Natan, M., Goldstein, I. Protocol for primary mouse hepatocyte isolation. STAR Protocols. 1 (2), 100086 (2020).
- Smedsrød, B., Pertoft, H. Preparation of pure hepatocytes and reticuloendothelial cells in high yield from a single rat liver by means of Percoll centrifugation and selective adherence. Journal of Leukocyte Biology. 38 (2), 213-230 (1985).
- Mederacke, I., Dapito, D. H., Affò, S., Uchinami, H., Schwabe, R. F. High-yield and high-purity isolation of hepatic stellate cells from normal and fibrotic mouse livers. Nature Protocols. 10 (2), 305-315 (2015).
- Berry, M. N., Friend, D. S. High-yield preparation of isolated rat liver parenchymal cells: a biochemical and fine structural study. Journal of Cell Biology. 43 (3), 506-520 (1969).
- Seglen, P. O. Preparation of rat liver cells. I. Effect of Ca 2+ on enzymatic dispersion of isolated, perfused liver. Experimental Cell Research. 74 (2), 450-454 (1972).
- Seglen, P. O. Preparation of isolated rat liver cells. Methods in Cell Biology. 13, 29-83 (1976).
- Trotter, N. L. A fine structure study of lipid in mouse liver regenerating after partial hepatectomy. Journal of Cell Biology. 21 (2), 233-244 (1964).
- Kachaylo, E., et al. PTEN down-regulation promotes β-oxidation to fuel hypertrophic liver growth after hepatectomy in mice. Hepatology. 66 (3), 908-921 (2017).
- Jung, Y., Zhao, M., Svensson, K. J. Isolation, culture, and functional analysis of hepatocytes from mice with fatty liver disease. STAR Protocols. 1 (3), 100222 (2020).
- Dold, S., et al. Portal hyperperfusion after extended hepatectomy does not induce a hepatic arterial buffer response (HABR) but impairs mitochondrial redox state and hepatocellular oxygenation. PLoS One. 10 (11), 0141877 (2015).
- Boyce, S., Harrison, D. A detailed methodology of partial hepatectomy in the mouse. Laboratory Animals. 37 (11), 529-532 (2008).
- Mitchell, C., Willenbring, H. A reproducible and well-tolerated method for 2/3 partial hepatectomy in mice. Nature Protocols. 3 (7), 1167-1170 (2008).
- Chen, T., Oh, S., Gregory, S., Shen, X., Diehl, A. M. Single-cell omics analysis reveals functional diversification of hepatocytes during liver regeneration. JCI Insight. 5 (22), (2020).
- Chembazhi, U. V., Bangru, S., Hernaez, M., Kalsotra, A. Cellular plasticity balances the metabolic and proliferation dynamics of a regenerating liver. Genome Research. 31 (4), 576-591 (2021).
- Fiegel, H. C., Kaufmann, P. M., Kneser, U., Kluth, D., Rogiers, X. Priming of hepatocytes for cell culture by partial hepatectomy prior to cell isolation. Journal of Tissue Engineering. 6 (6), 619-626 (2000).
- Roche, . Liberase TM Research Grade. , (2020).
- Giugliano, S., et al. Hepatitis C virus infection induces autocrine interferon signaling by human liver endothelial cells and release of exosomes, which inhibits viral replication. Gastroenterology. 148 (2), 392-402 (2015).
- Shetty, S., et al. Common lymphatic endothelial and vascular endothelial receptor-1 mediates the transmigration of regulatory T cells across human hepatic sinusoidal endothelium. The Journal of Immunology. 186 (7), 4147-4155 (2011).
- Edwards, S., Lalor, P. F., Nash, G. B., Rainger, G. E., Adams, D. H. Lymphocyte traffic through sinusoidal endothelial cells is regulated by hepatocytes. Hepatology. 41 (3), 451-459 (2005).
- Helling, T. S. Liver failure following partial hepatectomy. HPB. 8 (3), 165-174 (2006).
- Saran, U., Humar, B., Kolly, P., Dufour, J. F. Hepatocellular carcinoma and lifestyles. Journal of Hepatology. 64 (1), 203-214 (2016).
- Park, W. Y., et al. Sugar-sweetened beverage, diet soda, and nonalcoholic fatty liver disease over 6 years: the Framingham Heart Study. Clinical Gastroenteroly and Hepatology. , (2021).
- Pocha, C., Kolly, P., Dufour, J. F. Nonalcoholic fatty liver disease-related hepatocellular carcinoma: a problem of growing magnitude. Seminars in Liver Disease. 35 (3), 304-317 (2015).
- Roeb, E. Excess body weight and metabolic (dysfunction)-associated fatty liver disease (MAFLD). Visceral Medicine. 37 (4), 273-280 (2021).
