Questo protocollo descrive la creazione di organoidi tissutali tridimensionali (3D) da cellule primarie di epitelio ovarico umano (hOSE). Il protocollo include l’isolamento dell’hOSE dalle ovaie appena raccolte, l’espansione cellulare dell’hOSE, le procedure di crioconservazione-scongelamento e la derivazione degli organoidi. Sono inclusi l’immunofluorescenza, l’analisi quantitativa e l’utilità di presentazione come piattaforma di screening.
L’epitelio della superficie ovarica (OSE), lo strato più esterno dell’ovaio, subisce una rottura durante ogni ovulazione e svolge un ruolo cruciale nella guarigione delle ferite ovariche, ripristinando al contempo l’integrità ovarica. Inoltre, l’OSE può fungere da fonte di tumori ovarici epiteliali. Sebbene le proprietà rigenerative dell’OSE siano state ben studiate nei topi, la comprensione del preciso meccanismo di riparazione dei tessuti nell’ovaio umano rimane ostacolata dall’accesso limitato alle ovaie umane e da adeguati protocolli di coltura in vitro . Gli organoidi tessuto-specifici, modelli in vitro miniaturizzati che replicano sia gli aspetti strutturali che funzionali dell’organo originale, offrono nuove opportunità per lo studio della fisiologia degli organi, la modellazione delle malattie e i test sui farmaci.
Qui, descriviamo un metodo per isolare l’OSE umano primario (hOSE) da ovaie intere e stabilire organoidi hOSE. Includiamo una caratterizzazione morfologica e cellulare che mostra l’eterogeneità tra i donatori. Inoltre, dimostriamo la capacità di questo metodo di coltura di valutare gli effetti ormonali sulla crescita degli organoidi OSE per un periodo di 2 settimane. Questo metodo può consentire la scoperta di fattori che contribuiscono alla rigenerazione dell’OSE e facilitare gli screening farmacologici specifici per il paziente per l’OSE maligna.
L’ovaio è considerato uno degli organi più dinamici del corpo, sottoposto a cicli costanti di guarigione e rimodellamento delle ferite per tutta la durata della vita riproduttiva dell’individuo. Uno dei principali attori coinvolti nella rigenerazione del tessuto ovarico dopo ogni ciclo ovulatorio è l’epitelio della superficie ovarica (OSE)1. L’OSE è un singolo strato derivato dal mesotelio contenente cellule epiteliali piatte, cuboidali e colonnari che coprono l’intera superficie ovarica2. Prima dell’ovulazione, il tessuto stromale ovarico sulla superficie del follicolo ovulatorio subisce un’interruzione proteolitica per consentire il rilascio del complesso cumulo-ovocita. L’area ferita, nota come stigma ovulatorio, viene quindi riparata, con la chiusura completa della superficie ovarica ottenuta in meno di 72 ore nei topi3. La capacità altamente efficiente dell’OSE di proliferare e chiudere la ferita ovulatoria evidenzia la presunta esistenza di una popolazione di cellule staminali residente4. A causa della limitata disponibilità di ovaie umane da donatori in età riproduttiva, la maggior parte delle conoscenze sui meccanismi di riparazione dell’OSE proviene da modelli animali. Tuttavia, le caratteristiche specie-specifiche ostacolano la traduzione dalla ricerca ovarica su base animale all’uomo5.
Gli studi in vitro hanno utilizzato prevalentemente colture cellulari bidimensionali (2D) di OSE umano, in cui le cellule sono cresciute in un monostrato attaccato alla superficie di una piastra di coltura, grazie alla sua economicità e alla facilità di coltura 6,7,8. Tuttavia, questo approccio ha dei limiti nel replicare la complessità della dinamica del tessuto ovarico9. A questo proposito, le piattaforme di coltura cellulare 3D con particolare attenzione agli organoidi ovarici hanno rivoluzionato la ricerca ovarica10. Gli organoidi tissutali sono rappresentazioni miniaturizzate in vitro dell’organo da cui derivano, esibendo capacità di auto-organizzazione 3D e imitando le funzioni e le strutture chiave delle loro controparti in vivo 11. Questa tecnologia offre la possibilità di far luce su questioni fondamentali riguardanti lo sviluppo, la rigenerazione e la riparazione dei tessuti nell’ovaio umano10. Negli ultimi anni, i ricercatori hanno anche applicato le conoscenze sugli organoidi ovarici per la generazione di organoidi di carcinoma ovarico (OC) paziente-specifici per la modellazione della malattia e la medicina personalizzata 12,13,14.
