개별된 낭 성 섬유 증 막 횡단 전도성 레 귤 레이 터 연구에 대 한 인간의 비 강 상피 세포 Spheroids의 생성
Summary
여기 우리 인간의 비 강 상피 세포의 3 차원 회전 타원 체 문화를 생성 하는 방법을 설명 합니다. Spheroids는 다음 드라이브 낭 성 섬유 증 막 횡단 전도성 레 귤 레이 터 (CFTR) 자극-종속 이온 및 액체 분 비, CFTR 함수에 대 한 프록시로 회전 타원 체 luminal 크기의 변화를 측정.
Abstract
낭 성 섬유 증 막 횡단 전도성 레 귤 레이 터 (CFTR) 변조기 약물의 도입 치료 낭 성 섬유 증 (CF)에 혁명 하고있다, 그러나 현재 사용 되 고 있는 유전자 이동 치료 모델은 몇 가지 제한이 있습니다. 첫 번째, 희귀 또는 understudied 돌연변이 그룹 확실 한 임상 시험에서 제외 됩니다. 또한, 추가 변조기 마약 시장에 진입, 그것은 변조기 선택 개별 주제에 대 한 최적화 하기가 될 것입니다. CFTR 기능 및 변조, 개별 환자 파생 전 임상 모델 시스템의 사용으로 이러한 문제를 모두 해결 합니다. 인간의 비 강 상피 세포 (HNEs)는 이러한 모델에 대 한 호흡기 조직의 쉽게 접근할 수 있는 소스입니다. 여기는 CFTR 기능과 기본 HNEs를 사용 하 여 변조의 3 차원 회전 타원 체 모델의 생성에 설명 합니다. HNEs 과목 조건부 재활 조건에서 확장 및 회전 타원 체 문화에 시드, 최소 침 습 방식 으로부터 격리 됩니다. 뿌리기의 2 주 안에 회전 타원 체 문화 HNE spheroids와 3′, 5′-주기적인 아데노신 monophosphate (캠프) 자극 될 수 있는 생성-생성 촉진제 CFTR 기능을 활성화. 회전 타원 체 붓기는 CFTR 활동의 프록시 다음 정량 된다. HNE spheroids 질병 사망률 및 사망을 반영 하는 상피에 관련 된 접근, 맞춤 모델을 생성 하 비 강 세포의 침 습, 아직 호흡기 근원에 대문자로 표기 합니다. 공기 액체 인터페이스 HNE 문화에 비해, spheroids는 상대적으로 빨리 성숙, 전체 오염 속도 감소 시키는 있습니다. 그것의 현재 모양에서 모델이 조직 취득 상대적으로 완화에 의해 상쇄 됩니다 비록 낮은 처리량에 의해 제한 됩니다. Spheroids HNE 안정적으로 계량 CFTR 활동 개별 수준에서 특성을 사용할 수 있습니다. Vivo에서 마약 응답을이 정량화를 넥타이 하는 지속적인 연구 HNE spheroids CFTR 변조에 환자의 응답의 진정한 전 임상 예언자 인지 결정 됩니다.
Introduction
낭 성 섬유 증 (CF) 이상 7 만명 세계적으로1에 영향을 미치는 치명적인, 상 염색체 열성 질병 이다. 이 수명 단축의 유전 질환 돌연변이 낭 성 섬유 증 막 횡단 전도성 레 귤 레이 터 단백질 (CFTR)2에 의해 발생 합니다. CFTR의 멤버인 아데노신 3 인산 염 바인딩 카세트 가족과 기능으로 위장, 땀 샘을 포함 하 여 여러 편광된 epithelia의 꼭대기 막 걸쳐 염화 중 탄산염의 움직임을 허용 하는 이온 채널 그리고 호흡 나무, 다른 사람의 사이에서,34. 따라서, 역 기능적인 CFTR multisystem 상피 부전, 호흡기 질환1에서 형태소 분석 대부분 사망률과 리드. CF 폐, CFTR 구동 기도 표면 액체 (ASL) 규정과 점액 릴리스 리드의 굵은 점액, 기도 방해, 만성 감염, 및 진보적인 기도 개장 손실 및 폐 기능1,5.
