Muttermilch fördert Wachstum der Enteroids: ein Ex-Vivo -Modell der Zellproliferation
Summary
Dieses Protokoll beschreibt, wie eine Enteroid-Kultur-System von Neugeborenen Maus oder vorzeitige menschlichen Darm sowie eine effiziente Methode um Milch von Mäusen zu sammeln.
Abstract
Menschlichen kleinen intestinalen Enteroids ergeben sich aus den Krypten und wenn Sie in einer Stammzellnische angebaut enthalten alle Epithelzelle Typen. Die Fähigkeit, menschliche Enteroid ex Vivo Kultur Systeme einzurichten sind wichtig, Modell Darm Pathophysiologie und studieren die bestimmten zellulären Reaktionen beteiligt. In den letzten Jahren sind Enteroids von Mäusen und Menschen, passagiert und Querneigung Weg für die zukünftige Verwendung in mehreren Labors auf der ganzen Welt kultiviert wird. Diese Enteroid-Plattform kann verwendet werden, testen Sie die Auswirkungen der verschiedenen Behandlungen und Medikamente und welche Auswirkungen auf verschiedene Zelltypen im Darm ausgeübt werden. Hier ein Protokoll für die Gründung der primäre Stammzellen gewonnenen kleinen intestinalen Enteroids abgeleitet von neugeborenen Mäusen und vorzeitige menschlichen Darm wird zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus wurde dieses Enteroid-Kultur-System eingesetzt, um die Auswirkungen der artspezifische Muttermilch zu testen. Maus-Muttermilch erhalten Sie effizient mit einer veränderten menschliche Milchpumpe und ausgedrückt Maus Milch kann dann für weitere Forschung Experimente verwendet werden. Wir zeigen nun die Auswirkungen der zum Ausdruck gebrachten Maus, Mensch, und Spender Muttermilch auf das Wachstum und die Verbreitung von Enteroids von neugeborenen Mäusen oder vorzeitige menschlichen Dünndarm abgeleitet.
Introduction
Nekrotisierende Enterokolitis ist (NEC) die führende Ursache des Todes von Magen-Darm-Erkrankung bei Frühgeborenen, die betreffen fast 1 in 10 Neugeborenen vor 29 Wochen Schwangerschaft1,2,3. Die Hälfte der Säuglinge mit NEC Fortschritte, die schwerste Form, wo überleben befindet sich nur 10-30 %4,5. In den Vereinigten Staaten einem geschätzten 2 Milliarden USD pro Jahr ausgegeben werden, Behandlung von Säuglingen mit NEC6,7, doch weder die Überlebensrate noch Therapie hat in den vergangenen 30 Jahren verändert. Die Pathogenese der NEC zeichnet sich durch intestinale Verletzungen und beeinträchtigt mukosalen Heilung8,9,10,11, jedoch die Signalwege führt zu einer verschärften entzündliche Reaktion und Mechanismen, die Entzündung umzukehren bleiben unvollständig verstanden.
Die Verwaltung der menschlichen Muttermilch hat sich herausgestellt, die nur Schutzstrategie gegen NEC für Frühgeborene zu sein. Wir haben bereits gezeigt, dass Muttermilch gegen NEC Entwicklung durch Hemmung des angeborenen Immunsystems Rezeptor Abgabe-wie Rezeptors 4 (TLR4) in das Darmepithel über den epidermalen Wachstumsfaktor-Rezeptor (EGFR schützt) Signalisierung Weg11. Ergänzung der Muttermilch auf eine experimentelle NEC Formel gedämpft, die entzündliche Reaktion in NEC wie durch Hemmung der Enterozyten Apoptose und Wiederherstellung der Enterozyten Verbreitung in einer Weise, die abhängig von epidermalen Wachstum war, gesehen Factor (EGF) und EGFR-11. In einer weiteren Studie konnte gezeigt werden, dass Nitrat, ein weiterer Bestandteil der Muttermilch, trägt zu seiner schützenden Natur durch Modulation der intestinalen Perfusion, im Vergleich zu Säuglingsnahrung, die Nitrat fehlt und kann dazu beitragen, die erhöhte Häufigkeit von NEC in Formel gefüttert Kleinkinder12,13. Andere Verbindungen, die in der Muttermilch, die nachweislich in den Schutz gegen NEC einbezogen sind Muttermilch-Oligosaccharide, L-Arginin, Glutamin und Lactoferrin14,15,16, 17,18,19. Diese positiven Elemente der Muttermilch zeigen die Notwendigkeit, seine Verwendung in der Prävention von NEC, aber auch betonen, wie wichtig es ist, die Mechanismen, Signalisierung, Wege und zelluläre Effekte wie Muttermilch ist den Schutz gegen NEC Vermittlung beteiligt .
