一种人胃肠细胞培养方法可带来个性化治疗

【字体: 时间:2014年08月11日 来源:生物通

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  一种用患者胃肠(GI)道移除的组织来培养人类细胞的方法,最终有望帮助科学家为炎症性肠疾病和其他GI疾病患者,开发个性化治疗方案。相关研究结果最近发表在国际权威学术期刊《Gut》(2014年最新影响因子13.319)。

  

生物通报道:一种用患者胃肠(GI)道移除的组织来培养人类细胞的方法,最终有望帮助科学家为炎症性肠疾病和其他GI疾病患者,开发个性化治疗方案。

相关研究结果最近发表在国际权威学术期刊《Gut》(2014年最新影响因子13.319),华盛顿大学医学院的研究人员称,在短短两个星期之内,他们已经制备出来自于患者的细胞系。他们利用来自47名接受常规内窥镜筛查程序(如结肠镜检查)的患者的组织,制备出超过65个这样的细胞系。在细胞培养中,一个细胞系就是一群具有相同基因组成的细胞。

科学家们表示,这些细胞系可以帮助他们了解患者胃肠道中的潜在问题,可用于测试新的治疗方法。

本文共同资深作者、病理学和免疫学教授Thaddeus S. Stappenbeck博士称:“虽然从技术上来说,已经有可能从患者体内分离上皮干细胞,但是用有益于他们的方式使用这些材料,一直都具有挑战性。这一研究推进了该领域的发展,因为我们已经开发出新的方法,可让肠上皮干细胞在培养过程中迅速地扩张。这打破了瓶颈,使我们能够开发出新的方法,在特定的患者中测试药物和环境相互作用。”

为了培养人类细胞,研究人员改造了一种系统,用来培育小鼠肠上皮干细胞。在胃肠道中,上皮细胞排列于食管、胃和肠的内表面。

本文第一作者、Stappenbeck实验室博士后Kelli L. VanDussen指出:“这个系统另外一个重要的特征是,我们可以从肠道活检中分离出干细胞。这些活检是非常小的组织碎片,通常是由胃肠病学家在内窥镜程序过程中收集的。我们已经完善了这一技术,所以我们有100%的成功率,制备来自患者活检的细胞系。”

研究人员开发出一种实验系统,可制备高水平的关键因子,来分离和扩增肠上皮干细胞,该系统包括一种称为Wnt的信号蛋白,和一种称为R-spondin的相关蛋白质(能增强Wnt信号)。他们还将细胞暴露于一种称为Noggin的蛋白质,这种蛋白质可阻止细胞分化为生活在胃肠道的其他类型细胞。

在培养肠细胞系后,研究人员开展了实验,以探究细胞如何与大肠杆菌这样的病原菌相互作用。他们发现,大肠杆菌致病菌株附着到肠上皮细胞。这种附着被认为是引发疾病的关键步骤。研究人员称,他们制备的实验系统,将带来新的方法,发现肠道内细菌感染的治疗方法。

共同资深作者、胃肠病学家和医学助理教授Matthew A. Ciorba博士称:“在过去,研究胃肠道上皮细胞唯一可靠的方法是使用癌细胞系。然而,癌细胞的表现不同于非癌的胃肠道上皮细胞,在炎症性肠病之类疾病患者中,胃肠道上皮细胞受到影响。这种技术可让我们研究与生活在患者胃肠道中的细胞完全相同的细胞。另外,我们可以足够快地培养细胞,应该有可能开发出一种个性化方法,来了解患者的疾病,并根据患者的根本问题制定个性化疗法。”

研究人员介绍说,新的技术相对简单、廉价,可以很容易地改造用于其他实验室。Stappenbeck解释说:“你可以培养这些细胞,分化它们,然后用这些细胞测试各种治疗方法。如果我们想了解特定的患者是否对某种类型感染敏感,我们就可以测试它们。我们对这项结果感到非常兴奋,因为我们正在进入一个新领域。”

展望未来,研究人员认为,这些细胞系将有助于检测新的药物靶点、疫苗开发,并更好地了解,这些人类细胞如何与生活在肠道的有益和有害微生物相互作用。

(生物通:王英)

延伸阅读:新的乳腺干细胞分离培养能力可加速癌症研究

生物通推荐原文摘要:
Development of an enhanced human gastrointestinal epithelial culture system to facilitate patient-based assays
Abstract
Objective The technology for the growth of human intestinal epithelial cells is rapidly progressing. An exciting possibility is that this system could serve as a platform for individualised medicine and research. However, to achieve this goal, human epithelial culture must be enhanced so that biopsies from individuals can be used to reproducibly generate cell lines in a short time frame so that multiple, functional assays can be performed (ie, barrier function and host–microbial interactions).

Design We created a large panel of human gastrointestinal epithelial cell lines (n=65) from patient biopsies taken during routine upper and lower endoscopy procedures. Proliferative stem/progenitor cells were rapidly expanded using a high concentration of conditioned media containing the factors critical for growth (Wnt3a, R-spondin and Noggin). A combination of lower conditioned media concentration and Notch inhibition was used to differentiate these cells for additional assays.

Results We obtained epithelial lines from all accessible tissue sites within 2 weeks of culture. The intestinal cell lines were enriched for stem cell markers and rapidly grew as spheroids that required passage at 1:3–1:4 every 3 days. Under differentiation conditions, intestinal epithelial spheroids showed region-specific development of mature epithelial lineages. These cells formed functional, polarised monolayers covered by a secreted mucus layer when grown on Transwell membranes. Using two-dimensional culture, these cells also demonstrated novel adherence phenotypes with various strains of pathogenic Escherichia coli.

Conclusions This culture system will facilitate the study of interindividual, functional studies of human intestinal epithelial cells, including host–microbial interactions.

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