Method Article
פרוטוקול זה מתאר שיטת עיכול דו-שלבית אופטימלית לבידוד כולנגיוציטים ראשוניים בעלי טוהר גבוה וכדאיות גבוהה מעכברים מסוג בר ועכברים עם מחלת כבד פוליציסטית.
בפרוטוקול זה, ביצענו אופטימיזציה של שיטת עיכול דו-שלבית כדי לבודד כולנגיוציטים ראשוניים בעלי טוהר גבוה וכדאיות גבוהה מעכברים מסוג בר ועכברים עם מחלת כבד פוליציסטית (PLD). לאחר הרדמת העכברים, הכבדים הוחדרו דרך הווריד הנבוב התחתון עם 50 מ"ל של תמיסה A, ואחריה 30 מ"ל של תמיסה B ב-37 מעלות צלזיוס לעיכול אנזימטי של רקמת הכבד. דיסוציאציה מכנית, טלטול ומיקרודיסקציה בוצעו כדי להסיר תאים פרנכימליים דבקים, והשאירו עץ מרה שלם. לאחר מכן נטחן עץ המרה דק ועוכל בניעור במשך 60 דקות בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס. התרחיף החד-תאי שהתקבל נאסף באמצעות מסננת תאים של 70 מיקרומטר. כולנגיוציטים טוהרו באמצעות בידוד חיסוני מגנטי. תרחיף התא הודגר עם נוגדן אנטי-EpCAM בסיבוב למשך 45 דקות ב-4 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן תוספת של חרוזי חלבון G וסיבוב נוסף למשך 45 דקות נוספות ב-4 מעלות צלזיוס. לאחר שלוש שטיפות עם PBS, הכולנגיוציטים נאספו באמצעות מפריד מגנטי. הכולנגיוציטים הראשוניים המטוהרים הושעו מחדש במדיום תרבית כולנגיוציטים ונזרעו על צלחות תרבית תאים מצופות בקולגן זנב חולדה מסוג 1 מ"ג/מ"ל מסוג I. טוהר הכולנגיוציטים אושר על ידי צביעה חיסונית עבור הסמן הספציפי לכולנגיוציטים ציטוקרטין-19 (CK19). למרות שמחקר זה התמקד בבידוד כולנגיוציטים ראשוניים מעכברי בר ועכברי PLD, אנו בטוחים שניתן ליישם את הפרוטוקול גם על מודלים אחרים של עכברי מחלה. שיטת עיכול דו-שלבית מפורטת זו מקלה על מחקרי מבחנה של כולנגיופתיה ופיתוח טיפולים ממוקדים.
כולנגיוציטים, תאי האפיתל המצפים את עץ המרה התוך-כבדי, יוצרים שכבה אחת ומהווים כ-3-5% מכלל אוכלוסיית התאים בכבד1. תאים אלה מתחברים בתוך הכבד ליצירת רשת צינורות תלת מימדית מורכבת2. בתנאים רגילים, כולנגיוציטים מבצעים פונקציות חיוניות, כולל הפרשה, ספיגה, תיקון פציעות ומשמשים כמחסום חיסוני, ובכך ממלאים תפקיד קריטי בפיזיולוגיה ובפתולוגיה של הכבד. עם זאת, תפקוד לקוי של כולנגיוציטים יכול להוביל למחלות שונות, כולל PLD, כולנגיטיס טרשתית ראשונית, כולנגיוקרצינומה ופגיעה בכבד כולסטטי 3,4,5.
בין מחלות הקשורות לכולנגיופתיה, PLD בולטת כהפרעה תורשתית המאופיינת בהיווצרות ציסטות מלאות נוזלים רבות שמקורן בכולנגיוציטים. ההגדלה המתקדמת של ציסטות אלו מפחיתה משמעותית את איכות החיים של החולים6. אפשרויות הטיפול הנוכחיות ב-PLD אינן מספיקות, ומציעות יעילות מוגבלת בעוד שלעתים קרובות קשורות לשיעורי הישנות וסיבוכים גבוהים7. זה מדגיש את הצורך הדחוף בפיתוח אסטרטגיות טיפוליות בטוחות ויעילות כדי להתמודד עם הדרישות הקליניות שלא נענו בניהול PLD.
