Summary

Met behulp van Caco-2 cellen te Lipid Transport studie van de Darm

Published: August 20, 2015
doi:

Summary

Caco-2 cells can serve as an in vitro model to study the enterocyte transport of lipids, and lipid-soluble drugs/vitamins. The permeable membrane system separates the apical from the basolateral compartment, while the lentivirus expression system offers an effective gene overexpression method. The isolation of lipoproteins is confirmed by TEM.

Abstract

Studies of dietary fat absorption are generally conducted by using an animal model equipped with a lymph cannula. Although this animal model is widely accepted as the in vivo model of dietary fat absorption, the surgical techniques involved are challenging and expensive. Genetic manipulation of the animal model is also costly and time consuming. The alternative in vitro model is arguably more affordable, timesaving, and less challenging. Importantly, the in vitro model allows investigators to examine the enterocytes as an isolated system, reducing the complexity inherent in the whole organism model. This paper describes how human colon carcinoma cells (Caco-2) can serve as an in vitro model to study the enterocyte transport of lipids, and lipid-soluble drugs and vitamins. It explains the proper maintenance of Caco-2 cells and the preparation of their lipid mixture; and it further discusses the valuable option of using the permeable membrane system. Since differentiated Caco-2 cells are polarized, the main advantage of using the permeable membrane system is that it separates the apical from the basolateral compartment. Consequently, the lipid mixture can be added to the apical compartment while the lipoproteins can be collected from the basolateral compartment. In addition, the effectiveness of the lentivirus expression system in upregulating gene expression in Caco-2 cells is discussed. Lastly, this paper describes how to confirm the successful isolation of intestinal lipoproteins by transmission electron microscopy (TEM).

Introduction

Studies van intestinale absorptie van dieetvet en vetoplosbare geneesmiddelen en vitaminen kunnen in vivo worden uitgevoerd door toepassing van een model lymfe fistel 1-4. De chirurgische technieken noodzakelijk zijn niet alleen moeilijk maar ook duur. Hoewel in vivo benade- fecal analyse kan worden toegepast, worden zij vooral gebruikt om het percentage opname bepaald door het maagdarmkanaal 2,5. De in vitro beschreven in dit document model is meer kosteneffectief, en de betrokken technieken zijn misschien wel minder uitdagend. Genetische modificatie studies ook economischer en minder tijdrovend wanneer ze worden uitgevoerd in deze in vitro model.

Aangezien vetoplosbare stoffen die door enterocyten genomen worden verpakt in lipoproteïnen 6,7, de doeltreffendheid van deze in vitro model lipoproteïnen produceren cruciaal. De twee belangrijkste intestinal lipoproteïnen zijn chylomicronen en lipoproteïnen zeer lage dichtheid (VLDL). Chylomicronen, gedefinieerd als lipoproteïnen met 80 nm of meer in diameter, strikt door de dunne darm wanneer lipiden zijn overvloedig aanwezig in de maag lumen. Omdat ze de grootste lipoproteïnen, chylomicronen zijn denkbaar de meest efficiënte lipide transporteurs. Deze in vitro model dat kan produceren chylomicronen 8, kan worden gebruikt om voeding vetabsorptie, vet-oplosbare vitamine absorptie door de darm en orale biologische beschikbaarheid lipofiele geneesmiddelen te bestuderen. De aanwezigheid van lipide oplosbare moleculen, vitamines of drugs in de lipoproteïne fractie is een indicator van de absorptie door de dunne darm. Zoals eerder besproken, kan dit model worden gebruikt om orale biobeschikbaarheid lipofiel geneesmiddel 6 verbeteren.

Dit artikel beschrijft hoe Caco-2 cellen permeabel membraan of vaste weefselkweekplaten, hoe de lipide mi te handhavenxture voor het stimuleren lipoproteïne produktie moet worden voorbereid, hoe lentivirus expressiesysteem kan worden toegepast om effectief overexpressie halen en hoe de lipoproteïnen die moeten worden geanalyseerd.

Protocol

1. Onderhoud van de Caco-2 cellen Met behulp van reguliere weefselkweekschaaltjes Ontdooi de Caco-2-cellen uit een bevroren flacon door het plaatsen van de flacon in een 37 ° C waterbad en direct toevoegen aan een 10 cm weefsel kweekplaat met 10 ml voorverwarmde groeimedium (15% foetaal runderserum (FBS ) in Dulbecco's Gemodificeerd Eagle Medium (DMEM)). Wanneer de Caco-2-cellen 50-70% confluentie hebben bereikt, splitsen 1: 6 door incuberen van de cellen met 3 ml 0,05% trypsine / 0,53 …

Representative Results

Figuur 1 toont de normale 13-dagen na de samenvloeiing Caco-2-cellen. Het uiterlijk van de koepelvormige constructies en intracellulaire vetdruppels zijn kenmerkend gedifferentieerde Caco-2-cellen. Wanneer de Caco-2 cellen niet gelijk tijdens het zaaien worden gedispergeerd, ze klonteren en overgroei in bepaalde gebieden van de schaal; en er een aantal gebieden in de schotel hiervoor geen enkele cellen. Het wervelen en het plaatsen van de schotel op een hellend oppervlak moet worden vermeden. Het is ook…

Discussion

In dit document kunnen de twee systemen die kunnen worden gebruikt voor het onderhoud Caco-2 cellen zijn beschreven, namelijk de normale weefselkweek schaal en de permeabele membraan. De voordelen van het permeabele membraan systeem omvatten de scheiding van de apicale en basolaterale compartimenten en de mogelijkheid om het lipide mengsel incubeer en laat het lipoproteïne secretie tegelijk. De permeabele membraan inserts zijn duur en hun polycarbonaatmembraan laat geen goede mobiele zicht. Een van de voordelen van dez…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by the Seed Grant Award from California Northstate University College of Pharmacy (to AMN). The authors would like to thank California Northstate University College of Pharmacy for covering the publication cost of this article, and George Talbott for his help in editing this manuscript.

