Summary

Observation Holm Funktion og Holm-Immune Cell interaktioner i Levende bugspytkirtel væv skiver

Published: April 12, 2021
doi:

Summary

Denne undersøgelse præsenterer anvendelsen af levende bugspytkirtelvæv skiver til studiet af holm fysiologi og holm-immune celle interaktioner.

Abstract

Levende bugspytkirtelvæv skiver giver mulighed for undersøgelse af holm fysiologi og funktion i forbindelse med en intakt holm mikromiljø. Skiver er fremstillet af levende menneske og mus bugspytkirtelvæv indlejret i agarose og skæres ved hjælp af en vibratom. Denne metode gør det muligt for vævet at opretholde levedygtighed og funktion ud over at bevare underliggende patologier som type 1 (T1D) og type 2 diabetes (T2D). Skivemetoden muliggør nye retninger i studiet af bugspytkirtlen gennem vedligeholdelse af de komplekse strukturer og forskellige intercellulære interaktioner, der omfatter det endokrine og eksokrine væv i bugspytkirtlen. Denne protokol viser, hvordan man udfører farvning og time-lapse mikroskopi af levende endogene immunceller i bugspytkirtlen skiver sammen med vurderinger af holmen fysiologi. Endvidere kan denne tilgang raffineres til at skelne immuncellepopulationer, der er specifikke for holmcelleantigener ved hjælp af store histokompatibilitetskomplekser-multimer reagenser.

Introduction

Inddragelse af bugspytkirtlen er patognomonisk til sygdomme som pancreatitis, T1D, og T2D1,2,3. Undersøgelsen af funktion i isolerede holme indebærer normalt fjernelse af holmene fra deres omgivende miljø4. Den levende bugspytkirtelvæv skive metode blev udviklet for at give mulighed for undersøgelse af bugspytkirtelvæv samtidig opretholde intakt holm mikromiljø og undgå brugen af stressende holm isolationsprocedurer5,6,7. Bugspytkirtelvæv skiver fra human donorvæv er blevet anvendt med succes til at studere T1D og har påvist processer af beta celle tab og dysfunktion ud over immuncelle infiltration8,9,10,11,12,13. Den levende bugspytkirtelvæv skive metode kan anvendes til både mus og human bugspytkirtelvæv5,6,8. Humane bugspytkirtelvæv skiver fra organdonor væv opnås gennem et samarbejde med netværket for bugspytkirtel organdonorer med diabetes (nPOD). Museskiver kan genereres fra en række forskellige musestammer.

Denne protokol vil fokusere på ikke-fede diabetisk-rekombination aktiverende gen-1-null (NOD. Rag1-/-) og T-celle receptor transgen (AI4) (NOD. Rag1-/-. AI4 α/β) musestammer. NIKKE. Rag1-/- mus er ude af stand til at udvikle T- og B-celler på grund af en forstyrrelse i det rekombineringsaktiverende gen 1 (Rag1)14. NIKKE. Rag1-/-. AI4 α/β mus bruges som model for accelereret type 1-diabetes, fordi de producerer en enkelt T-celleklon, der er rettet mod en epitop af insulin, hvilket resulterer i konsekvent infiltration af holme og hurtig sygdomsudvikling15. Protokollen featured her beskriver procedurer for funktionelle og immunologiske undersøgelser ved hjælp af levende menneske og mus bugspytkirtel skiver gennem anvendelse af konfokal mikroskopi tilgange. De teknikker, der er beskrevet heri omfatter levedygtighed vurderinger, holm identifikation og placering, cytosolic Ca2 + optagelser, samt farvning og identifikation af immuncellepopulationer.

