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人胰腺类器官培养手册

 

研究背景

胰腺癌是消化道常见恶性肿瘤之一,在肿瘤领域有“癌症之王”的称号。据柳叶刀杂志记载,胰腺癌确诊后的五年生存率约为10%,是预后最差的恶性肿瘤之一。胰腺癌临床症状隐匿且不典型,是诊断和治疗都很困难的消化道恶性肿瘤。因此适用于研究胰腺癌生理特性和治疗方案的类器官模型,作为一种疾病模型和再生医学,在胰腺领域至关重要,也被越来越多的科研工作者所关注并使用。 

 

胰腺类器官的现状

目前, 类器官培养技术在很多器官(如胃、肠、肝、胆、脑等)中都取得了较好的进展。胰腺是人体内唯一的一个既是外分泌腺又是内分泌腺的特殊脏器。因此, 胰腺类器官技术的发展面临很大的挑战。

 

胰腺分为外分泌部和内分泌部两部分,外分泌腺由腺泡和腺管(导管)组成,内分泌腺由胰岛组成,外分泌腺是胰腺炎和胰腺导管腺癌(PDAC)的起源部位。我们对人类胰腺疾病(包括PDAC)的起源和进展的了解有限,因为虽然胰腺导管类器官和胰岛类器官技术日趋优化,但是体外培养中维持人腺泡和导管细胞存在挑战,如何构建复合型胰腺类器官仍是当前研究的难点。

 

胰腺类器官可以由健康的胰腺或胰腺肿瘤产生,并构成体外和体内模型之间的重要翻译桥梁。文章报道了人类多能干细胞对胰腺导管和腺泡类器官的诱导,这些类器官具有新生儿外分泌胰腺的特性。我们开发了一种可再生的导管和腺泡类器官来源,用于模拟外分泌发育和疾病,具体方案和操作如下:

 

 

培养方案

 

 
 
 
1.细胞准备

胰腺祖细胞由研究团队从Hues-8 细胞中提取,收集S1+4 d诱导阶段的PP2细胞团,并用TrypLE解离成单细胞。将消化的细胞以1500 rpm离心5分钟,然后用含有5%基质胶的分化培养基重悬,最终细胞密度为50000/mL。将细胞悬液接种在预涂有100%基质胶的培养板中,每四天更换一次培养基,并补充5%基质胶。

 

 
 
 
2. 胰腺导管诱导

对于导管细胞诱导,分化(碱性)培养基培养基中含有DMEM,1% Pen-Strep,1% B-27,10 ng/mL FGF-1,50 μg/mL抗坏血酸,1 μM A 83-01,10 ng/mL FGF-10,1 ng/mL EGF

I 期(第0-4天)导管培养基含有碱性培养基,并添加10 μM Y-27632、50 nM SB939、3 μM IWP-2、25 nM IQ-1、50 nM iCRT14、15 ng FGF-10、10 ng/mL FGF-2、5 ng/mL EGF

Ⅱ期(第4-8天)导管培养基含有碱性培养基,并添加3 μM IWP-2、25 nM IQ-1、50 nM iCRT14、5 μM Y-27632

III期(第8-12天)导管培养基含有碱性培养基,并添加3 μM IWP-2、25 nM IQ-1、50 nM iCRT14,0.1 μM XAV-939

IV期(第12天)导管培养基含有碱性培养基,并添加3 μM IWP-2、5 nM IQ-1、10 nM iCRT14

 

图1.A. 导管样和腺泡样类器官诱导方案示意图 B. 16天培养期间类器官的相位对比图像(n = 3,独立培养),比例尺,50毫米

图2.DUs和ac培养16天胰导管标志物SOX9 (A)、HNF1B (B)、CAII (C)、CFTR (D)的RNA表达。

 图3.免疫荧光检测sox9 (E)和CAII(F)无机物的表达

 

 
 
 
3. 胰腺腺泡诱导

对于腺泡诱导,碱性培养基含有DMEM,1% Pen-Strep,1% B-27,10 ng/mL FGF-1,50 μg/mL抗坏血酸,1 μM A 83-01,10 ng/mL WNT1。

I 期腺泡(第 0-4 天)培养基含有碱性培养基,并添加10 μM Y-27632、3 μM SKL 2001、50 nM 地塞米松、0.3 μM CHIR-99021、50 nM XMU-MP-1、15 ng/mL WNT1、5 ng/mL FGF-2、1 ng/mL EGF、5 ng/mL FGF-10

Ⅱ期(第4-8天)腺泡培养基含有碱性培养基,并添加3 μM SKL 2001、200 nM地塞米松、0.1μM LDN193189、50 nM XMU-MP-1

III期(第8-12天)腺泡培养基含有碱性培养基,并添加3 μM SKL 2001、200 nM地塞米松、0.1 μM LDN193189、1 μM DBZ

IV期(第12天)腺泡培养基含有碱性培养基,并添加0 .3 μM SKL 2001、25 nM地塞米松、0.1 μM DBZ

对于TGF-β处理的实验,从第83天开始从培养基中去除A 83-01

 

 

图4.DUs和ac培养16天胰腺腺泡标记物PTF1A (G)、RBPJL (H)和CPA1 (I)的RNA表达

 

图5.免疫荧光检测类器官中PTF1A (J)和CPA1 (K)的表达

 

 

化合物信息汇总如下表所示

 

化合物名称

货号

规格

Penicillin-Streptomycin(100×)

60162ES

100 mL

B-27 supplement without Vitamin A,serum free,50X

60704ES

10 mL

L-抗坏血酸

53614ES

1 g/5 g

Forskolin

51001ES

10/50/100 mg

Retinoic acid(维甲酸,维A酸)

53001ES

100/500 mg/1 g

A 83-01

53002ES

1/5/10 mg

Y-27632

53006ES

1/5/10 mg

CHIR-99021

53003ES

2/5/10 mg

Doxycycline (powder)

60204ES

1/5/25 g

Dexamethasone地塞米松

53269ES

250/500 mg/1 g

LDN193189

53012ES

5/10 mg

IWP-2

53013ES

5/10/50 mg

SKL 2001

53542ES

10/50 mg

XAV-939

52904ES

10/25 mg

DBZ

52984ES

2/5/10/25 mg

XMU-MP-1

53544ES

2/5 mg

IQ-1

53541ES

10/25 mg

iCRT14

53552ES

5/25 mg

SB939 (Pracinostat)

53840ES

2/5 mg

FGF-1

91301ES

10/100/500 μg

FGF-10

91306ES

5/100/500 μg

FGF-2

91330ES

10/100/500 μg

EGF

92708ES

100/500 μg

Ceturegel® Matrix for Organoid culture,Phenol Red-Free,LDEV-Free 基质胶

40191ES08/10 5mL/10mL


参考文献

[1] Huang L, et al. Commitment and oncogene-induced plasticity of human stem cell-derived pancreatic acinar and ductal organoids. Cell Stem Cell. 2021 Jun 3;28(6):1090-1104.e6. doi: 10.1016/j.stem.2021.03.022. Epub 2021 Apr 28. PMID: 33915081; PMCID: PMC8202734.

 

 

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