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功能成熟和新生儿猪胰岛细胞单层分化不久体外共培养的加速度与微囊化支持细胞
抽象
尸体供体胰腺的有限可用性和异体胰岛埃德蒙顿协议的不完全成功,促使寻找新的胰岛素来源生产细胞替代细胞治疗胰岛素依赖性糖尿病(T1DM)。从分离的新生儿猪胰岛(NPIs)开始,我们获得细胞单层暴露于微囊化单单层支持细胞(ESCs)不同时间段(7、14、21天)。为了评估共培养细胞单分子层的发展,我们研究了内分泌细胞表型分化标记物或c-kit,一种造血干细胞标记物,最近参与的生长和分化-细胞亚群在人类和啮齿动物模型。ESC对npi的成熟和分化有促进作用-细胞表型或鉴定胰岛细胞亚群标记阳性的c-kit。胰岛素/c-kit阳性细胞可能是一种新的功能不成熟的细胞-猪胰腺中的细胞样成分。我们的NPI细胞单层成熟和分化的加速可能产生一个潜在的新机会,开发生产胰岛素的细胞,可能为T1DM的细胞治疗试验提供支持。
1.简介
通过外源性胰岛素高血糖的修正可能会延迟或减弱,但从来没有消除,对T1DM [时间过程中发生继发并发症的风险<一个href="#B1">1一个>]。此外,最近有报道称,长期使用胰岛素类似物治疗的糖尿病患者可能存在恶性肿瘤风险[<一个href="#B2">2一个>]。移植产生胰岛素的组织的(TX),是否被包括整个胰腺或分离的胰岛细胞,可能会完全恢复正常血糖,因此避免了对每日外源性胰岛素补充的需求。此外,血糖控制改善了稳定性,由于胰岛TX实现,可以抑制发病和疾病相关的慢性并发症的严重程度两者。然而,在完全免疫抑制治疗1型糖尿病人的胰岛移植已被证明是十分有限的,在取得成功结果的条件[<一个href="#B3">3.一个>]。大多数长期移植的胰岛不能完全发挥功能并维持暂时恢复的血糖[<一个href="#B3">3.一个>]。此外,人供体的可用性通常胰岛非常有限由于低器官捐赠速率不令寻找像新生儿猪胰岛细胞的替代来源(非营利机构),如人类组织代用品[<一个href="#B4">4一个>- - - - - -<一个href="#B7">7一个>]。
事实上,同时它是很难获得和文化维护,因为其内在的脆弱性和短暂的功能寿命的成年猪胰岛,相比之下,非营利机构的采购是很容易的,首先,非营利机构,比成年猪胰岛细胞生长和分化更容易,有很长的功能寿命,和CD8 +攻击的保护[<一个href="#B8">8一个>]。
目前,将NPI用于异种移植的一个主要障碍是糖尿病患者移植后血糖正常化的延迟。事实上,Korbutt等人报道[<一个href="#B9">9一个>]和Korbutt等。[<一个href="#B4">4一个>],NPI可能需要4-10周或更长时间以达到足够的,分化-细胞数量,以逆转糖尿病鼠TX后的高血糖。
这种预TX时间滞后造成两个主要问题:(A)收件人需要用外源性胰岛素进行治疗,直到移植物变功能;(b)该植入胰岛暴露于环境,尽可能有害,慢性高血糖症。
为了加快NPI在体内和体外漫长的成熟过程,人们做了很多努力,但不幸的是,这些步骤与相关的细胞质量损失有关。
新分离的NPI细胞群通常由少数的大部分细胞角蛋白-7+ (Ck7,导管细胞标志物)细胞。其余的细胞共同表达胰岛素或上皮细胞标记物[<一个href="#B5">5一个>]或胰十二指肠同源盒基因-1(PDX-1),其调节葡萄糖刺激的胰岛素基因表达<一个href="#B9">9一个>]。在这方面,我们以前所示NPI与塞尔托利细胞(SC),该共同培养诱导的未成熟的NPI的快速和显著成熟和分化成在功能上主管,成熟-细胞,通过促进分化/发育过程的加速[<一个href="#B5">5一个>]。
假设SC将提供营养素、免疫调节和营养因子,可能改善NPI的生存和发育以及功能能力[<一个href="#B5">5一个>,<一个href="#B10">10一个>]。对NPI改善SC影响,我们已经开发出一种培养过程以获得NPI单层(在体外保持最多90天)具有高电平的葡萄糖和胰高血糖素样肽1处理(GLP-1)[<一个href="#B11">11一个>]。