In Ordnung, weiter zu studieren die Schutzeigenschaften der Muttermilch in einem Mausmodell der NEC, entwickelten wir eine neuartige, einfach zu bedienende-Technik durch die Maus Muttermilch aus einem narkotisierten Damm mit einer elektrischen Muttermilch Pumpe11,12 extrahiert werden können . Diese Strategie des Erwerbs von Maus-Muttermilch ist vorteilhaft, nicht nur weil Muttermilch Pumpen leicht zugänglich und effizient bei der Beschaffung von Muttermilch, sondern auch weil diese Methode ermöglicht eine artspezifische Brust Milch Analysen. Infolgedessen, wir können die Auswirkungen der Maus Muttermilch mit denen des menschlichen abgepumpte Milch vergleichen sowie pasteurisiert menschlichen Spender Milch von einer Milch-Bank in artspezifische Modelle. Diese Technik ermöglicht die Untersuchung der Brust Milchkomponenten in Bezug auf ihren Beitrag zur Prävention von NEC. Andere Forscher haben Brust Milch Extraktionsverfahren entwickelt, aber diese Techniken sind manuell und erfordert in der Regel mehr als ein Labor Mitglied20,21,22. Hier ist eine einfache Technik, die genutzt werden kann, indem Sie ändern eine menschliche elektrische Milchpumpe um Milch von einer Maus zu sammeln vorgestellt. Diese Technik kann auch auf andere Arten angewendet werden.
Um die Signalwege mit NEC angemessen zu verhören, sind Modellsysteme erforderlich, um die verschiedenen Zelltypen im Krankheitsprozess betroffenen bewerten. Hier diskutieren wir ein solches Modell – Enteroids- und deren Etablierung von Mäusen und menschlichen Dünndarm. Menschlichen Darm Enteroids (HIEs) bieten vor allem bedeutende versprechen, denn sie eine innovative, genetisch vielfältigen ex Vivo Menschmodell bieten um die Untersuchung pathophysiologischer Prozesse zu unterstützen, die im Magen-Darm-Trakt stattfinden 23. Enteroids sind gefunden worden, um langfristige kultiviert werden und kann für spätere Verwendung23eingefroren werden, und im Gegensatz zu menschlichen Darm Organellen (Chios), deren Kulturen von induzierbaren pluripotente Stammzellen entwickelt werden, Enteroids entstehen aus Stammzellen innerhalb von isolierten Darm Krypten24. Enteroids erfordern weniger Wartung, kann schnell25infiziert, und kann leicht festgestellt werden, da Darm Krypten als Chios23differenzierter sind. Deshalb bieten HIEs viele Vorteile gegenüber bestehenden Techniken, weil sie entwickelt werden können, um regionsspezifische kompositorischen und funktionellen Eigenschaften des menschlichen Magen-Darm-Epithel23aufweisen. Die Verwendung von Enteroids ist eine hochwirksame Wahl wenn diese ein menschliches Modell des Darmes, mit Einhaltung der Region-spezifische Einschränkungen und Ease of Use. Hier zeigen wir die Technik der Isolierung und Aufrechterhaltung primäre Stammzellen gewonnenen kleinen Darm Enteroids von Mäusen und menschlichen Säuglingen verfrüht.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das Darmepithel besteht aus vielen zellulären Subtypen, die sind verantwortlich für die Bereitstellung von Host-Abwehr von Krankheitserregern, Darm Barriere Integrität, und in der Pathogenese verschiedener Krankheiten durchbrochen werden kann. Während Tiermodelle einige Facetten der Krankheit zusammenfassen können, bietet die ex-Vivo -Modell des Enteroids, abgeleitet aus dem Dünndarm von Mäusen und Menschen eine Plattform, um die Auswirkungen der verschiedenen Behandlungen zu testen. Die Bedeutung des Ent…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
MG wird unterstützt durch Zuschüsse, K08DK101608 und R03DK111473 von den National Institutes of Health, März des Dimes Foundation Grant Nr. 5-FY17-79, die Kinder Discovery Institute of Washington University und St. Louis Children Hospital und dem Department of Pediatrics an der Washington University School of Medicine, St. Louis. CJL stützt sich auf R01DK104946 (PI: Silverman), die Kinder Discovery Institute of Washington University und St. Louis Children Hospital.