המחקר על המנגנונים של כולנגיופתיה, כולל PLD, נפגע משמעותית בגלל היעדר קווי תאים מתאימים. כדי להתמודד עם מגבלה זו, השימוש במודלים של עכברי מחלה ובידוד של כולנגיוציטים ראשוניים ממודלים אלה לניסויים במבחנה הוכחו כבעלי ערך רב לחשיפת המנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס כולנגיופתיה וזיהוי אסטרטגיות טיפוליות פוטנציאליות.
במחקר האחרון שלנו8, הקמנו בהצלחה מודל עכבר PLD באמצעות עכברי נוקאאוט מותנה (KO) Pkd1. ציסטות בכבד נצפו כבר חודש לאחר מחיקת Pkd1 וגדלו בהדרגה עם הזמן. בעוד שפרוטוקולים לבידוד כולנגיוציטים מחולדות ובני אדם מתועדים היטב 9,10, בידוד כולנגיוציטים ראשוניים מעכברים נותר מאתגר במיוחד בשל גודלם הקטן והארכיטקטורה המורכבת של וריד הפורטל ומערכת המרה. השיטות הקיימות מתמודדות עם מגבלות משמעותיות, כולל טוהר תאים נמוך, כדאיות ירודה, הליכים מורכבים ועלויות גבוהות11,12.
כתב יד זה מציג פרוטוקול מפורט לבידוד כולנגיוציטים ראשוניים בעלי טוהר גבוה מעכברים בשיטת עיכול דו-שלבית. גישה אופטימלית זו נועדה לתמוך במחקרי מבחנה , להקל על חקירת המנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס כולנגיופתית ולקדם את הפיתוח של אסטרטגיות טיפוליות חדשות.
כל הטיפול בעכברים והפרוטוקולים הניסויים אושרו על ידי הוועדה האתית של האוניברסיטה הרפואית של טיאנג'ין (מס' מסמך: TMUa-MEC 2022016).
1. הכנת ציוד ופתרונות
2. זלוף עיכול רקמות כבד
3. בידוד כולנגיוציטים
הערה: מכיוון שמספר הכולנגיוציטים בעכברים רגילים נמוך יחסית, מומלץ להשתמש בקבוצה של 2-6 עכברים לצורך ההליך. עם זאת, עבור מודלים של מחלות עכברים עם התפשטות כולנגיוציטים חריגה, כגון PLD, הכולנגיוציטים מעכבר בודד מספיקים. אלא אם צוין אחרת, דגימות וריאגנטים תמיד צריכים להישמר על קרח, ויש לבצע את כל ההליכים בארון בטיחות ביולוגי.
4. תרבות כולנגיוציטים
הערה: הכינו מנות תרבית תאים טריות בציפוי קולגן זנב חולדה מסוג I לפני תרבית כולנגיוציטים. מצננים מראש את כל הריאגנטים על קרח.
5. מעבר ושימור בהקפאה של כולנגיוציטים
6. אימות כולנגיוציטים
הערה: טוהר הכולנגיוציטים הוערך על ידי צביעה לסמן כולנגיוציטים CK19.
דיאגרמת זרימת העבודה עבור תהליך העיכול הדו-שלבי המשמש לבידוד כולנגיוציטים מוצגת באיור 1. ההליך כולו אורך ~5 שעות. ראשית, הכבד מוזרם בתמיסה A דרך הווריד הנבוב התחתון כדי להסיר דם, כפי שמצוין על ידי הכבד מחוויר. לאחר מכן מחדירים לכבד תמיסה B המכילה קולגנאז II כדי להתחיל בעיכול רקמות. שלב עיכול ראשוני זה רגיש לזמן, ועיכול מוצלח מעיד על כך שהרקמה הופכת רכה באופן ניכר. לאחר מכן, דיסוציאציה מכנית וניעור עדין באמצעות מלקחיים מעוקלים מסייעים בהסרת הפטוציטים; עיכול תקין מאושר כאשר מספר רב של הפטוציטים מתנתקים. תחת מיקרוסקופ מנתח, התאים הפרנכימליים הדבקים הנותרים מוסרים בזהירות על ידי מיקרודיסקציה, ומשאירים עץ מרה שלם (איור 2).