为了确定sc驱动加速NPI细胞单层分化的机制,我们用ESC孵育NPI不同时间段(7、14、21天)。在起始时间,细胞单层免疫表型与分离的原代NPI相似。为了监测培养细胞分化的进展,我们检测了内分泌细胞表型分化标记或c-kit,一种造血干细胞标记,最近参与生长和分化β细胞亚群在人类和啮齿类动物。事实上,酪氨酸激酶蛋白参与在不同细胞类型的生长和分化。在这样的蛋白质,典型的造血干细胞标记物[<一个href="#B13">12一个>- - - - - -<一个href="#B15">14一个>,其配体是干细胞因子(stem cell factor, SCF),使人们对其在胰岛细胞发育生物学中可能发挥的作用越来越抱有希望[<一个href="#B15">14一个>]。此外,在a中发现了RNA转录本形式的c-kit-细胞亚群,提示成熟-细胞可能来源于c-kit阳性细胞,存在于细胞再生和新生途径中[<一个href="#B16">15一个>,<一个href="#B17">16一个>]。即使的c-kit已被证明在啮齿动物和也在Li等人。[<一个href="#B18">17一个>,据我们所知,我们的数据是第一个在猪身上观察到的数据,这是一种有潜力的用于T1DM细胞治疗的异种细胞来源,因为尸体供体胰腺的可用性有限。
综上所述,本文描述了SC诱导NPI细胞快速、显著地成熟和分化为功能胜任细胞的可能机制肽。
2。材料和方法
2.1。新生儿猪胰岛的分离
npi是按照先前确定的方法分离出来的[<一个href="#B3">3.一个>,<一个href="#B4">4一个>]从新生儿“大白”猪(出生时间范围:1-3天)。B[R一世efly, the piglets were anesthetized with 0.1 mg/Kg azaperon (Stresnil, 40 mg/mL, Janssen, Bruxelles, Belgium) and 15 mg/Kg ketamine (Imalgene, 100 mg/mL, Gellini Farmaceutici, Aprilia, Italy) coadministered intramuscularly. The piglets underwent total laparotomy, by midline incision, in order to carefully remove the pancreas. To prevent bacterial contamination, particular care was taken to avoid bowel nicking. Upon transportation to the laboratory in Eurocollins (SALF, Bergamo, Italy) on ice, the pancreas was cut into small pieces (1–3 )和水洗汉克的平衡盐溶液(HBSS) (Sigma化学公司,圣路易斯,美国密苏里州),根据之前报道的方法。将组织切碎,然后在胶原酶溶液(胶原酶P,罗氏公司,米兰,意大利)中振荡,随后在HBSS (Sigma Chemical Co)中洗涤两次,HBSS中补充100u /mL青霉素+0.1 mg/mL链霉素(Sigma Chemical Co)。最后,用含0.5%牛血清白蛋白,分数V (BSA) (Sigma Chemical Co), 50的HAM-F12 (EuroClone, Wetherby, UK)重悬组织m3 -异丁基-1甲基黄嘌呤(IBMX) (Sigma Chemical Co), 10mm烟酰胺(Sigma Chemical Co), 2mm l-谷氨酰胺(Sigma Chemical Co),青霉素+0.1 mg/mL链霉素(Sigma Chemical Co),并镀入mm培养皿(Becton Dickinson Labware,林肯公园,纽约,美国)(10000 NPCC/板)。
2.2。新生儿猪胰岛细胞单层培养维护