Materials
| Dulbecco's Modified Eagle's Medium (DMEM) with 4.5 g/L Glucose and L-Glutamine | Lonza | 12-604F | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Gibco | 26140-079 | |
| Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140-122 | |
| Humulin N (Insulin) | Eli Lilly And Company | 0002-8315 | |
| 1x Dulbecco's Phosphate-Buffered Saline (DPBS) | Sigma-Aldrich | D8537 | |
| Gentamicin | Gibco | 15750-060 | |
| Amphotericin B | Gibco | 15290-026 | |
| 0.5 M Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), pH 8.0 | Invitrogen | 15575-020 | |
| 1x Advanced DMEM/F-12 | Invitrogen | 12634-028 | |
| 200 mM L-Glutamine | Gibco | 25030-081 | |
| 1 M N-2-Hydroxyethylpiperazine-N-2-Ethane Sulfonic Acid (HEPES) | Sigma-Aldrich | H3537 | |
| N-Acetylcysteine | Sigma-Aldrich | A9165 | |
| 100x N-2 Supplement | Gibco | 17502-048 | |
| 50x B-27 Supplement Minus Vitamin A | Gibco | 08-0085SA | |
| 100x ROCK Inhibitor Y-27632, Dihydrochloride | Sigma-Aldrich | Y0503 | |
| Recombinant Mouse Wnt3a Protein | R&D Systems | 1324-WN | |
| Murine Noggin | PeproTech | 250-38 | |
| Recombinant Mouse R-Spondin 1 | R&D Systems | 3474-RS | |
| Recombinant Murine Epidermal Growth Factor (EGF) | PeproTech | 315-09 | |
| Matrigel Growth Factor Reduced Basement Membrane Matrix | Corning | 356231 | |
| 35 x 10 mm Cell Culture Petri Dish | Eppendorf | 0030700112 | |
| 24-Well Cell Culture Plate | Eppendorf | 0030722116 | |
| 48-Well Cell Culture Plate | Eppendorf | 0030723112 | |
| 8-Well Nunc Lab-Tek II Chamber Slide System | Thermo Scientific | 154534 | |
| 50 mL Conical Tube | Corning | 352070 | |
| 100 μM Sterile Cell Strainer | Fisher Scientific | 22-363-549 | |
| 70 μM Sterile Cell Strainer | Fisher Scientific | 22-363-548 | |
| 1x Phosphate-Buffered Saline (PBS), pH 7.2 | Invitrogen | 20012-027 | |
| 16% Paraformaldehyde (PFA) | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
| Triton X-100 | Sigma-Aldrich | T8787 | |
| Tween 20 | Sigma-Aldrich | P1379 | |
| Normal Donkey Serum (NDS) | Sigma-Aldrich | D9663 | |
| 4',6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride (DAPI) | Invitrogen | D1306 | |
| Microscope Cover Glass | Fisher Scientific | 12-544-D | |
| Confocal Microscope Leica TCS SP8 X | Leica Microsystems | N/A | |
| Photoshop CS6 | Adobe Systems | N/A | |
| 18 G 1.5 Inch Needle | Becton Dickinson | 305196 | |
| Isoflurane | Sigma-Aldrich | 792632 | |
| Oxytocin | Sigma-Aldrich | O3251 | |
| Human Double Electric Breast Pump | Lansinoh | 044677530163 | |
| 5 mL Round Bottom Test Tube | Corning | 352058 | |
| Rubber Stoppers | Frey Scientific | 560761 | |
| Ki67 Antibody | Abcam | AB15580 | |
| Human Mki67 primer F: 5'-GACCTCAAACTGGCTCCTAATC-3' R: 5'-GCTGCCAGATAGAGTCAGAAAG-3' | Integrated DNA Technologies | N/A |
References
- Patel, R. M., Denning, P. W. Therapeutic use of prebiotics, probiotics, and postbiotics to prevent necrotizing enterocolitis: what is the current evidence?. Clin Perinatol. 40 (1), 11-25 (2013).
- Caplan, M. S., Jilling, T. New concepts in necrotizing enterocolitis. Curr Opin Pediatr. 13 (2), 111-115 (2001).
- Henry, M. C., Moss, R. L. Necrotizing enterocolitis. Annu Rev Med. 60, 111-124 (2009).
