In - vitro - Assays für Colony Tri-potente Progenitorzellen Charakterisieren von den Adult Murine Pancreas Isoliert
Summary
In vitro – Kolonie – Assays Selbsterneuerung und Differenzierung von Vorläuferzellen , isoliert aus adulten murinen Bauchspeicheldrüse sind entwickelt zu detektieren. In diesen Assays geben Bauchspeicheldrüsen Progenitoren Anlass zu Zellkolonien in 3-dimensionalen Raum in Methylcellulose-enthaltende halbfeste Medium. Protokolle für die sind einzelne Zellen und Charakterisierung von einzelnen Kolonien Handhabung beschrieben.
Abstract
Stamm- und Vorläuferzellen aus der Bauchspeicheldrüse erwachsener könnte eine potentielle Quelle von therapeutischen beta-ähnlichen Zellen werden zur Behandlung von Patienten mit Typ 1 Diabetes. Es ist jedoch noch nicht bekannt, ob Stamm- und Vorläuferzellen im erwachsenen Bauchspeicheldrüse existieren. Forschungsstrategien mit cre-lox abstammungs Tracing in erwachsenen Mäusen haben Ergebnisse erzielt, dass entweder unterstützen oder die Idee zu widerlegen, dass Beta-Zellen aus den Kanälen erzeugt werden kann, der vermuteten Stelle, an der erwachsenen Pankreas-Vorläufern vorhanden sein können. Diese in – vivo – cre-lox abstammungs Tracing – Verfahren kann jedoch nicht beantworten die Fragen der Selbsterneuerung und Multilinien – Differenzierung zwei Kriterien notwendig , um eine Stammzelle zu definieren. Zunächst diese technische Lücke Adressierung erarbeiteten wir 3-dimensionale Kolonie-Assays für Pankreas-Vorläufern. Bald nach unserer ersten Veröffentlichung, andere Labors entwickelt unabhängig eine ähnliche, aber nicht identische Verfahren die organoiden Test genannt. Im Vergleich zum organoiden Assay unser Verfahren verwendetMethylcellulose, die viskose Lösungen bildet, der die Aufnahme von extrazellulären Matrixproteinen in niedrigen Konzentrationen ermöglichen. Die Methylcellulose enthaltenden Assays erlauben einfachere Erkennung und Analyse von Vorläuferzellen auf der Ebene einzelner Zellen, die entscheidend sind, wenn Vorläufern eine kleine Subpopulation bilden, wie es der Fall für viele erwachsene Orgel Stammzellen ist. Zusammen zeigen Ergebnisse von mehreren Laboratorien in vitro Selbsterneuerung und multi-lineage Differenzierung von Pankreas – Vorläuferähnlichen Zellen von Mäusen. Die aktuellen Protokolle beschreiben zwei Methylcellulose-basierte Kolonie-Assays Maus Pankreas-Vorläufern zu charakterisieren; einer enthält eine kommerzielle Herstellung von murine extrazellulären Matrixproteinen und die andere eine künstliche extrazelluläre Matrixprotein als Laminin Hydrogel bekannt. Die Techniken , die hier gezeigt werden , sind 1) die Dissoziation des Pankreas und Sortieren von CD133 + Sox9 / EGFP + duktalen Zellen von erwachsenen Mäusen, 2) Einzelzell Manipulation der sorted Zellen, 3) analysiert einzelne Kolonie mikrofluidischen qRT-PCR und ganze-mount Immunfärbung verwendet und 4) Dissoziation von primären Kolonien in Einzelzellsuspensionen und Wiederbeschichtung in sekundäre Kolonie-Assays Selbsterneuerung oder Differenzierung zu beurteilen.
Introduction
Das Pankreas besteht aus drei Hauptzelllinien; acinar Zellen sezernieren Verdauungsenzyme, Kanäle Krankheitserreger abzuwehren und zu transportieren Verdauungsenzyme im Darm und endokrinen Zellen sezernieren Hormone, einschließlich Insulin und Glucagon, das Glukose-Homöostase aufrechtzuerhalten absondern Mucin. Während der embryonalen Entwicklung der Bauchspeicheldrüse, sind die frühen duktalen Zellen die Quelle der tri-potent Vorläuferzellen fähig ist , die zu den drei Linien in den Bauchspeicheldrüsen von erwachsenen Tieren 1,2. Da adulten Stammzellen und Vorläuferzellen, wie Knochenmark – Stammzellen werden bereits erfolgreich verwendet , um verschiedene Krankheiten 3, behandeln es intensive Interesse , die Stamm- und Vorläuferzellen im erwachsenen Bauchspeicheldrüse bei der Suche. Wenn die Isolierung und Manipulation von adulten Pankreas Stamm- und Vorläuferzellen möglich waren, konnten diese Zellen verwendet werden, um Krankheiten wie Typ-1-Diabetes zu behandeln, in denen die insulinsezernierenden Zellen durch Autoimmunität zerstört werden.