在分离的第4天,通过溴化乙腈(EB) (Sigma Chemical Co)和荧光素-二醋酸盐(FDA) (Sigma Chemical Co)对制剂进行染色,评估NPI活性,如前所述[<一个href="#B19">18一个>]。NPI比山肩点击的介质(西格玛化工有限公司)补充10%胎牛血清(EuroClone, Wetherby,英国),0.5%的牛血清白蛋白,分数V (BSA)(西格玛化工有限公司),10毫米烟酰胺(西格玛化工有限公司),2毫米谷酰胺(西格玛化工有限公司)和青霉素+ 0.1毫克/毫升链霉素(西格玛化工有限公司)使用T25组织粘附细胞增长的烧瓶(他一一Bio-one、Frickenhausen、德国)的浓度30 NPI /瓶。粘在烧瓶上后,NPI失去了正常的三维结构,形成了细胞单层。
2.3。睾丸支持细胞的分离
旺从新生儿青春期“大白”猪,老化7-10天,根据先前建立的方法,稍微在我们的实验室修改为独立<一个href="#B5">5一个>,<一个href="#B20">19一个>]。
短暂地,麻醉后,在进行逐步的酶消化前,睾丸被取出并切碎:第一步用胶原酶P(罗氏诊断公司,S.p.A)。(意大利蒙扎)在HBSS (Sigma化学Co)解离精管;第二步胰蛋白酶+DNAse I在HBSS中的作用。组织被消化,用甘氨酸重悬,以清除残留的间质细胞和管周细胞[<一个href="#B21">20.一个>,在含0.166 nM维甲酸(Sigma Chemical Co)和5 ml/500 ml胰岛素转化硒(ITS)培养基(Becton Dickinson, NJ, NJ)的HAM F12中培养,95%的空气/ Co2在。体外培养维持3天后,按照文献报道,将SCs与10 mM羟甲基氨基甲基盐酸盐缓冲液(tris) (Sigma Chemical Co)孵育,以清除残留的生发细胞[<一个href="#B22">21一个>]。
2.4。基于海藻酸钠微囊内支持细胞的封装
SC是按照我们之前公布的方法[封装在基于藻酸盐的微胶囊<一个href="#B23">22一个>- - - - - -<一个href="#B25">24一个>]。简而言之,融合SC单层膜(0.05%胰蛋白酶/乙二胺四乙酸(EDTA) (Gibco, Grandisland)孵育2分钟后,刮除培养板上的细胞(cell /T75 flask),然后洗涤,用血细胞计计数,检测细胞活力。SCs悬浮于1 mL内部高纯度海藻酸钠(Na-AG)的1.8%水溶液中(Stern Italia, Milano, Italy)。用蠕动泵以12-14 mL/min的流速连续吸入AG/SC悬液,在无菌条件下通过单喷气装置(空气流速为5 l/min)挤压。将藻酸盐悬浮液连续搅拌以防止细胞结块,这可能导致微胶囊内SC分布不均匀。将形成的微滴收集在a上bath (1.2%, w/v)立即将其转化为凝胶微球,盐水冲洗两次,体外培养维持24小时。微胶囊化前后,在荧光显微镜下用溴化乙二胺(EB) (Sigma Chemical Co)和荧光素-二醋酸盐(FDA) (Sigma Chemical Co)对制剂进行染色,评估SC存活率,如前所述[<一个href="#B19">18一个>]。
2.5。NPI单层的分泌胰岛素的模式
NPI获得细胞单层(来自30 NPI / T25瓶)cocultured 7、14、21天在点击microencapsulated SC的介质(西格玛化工有限公司)补充10%胎牛血清(EuroClone, Wetherby,英国),0.5%的牛血清白蛋白,分数V (BSA)(西格玛化工有限公司),10毫米烟酰胺(西格玛化工有限公司),2毫米谷酰胺(西格玛化工有限公司)和青霉素+ 0.1毫克/毫升链霉素(西格玛化工有限公司)。这项研究重复了三次。从烧瓶中收集培养基,在培养维持期间,以300 g离心5分钟。细胞上清保存于在接受RIA(米兰,意大利)胰岛素检测之前。葡萄糖刺激胰岛素释放(GSIR)是在组织暴露于50 mg/dL (2.66 mM) - 300 mg/dL (16.7 mM) - 50 mg/dL (2.66 mM) d -葡萄糖中90分钟后进行的,在95%空气/。