בשלב העיכול השני, הרקמה מתפרקת לתרחיף חד-תאי, שעדיין מכיל כמה הפטוציטים ופיברובלסטים. לבסוף, כולנגיוציטים בעלי טוהר גבוה מתקבלים ממתלה זה באמצעות הפרדה אימונומגנטית. הערכת כדאיות התאים בוצעה באמצעות צביעת טריפן בלו על המוציטומטר. התוצאות הדגימו בידוד מוצלח של כולנגיוציטים ברי קיימא (איור 3). צביעה אימונופלואורסצנטית עבור CK19 (איור 4) אישרה ששיטה זו מניבה באופן עקבי כולנגיוציטים של עכברים בטוהר גבוה.
כולנגיוציטים ראשוניים נדבקו בדרך כלל לפני השטח של התרבית ויצרו שכבה חד-שכבתית תוך כ-24 שעות, והפגינו התפשטות מהירה במהלך שלושת המעברים הראשונים, במיוחד במודלים של מחלות עכברים עם התפשטות כולנגיוציטים חריגה, כגון PLD (איור 5). עם זאת, במעברים מאוחרים יותר, קצב הצמיחה פחת, והתאים גדלו ופיתחו מורפולוגיה ואקואולית. אין צורך להסיר את החרוזים מהכולנגיוציטים, הם יתנתקו באופן טבעי עם תחילת התרבות ולא יפריעו לתרבית התאים. שימור והפשרה של תאים לא השפיעו באופן משמעותי על כדאיות התאים.
איור 1: סקירה סכמטית של תהליך העיכול הדו-שלבי עבור בידוד כולנגיוציטים. נתון זה נלקח מ-Ji et al8. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: תמונה מייצגת של עץ המרה שבודד מעכבר עם מחלת כבד פוליציסטית. אנא לחצו כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: הערכת כדאיות תאים של כולנגיוציטים מבודדים באמצעות צביעת טריפן כחול. פסי קנה מידה = 50 מיקרומטר. החלקיקים השחורים הקטנים המקיפים את התאים ובתוך הרקע הם חרוזי חלבון G. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: הערכת טוהר תאים של כולנגיוציטים מבודדים באמצעות צביעה אימונופלואורסצנטית עבור CK19. פסי קנה מידה: = 50 מיקרומטר [עליון] ו-10 מיקרומטר [תחתון]. נתון זה נלקח מ-Ji et al8. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
איור 5: תמונות מייצגות של כולנגיוציטים מבודדים במעבר 1 ובמעבר 3. פסי קנה מידה = 100 מיקרומטר. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.
רכיבים | כמות |
DMEM/F12 (1:1) | 415 מ"ל |
סרום בקר עוברי (FBS) | 50 מ"ל |
חומצות אמינו לא חיוניות MEM (פי 100) | 5 מ"ל |
אינסולין-טרנספרין-סלניום (פי 100) | 5 מ"ל |
תמיסת ויטמין MEM (פי 100) | 5 מ"ל |
תרכיז שומנים מוגדר כימית (פי 100) | 5 מ"ל |
פניצילין-סטרפטומיצין (פי 100) | 5 מ"ל |
תמיסת גנטמיצין/אמפוטריצין (פי 500) | 1 מ"ל |
100 מ"מ עם פירובט | 250 מיקרוליטר |
10 מ"ג/מ"ל מעכב טריפסין פולי סויה | 2.5 מ"ל |
200 מ"מ L-גלוטמין | 5 מ"ל |
10 מ"ג/מ"ל דקסמתזון | 20 מיקרוליטר |
1.7 מ"ג/מ"ל 3,3',5-טריודו-L-תירונין | 1 מ"ל |
1 מ"ג/מ"ל גורם גדילה אפידרמיס | 12.5 מיקרוליטר |
20 מ"מ פורסקולין | 250 מיקרוליטר |
אתנולמין | 13 מיקרוליטר |
טבלה 1: הרכב מדיום תרבית כולנגיוציטים.