Protocol

NOTER: Alle eksperimentelle protokoller ved hjælp af mus blev godkendt af University of Florida Animal Care and Use Committee (201808642). Humane bugspytkirtel sektioner fra væv donorer af begge køn blev opnået via Netværket for Bugspytkirtel OrganDonorer med Diabetes (nPOD) væv bank, University of Florida. Human pancreata blev høstet fra kadaveriske organdonorer af certificerede organindkøbsorganisationer, der samarbejdede med nPOD i overensstemmelse med organdonation love og bestemmelser og klassificeret som “i…

Representative Results

Denne protokol vil give levende bugspytkirtelvæv skiver egnet til både funktionalitet undersøgelser og immun celle optagelser. Skiveudseende i både lysfelt og under reflekteret lys er vist i figur 1A,B. Som diskuteret kan holme findes i skiver ved hjælp af reflekteret lys på grund af deres øgede granularitet, der opstår på grund af deres insulinindhold (Figur 1C) og observeres tydeligt sammenlignet med baggrundsvævet, når der anvendes…

Discussion

Formålet med denne protokol er at forklare dannelsen af bugspytkirtel skiver og de procedurer, der er nødvendige for at anvende skiver i funktionelle og immunologiske undersøgelser. Der er mange fordele ved at bruge levende bugspytkirtel skiver. Der er dog flere kritiske trin, der er afgørende for, at vævet forbliver levedygtigt og nyttigt under de beskrevne eksperimentprotokoller. Det er bydende nødvendigt at arbejde hurtigt. Afstanden mellem injektion af bugspytkirtlen og generering af skiverne på vibratomen ska…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dette arbejde er finansieret af NIH tilskud R01 DK123292, T32 DK108736, UC4 DK104194, UG3 DK122638, og P01 AI042288. Denne forskning blev udført med støtte fra netværket for bugspytkirtel organdonorer med diabetes (nPOD; RRID:SCR_014641), et samarbejdsprojekt af type 1 diabetes sponsoreret af JDRF (nPOD: 5-SRA-2018-557-Q-R) og Leona M. & Harry B. Helmsley Charitable Trust (Grant #2018PG-T1D053). Det indhold og de synspunkter, der udtrykkes, er forfatternes ansvar og afspejler ikke nødvendigvis nPOD’s officielle opfattelse. Organ Procurement Organizations (OPO) partnering med nPOD at give forskningsressourcer er opført på http://www.jdrfnpod.org/for-partners/npod-partners/. Tak til Dr. Kevin Otto, University of Florida, for at give den vibratom, der anvendes til at generere mus skiver.

