胃肠道上皮细胞的特点是高流动率的细胞和肠道干细胞主要存在隐窝的底部和他们的后代有助于维持正常的肠道内稳态。越来越多的证据证明了关键作用的一个利基周围肠道隐窝干细胞,由细胞和可溶性组件和创建一个环境不断影响干细胞的命运。这里我们描述不同的3 d文化系统文化胃肠道上皮,应使我们能够研究干细胞利基<我t一个l我c> 在体外我t一个l我c>在未来:瀑样文化和多层系统,如organotypic肠道组织的细胞培养和文化碎片<我t一个l我c> 体外我t一个l我c>。这些方法模拟<我t一个l我c> 在活的有机体内我t一个l我c>情况<我t一个l我c> 在体外我t一个l我c>通过创建3 d文化反映肠道隐窝的生理情况的条件。修改培养基的组成以及coculturing上皮瀑样与前所述细胞组件如myofibroblasts、胶原蛋白、和神经元的影响方法应用于调查利基交互<我t一个l我c> 在体外我t一个l我c>。我们进一步提出一个新方法来隔离标签使用Dclk1-CreGFP小鼠肠神经系统的神经。
成年组织干细胞是组织内稳态和损伤后再生所必需的,但在某些情况下他们可能发生恶变,导致癌症。这一假设已被广泛研究<我t一个l我c>
在活的有机体内我t一个l我c>但<我t一个l我c>
在体外我t一个l我c>方法分析潜在因素和上皮和基质之间的相互作用是失踪。大多数成人干细胞的共同和独特的特征是他们的定位
肠道是一个器官上皮细胞高的营业额包括自我更新每两到七天在正常组织内稳态的背景下(
绝大多数的<我t一个l我c>
在体外我t一个l我c>占主导地位的研究在生物医学研究中的应用二维(2 d)细胞培养模型。然而,后者反映细胞异质性和细胞组织的行为<我t一个l我c>
在活的有机体内我t一个l我c>。此外,2 d细胞培养不允许学习不同的细胞或ECM-cell交互之间的通信。在生物医学中的应用研究越来越有兴趣三维(3 d)细胞培养系统。最近,3 d鼠标肠隐窝的文化已经被开发出来,这被称为minigut文化或瀑样(
动物实验是经当地动物福利委员会批准。如果地下室隔离组织的C57BL / 6小鼠(杰克逊实验室)使用。隔离的肠道myofibroblasts野生型C57BL / 6 j小鼠4岁weeks-2年使用。Dclk1-CreGFP老鼠穿过Rosa26-mTomato / mGFP (R26-TGFP)记者菌株如前所述
小鼠的小肠(SI)取出,洗在PBS(生命技术),删除所有的脂肪和邻近组织。在PBS纵向剖开,洗移除所有剩下的食物残渣。如果组织切成3 - 5厘米长部分,这是存储在皮氏培养皿中冷PBS + 10%胎牛血清的边后卫(生命技术),以下称为PBS /的边后卫。小肠部分被夷为平地在培养皿和绒毛使用覆盖玻璃被刮掉。这个步骤是重复的内外SI部分。这些如果部分是用手术刀切成2 - 4毫米,转移到20毫升PBS / 50毫升猎鹰管的边后卫。组织样本被允许沉积物和上层清液被移除。额外的10毫升的PBS /的边后卫是添加洗组织和上层的删除。这些步骤被重复,直到浮在表面的清晰(约。5次)。 The remaining tissue was digested in PBS + EDTA (2 mM) for 15 min at 4°C on a shaker. After digestion the supernatant was removed. The tissue was resuspended in 10 mL PBS/FBS and filtered through a 70 <我t一个l我c>
μ我t一个l我c>m细胞过滤器(BD生物科学)到一个新的50毫升猎鹰管。此步骤重复了几次(~ 4次)。颗粒的蓄水池他们离心机为8分钟,每分钟800转4°C。上层清液尽可能彻底切除,150 - 200<我t一个l我c>
μ我t一个l我c>L基底膜基质添加到颗粒避免气泡。50<我t一个l我c>
μ我t一个l我c>L人工基底膜镀在每一个的prewarmed 24-well盘子。在每个0.5毫升的地穴培养基(CM)补充说,这是由先进的DMEM / F12(技术)、补充与血清B27(1: 50,生活技术),N2(1: 100年,生命技术),防治(50毫米,σ),重组鼠上皮生长因子(EGF 50 ng / mL, Peprotech),‘诺金’(100 ng / mL, Peprotech) R-Spondin (1<我t一个l我c>