- Lin, P. W., Stoll, B. J. Necrotising enterocolitis. Lancet. 368 (9543), 1271-1283 (2006).
- Neu, J., Walker, W. A. Necrotizing enterocolitis. N Engl J Med. 364 (3), 255-264 (2011).
- Bartick, M., Reinhold, A. The burden of suboptimal breastfeeding in the United States: a pediatric cost analysis. Pediatrics. 125 (5), e1048-e1056 (2010).
- Bisquera, J. A., Cooper, T. R., Berseth, C. L. Impact of necrotizing enterocolitis on length of stay and hospital charges in very low birth weight infants. Pediatrics. 109 (3), 423-428 (2002).
- Leaphart, C. L., et al. A critical role for TLR4 in the pathogenesis of necrotizing enterocolitis by modulating intestinal injury and repair. J Immunol. 179 (7), 4808-4820 (2007).
- Gribar, S. C., et al. Reciprocal expression and signaling of TLR4 and TLR9 in the pathogenesis and treatment of necrotizing enterocolitis. J Immunol. 182 (1), 636-646 (2009).
- Good, M., et al. Amniotic fluid inhibits Toll-like receptor 4 signaling in the fetal and neonatal intestinal epithelium. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (28), 11330-11335 (2012).
- Good, M., et al. Breast milk protects against the development of necrotizing enterocolitis through inhibition of Toll-like receptor 4 in the intestinal epithelium via activation of the epidermal growth factor receptor. Mucosal Immunol. 8 (5), 1166-1179 (2015).
- Yazji, I., et al. Endothelial TLR4 activation impairs intestinal microcirculatory perfusion in necrotizing enterocolitis via eNOS-NO-nitrite signaling. Proc Natl Acad Sci U S A. , (2013).
- Lundberg, J. O., Weitzberg, E., Gladwin, M. T. The nitrate-nitrite-nitric oxide pathway in physiology and therapeutics. Nat Rev Drug Discov. 7 (2), 156-167 (2008).
- Bober-Olesinska, K., Kornacka, M. K. Effects of glutamine supplemented parenteral nutrition on the incidence of necrotizing enterocolitis, nosocomial sepsis and length of hospital stay in very low birth weight infants. Med Wieku Rozwoj. 9 (3 Pt 1), 325-333 (2005).
- Li, N., et al. Glutamine decreases lipopolysaccharide-induced intestinal inflammation in infant rats. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 286 (6), G914-G921 (2004).
- Good, M., et al. The human milk oligosaccharide 2′-fucosyllactose attenuates the severity of experimental necrotising enterocolitis by enhancing mesenteric perfusion in the neonatal intestine. Br J Nutr. 116 (7), 1175-1187 (2016).
- Jantscher-Krenn, E., et al. The human milk oligosaccharide disialyllacto-N-tetraose prevents necrotising enterocolitis in neonatal rats. Gut. 61 (10), 1417-1425 (2012).
- Akin, I. M., et al. Oral lactoferrin to prevent nosocomial sepsis and necrotizing enterocolitis of premature neonates and effect on T-regulatory cells. Am J Perinatol. 31 (12), 1111-1120 (2014).
- Amin, H. J., et al. Arginine supplementation prevents necrotizing enterocolitis in the premature infant. J Pediatr. 140 (4), 425-431 (2002).
- Rodgers, C. T. Practical aspects of milk collection in the rat. Lab Anim. 29 (4), 450-455 (1995).
- DePeters, E. J., Hovey, R. C. Methods for collecting milk from mice. J Mammary Gland Biol Neoplasia. 14 (4), 397-400 (2009).
- Willingham, K., et al. Milk collection methods for mice and Reeves’ muntjac deer. J Vis Exp. (89), (2014).
- Saxena, K., et al. Human Intestinal Enteroids: a New Model To Study Human Rotavirus Infection, Host Restriction, and Pathophysiology. J Virol. 90 (1), 43-56 (2015).
- Zachos, N. C., et al. Human Enteroids/Colonoids and Intestinal Organoids Functionally Recapitulate Normal Intestinal Physiology and Pathophysiology. J Biol Chem. 291 (8), 3759-3766 (2016).
- Drummond, C. G., et al. Enteroviruses infect human enteroids and induce antiviral signaling in a cell lineage-specific manner. Proc Natl Acad Sci U S A. 114 (7), 1672-1677 (2017).
- Ettayebi, K., et al. Replication of human noroviruses in stem cell-derived human enteroids. Science. 353 (6306), 1387-1393 (2016).