רכיבים | כמות | |
פתרון א' | NaCl | 4.0908 גרם |
KCl | 0.1578 גרם | |
עד2HPO4 | 0.1072 גרם | |
הפס | 2.9789 גרם | |
50 מ"מ EGTA (PH = 8) | 5 מ"ל | |
1.5 מ' MgCl2 | 34 מיקרוליטר | |
ddH2O | 500 מ"ל | |
הערה: התאם את ה-pH ל-7.35 באמצעות NaOH סטרילי. | ||
פתרון ב' | NaCl | 4.0908 גרם |
KCl | 0.1578 גרם | |
עד2HPO4 | 0.1072 גרם | |
הפס | 2.9789 גרם | |
2 מטר CaCl2 | 1.25 מ"ל | |
ddH2O | 500 מ"ל | |
הערה: התאם את ה-pH ל-7.35 באמצעות NaOH סטרילי. יש להוסיף אבקת קולגנאז II כדי להגיע לריכוז סופי של 0.5 מ"ג/מ"ל לפני השימוש. |
טבלה 2: הרכב פתרון A ופתרון B.
רכיבים | כמות |
3.2 מ"ג/מ"ל קולגנאז XI | 300 מיקרוליטר |
10 מ"ג/מ"ל היאלורונידאז | 120 מיקרוליטר |
10 U/μL DNase I | 12 מיקרוליטר |
פניצילין-סטרפטומיצין (פי 100) | 30 מיקרוליטר |
מדיום RPMI | 2.538 מ"ל |
טבלה 3: הרכב תמיסת העיכול.
פרוטוקול זה מספק שיטה מפורטת לבידוד כולנגיוציטים ראשוניים בטוהר גבוה מעכברים באמצעות תהליך עיכול דו-שלבי, המאפשר לחקור את המנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס כולנגיופתיה. מספר שלבים קריטיים חיוניים כדי להבטיח בידוד מוצלח של כולנגיוציטים.
הצעד הקריטי הראשון הוא הבטחת זלוף ועיכול יעילים באמצעות תמיסה A ותמיסה B. זלוף מוצלח עם תמיסה A אושר על ידי החוורת הכבד, ועיכול מוצלח עם תמיסה B אושר על ידי רכות רקמת הכבד באופן ניכר. כישלון בזלוף יעכב את עיכול רקמת הכבד ויפגע בבידוד הבא של עץ המרה. כדי לשפר את יעילות העיכול, ניתן להגדיל את נפחי תמיסה A ו-B, להפחית את קצב זרימת הזלוף או ללחוץ בעדינות על הכבד בעזרת צמר גפן.
השלב הקריטי השני כולל ניתוק מכני וניעור עדין של רקמת הכבד עם מלקחיים מעוקלים, ולאחר מכן מיקרודיסקציה תחת מיקרוסקופ מנתח כדי להסיר תאים פרנכימליים דבקים ולבודד עץ מרה שלם. שלב זה היה המפתח להשגת כולנגיוציטים בטוהר גבוה. ניתן לשפר את היעילות על ידי אחיזה בצינורות מרה גדולים יותר עם מלקחיים מעוקלים במהלך טלטול ושטיפה עם PBS קר. אם הכבד מתעכל בהצלחה, הפטוציטים רבים יתנתקו, מה שהופך את המיקרודיסקציה לפשוטה יחסית. עם זאת, אם העיכול אינו שלם והדגימה בעלת ערך, תהליך המיקרו-דיסקציה ידרוש מאמץ קפדני, הגדלת עומס העבודה ופוטנציאל להפחתת תפוקת התאים והטוהר. לפיכך, הבטחת זלוף נכון עם תמיסה B לעיכול הכבד הייתה בעלת חשיבות עליונה.