μ我t一个l我c>g / mL, Peprotech), Glutamax-I补充(1:100年,生命技术)、青霉素、链霉素(500<我t一个l我c>
μ我t一个l我c>g / mL,生命技术),玫瑰(10<我t一个l我c>
μ我t一个l我c>米,生活技术)(见表
一天后,孤立的隐窝的增长可以被监视。2 - 3天后如果隐窝开始萌芽,类似于肠道中的crypt-villus结构。媒介是改变了每隔一天。大约每星期可以分裂隐窝1:2 - 1:4,根据隐窝的数量和大小。通过瀑样,媒介取代0.5毫升冰冷的介质(厘米没有生长因子,也称为完全培养基),用移液器吸取上下几次破坏基底膜基质,并把新的15毫升猎鹰。中断隐窝应该不再是可见的眼睛。他们在800 rpm颗粒状5分钟在4°C和基底膜基质的适量添加到颗粒。基底膜基质滴再次镀成24-well板块和地下室培养基是补充道。
肠道myofibroblasts使用外植体分离技术。小鼠小肠是收获,切成2 - 3毫米的碎片。组织碎片被洗冷洗的解决方案,由汉克斯平衡盐溶液(hbs)(生命技术),1%青霉素和链霉素(技术)和50<我t一个l我c> μ我t一个l我c>g / mL庆大霉素(技术)和孵化1毫米二硫苏糖醇(DTT)在室温下15分钟。之后,组织碎片被孵化在1毫米EDTA为30分钟37°C,偶尔搅拌。与哈佛商学院洗涤后,孵化与1毫米EDTA是重复的。然后组织碎片被清洗和孵化1毫克/毫升胶原酶I型(σ)30分钟在37°C。洗后的解决方案包含哈佛商学院,10%的边后卫(技术),和1%的青霉素和链霉素,组织碎片被镀和包含RPMI1640培养在一个中等(技术),10%的边后卫,1%,青霉素、链霉素和100<我t一个l我c> μ我t一个l我c>g / mL Normocin (Invivogen)。myofibroblasts迁移的组织碎片和坚持培养板。
Myofibroblasts和隐窝是孤立的从6-week-8-month-old老鼠(如上所述<我nl在e-formula>
从5-week-old小鼠小肠,切成小块,嵌入在一个矩阵,和培养。正如前面执行的方法发表(
小肠隐窝从三个野生型7-week-17-month-old分离、培养的小鼠在基底膜基质如上所述。的实验中,隐窝被播种在人工基底膜或细胞矩阵,这是准备像以前公布的
收获的胃被打开了大曲率和冻得通红PBS + 10%的边后卫去除食物残渣。孤立的组织squamocolumnar结(SCJ),打开肚子是平放在一个坚硬的表面;感兴趣的组织解剖,在PBS洗,切成小块,转移到20毫升PBS缓冲替代EDTA和乙二醇四乙酸(EGTA,最终浓度2毫米)。分离单个组织层,45分钟的收获组织孵化瓶在4°C。孵化后上层清液被10毫升PBS和10%的边后卫是补充道。类似于肠道隐窝的隔离,进一步破坏组织使用移液的剪切力来实现的。经过70年的碎片<我t一个l我c>
μ我t一个l我c>m细胞过滤器(BD生物科学)。的细胞悬液在600 rpm出来5分钟。颗粒在基底膜基质resuspended和播种到预热24-well板与50滴<我t一个l我c>
μ我t一个l我c>L基底膜基质在每个。长期的文化,瀑样培养在Wnt-conditioned肠隐窝培养基(0.5毫升),添加新鲜每隔一天。Wnt-CM(后来称为贲门介质,凸轮)是来自L-Wnt3a细胞系(写明ATCC)培养介质由先进的DMEM / F12(技术)、玫瑰(10<我t一个l我c>
μ我t一个l我c>米,生活技术)、青霉素、链霉素(500<我t一个l我c>
μ我t一个l我c>g / mL,生命技术),Glutamax-I补充(1:100年,生命技术)。贲门瀑样通常需要Wnt3a增长和长期生存作为额外生长因子(
神经组织来源于肌间神经丛通过移除的seromuscular层准备小肠(改编自
Ca2 +成像允许可视化改变细胞内<我nl在e-formula>
RNA分离使用RNeasy迷你包(试剂盒)。剩余基因组DNA被DNase消化在列(试剂盒)。互补脱氧核糖核酸是由逆转录工具包(Promega)生成。应用引物是<我t一个l我c> α我t一个l我c>sma(弗兰克-威廉姆斯5′CGCTGTCAGGAACCCTGAGA 3′, 5′房车ATGAGGTAGTCGGTGAGATC 3′),<我t一个l我c> β我t一个l我c>肌动蛋白(弗兰克-威廉姆斯5′CCCTGAACCCTAAGGCCAACC 3′, 5′房车ACCCCGTCTCCGGAGTCCATC 3′),钙粘蛋白(fw 5′ACCACTGCCCTCGTAATCGAA 3′, 5′房车CGTCCTGCCAATCCTGATGAA 3′), Lgr5就(fw 5′GACGCTGGGTTATTTCAAGTTCAA 3′, 5′房车CAGCCAGCTACCAAATAGGTGCTC 3′), villin 1 (fw 5′GACGTTTTCACTGCCAATACCA 3′, 5′房车CCCAAGGCCCTAGTGAAGTCTT 3′),和波形蛋白(fw 5′AACACCCGCACCAAC 3′, 5′房车TCCGGTACTCGTTTGACT 3′)。