<p class = "jove_content"> Ob Tri-potente Vorläuferzellen existieren noch in erwachsenen Pankreasgänge nach Abschluss der Embryonalentwicklung eine Frage ist, die stark in der wissenschaftlichen Gemeinschaft diskutiert wird. In dieser Debatte und unter Verwendung von in – vivo – cre-lox abstammungsVerfolgungsTechniken, Inada und Mitarbeiter zeigten , dass erwachsene Maus mit einem Marker markiert duktalen Zellen, Carboanhydrase II, was zu allen 4 drei pankreatischen Linien geben könnte. Jedoch unter Verwendung anderer duktalen Marker, wie HNF1B 5 und Sox9 2, wurde geschlossen , dass duktalen Zellen nicht die Hauptquelle von Beta – Zellen in erwachsenen Mäusen sind.Vor einigen Jahren vorgeschlagen, wir , dass die Ursache der oben erwähnten Diskussion des Fehlens liegen kann im Bereich 6,7, geeigneter Analysewerkzeuge, die verwendet werden können Selbsterneuerung und multi-lineage differenzierungs zwei Kriterien notwendig zu messen , eine Stammzelle definieren. Die in – vivo – cre-lox lineage-Tracing – Technik erwähntoben kann Hinweise auf die Beziehungsebene an einer Population Vorläufer-Nachkommen zur Verfügung stellen. Allerdings ist diese Linie Tracing-Technik in ihrer Macht beschränkt auf, ob Zellen können einzelne Vorläufer erkennen Selbsterneuerung und Differenzierung in mehrere Linien. Einzelzellanalyse ist wichtig, weil, wenn mehrere Mono potent Vorläufern, die jeweils mit einem unterschiedlichen Potential lineage zusammen analysiert wurden, sie gemeinsam mit mehreren lineage Differenzierung Fähigkeiten haben können auftreten. Außerdem sind Stammzellen der Regel eine kleinere Population von einem Erwachsenen organ. Die Aktivitäten eines kleinen Zellpopulation könnte von der großen Bevölkerung maskiert werden. Daher wird ein negatives Ergebnis aus einer Population Studie nicht notwendigerweise das Fehlen von Stammzellen an. Schließlich hat cre-lox-Linie Tracing ist nicht die Messung der Selbsterneuerung ermöglichen.
Zu Beginn der Bewältigung der technischen Lücke im Bereich der Pankreas – Vorläufer Zellbiologie, Kolonie 7-11 oder 12-15 organoiden </sup> Assays 3D-Kultursysteme wurden unter Verwendung entwickelt. Zwei Kolonie – Assays für Pankreas – Vorläufern wurden in unserem Labor entwickelt: einer enthält eine kommerzielle Herstellung von murine extrazelluläre Matrixproteine (ECM) (siehe Methods and Equipment Table) und die andere enthält Laminin – Hydrogel, ein definiertes künstliches ECM – Protein 7-11. Progenitorzellen sind in halbfesten Medium, das Methylcellulose gemischt. Methylcellulose ist ein biologisch inert und viskoses Material aus Holzfasern hergestellt, und 16 in hämatopoetische Kolonie – Assays routinemäßig verwendet worden ist. Die Methylcellulose-enthaltende halbfeste Medium beschränkt die Bewegung der einzelnen Vorläuferzellen, so dass sie nicht wieder aggregieren. Noch ist das Medium weich genug, um eine Vorläuferzelle zu erlauben, in einer Kolonie von Zellen in dem 3D-Raum zu wachsen und differenzieren. Im Anschluss an die Tradition der Hämatologen, eine Zelle, die Pankreas-Vorläufer von was zu einer Kolonie von Zellen in der Lage war, named eine Pankreas-Kolonie bildende Einheit (PCFU). PCFUs, wenn sie in der Maus – ECM-enthaltenden Kolonie – Assay, geben Anlass zu zystischer Kolonien gewachsen , die "Ring" Kolonien 7 genannt werden. Nach Zugabe eines Wnt – Agonist R-spondin1, in die murine ECM-enthaltenden Kultur, schalten einige Ring Kolonien in "Dense" Kolonien 7. In diesem Artikel werden diese beiden Arten von Kolonien in murine ECM Kultur gezüchtet zusammenfassend als "Ring / Dense" Kolonien. Wenn Ring / Dense Kolonien in einzelne Zellsuspension dissoziiert sind und neu plattiert in Kulturen , die Laminin Hydrogel enthalten, "Endokrine / acinar" Kolonien werden 7 gebildet.