Materials

#3 Style Scalpel Handle Fisherbrand 12-000-163
1 M HEPES Fisher Scientific BP299-100 HEPES Buffer, 1M Solution
10 cm Untreated Culture Dish Corning 430591
10 mL Luer-Lok Syringe BD 301029 BD Syringe with Luer-Lok Tips
27 G Needle BD BD 305109 BD General Use and PrecisionGlide Hypodermic Needles
35 mm coverglass-bottom Petri dish Ibidi 81156 µ-Dish 35 mm, high
50 mL syringe BD 309653
8-well chambered coverglass Ibidi 80826 µ-Slide 8 Well
APC anti-mouse CD8a antibody Biolegend 100712
BSA Fisher Scientific 199898
Calcium chloride Sigma C5670 CaCl2
Calcium chloride dihydrate Sigma C7902 CaCl2 (dihydrate)
Compact Digital Rocker Thermo Fisher Scientific 88880020
Confocal laser-scanning microscope Leica SP8 Pinhole = 1.5-2 airy units; acquired with 10x/0.40 numerical aperture HC PL APO CS2 dry and 20x/0.75 numerical aperture HC PL APO CS2 dry objectives at 512 × 512 pixel resolution
D-(+)-Glucose Sigma G7021 C6H12O6
ddiH2O
Dithizone Sigma-Aldrich D5130-10G
DMSO Invitrogen D12345 Dimethyl sulfoxide
Ethanol Decon Laboratories 2805
Falcon 35 mm tissue culture dish Corning 353001 Falcon Easy-Grip Tissue Culture Dishes
FBS Gibco 10082147
Feather No. 10 Surgical Blade Electron Microscopy Sciences 7204410
fluo-4-AM Invitrogen F14201 cell-permeable Ca2+ indicator
Gel Control Super Glue Loctite 45198
Graefe Forceps Fine Science Tools 11049-10
Hardened Fine Scissors Fine Science Tools 14090-09
HBSS Gibco 14025092 Hanks Balanced Salt Solution
HEPES Sigma H4034 C8H18N2O4S
Ice bucket Fisherbrand 03-395-150
Isoflurane Patterson Veterinary NDC 14043-704-05
Johns Hopkins Bulldog Clamp Roboz Surgical Store RS-7440  Straight; 500-900 Grams Pressure; 1.5" Length
Kimwipes Kimberly-Clark Professional 34705 Kimtech Science™ Kimwipes™ Delicate Task Wipers, 2-Ply
LIVE/DEAD Viability/Cytotoxicity Kit Invitrogen L3224 This kit contains the calcein-AM live cell dye.
Low glucose DMEM Corning 10-014-CV
Magnesium chloride hexahydrate Sigma M9272 MgCl2 (hexahydrate)
Magnesium sulfate heptahydrate Sigma M2773 MgSO4 (heptahydrate)
Magnetic Heated Platform Warner Instruments PM-1 Platform for imaging chamber for dynamic stimulation recordings
Microwave GE JES1460DSWW
Nalgene Syringe Filter Thermo Fisher Scientific 726-2520
No.4 Paintbrush Michaels 10269140
Open Diamond Bath Imaging Chamber Warner Instruments RC-26 Imaging chamber for dynamic stimulation recordings
Oregon Green 488 BAPTA-1-AM Invitrogen O6807 cell-permeable Ca2+ indicator
Overnight imaging chamber Okolab H201-LG
PBS Thermo Fisher Scientific 20012050 To make agarose for slice generation
PE-labeled insulin tetramer Emory Tetramer Research Core sequence YAIENYLEL
Penicillin Streptomycin Gibco 15140122
Potassium chloride Sigma P5405 KCl
Potassium phosphate monobasic Sigma P5655 KH2PO4
Razor Blades Electron Microscopy Sciences 71998 For Vibratome; Double Edge Stainless Steel, uncoated
RPMI 1640 Gibco 11875093
SeaPlaque low melting-point agarose Lonza 50101 To make agarose for slice generation
Slice anchor Warner Instruments 64-1421
Slice anchor (dynamic imaging) Warner Instruments 640253 Slice anchor for dynamic imaging chamber
Sodium bicarbonate Sigma S5761 NaHCO3
Sodium chloride Sigma S5886 NaCl
Sodium phosphate monohydrate Sigma S9638 NaH2PO4 (monohydrate)
Soybean Trypsin Inhibitor Sigma T6522-1G Trypsin inhibitor from Glycine max (soybean)
Stage Adapter Warner Instruments SA-20MW-AL To fit imaging chamber for dynamic stimulation recordings on the microscope stage
Stage-top incubator Okolab H201
Stereoscope Leica IC90 E MSV266
SYTOX Blue Dead Cell Stain Invitrogen S34857 blue-fluorescent nucleic acid stain
Transfer Pipet Falcon 357575 Falcon™ Plastic Disposable Transfer Pipets
Valve Control System Warner Instruments VCS-8 System for dynamic stimulation recordings
Vibratome VT1000 S Leica VT1000 S
Water bath Fisher Scientific FSGPD02 Fisherbrand Isotemp General Purpose Deluxe Water Bath GPD 02

