Ultrasoon-verhoogde primaire volwassen fibroblast-isolatie
Summary
We presenteren een protocol om primaire volwassen fibroblasten op een eenvoudige, snelle en betrouwbare manier te isoleren, die door beginners kunnen worden perforeerbaar (bijv. studenten). De procedure combineert enzymatische weefsel spijsvertering en mechanische opwinding met ultrasone golven om primaire fibroblasten te verkrijgen. Het protocol kan gemakkelijk worden aangepast aan specifieke experimentele eisen (bijv. menselijk weefsel).
Abstract
Primaire volwassen fibroblasten zijn uitgegroeid tot een belangrijk instrument om fibrose te bestuderen, fibroblast interacties en ontsteking in alle lichaamsweefsels. Omdat primaire fibroblasten niet voor onbepaalde tijd kunnen delen door myofibroblast-differentiatie of senescentie-inductie, moeten er regelmatig nieuwe culturen worden vastgesteld. Echter, er zijn verschillende obstakels te overwinnen tijdens de processen van de ontwikkeling van een betrouwbare isolatie protocol en primaire fibroblast isolatie zelf: de moeilijkheidsgraad van de methode (vooral voor beginners), het risico van bacteriële besmetting, de vereiste tijd tot primaire fibroblasten kunnen worden gebruikt voor experimenten, en de daaropvolgende celkwaliteit en levensvatbaarheid. In deze studie, een snelle, betrouwbare en gemakkelijk te leren protocol om primaire volwassen fibroblasten te isoleren en te cultuur van muis hart, longen, lever en nieren combineren enzymatische spijsvertering en ultrasone agitatie is voorzien.
Introduction
Fibroblasten zijn vlakke, spindle-vormige cellen met meerdere ecoagriturismo late processen en een uitgebreid ruw endoplasmisch reticulum1,2. Een gemiddelde fibroblast meet 30-100 μm en heeft een levensduur van 57 ± 3 dagen1,3. De gemiddelde celcyclus duur van menselijke fibroblasten varieert van 16-48 h, afhankelijk van de cultuuromstandigheden4. Er zijn aanwijzingen dat de replicatieve capaciteit en de functionele kwaliteit van gekweekte primaire fibroblasten negatief correleerden met de leeftijd van de donor, wat suggereert dat jongere donoren (dieren of patiënten) de voorkeur moeten krijgen indien mogelijk5,6 .
Fibroblasten vormen een overheersend celtype van de meeste lichaamsweefsels van zoogdieren. Ondanks hun alomtegenwoordige aanwezigheid is de moleculaire identificatie van fibroblasten nog steeds een uitdaging7. Fibroblasten migreren naar de ontwikkeling van weefsels en organen uit verschillende bronnen tijdens de embryonale ontwikkeling8. Om deze reden is er een overvloed aan marker eiwitten die kan worden gevonden in fibroblasten, terwijl unieke marker eiwitten, die aanwezig zijn in elke fibroblast populatie en exclusief voor fibroblasten, nog steeds ontbreken. Zo worden expressie patronen van verschillende herkende markers meestal gebruikt om fibroblasten te identificeren. Onder de meest erkende markers zijn vimentin, menselijk fibroblast oppervlak eiwit (hFSP), discoidin domein receptor 2 (DDR2) en alpha glad spier actine (αsma).
Fibroblasten zijn de belangrijkste extracellulaire matrix (ECM)-producerende celtype. Daardoor behouden fibroblasten een geordende weefsel architectuur en bieden ze mechanische ondersteuning voor naburige cellen1. De balans tussen ECM-synthese en afbraak is een goed gereguleerd proces. Verschuivingen in de richting van synthese markeren het begin van overmatige ECM-depositie die, indien niet beëindigd, leidt tot fibrose. Fibrose wordt gemedieerd door myofibroblasten, die afkomstig zijn van geactiveerde fibroblasten die moleculaire en fenotypische veranderingen ondergaan. Een kenmerk van myofibroblasten is verbeterde secretie van ECM en cytokinen en de uitdrukking van ordelijke gearrangeerde αSMA Microfilamenten9.
Primaire fibroblasten zijn in de schijnwerpers van recent onderzoek gericht op fibrose, weefsel ontsteking en fibroblast-kanker-celinteracties10,11. Echter, om effectief te bestuderen fibroblast eigenschappen in gezondheid en ziekte, het is noodzakelijk om te isoleren van levensvatbare primaire volwassen fibroblasten op een regelmatige basis. Er zijn verschillende methoden beschikbaar voor het isoleren van fibroblasten12,13,14. De drie belangrijkste methoden van fibroblast isolatie zijn uitgroei uit weefsel chunks12, enzymatische weefsel spijsvertering15, en enzymatische perfusie van holleorganen 9,13,16. Het voordeel van uitgroei is een zacht isolatie proces zonder enzymatische celdegradatie. Aan de andere kant vereisen de groei culturen meestal langdurige cultuur perioden totdat cellen kunnen worden gebruikt voor experimenten. Veelvoorkomende enzymatische spijsvertering is snel, maar draagt een risico van besmetting met andere celtypen (bijv. endotheel cellen) of bacteriën in het roer proces, die nodig zijn om het weefsel mechanisch te ontbinden. Bovendien, deze methoden zijn vaak uitgebreid en vereisen tijd en vaardigheid om te leren.
