De<em> Ex Vivo</em> Cultuur en Pattern Recognition Receptor Stimulatie van de Muis Intestinal Organoids
Summary
Hier wordt een protocol te oogsten, te onderhouden en te behandelen muis dunne darm organoids met pathogeen geassocieerde moleculaire patronen (PAMPs) en Listeria monocytogenes beschreven, alsmede nadruk op genexpressie en correcte normalisatie technieken voor eiwit.
Abstract
Primaire intestinale organoids zijn een waardevol modelsysteem dat het potentieel heeft om een aanzienlijke invloed op het gebied van mucosale immunologie heeft. Echter, de complexiteit van de organoïde groei kenmerken dragen belangrijke kanttekeningen voor de onderzoeker. Met name de groeipatronen van elke afzonderlijke organoïde zijn zeer variabel en een heterogene populatie van epitheliale cellen in kweek. Met dergelijke restricties gemeenschappelijke weefselkweek praktijk niet zonder meer toegepast op de organoïde systeem vanwege de complexiteit van de celstructuur. Tellen en plating uitsluitend op basis van aantal cellen, hetgeen normaal is voor individueel gescheiden cellen, zoals cellijnen, geen betrouwbare methode om organoids tenzij een normalisering techniek toegepast. Normaliseren van het totale eiwitgehalte is complexer geworden als gevolg van de bewoner eiwit matrix. Deze kenmerken in termen van het aantal cellen, vorm en celtype moet rekening worden gehouden bij de evaluatie van uitgescheiden contenten uit de organoïde massa. Dit protocol is gegenereerd om een eenvoudige procedure te schetsen om de cultuur en de behandeling van de dunne darm organoids met microbiële pathogenen en pathogeen geassocieerde moleculaire patronen (PAMPs). Het benadrukt ook de normalisatie technieken die moeten worden toegepast bij eiwitanalyse worden uitgevoerd na een dergelijke uitdaging.
Introduction
Het vermogen om te oogsten en cultuur primaire organoids zijn beschreven voor dunne darm, colon, pancreas, lever en hersenen en zijn spannende ontwikkelingen relevant voor het begrip van een fysiologisch representatieve verschijnselen weefselbiologie 1-5. De eerste methode beschrijft de cultuur en het onderhoud van de dunne darm organoids werd gemeld door Sato et al. Uit het lab van Hans Clevers 1. Voorafgaand aan deze methode, oogsten en kweek van primaire darmepitheelcellen bleek beperkt en ineffectief ondersteunen epitheliale celgroei. Werkwijzen onder dissociatie van weefsel via incubatie met enzymen, zoals collagenase en dispase, die uiteindelijk leiden tot de uitgroei van vermengd primaire fibroblastcellen 6. Deze omstandigheden zouden ook tijd worden beperkt bij het instandhouden van de epitheliale celkweek. Minimaal tot geen epitheelcellen niche zouden vormen als de epitheliale cellen apoptose zou treden wegenshet gebrek aan geschikte groeifactoren of verlies van contact integriteit, genaamd anokis 7. De komst van de 3D-organoïde kweeksysteem is een werkwijze cultuur primaire darmcellen die een spectrum van intestinale celtypen in langdurige kweek 1 ontvangen. Deze epitheliale organoids voordelen hebben ten opzichte cellijnen is dat ze bestaan uit diverse gedifferentieerde cellen, en beter nabootsen het orgaan zij zijn afgeleid van in vivo 8. Het proces uiteindelijk "groeien een mini darm in een schotel" heeft bewezen een waardevol instrument voor het beoordelen van de respons van darmepitheel onder verschillende stimuli. Onderzoek naar de interactie van primaire darmcellen microbiële pathogeen geassocieerde moleculaire patronen (PAMPs) is op het gebied van immunologie relevant deze moleculaire patronen diverse reacties van zowel gastheer als microbe 9 kan reguleren. Niet alleen kunnen de onderzoekers nu te verkennen deze interacties met de muis organoids, maar zekan gekweekt van mensen en 2 zijn. Deze technologie heeft de potentie om drastisch te veranderen gepersonaliseerde geneeskunde en het is verleidelijk om te speculeren over de vooruitgang die deze techniek in de nabije toekomst mogelijk te maken.
Het algemene doel van deze methode is een protocol voor de kweek, groei, en behandeling van intestinale organoids een variëteit van stimuli. Dergelijke stimuli kan uiteindelijk variëren van vaccins, bacteriële PAMPs, live pathogenen, gastro-intestinale (GI) en kanker geneeswijze. De isolatie en de cultuur van de muis intestinale organoids is aangepast van Sato et al. Hoewel er lichte afwijkingen van de oorspronkelijke methode, het eindproduct wordt organoïde cultuur is nog steeds bereikt bij het volgen van dit protocol. Deze methode is gericht op het beschrijven van een geschikte techniek voor een goede normalisatie bij het werken met niet-homogene celstructuur, waarmee rekening moet worden gehouden bij het uitvoeren van een assay op basis van cellen nomber.