所获得的总胰岛素然后通过总细胞数和/或胰岛素+细胞数目归一化。总细胞数通过染色细胞核用结晶紫,增溶剂被吸附的染料成的Triton X-100的溶液和评估光学密度用分光光度计测定[<一个href="#B26">25一个>]。胰岛素+细胞数由免疫细胞化学测定(见章节)<一个href="#sec2.6">2.6一个>)。此外,胰岛素含量与细胞总蛋白质含量之比(测定了单独培养或ESC存在下的NPI细胞单层蛋白(U/mg蛋白)。简言之,全细胞提取物,准备用于western-blotting分析(见章节)<一个href="#sec2.7">2.7一个>), RIA法测定胰岛素,Bradford法测定总蛋白[<一个href="#B27">26一个>]。数据以平均3个独立实验。
2.6。免疫细胞化学
对照和ESC共培养的NPI细胞单层沉积在玻璃杯盖上,用PBS洗涤,4%多聚甲醛固定在Dulbecco's磷酸盐缓冲液(PBS)中(EuroClone, Wetherby, UK)。用PBS/1% BSA洗涤细胞三次,然后用10%山羊血清PBS/1% BSA孵育30分钟,以阻止非特异性IgG结合。在稀释PBS / 1% BSA和转移到玻璃盖玻片,具体主要抗体,即1:200只兔子anti-mouse /大鼠胰腺和十二指肠同源框基因1蛋白(PDX-1) (Chemicon国际,泰梅库拉,CA), 1: 150年兔antiglucotransporter-2 (Glut-2)(美国加州Chemicon国际,泰梅库拉),1:200年豚鼠反胰岛素(Linco,圣路易斯,密苏里州,美国),1:50单克隆鼠标反细胞角蛋白7 (Ck7) (Dako Cytomation,斯特鲁普,丹麦),1:50只兔抗人葡萄糖激酶(GK)多克隆抗体(Santa Cruz Biotechnology Inc., Santa Cruz, Calif, Calif, USA)和小鼠抗猪c-kit (Dominguez博士的礼物,西班牙马德里)在在一个潮湿的房间里。用PBS/1%BSA洗涤3次,5分钟后与二抗(AlexaFluor 488山羊抗兔、AlexaFluor 488山羊抗小鼠)孵育,工作溶液1:500)(Molecular Probes公司,卡尔斯巴德,加利福尼亚州,美国),(Cy3标记的驴抗小鼠,Cy3的驴抗兔工作溶液1:500,Amersham公司国际奥特芬根,瑞士),(兔抗豚鼠TRITC工作solution 1 : 320, (Sigma Chemical Co). The coverslips were washed thrice with PBS/1%BSA, then mounted and examined under fluorescence microscopy (Nikon Eclipse TE2000-U) at 492 ± 15 nm for AlexaFluor 488 and 552 ± 15 nm for Cy3. The image processing and percentage of immunopositive cells (%) were determined, by using the software Nikon Eclipse EZ C1, version 2.30, by two independent investigators. For each experimental condition, 20 different images, containing at least 300 cells in total, were counted. In every image, all the cells were counted and subdivided into different groups if labeled for green fluorescence or red fluorescence, or both (yellow fluorescence). The experiment was repeated in triplicate.