Wat betreft het belang van primaire fibroblasten in het onderzoek, is er nog steeds behoefte aan het optimaliseren van bestaande celisolatiebenaderingen in termen van snelheid, eenvoud en betrouwbaarheid. Hier wordt een nieuwe Ultrasone-gebaseerde enzymatische fibroblast-isolatiemethode geleverd die hoge kwaliteit cellen levert.
Protocol
Representative Results
Discussion
In vergelijking met vereeuwigd fibroblast cellijnen bieden primaire fibroblasten verschillende voordelen. Ze kunnen worden geïsoleerd kosteneffectief in hoge kwaliteit en kwantiteit. Bovendien bieden primaire culturen de mogelijkheid om cellen van meerdere individuen te bestuderen, wat de betrouwbaarheid van de verkregen resultaten verhoogt en de kans verkleint dat alleen celcultuurartefacten worden bestudeerd. Continue generatie van nieuwe primaire culturen voorkomt genetische veranderingen die vaak optreden na herhaal…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wij danken mevrouw Romy Kempe en Mrs. Annett Opitz voor deskundige technische ondersteuning. Wij danken ook de heer Bjoern Binnewerg voor haar steun. Dit werk werd gesteund door subsidies van a) de Förderkreis Dresdner Herz-Kreislauf-Tage e.V., b) “Habilitationsförderprogramm für Frauen”, Faculteit Geneeskunde Carl Gustav Carus Dresden en c) else Kröner-Forschungskolleg (EKFK) faculteit geneeskunde Carl Gustav Carus Dresden. Wij zijn dankbaar voor de financiering en de steun.
Materials
| 0.25% Trypsin-EDTA | Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | T4049-100ML | |
| Antibiotics | Gibco-Life Technologies, Carlsbad, USA | Gibco LS15140148 | Penicillin/ Streptomycin (10000 U/ml) |
| Cell culture hood | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | 51023608 | HeraSafe KSP15 |
| Cell culture incubator | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | 50049176 | BBD 6220 |
| Cell culture plates | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | depends on vessel | 6-, 12-, 24-wells Nunclon surface |
| Cell culture suction | VACUUBRAND GMBH + CO KG, Wertheim, Germany | 20727400 | BVC professional suction |
| Cell strainer (mesh) | Corning, Tewksbury, USA | 431750 | 40 µm Nylon |
| Centrifuge | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | 75007213 | Megafuge 8R |
| Cordless pipetting controller | Hirschmann, Eberstadt, Germany | 9907200 | Pipetus |
| Disposable pipette tips | Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | depends on volume | SafeSeal tips for pipettes (10 µl, 20 µl, 100 µl, 200 µl, 1000 µl) |
| Disposable plastic pipettes | Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | depends on volume | 5 ml, 10 ml, 25 ml, 50 ml |
| Disposable sterile scalpel | Myco Medical, Cary, USA | n.a. | Techno cut |
| Dulbeccos Modified Eagle Medium (DMEM) | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | 41965-062 | High glucose |
| Eppendorf tubes | Eppendorf, Hamburg, Germany | depends on volume | 50 µl, 500 µl, 1.500µl, 2.000 µl |
| Fetal calf serum (FCS) | Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | F2442-50ML | |
| Collagenase blend | Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | 5401020001 | Liberase TL Research Grade |
| Petri dish 6 cm | Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | P5481-500EA | |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Sigma-Aldrich, St. Louis, USA | D8537-500ML | 500 ml |
| Senescence detection kit | Abcam, Cambridge, UK | ab65351 | |
| Shaker/ Vortex | IKA, Staufen im Breisgau, Germany | n.a. | MS2 Minishaker (subsequent model: Ident-Nr.: 0020016017) |
| Sterile plastic tubes | Thermo Fisher Scientific, Waltham, USA | Falcon 352095 | BD Falcon tubes (15 ml, 50 ml) |
| Ultrasonic water bath | BANDELIN electronic GmbH & Co. KG, Berlin, Germany | 312 | Sonorex RK100H |
| Surgical scissors (atraumatic) | Aesculap AG, Tuttlingen, Germany | NR 82 | |
| Surgical scissors | Aesculap AG, Tuttlingen, Germany | eq 1060.09 | |
| Surgical forceps | Aesculap AG, Tuttlingen, Germany | BD577 |
Referências
- Baum, J., Duffy, H. S. Fibroblasts and myofibroblasts: what are we talking about. Journal of Cardiovascular Pharmacology. 57 (4), 376-379 (2011).