השלב הקריטי השלישי הוא העיכול השני של עץ המרה ליצירת תרחיף חד-תאי. יש לייעל את זמן העיכול על ידי התבוננות בתאים במיקרוסקופ: עיכול יתר עלול להפחית את כדאיות התאים, בעוד שתת עיכול עלול להוביל לרקמת מרה שאינה בשימוש. בנוסף, הכללת אנטיביוטיקה מתאימה בכל הריאגנטים עוזרת למזער את הזיהום.
באמצעות פרוטוקול עיכול דו-שלבי אופטימלי זה, בודדנו בהצלחה כולנגיוציטים בעלי טוהר גבוה ובר קיימא מעכברים. בעוד שמחקר זה התמקד בבידוד כולנגיוציטים ראשוניים ממודלים של עכברים מסוג בר ו-PLD, אנו בטוחים שניתן ליישם את הפרוטוקול גם על מודלים אחרים של עכברי מחלה. תהליך העיכול הראשוני של רקמת הכבד לבידוד עץ המרה, ואחריו שלב עיכול שני, שיפר משמעותית את יעילות ההפרדה האימונומגנטית והניב מספר גבוה יותר של תאים ברי קיימא. הכולנגיוציטים המבודדים התאימו היטב לניסויים אפיגנטיים הדורשים כדאיות גבוהה, כגון ATAC-seq, ChIP-seq, ChIP-seq עם קלט נמוך ו-CUT&TAG. בנוסף, ניתן לתרבת את הכולנגיוציטים הראשוניים הללו במבחנה עבור בדיקות תפקודיות שונות, כולל גידול ציסטי תלת מימדי, התפשטות תאים, אפופטוזיס וניתוח מחזור התא.
במחקר שפורסם בעבר8, בודדנו כולנגיוציטים ראשוניים נורמליים וציסטיים מעכברים מסוג בר ו-PLD משני המינים. פרופיל מולטי-אומיקס של כולנגיוציטים ראשוניים מעכברי PLD זכרים ונקבות חשף דינמיקה אפיגנטית ספציפית למין בכולנגיוציטים במהלך ציסטוגנזה בכבד. יתר על כן, זיהינו אסטרטגיה טיפולית אפיגנטית פוטנציאלית לחולי PLD גברים באמצעות עיכוב פרמקולוגי של אנזימים משנים אפיגנטיים הן במודלים של עכברי PLD והן בניסויים במבחנה עם כולנגיוציטים ראשוניים.
הגישה שלנו מציעה מספר יתרונות בולטים על פני שיטות בידוד כולנגיוציטים שפורסמו כיום. בהשוואה לשיטה של Kudira et al.13, הכוללת עיכול ישיר של רקמת כבד לתרחיף של תא בודד לאחר עיכול זלוף, ואחריו צנטריפוגה שיפוע ובידוד אימונומגנטי, השיטה שלנו פשוטה יותר, חסכונית יותר ויעילה יותר. יתרון מרכזי הוא בידוד עץ המרה לפני בידוד אימונומגנטי, המשפר את התהליך הכולל. בנוסף, על ידי אי דרישה להסרת החרוזים מהכולנגיוציטים, שיטה זו משיגה תשואה גבוהה יותר וכדאיות משופרת של התאים המבודדים. בהשוואה לשיטה של Ueno et al.14, המנתקת וטוחנת את שאריות דרכי הפורטל מזלוף עיכול הכבד לתרבית תלת מימדית, ואחריה תקופת תרבית של 7 ימים לפני יצירת תרחיף של תא בודד, השיטה שלנו חסכונית יותר בזמן. בידוד עץ המרה, ואחריו בידוד אימונומגנטי, משפר משמעותית גם את טוהר התאים.
עם זאת, למרות היתרונות הללו, לטכניקת העיכול הדו-שלבי שלנו עדיין יש כמה מגבלות. הוא עתיר עבודה יחסית, מאפשר רק מספר מוגבל של קטעים, ודורש מיקרו-דיסקציה זהירה כדי למנוע זיהום פרנכימלי.
לסיכום, פיתחנו וביצענו אופטימיזציה של שיטת עיכול דו-שלבית לבידוד כולנגיוציטים ראשוניים בעלי טוהר גבוה וכדאיות גבוהה מעכברים. גישה זו מספקת כלי רב ערך לחקר המנגנונים המולקולריים העומדים בבסיס כולנגיופתיה ומציעה בסיס לזיהוי אסטרטגיות טיפוליות פוטנציאליות.