2.7。免疫印迹分析
考虑到ESC对NPI单层细胞存活率和功能能力的重要影响,通过免疫组化方法研究ESC对NPI分化标志物的影响。
检查各种分化标志物(见表<一个href="//www.newsama.com/journals/sci/2010/587213/tab1/" target="_blank">1一个>)。
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制备全细胞提取物:将NPI单层提取的细胞重悬于100℃pH 7.4时10 mM三碱(Sigma Chemical Co), 150 mM NaCl, 1 mM EDTA, 1 mM乙二醇二(氨基乙基醚)四乙酸(EGTA), 1% v/v Triton X-100 (Sigma Chemical Co), 0.5% Nonidet P-40 (Sigma Chemical Co), 1 M NaF (Sigma Chemical Co), 0.2 M(Sigma Chemical Co)和0.2 M苯甲磺氟(Sigma Chemical Co)。以1000 g (Mikro 200, Hettich zentrifugen, Tuttlingen, Germany)旋转10分钟,收集上清,Bradford法测定总蛋白含量[<一个href="#B27">26一个>]。小样本样本储存在用于Western blotting分析。
用4-12%硫酸十二烷基钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE), 50分离细胞提取物g蛋白/巷,涂抹在硝化纤维膜(美国加州Biorad,大力神)和孵化在缓冲区包含三10毫米,0.5 M氯化钠,1% (v / v)渐变20(西格玛化工有限公司),1:1000年anti-PDX-1 Ab (Chemicon国际,泰梅库拉,CA), 1: 200年anti-GK Ab(圣克鲁斯生物技术公司,圣克鲁斯,加州,美国),1:2500年anti-Glut-2 Ab (Chemicon国际),1:1000年anti-actin Ab(西格玛化工有限公司)。然后将膜在含有1:5000马萝卜过氧化物酶标记抗兔IgG次级Ab (Sigma Chemical Co)的缓冲液中孵育60分钟,检测Ag-Ab复合物。特异性条带通过ECL(增强化学发光)检测。
2.8。RT-PCR
利用Invisorb Spin-cell RNA微型试剂盒(Invitek GmbH, Berlin, Germany)从NPI细胞单层中提取总RNA。RT由功率PrePrimed SingleShots kit (Clontech, Palo Alto,加利福尼亚州,美国)。所使用的寡核苷酸序列依次为前向序列和反向序列,来:肌动蛋白一世> -ATGGTGGGTATGGGTCAGAA -和-CTTCTCCATGTCGTCCCAGT-放大123bp的产品,<一世>NKX6.1一世> -AGGATCCATTTTGTTGGACA -和-CGCCAAGTATTTCGTTTGTT -一个米p升一世fy a product of 111 bp,<一世>PDX-1一世> -AGAGCCCGAGGAGAACAAG -和-GCGGCCTAGAGATGTATTTG-放大100个bp的产品,<一世>Glut-2一世> -CCGAGTTTTTCAGTCAAGGA -和-AGTCCGCAATGTACTGGAAG -一个米p升一世fy a product of 109 bp,<一世>GK一世> -TAGAGCAGATCCTGGCAGAG -和-GTAGGTGGGCAGCATCTTC -放大99个bp的产品,<一世>NeuroD的/ Beta2中一世> -CCTGTGCACCCCTACTCTTA-和-TGCAGGATAGTGCATGGTAA -放大272个bp的产品,<一世>胰岛素一世> -CTTCTTCTACACGCCCAAGG -和-CGGCCTAGTTGCAGTAGTTC -一个米p升一世fy a product of 190 bp,<一世>的c-kit一世> -ACAAATCCATGCCCACACCCT-和-TTAAGCCGTATGCAGTGGCCTC -放大293 bp的产品。
RT-PCR分析使用Mx3000P仪器(Stratagene, La Jolla, Calif, USA),总容量为20升反应混合物,按照制造商的建议,使用亮的SYBR Green QPCR主混合物2×(Stratagene公司)和10 使用离解协议的各引物的M个。阴性对照含有水代替第一链cDNA的。每个样品归其看家基因的基础(上肌动蛋白)。相对基因表达水平归一化到校准器中,选择该校准器作为对照样本(未处理)。用相对表达式计算最终结果软件(Stratagene公司)。
2.9。统计分析
All data were expressed as mean ± SD of three independent experiments. Statistical analysis was conducted by ANOVA.- < .05的值被认为是显著的。
3.结果
3.1。形态和胰岛素分泌模式:上NPI细胞单层封装的支持细胞的影响
如数字所报<一个href="//www.newsama.com/journals/sci/2010/587213/fig1/" target="_blank">1(一)一个>和<一个href="//www.newsama.com/journals/sci/2010/587213/fig1/" target="_blank">1(d)一个>,新产品导入的粘接过程从第一天开始,7-10天完全粘接。在21天内,单独培养的NPI单分子层(数据未显示)和与ESC共培养的NPI单分子层之间没有明显的形态学差异。未观察到共培养的NPI细胞单层和单独的NPI细胞单层之间的显著差异(数据未显示)。如图所示<一个href="//www.newsama.com/journals/sci/2010/587213/fig1/" target="_blank">1(d)一个>,与NPI单层共培养的ESC在第21天表现出良好的形态和细胞组织,细胞存活率测试高于80%。
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