- Tallquist, M. D., Molkentin, J. D. Redefining the identity of cardiac fibroblasts. Nature Reviews. Cardiology. 14 (8), 484-491 (2017).
- Weissman-Shomer, P., Fry, M. Chick embryo fibroblasts senscence in vitro: pattern of cell division and life span as a function of cell density. Mechanisms of Ageing and Development. 4 (2), 159-166 (1975).
- Angello, J. C. Replicative potential and the duration of the cell cycle in human fibroblasts: coordinate stimulation by epidermal growth factor. Mechanisms of Ageing and Development. 62 (1), 1-12 (1992).
- Serra, V., von Zglinicki, T. Human fibroblasts in vitro senesce with a donor-specific telomere length. FEBS Letters. 516 (1), 71-74 (2002).
- Mateu, R., et al. Functional differences between neonatal and adult fibroblasts and keratinocytes: Donor age affects epithelial-mesenchymal crosstalk in vitro. International Journal of Molecular Medicine. 38 (4), 1063-1074 (2016).
- Ivey, M. J., Tallquist, M. D. Defining the Cardiac Fibroblast. Circulation Journal: Official Journal of the Japanese Circulation Society. 80 (11), 2269-2276 (2016).
- Kanisicak, O., et al. Genetic lineage tracing defines myofibroblast origin and function in the injured heart. Nature Communications. 7, 12260 (2016).
- Kuenzel, S. R., et al. Hypoxia-induced epigenetic silencing of polo-like kinase 2 promotes fibrosis in atrial fibrillation. bioRxiv. , 445098 (2018).
- Van Linthout, S., Miteva, K., Tschöpe, C. Crosstalk between fibroblasts and inflammatory cells. Cardiovascular Research. 102 (2), 258-269 (2014).
- Kalluri, R. The biology and function of fibroblasts in cancer. Nature Reviews Cancer. 16 (9), 582-598 (2016).
- Poulet, C., Künzel, S., Büttner, E., Lindner, D., Westermann, D., Ravens, U. Altered physiological functions and ion currents in atrial fibroblasts from patients with chronic atrial fibrillation. Physiological Reports. 4 (2), (2016).
- Gündüz, D., Hamm, C. W., Aslam, M. Simultaneous Isolation of High Quality Cardiomyocytes, Endothelial Cells, and Fibroblasts from an Adult Rat Heart. Journal of Visualized Experiments. (123), e55601 (2017).
- Weldrick, J. J., Abdul-Ghani, M., Megeney, L. A., Burgon, P. G. A rapid and efficient method for the isolation of postnatal murine cardiac myocyte and fibroblast cells. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 96 (5), 535-539 (2018).
- Wang, H., Van Blitterswijk, C. A., Bertrand-De Haas, M., Schuurman, A. H., Lamme, E. N. Improved enzymatic isolation of fibroblasts for the creation of autologous skin substitutes. In Vitro Cellular & Developmental Biology. Animal. 40 (8-9), 268-277 (2004).
- El-Armouche, A., et al. Phosphatase inhibitor-1-deficient mice are protected from catecholamine-induced arrhythmias and myocardial hypertrophy. Cardiovascular Research. 80 (3), 396-406 (2008).
- Guillen, J. FELASA Guidelines and Recommendations. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 51 (3), 311-321 (2012).
- Seluanov, A., Vaidya, A., Gorbunova, V. Establishing primary adult fibroblast cultures from rodents. Journal of Visualized Experiments. (44), 2033 (2010).
- Masur, S. K., Dewal, H. S., Dinh, T. T., Erenburg, I., Petridou, S. Myofibroblasts differentiate from fibroblasts when plated at low density. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 93 (9), 4219-4223 (1996).
- Rohr, S. Cardiac fibroblasts in cell culture systems: myofibroblasts all along. Journal of Cardiovascular Pharmacology. 57 (4), 389-399 (2011).
- Cell lines: Valuable tools or useless artifacts. PubMed – NCBI Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22553484 (2019)
- Coppé, J. P., et al. Senescence-associated secretory phenotypes reveal cell-nonautonomous functions of oncogenic RAS and the p53 tumor suppressor. PLoS biology. 6 (12), 2853-2868 (2008).
- Childs, B. G., Durik, M., Baker, D. J., van Deursen, J. M. Cellular senescence in aging and age-related disease: from mechanisms to therapy. Nature Medicine. 21 (12), 1424-1435 (2015).
- Singh, M., Sharma, A. K. Outgrowth of fibroblast cells from goat skin explants in three different culture media and the establishment of cell lines. In Vitro Cellular & Developmental Biology. Animal. 47 (2), 83-88 (2011).
- Linge, C., Green, M. R., Brooks, R. F. A method for removal of fibroblasts from human tissue culture systems. Experimental Cell Research. 185 (2), 519-528 (1989).