Mit einzelnen Kolonie – Analysen wurde festgestellt , dass die Mehrheit der Ring / Dense und Endokrine / acinar Kolonien, entweder von Erwachsenen (2-4 Monate alt) 7,11 oder junge (1 Woche alt) 9 Maus – Pankreas exprimieren alle drei Lineage Marker. Dies legt nahe, dass die meisten der Ursprung PCFUs sind Tri-potent. Im Maus – ECM-enthaltenden Kolonie – Assay, erwachsenen Maus PCFUs robust selbst zu erneuern und zu erweitern etwa 500.000 Mal über 11 Wochen in Kultur 7. Murine ECM unterstützt vorzugsweise die Differenzierung von duktalen Zellen über endokrine und acinar Linien, wohingegen in Gegenwart von Laminin – Hydrogels sind murine PCFUs gefördert bevorzugt in endokrinen und Azinuszellen zu differenzieren und weniger auf die duktale lineage 7,9,11. Wichtig ist , dass Insulin Glucagon + – mono-hormonellen Zellen werden in der Laminin Hydrogel Kultur erzeugt und Insulin in Reaktion sekretieren Stimulation in vitro zu Glucose 7,9, was darauf hindeutet funktionelle Reife. Die Tri-Linie Differenzierungspotential 7,9 und Selbsterneuerung 11 einzelner PCFUs werden durch einzellige Mikromanipulations bestätigt, dh die Kultivierung einer Zelle pro Vertiefung für die Koloniebildung. Zusammen bieten diese Ergebnisse Hinweise darauf, dass es sich selbst erneuernden, Tri-potent, Progenitor-ähnlichen Zellen in der postnatalen Maus Bauchspeicheldrüse, die Aktivitäten in 3D-Kultur zeigen.
Die murine PCFU Assays in diesem Artikel beschrieben werden , aus einer früheren Kolonie – Assay für abgeleitete Vorläuferzellen aus embryonalen Stammzellen der Maus (mESCs) 17 differenziert gestaltet. Das Protokoll 18 im Detail in einem anderen JoVE Publikation dokumentiert. Die Kultur Komponenten und Techniken erforderlich 17,18 die murine ECM-enthaltenden Kolonie – Assay für erwachsene PCFUs sind die gleichen wie für MESC abgeleiteten Vorläufern durchzuführen. Daher werden diese Aspekte des Assays hier nicht wiederholt werden; statt dessen werden die folgenden Verfahren werden behandelt: 1) Dissoziation des adulten Pankreas und Sortieren CD133 + Sox9 / EGFP + duktalen Zellen, die PCFUs von erwachsenen Mäusen 7, 2) Einzelzellmanipulation der sortierten Zellen, 3) Einzelkolonie bereichern Analysen mikrofluidischen qRT-PCR und ganze-mount Immunfärbung verwendet und 4) Dissoziation von colonies in Einzelzellsuspension und Wiederbeschichtung in murine ECM oder Laminin-Hydrogel-Kolonie-Assays.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Pankreas – Kolonie – Assays und einzelne Kolonie Analysen der Methylhaltigen hämatopoetischen Kolonie – Assays beschrieben hier wurden inspiriert , die bei der Entschlüsselung der Biologie der hämatopoetischen Vorläuferzellen in den vergangenen Jahrzehnten 23 Hauptrollen gespielt haben. In diesen Assays (Abbildung 5), dissoziiert sind Pankreaszellen ausplattiert in Methylcellulose-enthaltende halbfeste Medien mit geeigneten Wachstumsfaktoren und ECM – Proteinen, die die Bildung von Ri…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Wir danken Lucy Brown und Alexander Spalla aus der Analytical Cytometry Core beim City of Hope für die Unterstützung bei der Sortierung. Diese Arbeit wird teilweise durch National Institutes of Health (NIH) gewährt R01DK081587 und R01DK099734 zu HTK und U01DK089533 ADR, und von der National Science Foundation NSF Zuschuss-DMR-1206121 und California Institute for Regenerative Medicine Zuschuss RB5-07398 DAT Unterstützt unterstützt vom Joseph J. Jacobs-Institut für Molekulare Technik für Medizin an der Caltech zu DAT, und diejenigen, die aus Oxnard Foundation und Ella Fitzgerald Foundation HTK sind auch dankbar anerkannt.
Finanzierung: Diese Arbeit wird teilweise durch National Institutes of Health (NIH) unterstützt gewährt R01DK081587 und R01DK099734 zu HTK und U01DK089533 ADR, und von der National Science Foundation NSF Zuschuss-DMR-1206121 und California Institute für Regenerative Medizin an Zuschuss RB5-07398 DAT Unterstützt von der Joseph J. JacobsInstitut für Molekulare Technik für Medizin an der Caltech zu DAT, und diejenigen, die aus Oxnard Foundation und Ella Fitzgerald Foundation HTK sind auch dankbar anerkannt. Forschung in dieser Veröffentlichung berichtet, die in der Analytical Cytometry Core-und Lichtmikroskopie Digital Imaging-Core unterstützt durch das National Cancer Institute der National Institutes of Health unter Verleihungsnummer P30CA33572 geleistete Arbeit.
Studie Sponsor: Der Sponsor beteiligte sich nicht an der Studie Design, Sammlung, Analyse oder Interpretation der Daten.
Materials
| Murine ECM proteins (Matrigel) | Becton Dickson (Franklin Lakes, NJ, USA) | 354230 | Stock kept at -20oC |
| Laminin Hydrogel | Provided by David Tirrell (Pasadena, CA USA) | Stock kept at -20oC | |
| Methylcellulose | Shinetsu Chemical (Tokyo, Japan) | 1500 centipoise (dynamic viscosity unit equal to 15g/cm/s) (high viscosity) | |
| Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline | Mediatech (Manassas, VA, USA) | 21-031-CV | |
| Phosphate Buffered Saline | Gibco (Grand Island, NY, USA) | 15070-063 | |
| 50mL Flacon Conical vial | Corning Inc. (Corning, NY, USA) | 352070 | |
| 100mmx20mm Suspension culture dish | Corning Inc. (Corning, NY, USA) | 430591 | |
| Bovine Serum Albumin | Sigma (St. Louis, MO, USA) | A8412 | |
| Penicillin/Streptomycin | Gibco (Grand Island, NY, USA) | 15070-063 | |
| DNase1 | Calbiochem (Darmstadt, Germany) | 260913 | |
| Collagenase B | Roche (CH-4070, Basel, Schweiz, Switzerland) | 11088831001 | Stock kept at -20oC |
| Anti-mouse CD16/32 | Biolegend (San Diego, CA, USA) | 101310 | low endotoxin, azide free |
| PE-Cy7 Rat IgG2a κ Isotype Control | Biolegend (San Diego, CA, USA) | 400522 | |
| Rat IgG1 κ Isotype Control | eBioscience (San Diego, CA, USA) | 13-4301-82 | |
| Anti-CD133-Biotin | eBioscience (San Diego, CA, USA) | 13-1331-82 | |
| Anti-CD71-PE-Cy7 | Biolegend (San Diego, CA, USA) | 113812 | |
| Streptavidin-Allophycocyanin | Biolegend (San Diego, CA, USA) | 405207 | |
| 4',6-Diamidino-2-phenylindole | Invitrogen (Waltham, MA, USA) | 3571 | Stock kept at -20oC |
| Anti-mucin 1 | Thermo Fisher Scientific (Waltham, MA USA) | HM-1630-P1 | |
| Dylight 649 Goat anti-Armenian Hamster | Jackson Immuno (West Grove, PA, USA) | 127-495-160 | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium: Nutrient Mixture F-12 | Mediatech(Manassas, VA, USA) | 10-092-CV | |
| Fetal Bovine Serum | Tissure Culture Biologicals (Long Beach, CA, USA) | 101 | Stock kept at -20oC |
| Tris Ethylenediaminetetraacetic acid | TEKnova (Hollister, CA, USA) | T0221 | |
| Rneasy Micro Kit | Qiagen (Venlo, Netherlands) | 74004 | |