增殖和生长的瀑样可以评估<我t一个l我c>
在体外我t一个l我c>在几个方面;我们应用的决心的直径和周长瀑样每段时间轴和比较方法。的贲门瀑样测定在第七天,第十天使用软件(蔡司)和ImageJ Axio愿景。评估在organotypic肠隐窝细胞培养系统的发展是基于分析)染色:隐窝直径2和7天后文化测量。使用GraphPad棱镜进行统计分析。比较两组的执行使用一个未配对的双尾<我nl在e-formula>
为了分析干细胞利基<我t一个l我c> 在体外我t一个l我c>我们分析了三种不同的<我t一个l我c> 在体外我t一个l我c>文化系统理想的模拟<我t一个l我c> 在活的有机体内我t一个l我c>情况下,仍然能够理解不同的细胞和非细胞的影响因素。
组织文化<我t一个l我c>
体外我t一个l我c>系统是基于嵌入整个组织碎片在一个矩阵。在这里我们调制以前公布的组织文化<我t一个l我c>
体外我t一个l我c>系统(
与组织文化<我t一个l我c>
体外我t一个l我c>场外和瀑样文化使结合,因此分析不同的细胞类型。在场外系统上皮和基质细胞是嵌入在不同的基质层。由于多层和多细胞场外交易系统(
相比之下,在肠状的/瀑样文化细胞嵌入在基底膜基质和培养“人工基底膜下降”(图
为了描述小肠瀑样,文化在福尔马林固定,石蜡嵌入式,染色。)染色显示,一个肠瀑样由极化的单层柱状上皮细胞(图
研究成纤维细胞的作用作为isc利基因素,小肠隐窝在一起培养肠道myofibroblasts场外交易系统(图
成纤维细胞改善瀑样增长和瀑样文化生存。(一)宏观图像的隐窝单作和coculture organotypic在第七天细胞培养系统。(b)表征的地穴单作(左面板)和coculture organotypic细胞培养系统(右面板)免疫组织化学染色在第七天:)(比例尺100<我t一个l我c>
μ我t一个l我c>米),不是(比例尺100<我t一个l我c>
μ我t一个l我c>米),ki - 67(规模50条<我t一个l我c>
μ我t一个l我c>米),<我t一个l我c>
α我t一个l我c>sma染色(比例尺100<我t一个l我c>
μ我t一个l我c>米),相邻的放大。(c)瀑样直径测量圆)幻灯片从地穴单作和coculture organotypic细胞培养系统经过2和7天的文化。每个点代表一个瀑样。<我nl在e-formula>
有趣的是,隐窝的场外交易系统几乎没有味蕾,而3 d肠道组织文化的特征,如图所示,隐窝在瀑样培养系统(图
胶原蛋白调节小肠瀑样的表型。(a)的小肠瀑样培养形态学EGF的存在,‘诺金’,R-Spondin。箭头指示味蕾。酒吧,100<我t一个l我c>
μ我t一个l我c>m。(b) ki - 67染色小肠瀑样,酒吧,规模50<我t一个l我c>
μ我t一个l我c>m。(c)胶原蛋白减少小肠瀑样的萌芽。总共1700 - 1800隐窝是量化每个条件。<我nl在e-formula>
如上所述,神经系统被认为是一个重要的功能在肠上皮干细胞调控和肿瘤的发展(
我们最近产生了BAC转基因老鼠,表示本构的控制下Cre-recombinase Dclk1基因位点(
积极Dclk1血统的肠神经系统所示GFP标记神经元。免疫荧光的小肠<我t一个l我c>
Dclk1.Cre.GFP-Tom我t一个l我c>
随后,我们建立了一个neuron-organoid coculture模型作为一种新颖的方法来检查的作用在肠神经干细胞利基(
相似的特征培养小肠隐窝,他走时染色显示贲门瀑样由极化的单层柱状上皮细胞(图
贲门瀑样文化和cocultures与神经元模型探讨胃肠道干细胞利基。(一)包含IHC),不是,ki - 67,<我t一个l我c>
α我t一个l我c>sma作进一步鉴定的方法,箭头指示阳性染色细胞,酒吧,规模100人<我t一个l我c>