Protocol
Representative Results
Discussion
De cultuur en onderhoud van intestinale organoids is een procedure die kan worden beheerst door een persoon met voldoende weefselkweek. Er zijn nuances in passages in vergelijking met groeiende cellen in een meer conventionele monolaag, maar deze subtiele niet moeilijk te overwinnen. De kritische stappen van deze werkwijze omvatten de mogelijkheid om de organoids groeien tot een voldoende hoge dichtheid voor optimale zaaien. Experimenten Er moet worden opgeschaald organoids zo groot seeding dichtheden die vaak kan worde…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank Dr. Sheryl Coutermarsh-Ott, Dylan McDaniel and Bettina Heid for technical discussions. The authors thank Dr. Nanda Nanthakumar for providing the Caco-2 cells. The authors also thank The Multicultural Academic Opportunities Program (MAOP) at Virginia Tech. This work was supported by the National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases Award K01DK092355 (to I.C.A.). The content is solely the responsibility of the authors and does not necessarily represent the official views of the National Institutes of Health.
Materials
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Atlanta Biologicals | S11050 | (Section 1,3,6) Or equivalent brand |
| Sorvall Legend XTR Centrifuge | Thermo | (Section 1,3) | |
| DMEM | GE Healthcare | Sh30243.01 | (Section 1,6) For Caco-2 and HEK293 Rspondin1 cells |
| HEK293T-Rspondin1 secreting cell line | (Section 1) Described and modified from Kim, K.A. et al. Lentiviral particles contained RSPO1(NM_138683) ORF cDNA cloned into a pReceiver-Lv105 backbone custom ordered and purchased from GeneCopoeia. | ||
| 50 ml conical tube | Falcon | 352070 | (Section 1) Or equivalent brand |
| T-175 Flask | Corning | 431079 | (Section 1) Or equivalent brand |
| Protein Matrix | Corning | 356231 | (Section 2,3,4,5,6) Matrigel Growth Factor Reduced |
| HyClone Dulbecco's (DPBS) | GE Healthcare | SH30264.01 | (Section 2,3) |
| DMEM/F12 | Life Technologies | 12634-010 | (Section 2,3) Advanced DMEM/F12 |
| Corning 24 Well TC Plates | Corning | 3524 | (Section 2) |
| N2 Supplement 100x | Life Technologies | 17502-048 | (Section 2) |
| B27 without vitamin A 50x | Life Technologies | 12587-010 | (Section 2) |
| Trizol | Life Technologies | 15596-026 | (Section 2) |
| Glutamine Supplement (Glutamax) | Life Technologies | 35050-061 | (Section 2) Can Combine with Advanced DMEM/ F12 |
| HEPES (1 M) | Life Technologies | 15630-080 | (Section 2) Can Combine with Advanced DMEM/ F12 |
| 10ml Serological Pipet | Falcon | 357551 | (Section 2) Or equivalent brand |
| Murine Noggin | Peprotech | 250-38 | (Section 2) Stock = 100 mg/ml |
| N-Acetyl-L-cysteine | Sigma-Aldrich | A9165 | (Section 2) Stock = 1M |
| Recombinant Mouse EGF | Biolegend | 585608 | (Section 2) Stock = 500 mg/ml |
| Rocker Variable | Bioexpres | (Section 3) | |
| dissecting scissors | (Section 3) | ||
| forceps | (Section 3) | ||
| glass slides | (Section 3) | ||
| dissecting tweezers | (Section 3) | ||
| 25 ml Serological Pipet | Falcon | (Section 3) | |
| EDTA | Sigma-Aldrich | SLBB9821 | (Section 3) 0.5M or alternative TC grade EDTA |
| Sterile Petri Dish 100mm x 15mm | Fisher | FB0875712 | (Section 3) Or equal sized TC dish |
| 1ml Syringe | Becton Dickinson | 309659 | (Section 4) |
| Precision Glide Needle | Becton Dickinson | 305120 | (Section 4) 23G x 1 1/4 (0.6mm x 30mm) |
| Flagellin from Bacillus subtilis | Invivogen | tlrl-bsfla | (Section 5,6) |
| Listeria monocytogenes | ATCC | 19115 | (Section 5,6) (Murray et al.) |
| Hemocytometer | Sigma-Aldrich | Z359629-1EA | (Section 5,6)Or equivalent brand |
| BBL Brain Heart Infusion Agar | Becton Dickinson | 211065 | (Section 5) |
| Bacto Brain Heart Infusion | Becton Dickinson | 237500 | (Section 5) |
| Caco-2 | ATCC | HTB-37 | (Section 6) |
| Trypsin | gibco | 25200056 | (section 6) |
| Methanol | Fisher | A412-4 | (Section 6) |