Sulla base di diversi metodi utilizzati per la generazione di organoidi OSE di topo e organoidi delle tube di Falloppio (FT)15,16, nonché di organoidi OSE umani12 e FT17, descriviamo qui un protocollo per la derivazione di organoidi OSE umani da ovaie umane con potenziali applicazioni negli studi di rigenerazione OSE. Questo protocollo isola in modo efficiente le cellule OSE primarie da ovaie umane intere e include una descrizione dettagliata dell’espansione cellulare 2D e della generazione di organoidi hOSE 3D. Gli organoidi hOSE hanno mostrato variabilità (specifica del donatore) nella morfologia e nella crescita, evidenziando la loro utilità per studi personalizzati. Inoltre, questo protocollo include il mantenimento, il passaggio e l’immunofluorescenza degli organoidi hOSE all’interno della stessa piastra di coltura. Inoltre, fornisce una descrizione della diversa morfologia che gli organoidi hOSE possono adottare e caratterizza i cambiamenti nell’immunofenotipo durante la coltura. Infine, mostra l’utilità studiando l’influenza di stimoli ambientali, come gli ormoni ovarici, sulla formazione e la crescita degli organoidi hOSE in base al numero e alle dimensioni degli organoidi hOSE.
L’applicazione della tecnologia degli organoidi hOSE migliorerà la nostra comprensione dell’ovaio, con un’enfasi specifica sui meccanismi responsabili della sua notevole capacità rigenerativa. Con la continua evoluzione dei modelli ovarici umani 3D, la dipendenza dai modelli animali nella ricerca ovarica diminuirà, portando a terapie innovative nel campo della medicina rigenerativa18.
La tecnologia degli organoidi 3D sta emergendo come uno strumento indispensabile per la ricerca medica. Da un lato, questa piattaforma in vitro offre la possibilità di studiare questioni meccanicistiche fondamentali sulla rigenerazione dei tessuti, la guarigione delle ferite e lo sviluppo18. D’altra parte, gli organoidi 3D derivati da campioni di pazienti consentono studi di medicina personalizzata, tra cui diagnostica, test di farmaci e terapia cellulare 12,13,14,37,38. Nel campo della ricerca ovarica, l’hOSE ha guadagnato un notevole interesse a partire dalla sua implicazione come origine dei carcinomi ovarici epiteliali39. Sebbene si pensi che la maggior parte del carcinoma ovarico sieroso di alto grado (HGSOC), uno dei tumori ovarici epiteliali più comuni, derivi dalle tube di Falloppio40, l’attuale ricerca su organoidi ovarici 3D di topi ha proposto una potenziale doppia origine dell’HGSOC dall’OSE e dalle tube di Falloppio 15,16.
Qui, abbiamo descritto un protocollo per la derivazione di organoidi hOSE 3D e ne abbiamo delineato l’applicazione per portare nuove conoscenze meccanicistiche nella rigenerazione del tessuto ovarico. Questo protocollo include un metodo passo-passo per isolare le cellule hOSE primarie dalle ovaie umane e generare organoidi hOSE 3D. Per garantire un’efficiente derivazione degli organoidi hOSE, è fondamentale ridurre al minimo la manipolazione ovarica. A causa della sua posizione sulla superficie ovarica e dell’organizzazione monostrato, l’hOSE è soggetto a danni e perdite durante l’ovariectomia e la manipolazione degli organi. Per questo motivo, abbiamo privilegiato un metodo enzimatico e raschiante applicato a tutto l’ovaio per isolare hOSE 2,8. Nel presente protocollo, è stato applicato un trattamento enzimatico delicato per interrompere le connessioni intercellulari hOSE, seguito da un leggero raschiamento della superficie ovarica.
Confrontando la coltura 2D con la coltura 3D di hOSE, è importante notare che, nonostante l’alto tasso di proliferazione iniziale delle cellule hOSE nella coltura 2D, le loro caratteristiche cellulari sono alterate a causa dell’EMT, suggerendo che le condizioni di coltura 2D applicate non sono adatte a mantenere una morfologia epiteliale. Al contrario, gli organoidi 3D hOSE potrebbero essere passati almeno 4 volte senza segni di senescenza. I OSE_3D terreni di coltura degli organoidi utilizzati si basavano su quelli utilizzati da Kopper e colleghi per la derivazione di OC e organoidi hOSE sani12 e da Kessler e colleghi per la derivazione di organoidi FT umani17. La differenza principale è stata la sostituzione dei terreni condizionati umani Wnt3a e R-spondin-1 con proteine ricombinanti disponibili in commercio per facilitare la riproducibilità.
Le tecniche di immunofluorescenza in genere comportano la rimozione del campione di tessuto dalla piastra di coltura e il suo trattamento per la paraffina o la criosezione. Quando si lavora con strutture molto piccole, il rischio di perderle durante l’elaborazione dei campioni è elevato. In questo protocollo, la derivazione degli organoidi hOSE avviene in piastre di coltura cellulare che consentono l’imaging diretto al microscopio senza la necessità di rimuovere gli organoidi hOSE dalla matrice BME. Inoltre, il metodo di immunofluorescenza a montatura intera utilizzato qui, descritto da Rezanejad e colleghi per organoidi duttali pancreatici41, ha permesso l’osservazione in situ della localizzazione delle proteine all’interno di organoidi morfologicamente intatti. Abbiamo dimostrato che, quando si esegue questo protocollo di immunofluorescenza su organoidi hOSE derivati in vetrini a camera multipozzetto, si ha una penetrazione anticorpale altamente efficiente con un segnale di fondo molto basso.
Sebbene la maggior parte degli organoidi hOSE derivati con questo metodo mancasse dell’espressione di CDH1, si sono formati alcuni organoidi hOSE CDH1+, raggiungendo dimensioni maggiori rispetto agli organoidi hOSE CDH1-. L’espressione di CDH1 è stata associata ai fenotipi neoplastici hOSE 2,35. Le ovaie utilizzate per l’isolamento hOSE sono state donate da donatrici transmascoline sane in età riproduttiva (27,1 ± 5 anni). Questi donatori erano in trattamento con testosterone per un periodo di 38 ± 15 mesi prima dell’ovariectomia. Non possiamo scartare la possibilità che le cellule CDH1+ hOSE sulla superficie ovarica possano essere attribuite al trattamento con testosterone. Sebbene il trattamento con androgeni sia stato collegato a cambiamenti ovarici, come l’anovulazione42, l’iperplasia dell’area corticale43 e l’aumento della rigidità corticale44, la patologia ovarica generale rimane benigna durante l’uso del testosterone45.
In sintesi, questo protocollo evidenzia il potenziale della generazione di organoidi 3D hOSE per decodificare domande meccanicistiche sulla rigenerazione del tessuto ovarico. È importante sottolineare che questo metodo potrebbe essere applicato anche per il rilevamento di cellule maligne presenti nelle biopsie ovariche di pazienti a rischio di sviluppo del cancro. Nel complesso, questo metodo supporta le potenziali applicazioni di questa innovativa piattaforma in vitro sia per gli studi fondamentali sulla funzione ovarica che per le applicazioni cliniche per trattamenti medici individualizzati.
The authors have nothing to disclose.
Vorremmo ringraziare tutti i pazienti che hanno donato tessuto per questo studio, i membri del gruppo Chuva de Sousa Lopes per le utili discussioni e I. De Poorter per aver progettato i cartoni animati utilizzati nella Figura 1. Questa ricerca è stata finanziata dal Consiglio Europeo della Ricerca, numero di sovvenzione ERC-CoG-2016-725722 (OVOGROWTH) per J.S.D.V. e S.M.C.d.S.L.; e la Novo Nordisk Foundation (reNEW), sovvenzione numero NNF21CC0073729 per J.S.D.V. e S.M.C.d.S.L.
0.05% Trypsin/EDTA | Invitrogen | 25200-056 | |
12-well Culture Plate | Corning | 3336 | Sterile |
15 mL tubes | Greiner | 188271 | Sterile |
28cm Cell Scraper | Greiner Bio-One | 541070 | |
50 mL tubes | Greiner | 227261 | Sterile |
60 mm Petri dish | Greiner Bio-One | 628160 | |
A83-01 | Stem Cell Technologies | 72024 | |
Advanced DMEM/F12 | Gibco | 12634-010 | |
B27 supplement (50x) | ThermoFisher Scientific | 17504-044 | |
Bead bath | M714 | ||
Bovine serum albumin (BSA) | Sigma Aldrich | 10735086001 | |
Cell Dissociation Buffer | ThermoFisher Scientific | 13151014 | |
Cryo-container "Mr. Frosty" | BD Falcom | 479-3200 | |
DMEM Medium | ThermoFisher Scientific | 41966-029 | |
Donkey anti-Goat IgG Alexa Fluor 647 | Invitrogen | A-21447 | |
Donkey anti-Mouse IgG Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-21202 | |
Donkey anti-Mouse IgG Alexa Fluor 647 | Invitrogen | A-31571 | |
Donkey anti-Rabbit IgG Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-21206 | |
Donkey anti-Rabbit IgG Alexa Fluor 594 | Invitrogen | A-21207 | |
Donkey anti-Sheep IgG Alexa Flour 647 | Invitrogen | A-21448 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | ThermoFisher Scientific | A4736401 | |
Follicle Stimulating Hormone (FSH) | Sigma Aldrich | F4021 | |
Forskolin | Peprotech | 6652995 | |
Glutamax (100x) | Gibco | 35050-038 | |
Goat anti-CDH2 (N/R-cadherin) | Santa Cruz | SC-1502 | Mesenchymal Cells; Wong et al 1999 (human)25 |
Goat anti-PODXL (podocalyxin of GP135) | R&D Systems | AF1658 | Apical Polarity; Bryant et al 2014 (canine)21 |
Goat anti-Rat IgG Alexa Fluor 555 | Invitrogen | A-21434 | |
hEGF | R&D Systems | 263-EG | |
HEPES | Gibco | 15630-056 | |
Hydrocortisone | Sigma Aldrich | H0888 | |
Insulin-Transferrin-Selenium-Ethanolamine (ITS-X; 100x) | ThermoFisher Scientific | 51500-056 | |
Liberase DH Research Grade | Sigma Aldrich | A4736401 | |
Luna-II cell counter | Logos Biosystems | L40001 | |
Matrigel | Sigma Aldrich | 354277 | |
McCoy’s 5A Medium | ThermoFisher Scientific | 26600-023 | |
Mouse anti-ITGB1 (integrin beta 1) | Santa Cruz | SC-53711 | Basolateral Polarity; Bryant et al 2014 (canine)21 |
Mouse anti-KRT8 (cytokeratin 8) | Santa Cruz | SC-101459 | OSE Cells; Kopper et al 2019 (human)12 |
Mouse anti-VIM (vimentin) | Abcam | AB0809 | Mesenchymal Cells; Abedini et al 2020 (mouse)19 |
Mycozap Plus-CL | Lonza | V2A-2011 | |
N-Acetyl-L-cysteine | Sigma Aldrich | A9165 | |
Nicotinamide | Sigma Aldrich | N0636-100G | |
OVITRELLE-Choriogonadotropin alfa (hCG) | Merk | G03GA08 | |
Progesterone (P4) | Sigma Aldrich | P8783 | |
Rabbit anti-ACTA2 (alpha smooth muscle actin) | Abcam | AB5694 | Mesenchymal Cells; Abedini et al 2020 (mouse)19 |
Rabbit anti-CDH1 (E-cadherin) | Cell Signaling | CST 3195S | Epithelial Cells; Wong et al 1999 (human)25 |
Rabbit anti-LGR5 | Abcam | AB75850 | OSE Progenitor Cells; Flesken-Nikitin et al 2013 (mouse)22 |
Rabbit anti-YAP | Cell Signaling | 14074S | Proliferative OSE; Wang et al 2022 (mouse)24 |
Rat anti-CD44 PE-conjugated | eBioscience | 12-0441-81 | OSE Progenitor Cells; Bowen et al 2009 (human)20 |
Recombinant Human Heregulinβ-1 | Peprotech | 100-03 | |
Recombinant Human Noggin | Peprotech | 120-10C | |
Recombinant Human Wnt3a | R&D Systems | 5036-WN-010 | |
Recombinant Rspondin-1 | Peprotech | 120-38 | |
Red blood cells lysis buffer | eBiosciences | 00-4333-57 | |
Revitacell Supplement (100x) | ThermoFisher Scientific | A26445-01 | |
RNAse free DNAse | Qiagen | 79254 | |
SB-431542 | Tocris Bioscience | 1624/10 | |
Sheep anti-COL1A1 (pro-collagen 1 alpha 1) | R&D Systems | AF6220 | Mesenchymal Cells; Hosper et al 2013 (human)23 |
Y-27632 | StemCell Technologies | 72304 | |
β-Estradiol (E2) | Sigma-Aldrich | E8875 | |
μ-Slide 18-well culture plate | Ibidi | 8181 | Sterile |
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