μ我t一个l我c>m。(b)的光学显微镜Lgr5-GFP-positive瀑样,酒吧,规模50<我t一个l我c>
μ我t一个l我c>m。(c)免疫荧光Dclk1-labeled神经元的培养条件(现)。(d)培养神经元(现)沾beta-III微管蛋白,酒吧,规模100人<我t一个l我c>
μ我t一个l我c>m。(e) Cocultured神经元与贲门瀑样,光学显微镜和免疫荧光,<我nl在e-formula>
隔离肠神经系统的神经元,7-10-day-old幼崽被使用<我t一个l我c>
Dclk1.Cre.GFP-Tom我t一个l我c>
比较不同条件下瀑样的文化和文化媒体和没有神经元和变化,我们观察到显著的文化差异和没有神经元如前所述
有趣的是,意味着±SEM(平均数标准误差)的组织显示高度显著差异(见表已经经过七天的文化
瀑样大小的测量和周长10 7 d和d<我t一个l我c>
µ我t一个l我c>米,<我nl在e-formula>
| 均值±扫描电镜 | 均值±扫描电镜 |
|
|
|---|---|---|---|
| (直径) | (围) | (测量) | |
| 贲门在CM (7 d) | 96.54±4.316 | 318.5±14.67 | 93年 |
| 在凸轮贲门(7 d) | 183.3±20.74 | 606.8±66.98 | 79年 |
| 在非贲门+ N (7 d) | 169.7±11.76 | 548.3±37.37 | 96年 |
| 贲门在CM (10 d) | 84.40±3.850 | 275.8±12.44 | 77年 |
| 在凸轮贲门(10 d) | 279.9±21.67 | 949.4±94.87 | 60 |
| 在非贲门+ N (10 d) | 269.1±26.72 | 883.2±90.80 | 79年 |
SEM =平均数标准误差。
这里我们描述不同的3 d文化的利用和改造方法,可以用来分析不同干细胞利基组件的角色和功能<我t一个l我c>
在体外我t一个l我c>。每个三维细胞培养的基本元素是一个矩阵,为细胞和组织起支架作用,类似于ECM,存在于器官<我t一个l我c>
在活的有机体内我t一个l我c>。矩阵的例子中使用3 d细胞生物学:基底膜基质,胶原蛋白,水凝胶
组织文化<我t一个l我c>
体外我t一个l我c>特点是最高的生物复杂性从所有这些方法。它保留干细胞及其组织培养中的本机利基和任何操作<我t一个l我c>
体外我t一个l我c>将会影响整个干细胞利基。然而,这种文化不允许一个特定的分析方法不同的组件的干细胞利基市场,因此我们在这里提供一个新颖的方面将这些不同的组件(如成人pericryptal成纤维细胞、胶原蛋白、和成人神经从实体到不同的单独的coculture化验。场外交易和瀑样文化满足这些标准。场外瀑样文化相比的优势,然而,一个气液界面的特点是最近描述为一个细胞分化因子(
作为另一个例子,我们证明正常肠道隐窝展览减少萌芽在矩阵由胶原蛋白和基底膜基质培养(细胞矩阵用于OTC)。因为人工基底膜已经含有胶原蛋白,细胞矩阵场外交易的特点是胶原蛋白浓度的增加,可能会导致增加的刚度矩阵。我们的结果证实先前的发现,胶原蛋白可以修改矩阵的瀑样文化(
积累的研究已经指出的重要性神经的调节肠道干细胞利基(
我们先前表明,肠道
从这些结果来看,在缺乏Wnt最有可能促进瀑样生长的瀑样神经元的影响,这可能表明,神经元和发射器取代Wnt信号的影响。认为神经信号,这创造了一个增殖环境和支持瀑样增长比通常应用生长因子用于标准的墓穴中,由赵和学院已经假定和显示可能存在(
目前,广泛的下游方法可用来分析瀑样,例如,免疫组织化学和免疫荧光
重建肠道干细胞利基<我t一个l我c> 在体外我t一个l我c>并提出了工作流。肠隐窝和基质细胞(神经元和/或myofibroblasts)分离和结合在一起,三维系统如瀑样的文化。作用的基质细胞干细胞利基进行分析,例如,瀑样的测量直径,细胞生存能力分析,clonogenicity分析,基因表达分析,不同类型的染色。干细胞标记的识别和个人可以通过流式细胞仪分析细胞类型。此外,遗传操作瀑样可以通过慢病毒转染和CRISPR-CASP9执行系统。
作者宣称没有利益冲突。
阿格涅斯卡Pastuła和莫里茨德霍夫同样导致了本文。
阿格涅斯卡Pastuła收到劳拉低音部奖和慕尼黑工业大学Leonhard-Lorenz-Stiftung奖。迈克尔·Quante是德意志Krebshilfe Max-Eder支持的项目。