Materials

DMEM VWR 16750-112 Pre-warm the growth media in individual tissue culture dish before adding cells
FBS Fisher 3600511 We do not heat inactivate our serum
Trypsin VWR 45000-660 Cells can be washed with PBS prior to trypsin treatment 
Permeable membrane system Fisher 7200173 10-cm dish, 3-mm pore size, polycarbonate membrane
10 cm dish Fisher 08-772-E Tissue culture dish
15 cm dish Fisher 08-772-24 Tissue culture dish
24 well plate Fisher 12565163 Tissue culture plate
Lipid-based transfection reagent Fisher PRE2691 Can be substituted with other transfection reagent
Reduced serum media Invitrogen 11058021 For transfection
pLL3.7 eGFP Addgene 11795 https://www.addgene.org/11795/
Bottle-top filter Fisher 9761120 0.45 mm pore
Polybrene Fisher NC9840454 10 mg/mL
Oleic acid Sigma 01383-5G Prevent freeze-thaw cycle
Lecithin  Fisher IC10214625 Egg lecithin 
Sodium taurocholate Fisher NC9620276 Product discontinued; alternative catalog number: 50-121-7956
Protease inhibitor cocktail tablet (EDTA-free) Fisher 5892791001 Used mainly for samples that need TEM analysis
Polycarbonate ultracentrifuge tube Fisher NC9696153 Reusing it multiple times will collapse the tube
Lid for ultracentrifuge tube Fisher NC9796914 A tool is required to remove the tube/lid from rotor
Syringe Fisher 50-949-261 Disposable
Syringe filter Fisher 09-719C Pore size = 0.2 mm; nylon
Phosphotungstic acid Fisher AC208310250 For preparing 2% phosphotungstic acid, pH 6.0
Tweezer Fisher 50-238-62 Extra fine and strong tips
Formvar/carbon grid Fisher 50-260-34 Formvar/carbon film square grid 400 Copper

References

  1. Drover, V. A., et al. CD36 deficiency impairs intestinal lipid secretion and clearance of chylomicrons from the blood. J Clin Invest. 115 (5), 1290-1297 (2005).
  2. Nauli, A. M., et al. CD36 is important for chylomicron formation and secretion and may mediate cholesterol uptake in the proximal intestine. Gastroenterology. 131 (4), 1197-1207 (2006).
  3. Nauli, A. M., Zheng, S., Yang, Q., Li, R., Jandacek, R., Tso, P. Intestinal alkaline phosphatase release is not associated with chylomicron formation. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 284 (4), G583-G587 (2003).
  4. Lo, C. -. M., et al. Why does the gut choose apolipoprotein B48 but not B100 for chylomicron formation. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 294 (1), G344-G352 (2008).
  5. Jandacek, R. J., Heubi, J. E., Tso, P. A novel, noninvasive method for the measurement of intestinal fat absorption. Gastroenterology. 127 (1), 139-144 (2004).
  6. Nauli, A. M., Nauli, S. M. Intestinal transport as a potential determinant of drug bioavailability. Curr Clin Pharmacol. 8 (3), 247-255 (2013).
  7. Tso, P., Nauli, A., Lo, C. M. Enterocyte fatty acid uptake and intestinal fatty acid-binding protein. Biochem Soc Trans. 32 (Pt 1), 75-78 (2004).
  8. Nauli, A. M., Sun, Y., Whittimore, J. D., Atyia, S., Krishnaswamy, G., Nauli, S. M. Chylomicrons produced by Caco-2 cells contained ApoB-48 with diameter of 80-200 nm. Physiol Rep. 2 (6), (2014).
  9. Rubinson, D. A., et al. A lentivirus-based system to functionally silence genes in primary mammalian cells, stem cells and transgenic mice by RNA interference. Nat Genet. 33 (3), 401-406 (2003).
  10. Li, M., Husic, N., Lin, Y., Snider, B. J. Production of lentiviral vectors for transducing cells from the central nervous system. J Vis Exp. (63), e4031 (2012).
  11. Pottekat, A., et al. Insulin biosynthetic interaction network component, TMEM24, facilitates insulin reserve pool release. Cell Rep. 4 (5), 921-930 (2013).
  12. Van Greevenbroek, M. M., van Meer, G., Erkelens, D. W. Effects of saturated, mono-, and polyunsaturated fatty acids on the secretion of apo B containing lipoproteins by Caco-2 cells. Atherosclerosis. 21 (1), 139-150 (1996).
  13. Levy, E., Yotov, W., Seidman, E. G., Garofalo, C., Delvin, E., Ménard, D. Caco-2 cells and human fetal colon: a comparative analysis of their lipid transport. Biochim Biophys Acta. 1439 (3), 353-362 (1999).
  14. Luchoomun, J., Hussain, M. M. Assembly and secretion of chylomicrons by differentiated Caco-2 cells. Nascent triglycerides and preformed phospholipids are preferentially used for lipoprotein assembly. J Biol Chem. 274 (28), 19565-19572 (1999).
check_url/53086?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Nauli, A. M., Whittimore, J. D. Using Caco-2 Cells to Study Lipid Transport by the Intestine. J. Vis. Exp. (102), e53086, doi:10.3791/53086 (2015).

View Video