המחברים מצהירים שאין ניגודי אינטרסים.
עבודה זו נתמכה על ידי מענקים מוועדת החינוך העירונית של טיאנג'ין (2022ZD054 ל-L.Z.)
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.22 μm filter | PALL | 4612 | |
0.25% Trypsin | Gibco | 25200-056 | |
10 mL syringe | KONSMED | 10 mL 1.2*30TWLB | |
20 mL syringe | KONSMED | 20 mL 1.2*30TWLB | |
24 G intravenous catheter | WEGO | 24GX19 mm/Y-G | |
3,3',5-triiodo-L-thyronine | Sigma | T5516 | 1.7 mg/mL stock |
4% paraformaldehyde | Solarbio | P1110 | |
5 mL syringe | KONSMED | 5 mL 0.7*30TWLB | |
6 cm dishes | Thermo Scientific | 150462 | |
70 µm cell strainer | Corning | 352350 | |
anti-CK19 antibody | DSHB | TROMA-III | |
anti-EpCAM antibody | DSHB | G8.8 | |
BSA | Solarbio | A8020 | |
CaCl2 | Sangon Biotech | A501330 | 2 M stock |
Chemically-defined lipid concentrate (100x) | Gibco | 11905-031 | |
Collagenase II | Worthington | LS004176 | |
Collagenase XI | Sigma | C7657 | 3.2 mg/mL stock |
Dexamethasone | Sigma | D1756 | 10 mg/mL stock |
Dissecting Microscope | Leica | EZ4 | |
DMEM/F12 (1:1) | VivaCell biosciences | C3130-0500 | |
DMSO | Sigma | D2650 | |
DNase I | Sigma | D4513 | 10 U/μL stock |
Donkey anti-rat Alexa Fluor 488 secondary antibody | Invitrogen | A21208 | |
EGTA | Solarbio | E8050 | 50 mM (PH = 8) stock |
Epidermal growth factor (1 mg/mL) | Sigma | SRP3196 | |
Ethanolamine | Sigma | E9508 | |
Fetal Bovine Serum | VivaCell biosciences | C04001-500 | |
Forskolin | Sigma | F3917 | 20 mM stock |
Gentamicin/amphotericin solution (500x) | Gibco | R01510 | |
Hemocytometer | QIUJING | XB.K.25. | |
HEPES | Sigma | H4034 | |
Hyaluronidase | Sigma | H3506 | 10 mg/mL stock |
Insulin-transferrin-selenium (100x) | Gibco | 41400045 | |
Isoflurane | RWD | R510-22-10 | |
KCl | Sangon Biotech | A100395 | |
L-Glutamine (200 mM) | Sigma | G7513 | |
Magnetic separator | Promega | Z5342 | |
MEM non-essential amino acids (100x) | Gibco | 11140050 | |
MEM vitamin solution (100x) | Gibco | 11120052 | |
MgCl2 | Sangon Biotech | A100288 | 1.5 M stock |
Na Pyruvate (100 mM) | Gibco | 11360070 | |
Na2HPO4 | Sangon Biotech | A600487 | |
NaCl | Sangon Biotech | A610476 | |
NaOH | Sangon Biotech | A620617 | 1 N stock |
PBS | VivaCell biosciences | C3580-0500 | |
PBS | Solarbio | P1010 | |
Penicillin-Streptomycin (100x) | Gibco | 15140-122 | |
Peristaltic pump | BaodingRongbai | YZ1515PPS | |
Protein G beads | Invitrogen | 10004D | |
Rotator | Kylin-Bell | QB-528 | |
RPMI | VivaCell biosciences | C3010-0500 | |
Soybean trypsin inhibitor | Sigma | T6522 | 10 mg/mL stock |
Swaged needle | Jinhuan Medical | HM601 | |
Triton X-100 | Solarbio | T8200 | |
Trypan blue | Sigma | T6146 | 10 mg/mL stock |
Type I rat tail collagen | BD | 354236 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved