DE102004025080A1 - Method for testing substances for their effects on cells, useful e.g. in screening for pharmaceuticals or cosmetics, using organoid bodies derived from adult stem cells - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Testen von Substanzen unter Verwendung multizellulärer, insbesondere organähnlicher, in vitro-Testsysteme und Vorrichtungen und Kits zur Durchführung dieser Verfahren.The This invention relates to methods for testing substances using multicellular, especially organ-like, In vitro test systems and devices and kits for carrying out these Method.
Die Durchführung von Tierversuchen für pharmazeutische und kosmetische Untersuchungen stellt einen enormen Kostenfaktor dar und ist oftmals ethisch problematisch. Für die Kosmetikindustrie sind sie sogar in vielen Ländern, z.B. in Europa, völlig verboten. Die Entwicklung multizellulärer, insbesondere humaner, in vitro-Testsysteme stellt für viele Untersuchungen eine gute Alternative dar und solche humanen Testsysteme können natürlichen menschlichen Geweben/Organen in ihren Eigenschaften sogar näher als Tiermodelle kommen.The execution from animal experiments for Pharmaceutical and cosmetic examinations represents a tremendous amount Cost factor and is often ethically problematic. For the cosmetics industry they are even in many countries, e.g. in Europe, completely forbidden. The development of multicellular, especially humane, in vitro test systems provides for many studies represent a good alternative and such humane ones Test systems can natural human tissues / organs in their properties even closer than Animal models come.
Im
Stand der Technik wurden als in vitro-Testsysteme bisher sowohl
Gewebekulturen aus explantierten Gewebeproben (siehe z.B.
Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung darin, verbesserte multizelluläre, insbesondere humane, in vitro-Testsysteme und Verfahren bereitzustellen, mit denen die Wirkung von Substanzen auf verschiedene Zelltypen und insbesondere auf einen Verbund verschiedener Zelltypen, wie er in natürlichen Geweben und Organen vorliegt, schnell und einfach festgestellt werden kann.Accordingly, there is the object of the invention is to improve multicellular, in particular to provide human, in vitro test systems and methods, with which the effect of substances on different cell types and in particular to a composite of different cell types, as in natural Tissues and organs, can be detected quickly and easily can.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Befund, daß multipotente oder pluripotente adulte Stammzellen, wie sie aus exokrinem Drüsengewebe gewonnen werden können (PCT 2004/003810), mit einfachen Mitteln zur Aggregierung und Differenzierung in dreidimensionale Zellaggregate, sogenannte organoide Körper oder Organoid Bodies, veranlasst werden können, welche bereits ohne Zugabe spezieller Differenzierungsfaktoren ein Spektrum von mindestens zwei Zelltypen enthalten. Diese organoiden Körper wachsen bei ausreichender Nährstoffversorgung ständig weiter und entwickeln gewebe- oder organartige Strukturen, in diesem Stadium werden sie auch als Gewebekörper bezeichnet. Setzt man diese organoiden Körper chemischen Substanzen aus, kann deren Wirkung, falls vorhanden, durch eine morphologische oder anderweitig nachweisbare Veränderung dieser organoiden Körper bzw. der darin enthaltenen Zelltypen festgestellt werden. Auf diese Weise können verschiedene Zelltypen gleichzeitig oder nacheinander schnell getestet werden und insbesondere auch gewebe- bzw. organähnliche Zellverbände untersucht werden.The The present invention is based on the finding that multipotent or pluripotent adult stem cells, as can be obtained from exocrine glandular tissue (PCT 2004/003810), with simple means of aggregation and differentiation in three-dimensional cell aggregates, so-called organoid body or Organoid Bodies, which can be induced, which already without addition special differentiation factors a spectrum of at least contain two cell types. These organoid bodies grow at sufficient levels nutrients constantly continue and develop tissue or organ-like structures, in this Stage they are also referred to as tissue body. You put these organoid bodies chemical substances, their effect, if any, may be by a morphological or otherwise demonstrable change this organoid body or the cell types contained therein. To this Way you can different cell types tested simultaneously or sequentially quickly and, in particular, also tissue or organ-like cell aggregates are investigated become.
Somit werden die obengenannten Probleme erfindungsgemäß gelöst durch die Bereitstellung eines Verfahrens zum Testen von Substanzen gemäß Anspruch 1 sowie von Vorrichtungen und Kits zur Durchführung dieses Verfahrens nach den Ansprüchen 23, 24 und 28. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Consequently The above-mentioned problems are solved according to the invention by the provision a method for testing substances according to claim 1 and devices and kits to carry out this method according to the claims 23, 24 and 28. Advantageous embodiments The invention is the subject of the dependent claims.
Zur Bildung der erfindungsgemäß verwendeten organoiden Körper oder Organoid Bodies werden multipotente oder pluripotente adulte Stammzellen verwendet. Vorzugsweise werden diese pluripotenten Stammzellen aus exokrinem Drüsengewebe isoliert.To form the organoid body or organoid bodies used in the present invention, mul tipotente or pluripotent adult stem cells used. Preferably, these pluripotent stem cells are isolated from exocrine glandular tissue.
Das exokrine Drüsengewebe kann von einem erwachsenen Individuum oder juvenilen Individuum stammen. Der Begriff "adult", wie in der vorliegenden Anmeldung verwendet, bezieht sich somit auf das Entwicklungsstadium des Ausgangsgewebes und nicht auf dasjenige des Donors, aus dem das Gewebe stammt. "Adulte" Stammzellen sind nicht-embryonale Stammzellen.The exocrine glandular tissue may be from an adult individual or a juvenile individual. The term "adult", as in the present Application thus refers to the stage of development of the initial tissue and not on that of the donor, from the the tissue comes from. "Adult" stem cells are non-embryonic stem cells.
Vorzugsweise wird das exokrine Drüsengewebe aus einer Speicheldrüse, Tränendrüse, Talgdrüse, Schweißdrüse, aus Drüsen des Genitaltrakts, einschließlich Prostata, oder aus gastrointestinalem Gewebe, einschließlich Pankreas, oder sekretorischem Gewebe der Leber isoliert. In einer stark bevorzugten Ausführungsform handelt es sich dabei um acinäres Gewebe. Ganz besonders bevorzugt stammt das acinäre Gewebe aus dem Pankreas, der Ohrspeicheldrüse oder Unterkieferspeicheldrüse.Preferably becomes the exocrine glandular tissue from a salivary gland, Lacrimal gland, sebaceous gland, sweat gland, out glands of the genital tract, including Prostate, or from gastrointestinal tissue, including pancreas, or secretory tissue of the liver isolated. In a highly preferred embodiment this is acinar Tissue. Most preferably, the acinar tissue is from the pancreas, the parotid gland or submandibular gland.
Die aus solchen Quellen erhaltenen adulten Stammzellen sind leicht zu isolieren und in einer stabilen Langzeitkultur ohne Feederzellschicht oder spezielle Zusätze im weitgehend undifferenzierten Zustand zu halten. Der Begriff Feederzellen, wie hier verwendet, umfasst alle Zellen, die das Wachstum der eigentlich zu kultivierenden Zellen dadurch fördern, dass sie Wachstumsfaktoren freisetzen und/oder eine extrazelluläre Matrix bereitstellen, bzw. die Differenzierung der Stammzellkultur verhindern.The adult stem cells obtained from such sources are easily too isolate and in a stable long-term culture without Feederzellschicht or special additives to keep in the largely undifferentiated state. The term feeder cells, As used here, all cells that actually grow to cultivate cells by promoting growth factors release and / or provide an extracellular matrix, or prevent the differentiation of stem cell culture.
Diese adulten Stammzellen können ohne Zusatz spezieller Wachstums- oder Differenzierungsfaktoren auf einfache Weise zur Differenzierung angeregt werden, indem sie unter räumlichen Bedingungen kultiviert werden, welche für einen dreidimensionalen Kontakt der Zellen sorgen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind diese Bedingungen die Kultivierung in hängenden Tropfen, wie sie für embryonale Stammzellen bereits beschrieben wurde (Wobus et al., Biomed. Biochim. Acta 47:965–973 (1988). Dieses Verfahren wird nachfolgend in den Beispielen noch näher beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass alternative Kultivierungsverfahren, die für den ge wünschten dreidimensionalen Kontakt der Zellen sorgen und dem Fachmann bekannt und verfügbar sind, ebenso verwendet werden können. Beispiele für solche alternativen Verfahren sind die Kultivierung in bewegter Suspensionskultur, die Kultivierung in einem elektromagnetischen Feldkäfig oder Laser-Tweezer, die Kultivierung auf Oberflächen, an denen die Zellen nicht oder schlecht haften, oder die Aussaat nicht resuspendierter Zellen der Primärkultur. Solche Oberflächen können z.B. Glas, Polystyrol oder mit einer Anti-Adhäsionsschicht behandelte Oberflächen, z.B. PTFE- oder Poly-HEMA-beschichtete Oberflächen, sein.These adult stem cells can without the addition of special growth or differentiation factors in a simple way to differentiation be stimulated by under spatial Conditions are cultivated, which for a three-dimensional contact the cells provide. In a preferred embodiment, these conditions the cultivation in hanging Drops, as they are for embryonic stem cells has already been described (Wobus et al., Biomed. Biochim. Acta 47: 965-973 (1988). This process will be described below in the examples described in more detail. However, it is understood that alternative cultivation methods, the for the wished provide three-dimensional contact of the cells and known in the art and available are, can be used as well. examples for such alternative methods are cultivation in agitated Suspension culture, cultivation in an electromagnetic field cage or laser tweezer, cultivating on surfaces where the cells are not or poorly seeding, or sowing non-resuspended cells the primary culture. Such surfaces can e.g. Glass, polystyrene or surfaces treated with an anti-adhesion layer, e.g. PTFE or poly-HEMA coated surfaces.
Unter diesen Bedingungen entwickeln sich spontan dreidimensionale Zellverbände oder Zellaggregate, welche in Anlehnung an bereits für embryonale Stammzellen beschriebene "embryoid bodies" als "organoid bodies" oder organoide Körper bezeichnet wurden. Diese organoiden Körper oder Organoid Bodies können in Suspensionskulturen oder Adhäsionskulturen überführt und weiter kultiviert werden. Bei ausreichender Nährstoffversorgung wachsen diese organoiden Körper weiter und können Durchmesser von einigen Millimetern oder mehr erreichen. Diese großen Organoid Bodies zeigen eine gewebeartige Struktur und werden in diesem Stadium zur Unterscheidung von den einfachen Zellaggregaten auch als "Gewebekörper" bezeichnet.Under These conditions spontaneously develop three-dimensional cell aggregates or Cell aggregates, which refers to "embryoid bodies" already described for embryonic stem cells as "organoid bodies" or organoid bodies were. These organoid bodies or organoid bodies can transferred into suspension cultures or adhesion cultures and be cultivated further. With sufficient nutrient supply they grow organoid body continue and can Reach a diameter of a few millimeters or more. This big organoid Bodies show a fabric-like structure and become at this stage also referred to as "tissue body" to distinguish it from simple cell aggregates.
Bringt man die Organoid Bodies wieder in Oberflächenkultur, entsteht aus auswachsenden einzelnen Zellen eine zelluläre Monoschicht, aus der Multilayerbereiche hervorgehen, aus denen spontan sekundäre Organoid Bodies mit vergleichbaren Eigenschaften wie denjenigen der primären Organoid Bodies gebildet werden. Die erfindungsgemäßen Organoid Bodies können z.B. bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs eingefroren gelagert werden, ohne ihre Lebensfähigkeit, Vermehrungsfähig keit, Wachstumsfähigkeit und Differenzierbarkeit zu verlieren.bring When the organoid bodies are returned to surface culture, they grow out of growing ones single cells a cellular Monolayer, emerge from the multilayer areas, from which spontaneously secondary Organoid Bodies with comparable properties as those the primary Organoid Bodies are formed. The organoid according to the invention Bodies can e.g. at the temperature of the liquid Nitrogen stored frozen, without their viability, Propagation ability, growth potential and to lose differentiability.
Die organoiden Körper enthalten verschiedene Zelltypen aller drei Keimblätter. Zur Differenzierung sind keine Differenzierungsfaktoren notwendig und die Zellen müssen auch nicht transplantiert werden, um zu differenzieren. Es kann jedoch von Vorteil sein, solche Differenzierungsfaktoren einzusetzen, um gezielt größere Mengen eines bestimmten Zelltyps herzustellen bzw. um organoide Körper mit einer bestimmten Zelltypzusammensetzung zu erzeugen.The organoid body contain different cell types of all three cotyledons. to Differentiation, no differentiation factors are necessary and the cells have to also can not be transplanted to differentiate. It can be advantageous to use such differentiation factors, to specifically larger quantities of a particular cell type or to organoid body with of a particular cell type composition.
Differenzierungsfaktoren sind im Stand der Technik bekannt und umfassen z.B. bFGF ("basic fibroblast growth factor") zur verstärkten Bildung von Herzzellen und Fibroblasten, VEGF ("vascular endothelial growth factor"), DMSO und Isoproterenol, Fibroblastenwachstumsfaktor 4 (FGF4), Hepatozyten-Wachstumsfaktor (HGF) zur verstärkten Bildung von Herz- und Leberzellen, TGF-beta1 ("transforming growth factor beta1") zur verstärkten Bildung von Herzzellen, EGF ("epidermal growth factor") zur verstärkten Bildung von Haut- und Herzzellen, KGF ("keratinocyte growth factor") (machmal zusammen mit Cortison) zur Bildung von Keratinozyten, Retinsäure zur verstärkten Bildung von Nerven-, Herz- und Nierenzellen, beta-NGF ("beta nerve growth factor") zur verstärkten Bildung von Gehirn-, Leber-, Pankreas- und Nierenzellen, BMP-4 ("bone morphogenic protein 4") und Activin-A zur Bildung mesodermaler Zellen generell, sind jedoch nicht darauf beschränkt.Differentiation factors are known in the art and include, for example, basic fibroblast growth factor (bFGF) for increased production of cardiac and fibroblast cells, vascular endothelial growth factor (VEGF), DMSO and isoproterenol, fibroblast growth factor 4 (FGF4), hepatocyte growth factor (HGF) to increase the formation of heart and liver cells, TGF-beta1 (transforming growth factor beta1) for the increased formation of cardiac cells, epidermal growth factor (EGF) for increased formation of cardiac cells Skin and heart cells, keratinocyte growth factor (sometimes called keratinocyte growth factor) to form keratinocytes, retinoic acid to enhance the formation of nerve, heart and kidney cells, beta-NGF (beta nerve growth factor) However, formation of brain, liver, pancreas and kidney cells, BMP-4 ("bone morphogenic protein 4") and activin-A to form mesodermal cells in general are not limited thereto.
Differenzierte Zellen, die in den organoiden Körpern enthalten sein können, umfassen Knochenzellen (Osteoblasten und Osteoclasten), Chondrozyten, Adipozyten, Fibroblasten (z.B. Haut- und Sehnenfibroblasten), Muskelzellen, Endothelzellen, Epithelzellen, hematopoetische Zellen, sensorische Zellen, endokrine und exokrine Drüsenzellen, Gliazellen, neuronale Zellen, Oligodendrozyten, Blutzellen, Darmzellen, Herz-, Lungen-, Leber-, Nieren- oder Pankreaszellen, sind jedoch nicht darauf beschränkt.differentiated Cells that are in the organoid bodies can be included include bone cells (osteoblasts and osteoclasts), chondrocytes, Adipocytes, fibroblasts (e.g., skin and tendon fibroblasts), muscle cells, Endothelial cells, epithelial cells, hematopoietic cells, sensory Cells, endocrine and exocrine glandular cells, glial cells, neuronal Cells, oligodendrocytes, blood cells, intestinal cells, heart, lung, Liver, kidney or pancreas cells, but are not limited thereto.
Bei dem erfindungsgemäßen Testverfahren wird die zu testende Substanz in Kontakt mit den organoiden Körpern gebracht und deren Wirkung gegebenenfalls durch eine morphologische oder anderweitig nachweisbare Veränderung dieser organoiden Körper oder der darin enthaltenen Zelltypen festgestellt. Bei diesem Testverfahren handelt es sich beispielsweise um ein Verfahren zur Analyse der Wirkung bekannter oder potenzieller Wirkstoffe oder Giftstoffe oder Mutagene auf alle oder spezielle Zelltypen der organoiden Körper. In einer spezielleren Ausführungsform handelt es sich um ein Verfahren zum Screenen von Arzneiwirkstoffen oder Kosmetika.at the test method according to the invention the substance to be tested is brought into contact with the organoid bodies and their effect optionally by a morphological or otherwise detectable change this organoid body or the cell types contained therein. In this test procedure For example, this is a method of analyzing the Effect of known or potential agents or toxins or Mutagenes on all or specific cell types of organoid bodies. In a more specific embodiment is a method of screening drugs or cosmetics.
Die Testsubstanz kann von unterschiedlichster chemischer Natur sein, z.B ein Protein, Lipid, eine Nukleinsäure, z.B. RNA, DNA oder ein Derivat davon, eine niedermolekulare oder hochmolekulare chemische Verbindung, ein chemisches Element oder eine Mischung dieser Substanzen. Es können auch zwei oder mehr Testsubstanzen nacheinander oder gleichzeitig mit denselben organoiden Körpern getestet werden, um beispielsweise Wechselwirkungen der Testsubstanzen festzustellen.The Test substance can be of a very different chemical nature, for example, a protein, lipid, a nucleic acid, e.g. RNA, DNA or a Derivative thereof, a low-molecular or high-molecular chemical compound, a chemical element or a mixture of these substances. It can also two or more test substances in succession or simultaneously with the same organoid bodies be tested, for example, interactions of the test substances determine.
Das Kontaktieren der Testsubstanz(en) mit den organoiden Körpern kann, abhängig von der Art der Testsubstanz, auf jede geeignete Weise erfolgen. Geeignete Methoden sind dem Fachmann bekannt. Falls es sich bei der Testsubstanz um eine Nukleinsäure, z.B. RNA, DNA oder ein Derivat davon, handelt, kann diese(s) mit irgendeinem bekannten Verfahren der Gen technik, einschließlich der Verwendung von Vektoren, Viren, Elektroporation etc., in die Zellen der organoiden Körper eingeführt werden. Eine im Kulturmedium lösliche oder solubilisierbare Testsubstanz wird vorzugsweise einfach dem Zellkulturmedium, in dem sich die organoiden Körper befinden, zugegeben und die Organoide werden mit der Testsubstanz in geeigneten Konzentrationen für verschiedene gewünschte Zeiträume inkubiert. Gewünschtenfalls kann verbrauchtes Zellkulturmedium während der Inkubation durch frisches Medium mit der gewünschten Konzentration an Testsubstanz ersetzt werden, z.B. um die Wirkstoffkonzentration im Medium etwa konstant zu halten. Je nach Art des Wirkstoffes können die wirksamen Konzentrationen der Testsubstanz in großem Umfang variieren, können jedoch vom Fachmann unschwer durch Routineversuche bestimmt werden. Der Kontaktzeitraum kann von einigen Minuten bis einigen Stunden und mehren Tagen und Wochen variieren. Kontaktzeiträume von mehreren Wochen sind dabei nicht unüblich. Geeignete Kontaktzeiträume werden ebenfalls von der Art des Wirkstoffs abhängen und können vom Fachmann durch Routineversuche bestimmt werden. Anschließend werden die behandelten Organoide und eine Kontrolle ohne Testsubstanz, die genauso lange inkubiert wurde, einem Nachweisverfahren unterworfen.The Contacting the test substance (s) with the organoid bodies, dependent of the type of the test substance, in any suitable manner. Suitable methods are known to the person skilled in the art. If it is the test substance is a nucleic acid, e.g. RNA, DNA or a Derivative thereof, this can (s) with any known Techniques of genetic engineering, including the use of vectors, Viruses, electroporation, etc., into which cells of the organoid body are introduced. A soluble in culture medium or Solubilisable test substance is preferably simply the cell culture medium, in which are the organoid bodies are added, and the organoids are mixed with the test substance in suitable concentrations for different desired periods incubated. If desired, can consume spent cell culture medium during incubation fresh medium with the desired Be replaced concentration of test substance, e.g. to the drug concentration to be approximately constant in the medium. Depending on the nature of the drug, the effective concentrations of the test substance on a large scale can vary However, it will not be difficult for a person skilled in the art to determine it by routine experimentation. The contact period can be from a few minutes to several hours and several days and weeks vary. Contact periods of several weeks are not uncommon. Suitable contact periods are may also depend on the nature of the drug and can be determined by the skilled person through routine experimentation be determined. Subsequently the treated organoids and a control without test substance, which was incubated for the same length, subjected to a detection method.
Das Nachweisverfahren wird von der Art des Wirkstoffes und Art der zu beobachtenden Veränderung der organoiden Körper bzw. der darin enthaltenen differenzierten Zellen abhängen.The Detection method will depend on the type of active ingredient and type of observational change of organoid body or the differentiated cells contained therein.
Eine Reihe von Methoden zum Nachweis der Wirkung von Arzneistoffen oder Giftstoffen auf Säugerzellen wird von A. Vickers in „In vitro Methods in Pharmaceutical Research", Academic Press, 1997, beschrieben. Grundlegende Methoden für das Arzneiwirkstoff-Screening werden von Smith, C.G., „The process of New Drug Development, CRC Press, 1992, und in „Advances in Drug Discovery Tchniques", Hrsg. Alan L. Harvey, John Wiley & Sons, 1998, beschrieben.A Range of methods for detecting the effect of drugs or Toxins on mammalian cells is written by A. Vickers in "In Methods in Pharmaceutical Research ", Academic Press, 1997. Basic methods for Drug screening is described by Smith, C.G., "The process of New Drug Development, CRC Press, 1992, and Advances in Drug Discovery Tchniques ", ed. Alan L. Harvey, John Wiley & Sons, 1998, described.
In speziellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfaßt der Nachweis der Wirkung einer Substanz die Anwendung eines oder mehrerer Verfahren, das oder die aus der Gruppe aus Protein-Assays, Immunoassays, enzymatischen Assays, Rezeptorbindungs-Assays, ELISA-Assays, RIA-Assays, elektrophoretischen und chromatographischen Assays, einschließlich HPLC, Northernblots, Southernblots, Westernblots, kolorimetrischen Assays, immunhistochemischen, elektrophysiologischen Methoden (d.h. Strom- Spannungs- und Impedanzmessungen), mikroskopischen und spektroskopischen Nachweismethoden ausgewählt ist bzw. sind.In special embodiments of the present invention the proof of the effect of a substance the application of one or several methods, that of the group of protein assays, immunoassays, enzymatic assays, receptor binding assays, ELISA assays, RIA assays, electrophoretic and chromatographic assays, including HPLC, Northern blots, Southern blots, Western blots, colorimetric assays, immunohistochemical, electrophysiological methods (i.e. Voltage and impedance measurements), microscopic and spectroscopic Detection methods is selected or are.
Die Wirkung der Substanz kann z.B. eine Veränderung der Morphologie oder des Proliferationsvermögens, Wachstumsvermögens oder der Lebensfähigkeit aller Zelltypen oder spezieller Zelltypen der organoiden Körper sein. In diesem Fall können z.B. direkte visuelle und optische Nachweisverfahren, einschließlich zytometrischer, mikroskopischer und colorimetrischer Verfahren, günstig eingesetzt werden.The Effect of the substance may e.g. a change in morphology or of proliferation, growth assets or viability all cell types or specific cell types of organoid bodies. In this case, you can e.g. direct visual and optical detection methods, including cytometric, microscopic and colorimetric method, used favorably become.
Alternativ oder gleichzeitig kann die Wirkung eine Veränderung der Aktivität spezieller oder aller Zelltypen der organoiden Körper sein. Bespielsweise kann sich diese Aktivitätsänderung in einem vermehrten oder verringerten oder erstmaligen Auftreten einer nachweisbaren Markersubstanz in oder auf den betroffenen Zellen äußern. In diesem Fall erfolgt der Nachweis der Wirkung der chemischen Substanz vorzugsweise über den Nachweis der Anwesenheit oder Abwesenheit oder Menge einer Markersubstanz, die von speziellen oder allen Zelltypen der organoiden Körper gebildet wird.alternative or at the same time the effect may be a change of activity more specific or all cell types of organoid bodies. For example this activity change in an increased or decreased or first appearance express a detectable marker in or on the affected cells. In In this case the proof of the effect of the chemical substance takes place preferably over the detection of the presence or absence or amount of a marker substance, which are formed by special or all cell types of the organoid body becomes.
Diese Markersubstanz kann z. B. ein Protein, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, Antikörper, Rezeptor, Enzym, Hormon, Ionenkanal, Neurotransmitter, Oberflächenmarker, RNA, DNA, ein Proteoglycan, ein Lektin oder eine andere geeignete Substanz sein. Einige zelltypspezifische Beispiele von Markersubstanzen werden im folgenden genannt, sind jedoch keineswegs als beschränkend anzusehen: PGP 9.5 und NF für Nervenzellen, S 100 und GFAP für Gliazellen, SMA für Muskelzellen (bzw. Myofibroblasten), Kollagen Typ II für Knorpelzellen, Amylase und Trypsin für exokrine Drüsenzellen, Insulin für endokrine Drüsenzellen, Vigilin für stark translatierende Zellen und Cytokeratin für epidermale Zellen, Kollagen Typ II für Chondrozyten, Osteonektin für Osteoblasten und Vorläuferzellen, Osteocalcin für reife Osteoblasten, CD45, CD34, CD13 für hematopoetische Zellen, cTNI („cardiac troponin I"), cTNT („cardiac troponin T") und ANF („atrial natriuretic factor") für Kardiomyozyten, Kollagenase 1 und TIMP-1 („tissue inhibitor of metalloproteinase I") für Fibroblasten, Skelett-Alpha-Aktin und Tropomyosin für gestreifte Muskelzellen, Lipoproteinlipase (LPL) für Adipozyten, Alpha-Fetoprotein für Leberzellen. Eine sehr große Anzahl solcher Markersubstanzen ist im Stand der Technik bekannt.These Markersubstance can z. A protein, including, but not limited to, Antibody, receptor, Enzyme, hormone, ion channel, neurotransmitter, surface marker, RNA, DNA, a proteoglycan, a lectin or another suitable one Be substance. Some cell type-specific examples of marker substances are mentioned below, but are not to be considered as limiting: PGP 9.5 and NF for nerve cells, S 100 and GFAP for Glial cells, SMA for Muscle cells (or myofibroblasts), collagen type II for cartilage cells, Amylase and trypsin for exocrine gland cells, Insulin for endocrine gland cells, Vigilin for strong translating cells and cytokeratin for epidermal cells, collagen Type II for Chondrocytes, osteonectin for Osteoblasts and progenitor cells, Osteocalcin for mature osteoblasts, CD45, CD34, CD13 for hematopoietic cells, cTNI ( "Cardiac troponin I "), cTNT ( "Cardiac troponin T ") and ANF ("atrial natriuretic factor ") for cardiomyocytes, Collagenase 1 and TIMP-1 ("tissue inhibitor of metalloproteinase I ") for fibroblasts, skeletal alpha actin and tropomyosin for striped Muscle cells, lipoprotein lipase (LPL) for adipocytes, alpha-fetoprotein for liver cells. A very big one Number of such marker substances is known in the art.
Diese Markersubstanzen können z.B durch Bindung an einen spezifischen Bindungspartner, der mit einer nachweisbaren Gruppe konjugiert ist, nachgewiesen werden. Die nachweisbare Gruppe kann z.B. ein Farbstoff, Fluoreszenzfarbstoff, eine radiaktive Markierung, Enzymmarkierung, Lumineszenzmarkierung, Magnetresonanzmarkierung oder eine andere im Stand der Technik bekannte Markierung sein. Falls die Markersubstanz ein Prote in ist, wird der Bindungspartner vorzugsweise ein markierter oder markierbarer Antikörper sein. Solche markierten Antikörper sind bereits für eine Vielzahl von Markersubstanzen bekannt und können entweder im Handel bezogen oder unschwer nach bekannten Verfahren hergestellt werden. Gegebenenfalls können auch markierte oder markierbare sekundäre Antikörper verwendet werden. Der spezifische Bindungspartner kann auch ummarkiert, jedoch an eine Affinitätsäule oder einen anderen Träger gebunden sein. In diesen Fällen können Zellen, welche die Markersubstanzen auf ihrer Oberfläche aufweisen, durch die spezifische Bindung an diese Träger nachgewiesen werden.These Marker substances can For example, by binding to a specific binding partner, with a detectable group is conjugated to be detected. The detectable Group can e.g. a dye, fluorescent dye, a radioactive Labeling, Enzyme Labeling, Luminescent Labeling, Magnetic Resonance Labeling or any other label known in the art. If the marker substance is a protein, the binding partner becomes preferably a labeled or labelable antibody. Such labeled antibodies are already for a variety of marker substances are known and can either be obtained commercially or easily prepared by known methods. If necessary, too labeled or labelable secondary antibodies can be used. Of the specific binding partner can also be labeled, but to a Affinity column or another carrier be bound. In these cases can Cells having the markers on their surface, be detected by the specific binding to these carriers.
In einigen Fällen kann die Markersubstanz auch durch ihre eigene Aktivität nachgewiesen werden, so z.B. wenn es sich um einen Ionenkanal oder Neurotransmitter handelt oder um ein Enzym, das mit einem nachweisbaren Substrat umgesetzt werden kann. Falls die Markersubstanz eine DNA oder RNA ist, kann sie entweder direkt durch komplementäre und gegebenenfalls markierte Sonden nachgewiesen werden oder indirekt durch den Nachweis eines Genprodukts, falls es sich um eine vollständige kodierende Sequenz oder um eine regulatorische Sequenz handelt. Ein weitere Möglichkeit ist eine gesteigerte DNA- oder RNA-Synthese an sich oder eine gesteigerte DNA-Reparatur-Aktivität. Solche Aktivitäten können z.B. durch den Einbau von radioaktiv oder anderweitig markierten Nukleotiden festgestellt werden.In some cases The marker substance can also be detected by its own activity be, e.g. if it is an ion channel or neurotransmitter or an enzyme that has a detectable substrate can be implemented. If the marker substance is a DNA or RNA is, it can either directly by complementary and optionally marked Probes are detected or indirectly by the detection of a Gene product, if it is a complete coding sequence or is a regulatory sequence. Another possibility is an enhanced DNA or RNA synthesis itself or enhanced DNA repair activity. Such activities may e.g. by the incorporation of radioactively or otherwise labeled nucleotides be determined.
Der Nachweis kann unter Erhalt der Zellstruktur, z.B. in mikroskopischen und immunhistochemischen Verfahren, oder unter Zerstörung der Zellstruktur, z.B. in einem Elektrophoreseverfahren wie Southernblots, Northernblots oder Westernblots, erfolgen.Of the Detection may be done to obtain the cell structure, e.g. in microscopic and immunohistochemical procedures, or destruction of the Cell structure, e.g. in an electrophoresis method such as Southernblots, Northernblots or Westernblots.
In
einem fortgeschrittenen Stadium der Differenzierung weisen die organoiden
Körper
gewebe- oder organähnliche
Strukturen auf, die von zwei oder oder mehr verschiedenen Zelltypen
gebildet werden (vgl.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bewirkt die Testsubstanz eine Veränderung dieser Strukturen. Diese Veränderung kann z.B eine Zerstörung der Strukturen, Hemmung oder Stimulation der Entwicklung der Strukturen oder eine Veränderung der Aktivität eines oder mehrerer Zelltypen, aus denen sich diese Strukturen zusammensetzen, sein. Demgemäß kann der Nachweis der Wirkung der Testsubstanz in einem Nachweis der Veränderung dieser Strukturen bestehen. Geeignete Nachweismethoden können z.B. eine direkte Beobachtung der morphologischen Veränderungen, gegebenenfalls gekoppelt mit immunologischen, immunhistochemischen oder anderen Nachweismethoden, umfassen.In one embodiment of the method according to the invention, the test substance effects a modification of these structures. This change may include, for example, destruction of structures, inhibition or stimulation of the development of the structures, or alteration of the activity of one or more cell types which these structures are composed of. Accordingly, the detection of the effect of the test substance may be to demonstrate the change in these structures. Suitable detection methods may include, for example, direct observation of the morphological changes, optionally coupled with immunological, immunohistochemical or other detection methods.
Nachdem, wie bereits oben erwähnt, die Zelltypzusammensetzung der organoiden Körper durch deren Kultivierung in Gegenwart spezifischer Differenzierungsfaktoren festgelegt werden kann, bedeutet dies, daß die Zelltypzusammensetzung der organoiden Körper in spezielleren Ausführungsformen auf die mutmaßliche zelltypspezifische Wirkung der Testsubstanz abgestimmt werden kann. Das bedeutet konkret, daß z.B organoide Körper mit einem hohen Anteil an Nervenzellen oder organoide Körper, die vorwiegend oder ausschließlich neuromuskuläre Strukturen oder Nerven-Gliazell-Strukturen aufweisen, in einem Testsystem verwendet werden, bei dem Testsubstanzen mit einer mutmaßlichen Wirkung auf das Nervensystem untersucht werden. Analog dazu können organoide Körper mit einem hohen Anteil an Epithelzellen oder mit hautähnlichen Strukturen bei einem Test von Testsubstanzen, die mutmaßlich über die Oberfläche wirken, eingesetzt werden. Weitere derartige spezielle Testsysteme werden für den Fachmann unschwer ersichtlich und realisierbar sein.After this, as mentioned above, the cell-type composition of organoid bodies by their cultivation in the presence of specific differentiation factors can, this means that the Cell type composition of organoid bodies in more specific embodiments on the putative cell type specific Effect of the test substance can be adjusted. This means, in concrete terms, that e.g. organoid body with a high percentage of nerve cells or organoid bodies that predominantly or exclusively neuromuscular Having structures or nerve glial cell structures to be used in a test system in the test substances with a suspected effect on the nervous system to be examined. Analogous to this organoid body with a high proportion of epithelial cells or with skin-like ones Structures in a test of test substances presumed over the surface act, be used. Other such special test systems be for the skilled person readily apparent and feasible.
In weiteren spezielleren Ausführungsformen befinden sich die organoiden Körper in Hohlräumen, Matrices oder anderen Träger- und/oder Formgebungssystemen. Das Einbringen der Organoiden kann beispielsweise durch Einwachsenlassen geschehen. Die Hohlräume können beispielsweise Mikrokanäle oder Kapillaren zur Impedanzmessung sein. Der Nachweis der Wirkung der Testsubstanz kann dann z.B. in einer Impedanzänderung bestehen. Alternativ kann auch ein Gradient (z.B pH, elektrochemisch, Signalfaktoren etc.) über einen organoiden Körper erzeugt werden und die Wirkung der Testsubstanz durch eine Änderung dieses Gradienten angezeigt werden.In further more specific embodiments are the organoid bodies in cavities, Matrices or other carrier and / or shaping systems. The introduction of the organoids can for example, by waxing done. The cavities can, for example microchannels or capillaries for impedance measurement. The proof of effect the test substance can then be e.g. in an impedance change consist. Alternatively, a gradient (e.g., pH, electrochemical, Signal factors, etc.) via a organoid body be produced and the effect of the test substance by a change this gradient will be displayed.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, umfassend die organoiden Körper in einem geeigneten Behälter, Träger- oder Formgebungssystem, Mittel zur Kontaktierung der organoiden Körper mit einer zu testenden chemischen Substanz sowie Mittel zum Nachweis einer morphologischen oder anderweitigen Veränderung dieser organoiden Körper oder der darin enthaltenen Zelltypen. In einer spezielleren Ausführungsform dieses Aspekts befinden sich die organoiden Körper in Hohlräumen, z.B. Mikrokanälen oder Kapillaren, oder in Matrices.One Another aspect of the invention relates to a device for carrying out the inventive method, comprising the organoid body in a suitable container, Carrier or shaping system, Means for contacting the organoid body with a test to be tested chemical substance as well as means of proof of a morphological or otherwise this organoid body or the cell types contained therein. In a more specific embodiment In this aspect, the organoid bodies are in cavities, e.g. microchannels or capillaries, or in matrices.
In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Mittel zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Kits bereitgestellt. Ein solcher Kit umfaßt adulte Stammzellen oder die davon abgeleiteten organoiden Körper oder differenzierten Zellen in einem geeigneten Kulturmedium zur Aufrechterhaltung der Zellen bzw. der organoiden Körper, gegebenenfalls kryokonserviert. Ferner kann der Kit weitere Hilfsmittel, z.B. Reagenzien zur Kultivierung und Differenzierung der Stammzellen zu organoiden Körpern einer gewünschen Zelltypzusammensetzung, Mittel zur Kontaktierung der organoiden Körper mit einer zu testenden chemischen Substanz, Mittel zum Nachweis einer morphologischen oder anderweitigen Veränderung dieser organoiden Körper oder der darin enthaltenen Zelltypen, umfassen.In an embodiment The invention relates to the means for carrying out the method according to the invention provided in the form of a kit. Such a kit includes adults Stem cells or the derived organoid body or differentiated cells in a suitable culture medium for maintenance the cells or the organoid body, optionally cryopreserved. Furthermore, the kit can be further aids, e.g. Reagents for culturing and differentiating stem cells to organoid bodies a wish Cell type composition, means for contacting the organoids body with a chemical substance to be tested, means of detection morphological or otherwise altering these organoid bodies or the cell types contained therein.
FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES
a,b:
PGP 9.5-markierte Nervenzellen zeigen multipolare Ausläufer, welche
zahlreiche Varikositäten
zeigen. c,d: das Neurofilament-System (helle Pfeile, im Originalfoto
grün markiert)
reicht durch das Pericaryon in die cytoplasmatischen Ausläufer. In
enger Nachbarschaft liegen GFAP-immunreaktive Gliazellen (dunkle
Pfeile, im Originalfoto rot markiert). e,f: α-SMA-markierte Zellen (dunkle
Pfeile, im Original rot) und NF-markierte Nervenzellen (helle Pfeile,
im Original Grün)
bilden ein primitives neuro-muskuläres Netzwerk (e), wobei Kontakte über beträchtlich
lange Entfernungen etabliert werden (f). g: Immunfärbung von
GFAP (dunkle Pfeile, im Original rot) und NF (helle Pfeile, im Original
grün) in
3 Wochen alten OB mit Konzentrationen an Nerven- und Gliazellen.
h: Immunfärbung
von α-SMA
(dunkle Pfeile, im Original rot) und NF (helle Pfeile, im Original
grün) in
3 Wochen alten OBs in einem fortgeschrittenen Stadium der Bildung
eines neuro-muskulären
Netzwerks. i,j: in Querschnitten von 8 Wochen alten OBs wurden für NF immunreaktive
Zellen in direkter Nachbarschaft von Zellen gefunden, die immunreaktiv
für α-SMA waren, ähnlich wie
in nativen Geweben. k: eine Untergruppe von Zellen zeigt eine positive
Färbung
für Amylase
(helle Pfeile, im Original grün).
1: Eine weitere Zelluntergruppe enthält granuläre Vesikel mit Immunreaktivität für Insulin.
Die Kerne sind mit DAPI kontrastgefärbt (im Original blau).
a, b: PGP 9.5-labeled neurons show multipolar shoots showing numerous varicosities. c, d: the neurofilament system (bright arrows, marked green in the original photo) passes through the pericaryon into the cytoplasmic extensions. GFAP-immunoreactive glial cells are in close proximity (dark arrows, marked red in the original photo). e, f: α-SMA-labeled cells (dark arrows, red in the original) and NF-labeled neurons (bright arrows, in the original green) form a primitive neuro-muscular network (e), establishing contacts over long distances (f). g: immunostaining of GFAP (dark arrows, red in the original) and NF (bright arrows, green in the original) in 3-week old OB with concentrations of nerve and glial cells. h: Immunostaining of α-SMA (dark arrows, red in the original) and NF (bright arrows, green in the original) in 3 week old OBs at an advanced stage of neuromuscular network formation. i, j: in cross sections of 8-week-old OBs, immunoreactive cells were found to be NF in the immediate vicinity of cells immunoreactive for α-SMA, similar to native tissues. k: a subset of cells shows a positive staining for amylase (bright arrows, green in original). 1: Another cell subset contains granular vesicles with immunoreactivity for insulin. The cores are contrast-dyed with DAPI (original blue).
a,b: Globuläre (a) und
fibrilläre
(b) Speicher von Proteoglycanen ergaben eine Färbung mit Alcianblau.
c–e: Die
globulären
(c) und fibrillären
(d) Bereiche sind immunreaktiv für
das Knorpelmatrixprotein Kollagen II. Zwei individuelle Zellen (e)
zeigen eine cytoplasmatische Markierung von Kollagen II.
f:
Zellen, die für
Cytokeratine immunreaktiv sind, sind in Clustern angeordnet. g:
konfokale Laserscanningmikroskopie eines OB. Die Kollagen II-Immunreaktivität (dunkle
Pfeile, im Original rot markiert) nimmt zur Mitte des OB hin zu.
Vigilinimmunreaktive Zellen (helle Pfeile, im Original grün markiert)
sind hauptsächlich
am äußeren Rand
des OB lokalisiert, was deren hohe Translationsaktivität anzeigt.
Die Kerne sind mit DRPI kontrastgefärbt.
a, b: Globular (a) and fibrillar (b) stores of proteoglycans revealed staining with Alcian blue.
c-e: The globular (c) and fibrillar (d) regions are immunoreactive for the cartilage matrix protein collagen II. Two individual cells (e) show cytoplasmic labeling of collagen II.
f: Cells that are immunoreactive for cytokeratins are clustered. g: confocal laser scanning microscopy of a OB. The collagen II immunoreactivity (dark arrows, marked red in the original) increases toward the center of the OB. Vigilin-immunoreactive cells (bright arrows, marked green in the original) are located mainly at the outer border of the OB, indicating their high translational activity. The cores are contrast-dyed with DRPI.
a–c: glatte
Muskelzellen mit Myofilamenten. Das Myofilamentsystem erstreckt
sich über
das Cytoplasma in disseminierten Bündeln (a) und zeigt typische
dichte Körper
(Pfeile) (b). Die Myoblasten zeigen sternförmige Zellausläufer, die
ein verbindendes Netzwerk bilden (c). d: Zellausläufer mit
einer Ansammlung von zahlreichen Vesikeln kleiner Größe, die
höchstwahrscheinlich
Nervenfaservarikositäten
entsprechen. e: Kollagen- und Retikulumfasern.
f–h: Sekretorische
Zellen zeigen elektrodichte Vesikel. f). Häufig kontaktieren sekretorische
Zellen einander, um acinusartige Strukturen zu bilden (g). Ein Untergruppe
von sekretorischen Zellen enthält
Vesikel (Pfeil) die Ultrastruktur-Merkmalen von endokrinen Granula
entsprechen (h), z.B. Beta-Granula von insulinproduzierenden Zellen.
l: Beginn der Ausbildung einer Epitheloberfläche (Pfeil) in acht Wochen
alten OBs. j: typische Zellkontakte zwischen Keratinozyten und Desmosomen
(Pfeile)
a-c: smooth muscle cells with myofilaments. The myofilament system extends across the cytoplasm in disseminated bundles (a) and shows typical dense bodies (arrows) (b). The myoblasts show star-shaped cell spurs that form a connecting network (c). d: Cell shoots with an accumulation of numerous small-sized vesicles that most likely correspond to nerve fiber rarities. e: collagen and reticulum fibers.
f-h: secretory cells show electro-tight vesicles. f). Frequently, secretory cells contact each other to form acinous structures (g). A subgroup of secretory cells contains vesicles (arrow) corresponding to ultrastructural features of endocrine granules (h), eg, beta granules of insulin-producing cells. l: Start of the formation of an epithelial surface (arrow) in eight week old OBs. j: typical cell contacts between keratinocytes and desmosomes (arrows)
Entsprechend
dem in
Über mehrere Wochen werden diese Zellen und Zellverbände in Kulturgefäßen kultiviert. Alle 2 bis 3 Tage wird das Medium gewechselt, wobei alle differenzierten Zellen entfernt werden. Bei den in Kultur persistierenden Zellen handelt es sich um undifferenzierte Zellen mit uneingeschränkter Teilungsfähigkeit.Over several Weeks, these cells and cell aggregates are cultured in culture vessels. Every 2 to 3 days, the medium is changed, all differentiated Cells are removed. In cells persisting in culture these are undifferentiated cells with unrestricted ability to divide.
Ähnliche Zellen sind unter gleichen Bedingungen aus dem Pankreas isoliert und beschrieben und als eine Art Myofibroblasten bzw. pankreatische Sternzellen bezeichnet worden (Bachem et al., 1998). Im Gegensatz zu den Zellen der vorliegenden Erfindung konnte eine uneingeschränkte Teilungsfähigkeit jedoch nicht beobachtet werden. Weiterhin konnten diese Zellen auch nicht unbegrenzt passagiert werden, ohne an Vitalität zu verlieren.Similar cells have been isolated and described under the same conditions from the pancreas and have been designated as a type of myofibroblasts or pancreatic stellate cells (Bachem et al., 1998). However, unlike the cells of the present invention, unrestricted partitioning ability could not be observed. Furthermore, these cells could not be indefinitely passaged without vitality to lose.
In
einem zweiten Schritt (
Durch
diese Art der Kultivierung bilden sich innerhalb von 48h die als
organoide Körper
bezeichneten Zellaggregate (
Die in Suspensionskultur wachsenden Organoid Bodies bilden neue Organoid Bodies, die auch bei Einzelzellen die Bildung von neuen Organoid Bodies induzieren. Die Zellen sind sowohl als Organoid Bodies als auch als Einzelzellen einfrierbar und behalten dabei ihre Vitalität und ihr Differenzierungspotenzial.The organoid bodies growing in suspension culture form new organoids Bodies, which also in single cells the formation of new Organoid Induce bodies. The cells are called organoid bodies as well also freezable as single cells while retaining their vitality and theirs Differentiation potential.
Die
Dabei
konnte z.B. die Bildung eines neuro-muskulären Netzwerks beobachtet werden:
Aus
OBs erhaltene Zellen exprimierten stark α-SMA ("smooth-muscle-actin") (
Cells obtained from OBs strongly expressed α-SMA (smooth muscle actin) (
Nachweis der Expression exokriner und endokriner pankreatischer Proteine:Proof of expression exocrine and endocrine pancreatic proteins:
Immunhistochemische
Anfärbungen
zeigten, dass zelluläre
Untergruppen positiv für
Amylase waren (
Ebenfalls beobachtet wurde eine Differenzierung in chondrogene Zellen und Epithelzellen:Was also observed a differentiation into chondrogenic cells and epithelial cells:
Nach
einer Wachstumsperiode von zwei Monaten zeigten OBs chondrogene
Eigenschaften. Eine Alcianblaufärbung
offenbarte Bereiche mit hohen Konzentrationen an Proteoglycanen
(Chondroitinsulfat), die entweder als globuläre (
Insgesamt konnten bisher z.B. folgende Marker für spezifische Zellen positiv getestet werden: PGP 9.5 und NF für Nervenzellen, S 100 und GFAP für Gliazellen, SMA für Muskelzellen (bzw. Myofibroblasten), Kollagen Typ II für Knorpelzellen, Amylase und Trypsin für exokrine Drüsenzellen, Insulin für endokrine Drüsenzellen, Vigilin für stark translatierende Zellen und Cytokeratin für epidermale Zellen. Neben den lichtmikroskopischen Untersuchungen konnten auch elektronenmikroskopisch verschiedene Zelltypen morphologisch charakterisiert werden, sowie Zell-Zell-Kontakte als Zeichen für zelluläre Interaktionen gefunden werden.All in all could hitherto be e.g. following markers for specific cells positive PGP 9.5 and NF for nerve cells, S 100 and GFAP for glial cells, SMA for Muscle cells (or myofibroblasts), collagen type II for cartilage cells, Amylase and trypsin for exocrine gland cells, Insulin for endocrine gland cells, Vigilin for strong translating cells and cytokeratin for epidermal cells. Next The light microscopic investigations were also electron microscopically different cell types are morphologically characterized, as well Cell-cell contacts as a sign of cellular Interactions are found.
Es wurden bisher u.a. glatte Muskelzellen, Neuronen, Gliazellen, Epithelzellen, Fettzellen, Herzzellen, Nierenzellen, Fibroblasten (z.B. Haut- und Sehnenfibroblasten), Chondrozyten, endokrine und exokrine Drüsenzellen und damit Zelltypen aller drei Keimblätter in diesen organoiden Körpern morphologisch/histologisch und/oder immunochemisch nachgewiesen.It were previously u.a. smooth muscle cells, neurons, glial cells, epithelial cells, Fat cells, cardiac cells, kidney cells, fibroblasts (e.g. Tendon fibroblasts), chondrocytes, endocrine and exocrine glandular cells and thus cell types of all three cotyledons in these organoid bodies morphologically / histologically and / or immunochemically detected.
In den folgenden, nicht-beschränkenden Beispielen soll die vorliegende Erfindung näher erläutert werden.In the following, non-limiting Examples, the present invention will be explained in more detail.
Die allgemeinen Arbeitsanweisungen, wie sie für Verfahren zur Kultivierung von Säugerzellen, insbesondere humanen Zellen, gebräuchlich sind, sind zu beachten. Eine sterile Umgebung, in der das Verfahren durchgeführt werden soll, ist – auch wenn hierzu keine weitere Beschreibung erfolgt – in jedem Fall einzuhalten. Folgende Puffer und Medien wurden verwendet: The general working instructions, as they are used for methods for culturing mammalian cells, in particular human cells, are to be observed. A sterile environment in which the procedure is to be carried out is to be adhered to in every case, even if no further description is given. The following buffers and media were used:
Statt fötalem Kalbserum (FKS) im Nährmedium und Differenzierungsmedium kann gegebenenfalls auch Plasma oder Serum einer anderen geeigneten Spezies, insbesondere Humanplasma oder, weniger bevorzugt, Humanserum, verwendet werden.Instead of fetal Calf serum (FCS) in the nutrient medium and differentiation medium may optionally also plasma or Serum of another suitable species, in particular human plasma or, less preferably, human serum.
Das Nährmedium kann als Basismedium statt des verwendeten DMEM-Mediums auch ein anderes für die Kultivierung von eukaryotischen Zellen, insbesondere Säugerzellen, bekanntes geeignetes Basismedium enthalten, in dem die differenzierten Zellen absterben und sich die gewünschten Stammzellen vermehren. Auch Isolationsmedium, Inkubationsmedium und Differenzierungsmedium können ein anderes übliches und geeignetes Basismedium enthalten.The broth may also be used as the basic medium instead of the DMEM medium used other for the Cultivation of eukaryotic cells, in particular mammalian cells, contain known suitable base medium in which the differentiated Dying cells and multiply the desired stem cells. Also Isolation medium, incubation medium and differentiation medium can be other usual and suitable base medium.
Die folgenden Beispiele 1 bis 3 beschreiben Arbeitsprotokolle zur Isolierung und Kultivierung adulter pluripotenter Stammzellen aus acinärem Gewebe des Pankreas bzw. aus acinärem und tubulösem Gewebe der Speicheldrüse.The Examples 1 to 3 below describe working protocols for the isolation and culturing adult pluripotent stem cells from acinar tissue of the pancreas or acinar and tubulosic Tissue of the salivary gland.
BEISPIEL 1EXAMPLE 1
Zur Isolierung und Kultivierung von humanen adulten Stammzellen wurde humanes Gewebe von erwachsenen Patienten unmittelbar nach einem chirurgischen Eingriff erhalten und sofort aufgearbeitet. Aus dem chirurgisch entfernten Gewebe, z.B. Pankreasgewebe, wurde gesundes Gewebe abgetrennt und in Digestionsmedium, enthaltend HEPES-Eagle-Medium (pH 7,4), 0,1 mM HEPES-Puffer (pH, 7,6), 70% (Vol./Vol.) modifiziertes Eagle-Medium, 0,5 % (Vol./Vol.) Trasylol (Bayer AG, Leverkusen, Deutschland), 1 % (Gew./Vol.) Rinderserumalbumin), 2,4 mM CaCl2 und Kollagenase (0,63 P/mg, Serva, Heidelberg, Deutschland), aufgenommen (bei 20 °C, geringerer Stoffwechsel). Das Pankreasgewebe wurde mit einer Schere sehr fein zerkleinert, oben schwimmendes Fettgewebe abgesaugt und die Gewebesuspension mit Carbogen (Messer, Krefeld, Deutschland) begast, ohne dass die Düse in das Medium mit den Zellen gelangt (Verringerung von mechanischem Streß) und damit auf pH 7,4 eingestellt. Danach wurde die Suspension in einem 25-ml-Erlenmeyerkolben (mit Alufolie bedeckt) unter konstantem Schütteln (150–200 Zyklen pro Minute) bei 37 °C in 10 ml Digestionsmedium inkubiert. Nach 15–20 Minuten wurde das oben schwimmende Fett und das Medium abgesaugt und das Gewebe wurde erneut zerkleinert und mit Medium ohne Kollagenase gespült (Vorgang mindestens zweimal wiederholen, vorzugsweise solange bis Zellfraktion transparent), worauf Digestionsmedium zugegeben und erneut etwa 1 Minute lang mit Carbogen begast wurde . Es folgte wiederum eine Digestion mit Kollagenase für 15 Minuten bei 37°C im Schüttler unter Verwendung desselben Puffers. Nach der Digestion wurden die Acini durch sukzessives Hochziehen und Ausstossen durch 10 ml-, 5 ml- und 2 ml-Glaspipetten mit engen Öffnungen dissoziiert und durch ein einlagiges Nylonsieb (Polymon PES-200/45, Angst & Pfister AG, Zürich, Schweiz) mit einer Maschengröße von etwa 250 μm filtriert. Die Acini wurden zentrifugiert (bei 37°C und 600–800 UpM in einer Beckman-GPR-Zentrifuge, entspricht etwa 50–100 g) und weiter gereinigt durch Waschen in Inkubationsmedium, enthaltend 24,5 mM HEPES (pH 7,5), 96 mM NaCl, 6 mM KCl, 1 mM MgCl2, 2, 5 mM NaH2PO4, 0, mM CaCl2, 11, 5 mM Glucose, 5 mM Natriumpyruvat, 5 mM Natriumglutamat, 5 mM Natriumfumarat, 1 (Vol./Vol.) modifiziertes Eagle-Medium, 1 % (Gew./Vol.) Rinderserumalbumin, mit Carbogen äquilibriert und auf pH 7,4 eingestellt. Die Waschprozedur (Zentrifugation, Absaugen, Resuspension) wurde fünfmal wiederholt. Soweit nicht anders angegeben, wird bei der obigen Isolierung bei etwa 20 °C gearbeitet.For the isolation and cultivation of human adult stem cells, human tissue was obtained from adult patients immediately after surgery and repaired immediately. From the surgically removed tissue, eg pancreatic tissue, healthy tissue was separated and placed in digestion medium containing HEPES Eagle medium (pH 7.4), 0.1 mM HEPES buffer (pH, 7.6), 70% (vol. / Vol.) Modified Eagle's medium, 0.5% (v / v) Trasylol (Bayer AG, Leverkusen, Germany), 1% (w / v) bovine serum albumin), 2.4 mM CaCl 2 and collagenase (0.63 P / mg, Serva, Heidelberg, Germany), taken (at 20 ° C, less metabolism). The pancreatic tissue was minced very finely with a pair of scissors, upper floating adipose tissue was aspirated and the tissue suspension was fumigated with carbogen (Messer, Krefeld, Germany) without the nozzle entering the medium containing the cells (reduction of mechanical stress) and thus to pH 7 , 4 set. Thereafter, the suspension was incubated in a 25 ml Erlenmeyer flask (covered with alufoil) with constant shaking (150-200 cycles per minute) at 37 ° C in 10 ml of digestion medium. After 15-20 minutes, the supernatant fat and medium were aspirated and the tissue was reshuffled and rinsed with collagenase-free medium (repeat at least twice, preferably until cell fraction transparent), followed by digestion medium and again with carbogen for about 1 minute was fumigated. Again, collagenase digestion followed for 15 minutes at 37 ° C in a shaker using the same buffer. After digestion, the acini were dissociated by successive pulling and ejection through 10 ml, 5 ml and 2 ml narrow-bore glass pipettes through a single-layer nylon mesh (Polymon PES-200/45, Angst & Pfister AG, Zurich, Switzerland). filtered with a mesh size of about 250 microns. The acini were centrifuged (at 37 ° C and 600-800 rpm in a Beckman GPR centrifuge, equivalent to about 50-100 g) and further purified by washing in incubation medium containing 24.5 mM HEPES (pH 7.5), 96mM NaCl, 6mM KCl, 1mM MgCl 2 , 2.5mM NaH 2 PO 4 , 0mM CaCl 2 , 11, 5mM Glucose, 5mM Sodium pyruvate, 5mM Sodium glutamate, 5mM sodium fumarate, 1 (Vol. / Vol.) Modified Eagle's medium, 1% (w / v) bovine serum albumin, equilibrated with carbogen and adjusted to pH 7.4. The washing procedure (centrifugation, aspiration, resuspension) was repeated five times. Unless otherwise stated, the above insulation is operated at about 20 ° C.
Die Acini wurden in Inkubationsmedium resuspendiert und bei 37°C in einer angefeuchten Atmosphäre mit 5 % CO2-kultiviert. Das acinäre Gewebe starb dabei schnell (innerhalb von zwei Tagen) ab und. die sterbenden differenzierten Zellen lösten sich dabei von den benachbarten Zellen, ohne diese zu schädigen (schonende Isolierung), die nicht absterbenden Stammzel len sanken zu Boden und hefteten sieh an. Die differenzierten Acinizellen sind dazu nicht in der Lage. Das Inkubationsmedium wurde am zweiten oder dritten Tag nach dem Aussäen erstmals gewechselt, wobei ein Großteil der frei schwimmenden Acini und acinären Zellen entfernt wurde. Zu diesem Zeitpunkt hatten sich die ersten Stammzellen bzw. deren Vorläufer am Boden festgesetzt und begannen sich zu teilen. Der Mediumwechsel wurde danach an jedem dritten Tag wiederholt und differenzierte acinäre Pankreaszellen wurden bei jedem Mediumwechsel entfernt.The acini were resuspended in incubation medium and cultured at 37 ° C in a humidified atmosphere with 5% CO 2 . The acinar tissue died rapidly (within two days) and. the dying, differentiated cells detached themselves from the neighboring cells without damaging them (gentle isolation), the non-dying stem cells sank to the ground and became attached. The differentiated acinic cells are not able to do this. The incubation medium was first changed on the second or third day after seeding, with much of the free-floating acini and acinar cells removed. By that time, the first stem cells or their precursors had settled on the ground and began to divide. The medium change was then repeated every third day, and differentiated acinar pancreatic cells were removed with each medium change.
Am siebenten Tag in Kultur wurden die Zellen mit einer Lösung bestehend aus 2 ml PBS, 1 ml Trypsin (+ 0,05 % EDTA) und 2 ml Inkubationsmedium passagiert. Dabei lösen sich die Zellen vom Boden der Kulturschale. Die Zellsuspension wurde 5 Minuten bei etwa 1000 UpM (Beckmann GPR-Zentrifuge) zentrifugiert, der Überstand abgesaugt und die Zellen in 2 ml Inkubationsmedium resuspendiert, auf eine mittlere Zellkulturflasche überführt und 10 ml Inkubationsmedium dazugegeben. At the seventh day in culture, the cells were made up with a solution from 2 ml PBS, 1 ml trypsin (+ 0.05% EDTA) and 2 ml incubation medium passaged. Solve it the cells from the bottom of the culture dish. The cell suspension was Centrifuged for 5 minutes at about 1000 rpm (Beckmann GPR centrifuge), the supernatant aspirated and the cells are resuspended in 2 ml of incubation medium, transferred to a middle cell culture flask and 10 ml incubation medium added.
Am vierzehnten Tag in Kultur wurden die Zellen erneut, aber diesmal mit 6 ml PBS, 3 ml Trypsin/EDTA und 6 ml Inkubationsmedium, passagiert. Die Zellsuspension wird 5 Minuten bei 1000 UpM zentrifugiert, der Überstand abgesaugt und die Zellen in 6 ml Inkubationsmedium resuspendiert, auf 3 mittlere Zellkulturflaschen überführt und jeweils 10 ml Inkubationsmedium dazugegeben.At the fourteenth day in culture, the cells were re-but this time with 6 ml PBS, 3 ml trypsin / EDTA and 6 ml incubation medium, passaged. The cell suspension is centrifuged for 5 minutes at 1000 rpm, the supernatant aspirated and the cells resuspended in 6 ml incubation medium, transferred to 3 medium cell culture flasks and 10 ml each of incubation medium added.
Am Tag 17 erfolgte ein drittes Passagieren auf insgesamt 6 mittlere Zellkulturflaschen und am Tag 24 ein viertes Passagieren auf insgesamt 12 mittlere Zellkulturflaschen. Spätestens jetzt waren alle primären Zellen bis auf die Stammzellen aus der Zellkultur entfernt.At the Day 17 was a third passenger to a total of 6 middle Cell culture bottles and on day 24 a fourth passenger on total 12 medium cell culture bottles. By now all were primary cells removed from the cell culture except for the stem cells.
Die Stammzellen können weiter kultiviert werden und so oft passagiert und ausgesät wie gewünscht. Das Aussäen erfolgt vorzugsweise jeweils in einer Dichte von 2–4 × 105 Zellen/cm2 in Inkubationsmedium.The stem cells can be further cultured and passaged and seeded as often as desired. The sowing is preferably carried out in each case at a density of 2-4 × 10 5 cells / cm 2 in incubation medium.
BEISPIEL 2EXAMPLE 2
Pankreas-Acini wurden von männlichen Sprague-Dawley-Ratten (20–300 g) erhalten, die narkotisiert (CO2) und über die dorsale Aorta ausgeblutet worden waren. Eine Kanüle wurde transduodenal in den Pankreasgang eingeführt und dem Pankreas wurde von hinten 10 ml Digestionsmedium, enthaltend HEPES-Eagle-Medium (pH 7,4), 0,1 mM HEPES-Puffer (pH, 7,6), 70% (Vol./Vol.) modifiziertes Eagle-Medium, 0,5 % (Vol./Vol.) Trasylol (Bayer AG, Leverkusen, Deutschland), 1 % (Gew./Vol.) Rinderserumalbumin), 2,4 mM CaCl2 und Kollagenase (0,63 P/mg, Serva, Heidelberg, Deutschland) injiziert.Pancreatic acini were obtained from male Sprague-Dawley rats (20-300 g) that had been anaesthetized (CO 2 ) and bled through the dorsal aorta. One cannula was transduodenally inserted into the pancreatic duct and 10 ml of digestion medium containing HEPES Eagle's medium (pH 7.4), 0.1 mM HEPES buffer (pH, 7.6), 70% (vol ./Vol.) Modified Eagle's medium, 0.5% (v / v) Trasylol (Bayer AG, Leverkusen, Germany), 1% (w / v) bovine serum albumin), 2.4 mM CaCl 2 and Collagenase (0.63 P / mg, Serva, Heidelberg, Germany) injected.
Vor der Entfernung wurde der Pankreas von anhaftendem Festgewebe, Lymphknoten und Blutgefäßen teilweise befreit. Dann wurde gesundes Pankreasgewebe in Digestionsmedium abgeholt (bei 20 °C, geringerer Stoffwechsel) und das Pankreasgewebe mit einer Schere sehr fein zerkleinert und verarbeitet wie in Beispiel 1 beschrieben.In front the pancreas was removed by adhering festive tissue, lymph nodes and blood vessels partially freed. Then, healthy pancreatic tissue became digestive medium picked up (at 20 ° C, lesser metabolism) and the pancreatic tissue with scissors very finely crushed and processed as described in Example 1.
BEISPIEL 3EXAMPLE 3
Die Isolierung und Kultivierung aus exokrinem Gewebe der Ohrspeicheldrüse erfolgte analog dem Pankreas-Protokoll mit den folgenden Abweichungen:
- 1. Das exokrine Gewebe der Ohrspeicheldrüse war eine Mischung von acinärem Gewebe und tubulösem Gewebe.
- 2. Nachdem Speicheldrüsen weniger Proteasen und Amylasen als Pankreas enthalten, ist es möglich, das Speicheldrüsengewebe vor der Aufarbeitung einige Zeit im Kühlschrank bei etwa 4°C aufzubewahren, ohne dass das Gewebe zu sehr geschädigt wird.
- 1. The exocrine tissue of the parotid gland was a mixture of acinar tissue and tubular tissue.
- 2. After salivary glands contain less proteases and amylases than pancreas, it is possible to store the salivary gland tissue in the refrigerator at about 4 ° C for some time before working up, without damaging the tissue too much.
Im konkreten Beispielsfall betrug die Aufbewahrungszeit 15 h und brachte keine nachteiligen Folgen für die Isolierung der gewünschten Stammzellen mit sich.in the concrete example, the storage time was 15 h and brought no adverse consequences for the isolation of the desired Stem cells with them.
Die folgenden Beispiele 4 und 5 beschreiben detailliert zwei Arbeitsprotokolle zur Herstellung von organoiden Körpern (Organoid Bodies) und differenzierten Zellen.The Examples 4 and 5 below describe in detail two working protocols for the production of organoid bodies (Organoid Bodies) and differentiated cells.
BEISPIEL 4EXAMPLE 4
Die undifferenzierten Zellen werden mit einer Lösung aus 10 ml PBS, 4 ml Trypsin, 8 ml Differenzierungsmedium abtrypsiniert und 5 Minuten abzentrifugiert. Das resultierende Pellet wird so in Differenzierungsmedium resuspendiert, dass sich eine Verdünnung von 3000 Zellen je 100 μl Medium einstellt. Anschließend werden die Zellen nochmals gut mit einer 3 ml Pipette suspendiert.The undifferentiated cells are washed with a solution of 10 ml PBS, 4 ml trypsin, 8 ml of differentiation medium trypsinized and centrifuged for 5 minutes. The resulting pellet is resuspended in differentiation medium, that is a dilution of 3000 cells per 100 μl Medium adjusts. Then be The cells are resuspended well with a 3 ml pipette.
Von bakteriologischen Petrischalen, die vorher mit jeweils 15 ml PBS (37 °C) pro Platte beschichtet worden sind, wird der Deckel abgenommen und umgedreht. Mit Hilfe einer automatischen Pipette werden auf einen Deckel ca. fünfzig 20 μl Tropfen gegeben. Der Deckel wird dann schnell umgedreht und auf die mit Differenzierungsmedium gefüllte Petrischale gegeben, sodass die Tropfen nach unten hängen. Die Petrischalen werden anschließend vorsichtig in den Brutschrank gestellt und für 48 h inkubiert.From bacteriological Petri dishes, previously with 15 ml PBS each (37 ° C) have been coated per plate, the lid is removed and turned around. With the help of an automatic pipette to one Cover about fifty 20 μl drops given. The lid is then turned over quickly and with the Differentiation medium filled Petri dish given so that the drops hang down. The Petri dishes will follow Place carefully in the incubator and incubate for 48 h.
Daraufhin werden die in den hängenden Tropfen aggregierten Zellen, die hier Organoid Bodies (OB) genannt werden sollen, aus jeweils vier Deckeln in je eine bakteriologische Petrischale mit 5 ml Inkubationsmedium mit 20 % FKS überführt und für weitere 96 h kultiviert.thereupon be in the hanging Drop aggregated cells, here called Organoid Bodies (OB) should be made of four lids each in a bacteriological Petri dish with 5 ml incubation medium with 20% FCS transferred and for further Cultivated for 96 h.
Die Organoid Bodies werden nun vorsichtig mit einer Pipette aufgesammelt, und in mit 0,1 % Gelatine beschichtete Zellkulturgefäße mit Differenzierungsmedium überführt. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens verwendet man als Kulturgefäß mit 0,1 % Gelatine beschichtete 6 cm Petrischalen, in die 4 ml Differenzierungsmedium vorgelegt wurde und die anschließend mit je 6 Organoid Bodies beschickt werden. Ein weiteres bevorzugtes Kulturgefäß sind mit 0,1 % Gelatine beschichtete Chamber Slides, in die 3 ml Differenzierungsmedium vorgelegt wurde und die anschließend mit je 3–8 Organoid Bodies beschickt werden. Daneben können auch 24-Mulden-Mikrotiterplatten verwendet werden, die mit 0,1 Gelatine beschichtet wurden und in die je 1,5 ml pro Mulde Differenzierungsmedium vorgelegt wurde und anschließend mit je 4 Organoid Bodies beschickt werden.The Organoid Bodies are now collected carefully with a pipette, and transferred to 0.1% gelatin-coated cell culture vessels with differentiation medium. In a particularly preferred embodiment of the method used as a culture vessel with 0.1 % Gelatin coated 6 cm Petri dishes, into the 4 ml differentiation medium was submitted and then with 6 organoid bodies be charged. Another preferred culture vessel are with 0.1% gelatin coated chamber slides, into the 3 ml differentiation medium was submitted and then with 3-8 organoid Bodies be charged. In addition, 24-well microtiter plates can also be used used, which were coated with 0.1 gelatin and in which was submitted to 1.5 ml per well differentiation medium and subsequently be charged with 4 Organoid Bodies.
Derart kultiviert, ist die Differenzierungsfähigkeit der Zellen in den Organoid Bodies aktiviert und die Zellen differenzieren sich in Zellen der drei Keimblätter Mesoderm, Entoderm und Ektoderm. Die Zellen können sowohl als Organoid Bodies als auch als einzelne Zellen gelagert und kultiviert werden und behalten ihre Pluripotenz.Cultivated in this way, the differentiation ability of the cells in the organoid bodies is activated and the cells differentiate into cells of the three cotyledons mesoderm, endoderm and ectoderm. The cells can be stored and cultured both as organoid bodies and as individual cells and retain their plu ripotenz.
BEISPIEL 5EXAMPLE 5
Für die Induktion der Differenzierung wurden vorzugsweise Stammzellen nach dem 42. Tag der Kultivierung verwendet. Die Verwendung von Stammzellen nach der 3. oder 4. Passage oder von Zellen, die bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff 12–18 Monate lang gelagert worden waren, war ebenfalls problemlos möglich.For induction of differentiation were preferably stem cells after the 42nd Day of cultivation used. The use of stem cells after the 3rd or 4th passage or cells at the temperature of liquid Nitrogen 12-18 Was stored for months, was also easily possible.
Zunächst wurden die Zellen in Differenzierungsmedium mit der oben angegebenen Zusammensetzung überführt und auf eine Dich te von etwa 3 × 104 Zellen/ml eingestellt; z.B. durch Trypsinbehandlung einer Stammzellkultur in Nährmedium, 5-minütige Zentrifugation bei 1000 UpM und Resuspendierung des Pellets in Differenzierungsmedium und Verdünnung soweit erforderlich.First, the cells were transferred to differentiation medium having the composition given above and adjusted to a density of about 3 × 10 4 cells / ml; eg by trypsin treatment of a stem cell culture in nutrient medium, centrifugation at 1000 rpm for 5 minutes and resuspension of the pellet in differentiation medium and dilution as required.
Anschließend wurden mit einer 20-μl-Pipette ca. 50 20-μl-Tropfen (600 Zellen/20 μl) auf die Innenseite des Deckels einer bakteriologischen Petrischale gegeben (gestopfte Spitzen) und die Deckel vorsichtig auf die mit PBS gefüllten Petrischalen gestülpt, sodass die Tropfen nach unten hängen. Für jeden Deckel wurde eine neue Spitze verwendet. Die Petrischalen wurden anschließend vorsichtig in den Brutschrank gestellt und 48 h lang bei 37°C inkubiert.Subsequently were with a 20 μl pipette Approx. 50 20 μl drops (600 cells / 20 μl) on the Inside the lid of a bacteriological Petri dish given (stuffed tips) and the lids carefully onto the PBS-filled Petri dishes slipped, so that the drops hang down. For each Lid was used a new tip. The Petri dishes were subsequently Place carefully in the incubator and incubate for 48 h at 37 ° C.
Danach wurden die in den hängenden Tropfen aggregierten Zellen, die Organoid Bodies (OB), aus jeweils vier Deckeln in je eine bakteriologische Petrischale mit 5 ml Inkubationsmedium mit 20 % FKS überführt (Deckel schräg halten und die OBs mit etwa 2,5 ml Nährmedium abspülen) und für weitere 5–9 Tage, vorzugsweise 96 h, kultiviert.After that were those in the hanging Drops of aggregated cells, the Organoid Bodies (OB), from each four lids each in a bacteriological Petri dish with 5 ml incubation medium transferred with 20% FCS (cover aslant and rinse the OBs with about 2.5 ml of nutrient medium) and for further 5-9 days, preferably 96 h, cultured.
Die Organoid Bodies wurden nun vorsichtig mit einer Pipette aufgesammelt und in mit 0,1 % Gelatine beschichtete Zellkulturgefäße mit Differenzierungsmedium überführt. Die OB vermehrten sich nun und wuchsen in zum Teil einzelnen Zelkolonien, die wieder vermehrt, vereinzelt und vermehrt werden konnten. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wurden als Kulturgefäß mit 0,1 % Gelatine beschichtete 6 cm Petrischalen verwendet, in die 4 ml Differenzierungsmedium vorgelegt worden war, und diese mit je 6 Organoid Bodies beschickt. Ein weiteres bevorzugtes Kulturgefäß waren mit 0,1 % Gelatine beschichtete Chamber Slides, in die 3 ml Differenzierungsmedium vorgelegt wurde und die anschlie- ßend mit je 3–8 Organoid Bodies beschickt wurden, und Thermanox-Platten (Nalge Nonc International, USA) für elektronenmikroskopische Studien. Eine weitere Alternative waren 24-Mulden-Mikrotiterplatten, die mit 0,1 % Gelatine beschichtet wurden und in die je 1,5 ml pro Mulde Differenzierungsmedium vorgelegt wurde und die anschließend mit je 4 Organoid Bodies beschickt wurden.The Organoid bodies were now collected carefully with a pipette and transferred to 0.1% gelatin-coated cell culture vessels with differentiation medium. The OB now multiplied and grew in some individual cell colonies, which could be increased again, isolated and multiplied. In a particularly preferred embodiment of the method have been as a culture vessel with 0.1 % Gelatin coated 6 cm Petri dishes used in the 4 ml Differentiation medium was presented, and this with 6 organoid Bodies loaded. Another preferred culture vessel was with 0.1% gelatin-coated chamber slides, into the 3 ml differentiation medium and subsequently with 3-8 organoid Bodies and Thermanox plates (Nalge Nonc International, USA) for Electron microscopic studies. Another alternative was 24-well microtiter plates coated with 0.1% gelatin were submitted and in each 1.5 ml per well of differentiation medium and subsequently were each loaded with 4 Organoid Bodies.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wurden OBs etwa 7 Wochen lang in den gelatine-beschichteten 6-cm-Petrischalen kultiviert und danach wurden einzelne OBs mit dem Microdissector (Eppendorf, Hamburg, Deutschland) nach den Anweisungen des Herstellers ausgeschnitten und dann z.B. auf frische 6-cm-Petrischalen, Chamber Slides oder Thermanox-Platten überführt. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wurden einzelne OBs mit Pipettenspitzen durch leichtes Ansaugen abgelöst und transferiert, anschließend z.B. Beobachtung unter dem inversen Mikroskop.In In a preferred embodiment of the method, OBs were about 7 Were cultured for weeks in the gelatin-coated 6 cm Petri dishes and then individual OBs with the Microdissector (Eppendorf, Hamburg, Germany) cut out according to the manufacturer's instructions and then transferred to fresh 6 cm Petri dishes, chamber slides or Thermanox plates. In In another preferred embodiment, individual OBs were included Pipette tips detached by light suction and transferred, then, for. Observation under the inverted microscope.