질병의 원인으로 CFTR 부전의 식별에 불구 하 고 CF에 치료 증상 (예, 췌 장 효소 대체 요법, 기도 클리어런스 치료)1의 완화에 전통적으로 집중 했다. 이 접근은 최근 “CFTR 변조기,” 직접 역 기능적인 CFTR 대상 되 나 새로운 치료제의 출현에 의해 혁명을 일으켰다. 이 방법은 이동 했다 임상 가로 증상 관리에서 질병을 수정 상관 하지만 몇 가지 제한6,7,8,,910. 변조기 활동은 각 CFTR 돌연변이 동반 하는 단백질 결함을 구체적이 고 유전 인구11선택 제한. 이 제한은 단백질 결함의 이질적인 본질 뿐만 아니라 희귀 돌연변이 그룹에서 임상 시험의 비에 의해 구동 됩니다. 또한, 잘 공부 genotypes (예를 들어, F508del/F508del CFTR 가장 일반적인 CFTR 돌연변이), 과목 중 거기에 넓은 가변성 질병 부담 및 변조기 응답6,7,8 ,,911.
모두 이러한 문제를 극복 하기 위해 수 사관 전 임상 테스트12맞춤된 모델의 사용을 제안 했다. 이 개념 맞춤된 패션에서 치료 주제 응답 vivo에서 예측는 개별 비보 전 모델 시스템 복합 테스트 생성 하 환자 관련 조직을 활용 합니다. 일단 확인, 이러한 모델 임상 드라이브 정밀 치료 환자의 기본 CFTR 유전자 형에 의해 사용 될 수 있습니다.
폐 이식 시 explant 조직에서 얻은 인간 기관지 상피 (HBE) 셀 CF13,14에 대 한 이러한 모델의 가능성을 설립. 공기 액체 인터페이스 (알리)에서 성장 하는 HBEs 기능 CFTR 정량화 electrophysiologic 테스트를 통해 직접 또는 간접적으로 ASL 항상성13,15의 조치를 통해 하실 수 있습니다. 이 모델은 CFTR 생물학을 이해 하는 중요 한 되었고 CFTR 변조기16의 개발의 핵심 드라이버 했다. 불행히도, HBE 모델 희귀 돌연변이 또는 가벼운 질병에 대 한 맞춤된 모델 수집 (폐 이식 또는 기관지 솔 질)의 침략 적인 본질과 샘플의 부족으로 유지할 수 없습니다. 반대로, 장 조직, 직장 또는 십이지 장 생 검 표본에서 얻은를 사용할 수 있는 장 전류 측정 (ICM) 또는 붓기 기반 organoid 분석 결과 대 한 개별적인된 CFTR 함수17,18, 연구 19. Organoid 분석 실험, 특히 CFTR 활동20,,2122의 매우 중요 한 모델 이다. 두 모델은 조직 소스 (장 조직, 대부분 질병 병 리는 호흡) 및 수집의 반 침략 적 방법에 의해 제한 됩니다. 또는, 여러 조사 모델 CFTR 복원23,,2425인간의 비 강 상피 (HNE) 세포를 공부 했다. HNEs는 브러쉬 또는 소파 어떤 나이의 주제에 의해 안전 하 게 수확 하실 수 있습니다 그리고, 알리, 경작 하는 때 HBEs25,26,,2728의 많은 특성을 정리. HNE 단층 문화는 전통적으로 편평 변화와 성숙29에 오랜 시간에 의해 제한 되었습니다. 또한, 보고 단락 회로 전류 측정 HNEs에는 HBEs, 치료 효능25를 감지 하는 작은 창을 제안에 그 보다 작은.