| SpectraMax M5 | Molecuar Devices | (Section 6) | |
| 96 Well Assay Plate | Corning | 3603 | (Section 6) Black Plate, Clear Bottom TC treated |
| Nuclear Staining Dye | Life Technologies | H1399 | (section 6) Hoechst 33342 |
| T-75 Flask | Corning | 430641 | (Section 6) Or equivalent brand |
| 15 ml conical tube | Falcon | 352096 | (Section1,3) Or equivalent brand |
| 1.7 ml polypropylene tube | Bioexpress | C-3262-1 | Or equivalent brand |
| Quick-RNA MiniPrep | Zymo Research | R1054 | Or equivalent brand |
| TNF-alpha | Applied Biosystems | Mm 00443260_g1 | Taqman gene expression assay kit |
| IL-6 | Applied Biosystems | (Mm 00446190_m1 | Taqman gene expression assay kit |
| IL-1beta | Applied Biosystems | Mm 00434228_m1 | Taqman gene expression assay kit |
| IL-18 | Applied Biosystems | Mm 00434225_m1 | Taqman gene expression assay kit |
| 18s | Applied Biosystems | Hs 99999901_s1 | Taqman gene expression assay kit |
| 7500 Fast Real Time PCR System | Applied Biosystems | ||
| Nexus gradient Mastercycler | Eppendorf | ||
| TaqMan Fast Universal PCR Master Mix | Life Technologies | 4352042 | |
| High Capacity cDNA Reverse Transcription Kit | Life Technologies/Applied Biosystems | 4368814 | |
| Fast Optical 96-Well Reaction Plate, 0.1 mL | Life Technologies/Applied Biosystems | 4346907 | |
| Recombinant Mouse R-Spondin 1 Protein | R&D Systems | 3474-RS-050 | 500 ng/ml |
| chloroform | Sigma-Aldrich | C7559 |
References
- Sato, T., et al. Single Lgr5 stem cells build crypt-villus structures in vitro without a mesenchymal niche. Nature. 459 (7244), 262-265 (2009).
- Sato, T., et al. Long-term expansion of epithelial organoids from human colon, adenoma, adenocarcinoma, and Barrett’s epithelium. Gastroenterology. 141 (5), 1762-1772 (2011).
- Boj, S. F., et al. Organoid models of human and mouse ductal pancreatic cancer. Cell. 160 (1-2), 324-338 (2015).
- Huch, M., et al. Long-term culture of genome-stable bipotent stem cells from adult human liver. Cell. 160 (1-2), 299-312 (2015).
- Lancaster, M. A., et al. Cerebral organoids model human brain development and microcephaly. Nature. 501 (7467), 373-379 (2013).
- Freshney, R. I., Freshney, M. G. . Culture of epithelial cells. 2nd edn. , (2002).
- Vachon, P. H., et al. Differentiation state-selective roles of p38 isoforms in human intestinal epithelial cell anoikis. Gastroenterology. 123 (6), 1980-1991 (2002).
- Hynds, R. E., Giangreco, A. Concise review: the relevance of human stem cell-derived organoid models for epithelial translational medicine. Stem Cells. 31 (3), 417-422 (2013).
- Kaiko, G. E., Stappenbeck, T. S. Host-microbe interactions shaping the gastrointestinal environment. Trends Immunol. 35 (11), 538-548 (2014).
- Kim, K. A., et al. Mitogenic influence of human R-spondin1 on the intestinal epithelium. Science. 309 (5738), 1256-1259 (2005).
- Chomczynski, P., Sacchi, N. The single-step method of RNA isolation by acid guanidinium thiocyanate-phenol-chloroform extraction: twenty-something years on. Nat Protoc. 1 (2), 581-585 (2006).
- Allen, I. C., et al. NLRX1 protein attenuates inflammatory responses to infection by interfering with the RIG-I-MAVS and TRAF6-NF-kappaB signaling pathways. Immunity. 34 (6), 854-865 (2011).
- Zhang, Y. G., Wu, S., Xia, Y., Sun, J. Salmonella-infected crypt-derived intestinal organoid culture system for host-bacterial interactions. Physiol Rep. 2 (9), (2014).
- Grabinger, T., et al. Ex vivo culture of intestinal crypt organoids as a model system for assessing cell death induction in intestinal epithelial cells and enteropathy. Cell Death Dis. 5, 1228 (2014).
- Slater, T. F., Sawyer, B., Straeuli, U. Studies on Succinate-Tetrazolium Reductase Systems. Iii. Points of Coupling of Four Different Tetrazolium Salts. Biochim Biophys Acta. 77, 383-393 (1963).
- Parry, M. F., Neu, H. C. Effect of N-acetylcysteine on antibiotic activity and bacterial growth in vitro. J Clin Microbiol. 5 (1), 58-61 (1977).
