Isolatie en karakterisering van primaire leverbijholteelcellen van muizen

Summary

Hier schetsen en demonstreren we een protocol voor primaire muis lever sinusoïdale endotheelcel (LSEC) isolatie. Het protocol is gebaseerd op levercollageaseperfusie, niet-parenchymale celzuivering door centrifugeren met lage snelheid en CD146 magnetische kraalselectie. We fenotyperen en karakteriseren deze geïsoleerde LSEC’s ook met behulp van flowcytometrie en scanning elektronenmicroscopie.

Abstract

Lever sinusoïdale endotheelcellen (LSEC’s) zijn gespecialiseerde endotheelcellen op het grensvlak tussen de circulatie en het leverparenchym. LSEC’s hebben een duidelijke morfologie die wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van fenestrae en de afwezigheid van keldermembraan. LSEC’s spelen een essentiële rol bij veel pathologische aandoeningen in de lever, waaronder metabole ontregeling, ontsteking, fibrose, angiogenese en carcinogenese. Er is echter weinig gepubliceerd over de isolatie en karakterisering van de LSEC’s. Hier bespreekt dit protocol de isolatie van LSEC van zowel gezonde als niet-alcoholische leververvetting (NAFLD) muizen. Het protocol is gebaseerd op collagenaseperfusie van de lever van de muis en magnetische kralen positieve selectie van niet-parenchymale cellen om LSEC’s te zuiveren. Deze studie karakteriseert LSEC’s met behulp van specifieke markers door flowcytometrie en identificeert de karakteristieke fenotypische kenmerken door scanning elektronenmicroscopie. LSEC’s die volgens dit protocol zijn geïsoleerd, kunnen worden gebruikt voor functionele studies, waaronder adhesie- en permeabiliteitstests, evenals downstreamstudies voor een bepaald interessetraject. Bovendien kunnen deze LSEC’s worden samengevoegd of afzonderlijk worden gebruikt, waardoor multi-omics gegevens kunnen worden gegenereerd, waaronder RNA-seq bulk of eencellig, proteomisch of fosfo-proteomics en assay voor Transposase-Toegankelijk Chromatine met behulp van sequencing (ATAC-seq), onder anderen. Dit protocol zal nuttig zijn voor onderzoekers die de communicatie van LSEC’s met andere levercellen in gezondheid en ziekte bestuderen en een diepgaand begrip mogelijk maken van de rol van LSEC’s in de pathogene mechanismen van acute en chronische leverbeschadiging.

Introduction

Lever sinusoïdale endotheelcellen (LSEC’s) langs de hepatische sinusoïde wanden en zijn de meest voorkomende niet-parenchymale cellen in de lever¹. LSEC’s onderscheiden zich van andere capillaire endotheelcellen elders in het lichaam door de aanwezigheid van fenestrae en het ontbreken van een klassiek keldermembraan of een diafragma ^2,3. Vandaar dat de LSEC’s onderscheidende fenotypische en structurele kenmerken bezitten die hun permeabiliteit en endocytische capaciteit verbeteren om een verscheidenheid aan circulerende macromoleculen, waaronder lipiden en lipoproteïnen, te elimineren. LSEC’s spelen een cruciale rol in de kruisverwijzing tussen parenchymale en niet-parenchymale cellen, zoals stellaatcellen en immuuncellen. LSEC’s zijn de sleutel tot het handhaven van leverhomeostase door de stellaatcellen en Kupffer-cellen in een rustige status^{te houden 4}. LSEC’s moduleren de samenstelling van hepatische immuuncellenpopulaties door adhesie en trans-endotheelmigratie van circulerende leukocyten te bemiddelen ^5,6. Tijdens acute en chronische leverbeschadiging⁷, waaronder ischemie-reperfusieletsel (IRI)⁸, niet-alcoholische steatohepatitis (NASH)⁹ en hepatocellulair carcinoom (HCC), ondergaan LSEC’s fenotypische veranderingen die bekend staan als capillarisatie gekenmerkt door defenestratie en vorming van keldermembraan¹⁰. Deze fenotypische veranderingen in LSEC’s zijn geassocieerd met LSEC-disfunctie en de verwerving van protrombotische, pro-inflammatoire en profibrogene eigenschappen.

Er zijn verschillende methoden ontwikkeld voor de isolatie van LSEC’s van muizenlever¹¹. Sommige technieken zijn afhankelijk van het scheiden van niet-parenchymale en parenchymale cellen gevolgd door dichtheidsgradiëntcentrifugatie om de LSEC’s te zuiveren van niet-parenchymale fracties. De beperking van deze methode is de aanwezigheid van contaminerende macrofagen in de laatste stappen van LSEC-isolatie, wat de zuiverheid van de geïsoleerde LSEC’s zou kunnen beïnvloeden¹². Dit protocol is gebaseerd op collagenaseperfusie van de muizenlever en CD146 ⁺ magnetische kralen positieve selectie van niet-parenchymale cellen om LSEC’s te zuiveren. LSEC’s die met deze methode zijn geïsoleerd, vertonen een hoge zuiverheid en behouden morfologie en levensvatbaarheid. Deze LSEC’s zijn optimaal voor functionele studies, waaronder permeabiliteit en adhesietest, evenals downstream studies voor routes van belang. Bovendien, met de groeiende interesse in het genereren van grote datasets in zowel klinisch onderzoek als ontdekkingswetenschap, kunnen deze hoogwaardige LSEC’s geïsoleerd uit zowel gezonde als zieke levers met niet-alcoholische steatohepatitis (NASH) of andere aandoeningen worden samengevoegd of afzonderlijk worden gebruikt, waardoor multi-omics gegevens kunnen worden gegenereerd en vergelijking tussen gezondheid en ziekte^13,14 . Bovendien kunnen de geïsoleerde LSEC’s worden gebruikt om zowel tweedimensionale als driedimensionale in vitro modellen zoals organoïden te ontwikkelen om de geactiveerde signaalroute in LSEC’s en hun intercellulaire communicatie met andere levercellen te ontcijferen onder verschillende schadelijke stimuli en als reactie op verschillende therapeutische interventies.