Referências

  1. Uc, A., Fishman, D. S. Pancreatic disorders. Pediatric Clinics of North America. 64 (3), 685-706 (2017).
  2. Bluestone, J. A., Herold, K., Eisenbarth, G. Genetics, pathogenesis and clinical interventions in type 1 diabetes. Nature. 464 (7293), 1293-1300 (2010).
  3. Taylor, R. Type 2 diabetes: etiology and reversibility. Diabetes Care. 36 (4), 1047-1055 (2013).
  4. Meier, R. P., et al. Islet of Langerhans isolation from pediatric and juvenile donor pancreases. Transplant International. 27 (9), 949-955 (2014).
  5. Marciniak, A., et al. Using pancreas tissue slices for in situ studies of islet of Langerhans and acinar cell biology. Nature Protocols. 9 (12), 2809-2822 (2014).
  6. Panzer, J. K., Cohrs, C. M., Speier, S. Using pancreas tissue slices for the study of islet physiology. Methods in Molecular Biology. 2128, 301-312 (2020).
  7. Speier, S., Rupnik, M. A novel approach to in situ characterization of pancreatic beta-cells. Pflugers Archive. 446 (5), 553-558 (2003).
  8. Panzer, J. K., et al. Pancreas tissue slices from organ donors enable in situ analysis of type 1 diabetes pathogenesis. JCI Insight. 5 (8), 134525 (2020).
  9. Dolai, S., et al. Pancreatitis-induced depletion of syntaxin 2 promotes autophagy and increases basolateral exocytosis. Gastroenterology. 154 (6), 1805-1821 (2018).
  10. Dolai, S., et al. Pancreas-specific SNAP23 depletion prevents pancreatitis by attenuating pathological basolateral exocytosis and formation of trypsin-activating autolysosomes. Autophagy. , 1-14 (2020).
  11. Qadir, M. M. F., et al. Long-term culture of human pancreatic slices as a model to study real-time islet regeneration. Nature Communications. 11 (1), 3265 (2020).
  12. Cohrs, C. M., et al. Dysfunction of persisting β cells is a key feature of early type 2 diabetes pathogenesis. Cell Reports. 31 (1), 107469 (2020).
  13. Liang, T., et al. Ex vivo human pancreatic slice preparations offer a valuable model for studying pancreatic exocrine biology. Journal of Biological Chemistry. 292 (14), 5957-5969 (2017).
  14. Shultz, L. D., Ishikawa, F., Greiner, D. L. Humanized mice in translational biomedical research. Nat Reviews. Immunology. 7 (2), 118-130 (2007).
  15. Lamont, D., et al. Compensatory mechanisms allow undersized anchor-deficient class I MHC ligands to mediate pathogenic autoreactive T cell responses. Journal of Immunology. 193 (5), 2135-2146 (2014).
  16. Fish, R., Danneman, P. J., Brown, M., Karas, A. . Anesthesia and analgesia in laboratory animals. , (2011).
  17. Clark, S. A., Borland, K. M., Sherman, S. D., Rusack, T. C., Chick, W. L. Staining and in vitro toxicity of dithizone with canine, porcine, and bovine islets. Cell Transplantation. 3 (4), 299-306 (1994).
  18. Schindelin, J., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nature Methods. 9 (7), 676-682 (2012).
  19. Monette, R., Small, D. L., Mealing, G., Morley, P. A fluorescence confocal assay to assess neuronal viability in brain slices. Brain Research Protocols. 2 (2), 99-108 (1998).
  20. Gál, E., et al. A novel in situ approach to studying pancreatic ducts in mice. Frontiers in Physiology. 10, 938 (2019).
  21. Stožer, A., Dolenšek, J., Rupnik, M. S. Glucose-stimulated calcium dynamics in islets of Langerhans in acute mouse pancreas tissue slices. PloS One. 8 (1), 54638 (2013).
  22. Stožer, A., et al. Functional connectivity in islets of Langerhans from mouse pancreas tissue slices. PLoS Computational Biology. 9 (2), 1002923 (2013).
  23. Früh, E., Elgert, C., Eggert, F., Scherneck, S., Rustenbeck, I. Glucagonotropic and glucagonostatic effects of KATP channel closure and potassium depolarization. Endocrinology. 162 (1), 136 (2021).
  24. Satin, L. S. New mechanisms for sulfonylurea control of insulin secretion. Endocrine. 4 (3), 191-198 (1996).
  25. Ren, J., et al. Slow oscillations of KATP conductance in mouse pancreatic islets provide support for electrical bursting driven by metabolic oscillations. American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism. 305 (7), 805-817 (2013).
  26. Marciniak, A., Selck, C., Friedrich, B., Speier, S. Mouse pancreas tissue slice culture facilitates long-term studies of exocrine and endocrine cell physiology in situ. PLoS One. 8 (11), 78706 (2013).
  27. Dzhagalov, I. L., Melichar, H. J., Ross, J. O., Herzmark, P., Robey, E. A. Two-photon imaging of the immune system. Current Protocols in Cytometry. , (2012).
check_url/pt/62207?article_type=t

Play Video

Citar este artigo
Huber, M. K., Drotar, D. M., Hiller, H., Beery, M. L., Joseph, P., Kusmartseva, I., Speier, S., Atkinson, M. A., Mathews, C. E., Phelps, E. A. Observing Islet Function and Islet-Immune Cell Interactions in Live Pancreatic Tissue Slices. J. Vis. Exp. (170), e62207, doi:10.3791/62207 (2021).

View Video