CFTR 기능의 개인, 비-침략 적, 호흡기 조직 문화 모델에 대 한 필요성을 감안할 때, 우리 HNEs의 비-침략 적 및 호흡기 자연과 붓기-기반, organoid 분석 결과의 감도 병합 하고자 했다. 여기, 붓기 기반 분석 결과30에 개별된 CFTR 연구에 대 한 HNEs의 3 차원 “회전 타원 체” 문화를 생성 하는 우리의 방법을 설명 합니다. HNE spheroids 구 중심, 또는 루멘으로 상피 정점으로 안정적으로 분극. 이 모델은 낮은 호흡기 상피의 수많은 특성이 고 알리 문화 보다 더 빨리 성숙. 기능 시험으로 HNE spheroids 안정적으로 CFTR 범위 기능 뿐만 아니라, 잘 공부 돌연변이 그룹 (예를 들어, F508del CFTR)에 변조를 계량. 이 붓기 기반 분석 결과 직접 측정 하지 유체 유입은 회전 타원 체로 물 꼭대기 소금 경과 다음과 같이 CFTR의 이온/소금 전송 속성에 대문자로 바꿉니다. 이 패션에 완벽 하 게 기능적인 CFTR와 자극된 spheroids 팽창 견고 하 게, 그 역 기능 CFTR 덜 팽창 또는 수축 하는 동안. 이 사전 이미지 분석을 통해 정량은 고 1 시간 후 자극 spheroids, luminal 영역을 측정 하 고 결정 하는 백분율 변경 합니다. 이 측정 후 실험 그룹 환자 전용 패션에 약 bioactivity에 대 한 화면을 통해 비교할 수 있습니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 프로토콜 환자 파생 코 셀 회전 타원 체 문화 CFTR 함수의 개별, 구체적인 모델을 생산할 수의 생성을 설명 합니다. 밀접 하 게 어려움을 피하기 위해 참석 해야 하는 과정에서 몇 가지 주요 단계가 있습니다. 먼저 환자의 코에서 좋은 샘플 인수가입니다. 좋은 샘플 있어야 > 50000 세포, 점액/파편, 제한 하 고 (비록 성공 또한 쉽게 달성로 얼음에 배송) 4 h 이내 처리에 대 한 준비. 연습 연구 직원을 ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 낭 성 섬유 증 재단 치료제에 의해 지원 되었다, CLANCY14XX0, 번호를 부여 하 고 낭 성 섬유 증 재단을 통해 CLANCY15R0 번호를 부여. 저자는 크리스티나 레이 환자 모집 및 규제 감독 그녀의 지원에 대 한 감사 하 고 싶습니다. 저자 또한 HNE 문화 능력의 세대에 지원 낭 성 섬유 증 재단에서 지 원하는 HNE 작업 그룹을 감사 하 고 싶다: 프레스 톤 Bratcher, 캘빈 면, 마르티나 Gentzsch, 엘리자베스 Joseloff, 마이클 Myerburg, 데이브 니콜스, 스콧 Randell, 스티브 로우, G. 마티 솔로몬, 그리고 캐서린 Tuggle
Materials
| 1.5 mL Eppendorf Tube | USA Scientific | 4036-3204 | |
| 150 mL Filter Flask | Midsci | TP99150 | To filter Media |
| 15 mL Conical Tube | Midsci | TP91015 | |
| 1 L Filter Flask | Midsci | TP99950 | To filter Media |
| 35 mm Glass-Bottom Dish | MatTek Corporation | P35G-0-20-C | Optional |
| 3-Isobutyl-1-Methylxanthine (IBMX) | Fisher Scientific | AC228420010 | Prepare a 100 mM stock solution of 22.0 mg in 1 mL of DMSO |
| 50 mL Conical Tube | Midsci | TP91050 | |
| Accutase | Innovative Cell Technologies, Inc. | AT-104 | Cell detachment solution |
| Adenine | Sigma-Aldrich | A2786-25G | See Table 1 |
| Amphotericin B | Sigma-Aldrich | A9528-100MG | See Table 1 |
| Bovine Brain Extract (9mg/mL) | Lonza | CC-4098 | See Table 2 |
| Ceftazidime hydrate | Sigma-Aldrich | C3809-1G | See Table 1 |
| Cell Scrapers 20 cm | Midsci | TP99010 | |
| CFTR Inh172 | Tocris Bioscience | 3430 | Prepare a 10 mM stock solution of 4.0 mg in 1 mL of DMSO |
| Cholera Toxin B (From Vibrio cholerae) | Sigma-Aldrich | C8052-.5MG | See Table 1 |
| CYB-1 | Medical Packaging Corporation | CYB-1 | Cytology brush |
| Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | D5879-500ML | |
| Dulbecco's Modified Eagle Media (DMEM)/F12 Hepes | Life Technologies | 11330-057 | Base Medium; See Tables 1 and 2 |
| Epidermal Growth Factor (Recombinant Human Protein, Animal-Origin Free) | Thermo Fisher Scientific | PHG6045 | See Table 1 |
| Epinephrine | Sigma-Aldrich | E4250-1G | See Table 2 |
| Ethanol | Fisher Scientific | 2701 | |
| Ethanolamine | Sigma-Aldrich | E0135-500ML | 16.6 mM solution; See Table 2 |