BEISPIEL 6EXAMPLE 6
Charakterisierung differenzierter Zellen in den organoiden KörpernCharacterization more differentiated Cells in the organoid bodies
1. Immunohistochemie 1. Immunohistochemistry
Organoid Bodies, die mindestens 3 Wochen lang auf Chamber Slides kultiviert worden waren, sowie Querschnitte von "Lang- zeit"-OBs wurden zweimal in PBS gespült, fünf Minuten lang mit Methanol:Aceton (7:3), enthaltend 1 g/ml DAPI (Roche, Schweiz) bei –20°C fixiert und dreimal in PBS gewaschen. Nach Inkubation in 10%igem normalem Ziegenserum bei Raumtemperatur für 15 Minuten wurden die Proben über Nacht mit primären Antikörpern bei 4°C in einer Befeuchtungskammer inkubiert. Die primären Antikörper waren gegen das Proteingenprodukt 9.5 (PGP 9.5, polyklonaler Kaninchenantikörper, 1:400, Ultraclone, Insel Wight), Neurofilamente (NF-Pan-Cocktail, polyklonaler Kaninchenantikörper, 1:200, Biotrend, Deutschland), α-Smooth-muscle-actin (α-SMA, monoklonaler Mausantikörper, 1:100, DAKO, Dänemark), gliales fibrilläres saures Protein (GFAP, monoklonaler Mausantikörper, 1:100, DAKO, Dänemark), Kollagen II (monoklonaler Mausantikörper II-II-6B3, 1:20, Developmental Studies Hybridoma Bank, University of Iowa, USA), Vigilin FP3 (1:200, Kügler et al., 1996), Cytokeratine (Pan Cytokeratin, monoklonaler Mausantikörper, 1:100, Sigma, USA), Alpha-Amylase (polyklonaler Kaninchenantikörper, 1:100, Calbiochem, Deutschland) und Insulin (monoklonaler Mausantikörper, 0,5 g/ml, Dianova, Deutschland) gerichtet. Nach dreimaligem Spülen mit PBS wurden Objektträger 45 Minuten lang bei 37°C mit entweder Cy3-markiertem Antimaus-IgG oder FITC-markiertem Antikaninchen-IgG (Dianova), beide 1 200 verdünnt, inkubiert. Die Objektträger wurden dreimal in PBS gewaschen, mit Vectashield Mounting Medium (Vector, USA) beschichtet und mit einem Fluoreszenzmikroskop (Axiosop Zeiss, Deutschland) oder mit einem konfokalen Laserscanningmikroskop (LSM 510 Zeiss, Deutschland) analysiert. Eine Alcianblaufärbung wurde mittels Standardverfahren durchgeführt.Organoid bodies cultured for at least 3 weeks on chamber slides and cross sections of "long term" OBs were rinsed twice in PBS for five minutes with methanol: acetone (7: 3) containing 1 g / ml DAPI (Roche, Switzerland) fixed at -20 ° C and washed three times in PBS. After incubation in 10% normal goat serum at room temperature for 15 minutes, the samples were incubated overnight with primary antibodies at 4 ° C in a humidification chamber. The primary antibodies were against the protein gene product 9.5 (PGP 9.5, rabbit polyclonal antibody, 1: 400, Ultraclone, Isle of Wight), neurofilaments (NF-Pan cocktail, rabbit polyclonal antibody, 1: 200, Biotrend, Germany), α-smooth muscle -actin (α-SMA, mouse monoclonal antibody, 1: 100, DAKO, Denmark), glial fibrillary acidic protein (GFAP, mouse monoclonal antibody, 1: 100, DAKO, Denmark), collagen II (mouse monoclonal antibody II-II-6B3, 1 : 20, Developmental Studies Hybridoma Bank, University of Iowa, USA), Vigilin FP3 (1: 200, Kügler et al., 1996), cytokeratins (Pan Cytokeratin, mouse monoclonal antibody, 1: 100, Sigma, USA), alpha-amylase (polyclonal rabbit antibody, 1: 100, Calbiochem, Germany), and insulin (mouse monoclonal antibody , 0.5 g / ml, Dianova, Germany). After rinsing three times with PBS, slides were incubated for 45 minutes at 37 ° C with either Cy3-labeled anti-mouse IgG or FITC-labeled anti-rabbit IgG (Dianova), both diluted 1,200. The slides were washed three times in PBS, coated with Vectashield Mounting Medium (Vector, USA) and analyzed with a fluorescence microscope (Axiosop Zeiss, Germany) or with a confocal laser scanning microscope (LSM 510 Zeiss, Germany). Alcianblue staining was done by standard procedures.
2. Transmissionselektronenmikroskopie2. Transmission Electron Microscopy
OBs wurden auf Thermanox-Platten (Nalge Nonc International, USA) mindestens 3 Wochen lang kultiviert. An den Thermanox-Platten haftende Proben wurden durch Eintauchen in 0,1 M Cacodylat-Puffer, enthaltend 2,5 % Glutaraladehyd und 2 % Paraformaldehyd, bei pH 7,4 24 h lang inkubiert. Nach einer Nachfixierung in 1% OsO4, "en bloc"-Anfärbung mit 2% Uranylacetat und Dehydrierung in reinen Alkoholen wurden die Proben in Araldite eingebettet. Nach Entfernung der Thermanox-Platte wurden Semithin-Schnitte entweder tangential oder senkrecht zur eingebetteten en Zellkultur vorgenommen und mit Methylenblau und Azur II geschnitten. Ultradünne Schnitte wurden aus den Regionen von Interesse ausgeschnitten, mit Bleicitrat angefärbt und unter einem Transmissionselektronenmikroskop (Phillips, EM 109) untersucht.OBs were cultured on Thermanox plates (Nalge Nonc International, USA) for at least 3 weeks. Samples adhering to the Thermanox plates were incubated by immersion in 0.1 M cacodylate buffer containing 2.5% glutaraldehyde and 2% paraformaldehyde at pH 7.4 for 24 hours. After post-fixation in 1% OsO 4 , en bloc staining with 2% uranyl acetate and dehydration in pure alcohols, the samples were embedded in Araldite. After removal of the Thermanox plate, semithin sections were made either tangentially or perpendicular to the embedded cell culture and cut with methylene blue and azure II. Ultrathin sections were excised from the regions of interest stained with lead citrate and examined under a transmission electron microscope (Phillips, EM 109).
Die folgenden Beispiele 7 bis 10 beschreiben das Kontaktieren von organoiden Körpern, die wie oben beschrieben hergestellt wurden, mit verschiedenen Wirkstoffen und die Feststellung einer durch den jeweiligen Wirkstoff verursachten Veränderung der organoiden Körper und/oder der darin enthaltenen differenzierten Zellen durch direkten visuellen Nachweis bzw. den Nachweis von Markerproteinen.The Examples 7 to 10 below describe contacting organoids bodies which were prepared as described above, with various active ingredients and the determination of a caused by the respective active ingredient change the organoid body and / or the differentiated cells contained therein by direct visual detection or detection of marker proteins.
BEISPIEL 7EXAMPLE 7
Bei diesem und den folgenden Beispielen werden mehrere gemeinsam vermehrte organoide Körper einer Charge (z.B. durch Trennung geeigneter Organoide und erneute Vergrößerung bis zur gewünschten Anzahl erzeugt), üblicherweise mindestens 6 in einer Gruppe, für einen Versuch eingesetzt.at In this and the following examples, several are multiplied together organoid body of a Charge (e.g., by separation of suitable organoids and re-enlargement to to the desired Number generated), usually at least 6 in a group, for used a try.
Bei
diesem Beispiel wurden organoide Körper für einen Zeitraum von 1 bis
2 Tagen verschiedenen mikromolaren Konzentrationen von Puromycin,
einem Wirkstoff, der die Translation hemmt, ausgesetzt. Danach wurde
die Größe der behandelten
organoiden Körper
mit derjenigen einer unbehandelten Kontrolle verglichen (siehe mikroskopische
Vergleichsaufnahme in
BEISPIEL 8EXAMPLE 8
Die
organoiden Körper
wurden mit 2 × 10–6 M
Retinsäure
oder ohne Retinsäure
7, 11, 14 und 17 Tage lang inkubiert. Danach wurden die organoiden
Körper
wie in Beispiel 7 beschrieben homogenisiert und einem Westernblot-Assay
unterworfen. Es wurden die Marker α-SMA (α-smooth muscle actin) und ein
Gemisch von Neurofilamenten (NF) angefärbt (
BEISPIEL 9EXAMPLE 9
Die
organoiden Körper
wurden mit 40 ng/ml HGF („hepatocyte
growth factor")
oder ohne HGF 7, 11, 14 und 17 Tage lang inkubiert. Danach wurden
die organoiden Körper
wie in Beispiel 7 beschrieben homogenisiert und einem Westernblot-Assay
unterworfen. Es wurde die Bildung des Leberproteins α-Fetoprotein untersucht
(
BEISPIEL 10EXAMPLE 10
Organoide
Körper
wurden ohne oder mit konditioniertem Medium von Chondrozyten-Primärkulturen inkubiert
und das Vorhandensein von Kollagen-II als typischem Knorpelprotein
wieder mit einem Westernblot wie oben untersucht (
Die obigen Beispiele demonstrieren nur eine prinzipielle Vorgehensweise bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einer kleinen Auswahl chemischer Wirkstoffe und Nachweisverfahren. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Alternativen, insbesondere alternative Nachweisverfahren, sind dem Fachmann bekannt oder anhand der detaillierten Offenbarung dieser Anmeldung in Verbindung mit dem zitierten Stand der Technik unschwer aufzufinden.The The above examples demonstrate only a basic procedure in the execution of the present invention with a small selection of chemical Active substances and detection methods. However, the invention is by no means to these embodiments limited. Alternatives, in particular alternative detection methods, are the One skilled in the art or by the detailed disclosure of this Application in connection with the cited prior art easily find.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln oder auch in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.The in the foregoing description, claims and drawings Features of the invention can either individually or in combination for the realization of the invention be significant in their various embodiments.
Claims (30)
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