Protocol

Dierprotocollen werden uitgevoerd zoals goedgekeurd door het Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) van Mayo Clinic. Acht weken oude C57BL / 6J mannelijke muizen werden gekocht bij Jackson Laboratory. Muizen werden gehuisvest in een temperatuurgecontroleerde 12:12-uur licht-donkercyclusfaciliteit met gratis toegang tot dieet. 1. Bereiding van met collageen beklede kweekschaal of -plaat Om 50 ml 0,02 mol / l azijnzuur te maken, voegt u 0,6 ml ijsazijn toe…

Representative Results

Experimentele schema’s en uitrustingsopstelling:In dit protocol werd de lever van de muis verteerd met behulp van een gesloten perfusiecircuit, waarna niet-parenchymale cellen en hepatocyten werden gescheiden door centrifugering met lage snelheid bij 50 x g gedurende 2 minuten. Primaire LSEC’s werden geïsoleerd met behulp van CD146 magnetische kralenselectie uit de niet-parenchymale fractie. De experimentele schema’s zijn weergegeven in figuur 1A. De canule wer…

Discussion

In het huidige manuscript beschrijven we een protocol voor LSEC-isolatie van muizenlever bestaande uit tweestaps collagenaseperfusie en daaropvolgende magnetisch geactiveerde celsortering (MACS). Dit protocol bestaat uit de volgende drie stappen: (1) Perfusie door de PV met een calciumvrije buffer gevolgd door een collagenase-bevattende buffer om leverceldispersie te bereiken; (2) Uitsluiting van hepatocyten met centrifugeren met lage snelheid; en (3) MACS-gebaseerde positieve selectie van LSEC’s uit niet-parenchymale ce…

Materials

2.0-inch 20 G Intra Venous (IV) catheter	Terumo, SOmerset, NJ, USA	SR-OX2051CA
2–3-inch perfuion tray with a hole in the center			customized; made in house
405/520 viability dye	Miltenyi, Bergisch Gladbach, Germany	130-110-205
4-inch regular curved dressing forceps	Fisher Brand	FS16-100-110
5-0 Perma-Hand silk suture	Ethicon, Raritan, NJ, USA	A182H
Anti-stabilin-2 (Mouse) mAb-Alexa Fluorà 488	MBL International, Woburn, MA, USA	D317-A48
BSA stock	Miltenyi, Bergisch Gladbach, Germany	130-091-376
Anti-CD146 (LSEC)-PE, anti-mouse	Miltenyi, Bergisch Gladbach, Germany	130-118-407
CD146 (LSEC) MicroBeads, mouse	Miltenyi, Bergisch Gladbach, Germany	130-092-007
Anti-CD45-Viogreen, anti-mouse	Miltenyi, Bergisch Gladbach, Germany	130-110-803
Collagen type I	Corning, Corning, NY, USA	354236
Collagenase II	Gibco, Waltham, MA, USA	17101-015
Endothelial cells growth medium	ScienCell Research Laboratories, Carlsbad, CA, USA	211-500
FcR blocking reagent, mouse	Miltenyi, Bergisch Gladbach, Germany	130-092-575
FlowJo software, version 10.6	Becton, Dickinson and Company
Hardened Fine scissors	F.S.T, Foster city, CA, USA	14091-11
Heated (37 °C) and humidified recirculating perfusion apparatus equipped with Oxygen injection at a rate of 10psi.			customized; made in house
Hitachi S 4700 scanning electron microscope	Hitachi Inc, Pleasanton, CA, USA	SEM096
LS columns	Miltenyi, Bergisch Gladbach, Germany	130-042-401
MACS pre-separation filters (70 μm)	Miltenyi, Bergisch Gladbach, Germany	130-095-823
MACS rinsing buffer	Miltenyi, Bergisch Gladbach, Germany	130-091-222
MACS Smart Strainer (70 μm)	Miltenyi, Bergisch Gladbach, Germany	130-098-462
MACSQunt flow cytometer	Miltenyi, Bergisch Gladbach, Germany
Millicell Cell Culture Insert	Millipore Sigma, Burlington, MA, USA	PITP01250
Nexcelom cell counter	Nexcelom bioscience, Lawrence, MA, USA	Cellometer Auto T4 Plus
Percoll	GE Healthcare, Chicago, IL, USA	17-0891-01
Surgical scissors	F.S.T, Foster city, CA, USA	14001-12
Very small curved dressing forceps	F.S.T, Foster city, CA, USA	11063-07