| Ethylenediaminetetraacetic Acid (EDTA) | TCI America | E0084 | |
| Fetal Bovine Serum (high performance FBS) | Invitrogen | 10082147 | See Table 1 |
| Forskolin | Sigma-Aldrich | F6886-50 | Prepare a 10 mM stock solution of 4.1 mg in 1 mL of DMSO |
| Growth Factor-Reduced Matrigel | Corning, Inc. | 356231 | Corning Matrigel Growth Factor Reduced (GFR) Basement Membrane Matrix, Phenol Red-Free, LDEV-Free, 10 mL. |
| Hemacytometer | Hausser Scientific | 1483 | |
| Human Collagen Solution, Type I (VitroCol; 3 mg/mL) | Advanced BioMatrix | 5007-A | Collagen solution |
| HyClone (aka FetalClone II) | GE Healthcare | SH30066.03HI | See Table 2 |
| Hydrocortisone | StemCell Technologies | 07904 | See Tables 1 and 2 |
| Insulin, human recombinant, zinc solution | Life Technologies | 12585014 | 4 mg/mL solution; see Table 2 |
| IVF 4-Well Dish, Non-treated | NUNC (via Fisher Scientific) | 12566350 | 4-well plate for spheroids; similar well size to a 24-well plate |
| MEF-CF1-IRR | Globalstem | GSC-6001G | Irradiated murine embryonic fibroblasts |
| Metamorph 7.7 | Molecular Devices | Analysis Software; https://www.moleculardevices.com/systems/metamorph-research-imaging/metamorph-microscopy-automation-and-image-analysis-software for a quote | |
| Olympus IX51 Inverted Microscope | Olympus Corporation | Discontinued | Imaging Microscope. Replacment: Olympus IX53, https://www.olympus-lifescience.com/pt/microscopes/inverted/ix53/ for a quote |
| Pen Strep | Life Technologies | 15140122 | See Table 2 |
| Phsophoryletheanolamine | Sigma-Aldrich | P0503-5G | See Table 2 |
| Retinoic Acid | Sigma-Aldrich | R2625-50MG | See Table 2 |
| Rhinoprobe | Arlington Scientific, Inc. | 96-0905 | Nasal curette |
| Slidebook 5.5 | 3i, Intelligent Imaging Innovations | Discontinued | Imaging Software. Replacement: Slidebook 6, https://www.intelligent-imaging.com/slidebook for a quote |
| Sterile Phosphate Buffered Saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific | 20012050 | |
| Sterile Water | Sigma-Aldrich | W3500-6X500ML | |
| Tissue Culture Dish 100 | Techno Plastic Products | 93100 | Tissue culture dish for expansion |
| Tobramycin | Sigma-Aldrich | T4014-100MG | See Table 1 |
| Transferrin (Human Transferrin 0.5 mL) | Lonza | CC-4205 | See Table 2 |
| Triiodothryonine | Sigma-Aldrich | T6397-1G | 3,3′,5-Triiodo-L-thyronine sodium salt [T3]; See Table 2 |
| Trypsin from Porcine Pancreas | Sigma-Aldrich | T4799-10G | |
| Ultroser-G | Crescent Chemical (via Fisher Scientific) | NC0393024 | 20 mL lypophilized powder; See Table 2 |
| Vancomycin hydrochloride from Streptomyces orientalis | Sigma-Aldrich | V2002-5G | See Table 1 |
| VX770 | Selleck Chemicals | S1144 | Prepare a 1 mM stock solution of 0.4 mg in 1 mL of DMSO |
| VX809 | Selleck Chemicals | S1565 | Purchase or prepare a 10 mM stock solution of 4.5 mg in 1 mL of DMSO |
| Y-27632 Dihydrochloride ROCK inhibitor | Enzo LifeSciences | ALX-270-333-M025 | See Table 1 |
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