| QuantiTec Reverse Transcription Kit | Qiagen (Venlo, Netherlands) | 205310 | |
| CellsDirect One-Step qRT-PCR Kit | Ambion/Invitrogen(Grand Island, NY, USA) | 11753-100 | |
| Paraformaldehyde | Santa Cruz Bio (Santa Cruz, CA, USA) | SC-281692 | |
| Goat serum | Jackson Immuno (West Grove, PA, USA) | 005-000-121 | Stock kept at -20oC |
| Donkey serum | Jackson Immuno (West Grove, PA, USA) | 0017-000-121 | Stock kept at -20oC |
| Triton X-100 | Sigma (St. Louis, MO, USA) | T9284 | |
| Trypsin | Sigma (St. Louis, MO, USA) | T-4799 | |
| Ethylenediaminetetraacetic acid | Invitrogen (Waltham, MA, USA) | 15575-020 | |
| Trypsin-EDTA | Life Technologies (Waltham, MA, USA) | 25200-056 | |
| Sterile Water | Gibco (Grand Island, NY, USA) | 15230-147 | Molecular biology grade |
| Pasteur Pipette | Fisher Scientific (Pittsburgh, PA , USA) | 13-678-8B | |
| 40um Filter Mesh | Fisher Scientific (Pittsburgh, PA , USA) | 08-771-1 | |
| 70 um filter mesh | Fisher Scientific (Pittsburgh, PA , USA) | 08-771-2 | |
| TC Plate 96 Well Suspension | Sarstedt | 83.3924 (Previously 83.1835) | |
| 1cc Syringe | Becton Dickson (Franklin Lakes, NJ, USA) | 309659 | |
| 10cc Syringe | Becton Dickson (Franklin Lakes, NJ, USA) | 301604 | |
| 48.48 Dyanmic Array Chip | Fluidigm (San Francisco, CA, USA) | BMK-M-48.48 | |
| Fluidigm GE 48.48 Dynamic Array Sample & Assay Loading Reagent Kit | Fluidigm (San Francisco, CA, USA) | 85000800 | |
| TaqMan Universal PCR Master Mix | Applied Biosystems (Grand Island, NY, USA) | 4304437 | |
| Polyethylene glycol sorbitan monolaurate | Sigma (St. Louis, MO, USA) | P7949 | |
| Glass Bottom Dish | MatTek (Ashland, MA, USA) | P35G-1.5-14-C | 35 mm petri dish with glass bottom |
| Mouth Piece/ Rubber Tubing | Renova Life Inc. (College Park, MD, USA) | MP-SET | |
| Nicotinamide | Sigma (St. Louis, MO, USA) | N0636 | Stock kept at -20oC |
| Vascular Endothelial Growth Factor | R&D Systems (Minneapolis, MN, USA) | 293-VE | Stock kept at -80oC |
| Activin B | R&D Systems (Minneapolis, MN, USA) | 659-AB | Stock kept at -80oC |
| Extendin 4 | Sigma (St. Louis, MO, USA) | E7144 | Stock kept at -20oC |
| Rspondin-1 | R&D Systems (Minneapolis, MN, USA) | 3474-RS | Stock kept at -80oC |
| Falcon 5mL Polystyrene Round-Bottom Tube | Corning Inc. (Corning, NY, USA) | 352054 | |
| PrecisionGlide Needle 18Gx1 1/2 | Becton Dickson (Franklin Lakes, NJ, USA) | 305196 | |
| PrecisionGlide Needle 16Gx1 1/2 | Becton Dickson (Franklin Lakes, NJ, USA) | 305198 | |
| Costar Ultra-Low Attachment Surface 24 well flat bottom plate | Corning Inc. (Corning, NY, USA) | 3473 | |
| Costar 96 Black Well Plate | Corning Inc. (Corning, NY, USA) | 3603 | Flat, clear bottom with lid. Black polystyrene TC-treated microplates |
| Zeiss LSM510 META NLO Axiovert 200M Inverted Microscope | Carl Zeiss AG (Oberkochen, Germany) | ||
| Biomark HD | Fluidigm (San Francisco, CA, USA) | ||
| Aria Special Order Research Product Cell Sorter | Becton Dickson (Franklin Lakes, NJ, USA) |
References
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