يصف هذا البروتوكول إنشاء عضويات الأنسجة ثلاثية الأبعاد (3D) من خلايا ظهارة سطح المبيض البشري الأولية (hOSE). يتضمن البروتوكول عزل hOSE من المبايض التي تم جمعها حديثا ، والتوسع الخلوي ل hOSE ، وإجراءات الحفظ والذوبان بالتبريد ، والاشتقاق العضوي. يتم تضمين التألق المناعي والتحليل الكمي وعرض المنفعة كمنصة فحص.
تتعرض ظهارة سطح المبيض (OSE) ، وهي الطبقة الخارجية من المبيض ، للتمزق أثناء كل إباضة وتلعب دورا مهما في التئام جروح المبيض مع استعادة سلامة المبيض. بالإضافة إلى ذلك ، قد يكون OSE بمثابة مصدر لسرطانات المبيض الظهارية. على الرغم من أن الخصائص التجديدية ل OSE قد تمت دراستها جيدا في الفئران ، إلا أن فهم الآلية الدقيقة لإصلاح الأنسجة في المبيض البشري لا يزال يعوقه الوصول المحدود إلى المبايض البشرية ومناسب في بروتوكولات الزراعة في المختبر . توفر الكائنات العضوية الخاصة بالأنسجة ، وهي نماذج مصغرة في المختبر تكرر الجوانب الهيكلية والوظيفية للعضو الأصلي ، فرصا جديدة لدراسة فسيولوجيا الأعضاء ونمذجة الأمراض واختبار الأدوية.
هنا ، نصف طريقة لعزل OSE البشري الأولي (hOSE) من المبايض الكاملة وإنشاء عضويات hOSE. قمنا بتضمين توصيف مورفولوجي وخلوي يظهر عدم التجانس بين المتبرعين. بالإضافة إلى ذلك ، نظهر قدرة طريقة الثقافة هذه على تقييم التأثيرات الهرمونية على نمو OSE-organoid على مدى فترة 2 أسبوع. قد تمكن هذه الطريقة من اكتشاف العوامل التي تساهم في تجديد OSE وتسهيل فحوصات الأدوية الخاصة بالمريض بحثا عن OSE الخبيث.
يعتبر المبيض أحد أكثر الأعضاء ديناميكية في الجسم ، حيث يخضع لدورات ثابتة من التئام الجروح وإعادة تشكيلها طوال العمر الإنجابي للفرد. اللاعب الرئيسي الذي يشارك في تجديد أنسجة المبيض بعد كل دورة إباضة هو ظهارة سطح المبيض (OSE)1. OSE عبارة عن طبقة مفردة مشتقة من الظهارة المتوسطة تحتوي على خلايا ظهارية مسطحة ومكعبة وعمودية تغطي سطح المبيض بالكامل2. قبل الإباضة ، يخضع النسيج اللحمي المبيضي على سطح جريب التبويض لاضطراب بروتيني للسماح بإطلاق مجمع البويضات الركامية. ثم يتم إصلاح المنطقة المصابة ، والمعروفة باسم وصمة التبويض ، مع الإغلاق الكامل لسطح المبيض في أقل من 72 ساعة في الفئران3. إن القدرة عالية الكفاءة ل OSE على التكاثر وإغلاق جرح التبويض تسلط الضوء على الوجود المفترض لمجموعة الخلايا الجذعية المقيمة4. نظرا لمحدودية توافر المبايض البشرية من المتبرعين في سن الإنجاب ، فإن معظم المعرفة حول آليات إصلاح OSE تأتي من النماذج الحيوانية. ومع ذلك ، فإن السمات الخاصة بالأنواع تعيق الترجمة من أبحاث المبيض القائمة على إلى البشر5.
استخدمت الدراسات في المختبر في الغالب ثقافة الخلايا ثنائية الأبعاد (2D) ل OSE البشري ، حيث نمت الخلايا في طبقة أحادية متصلة بسطح لوحة الثقافة ، نظرا لفعاليتها من حيث التكلفة وسهولة ثقافتها6،7،8. ومع ذلك ، فإن هذا النهج له قيود تكرر تعقيد ديناميكيات أنسجة المبيض9. في هذا الصدد ، أحدثت منصات زراعة الخلايا ثلاثية الأبعاد مع التركيز بشكل خاص على عضويات المبيض ثورة في أبحاث المبيض10. يتم تصغير عضويات الأنسجة في تمثيلات مخبرية للعضو الذي تستمد منه ، وتظهر قدرة التنظيم الذاتي 3D وتحاكي الوظائف والهياكل الرئيسية لنظيراتها في الجسم الحي 11. توفر هذه التقنية إمكانية إلقاء الضوء على الأسئلة الأساسية المتعلقة بالتطوير والتجديد وإصلاح الأنسجة في المبيض البشري10. في السنوات الأخيرة ، طبق الباحثون أيضا المعرفة على عضويات المبيض لتوليد عضويات سرطان المبيض الخاصة بالمريض (OC) لنمذجة الأمراض والطب الشخصي12،13،14.
استنادا إلى الطرق المختلفة المستخدمة لتوليد عضويات OSE للفأر وعضويات قناة فالوب (FT)15,16 بالإضافة إلى عضويات OSE البشرية12 وعضويات FT17 ، نصف هنا بروتوكولا لاشتقاق عضويات OSE البشرية من المبايض البشرية مع التطبيقات المحتملة في دراسات تجديد OSE. يعزل هذا البروتوكول بكفاءة خلايا OSE الأولية عن المبايض البشرية الكاملة ويتضمن وصفا خطوة بخطوة لتوسيع خلايا 2D وتوليد 3D hOSE العضوي. أظهرت عضويات hOSE تباينا (خاصا بالمانحين) في التشكل والنمو ، مما يسلط الضوء على فائدتها للدراسات الشخصية. بالإضافة إلى ذلك ، يتضمن هذا البروتوكول صيانة hOSE العضوية ، والمرور ، والتألق المناعي داخل نفس لوحة الاستزراع. علاوة على ذلك ، فإنه يوفر وصفا للمورفولوجيا المختلفة التي يمكن أن تتبناها عضويات hOSE ويميز التغيرات في النمط المناعي أثناء الثقافة. أخيرا ، يعرض فائدة من خلال التحقيق في تأثير الإشارات البيئية ، مثل هرمونات المبيض ، على تكوين ونمو الأعضاء hOSE بناء على عدد وحجم العضو hOSE.
سيعزز تطبيق تقنية hOSE العضوية فهمنا للمبيض ، مع التركيز بشكل خاص على الآليات المسؤولة عن قدرته التجددية الرائعة. مع استمرار تطور نماذج المبيض البشري 3D ، سينخفض الاعتماد على النماذج الحيوانية في أبحاث المبيض ، مما يؤدي إلى علاجات مبتكرة في مجال الطب التجديدي18.
تظهر تقنية 3D organoid كأداة لا غنى عنها للبحث الطبي. من ناحية ، توفر هذه المنصة في المختبر إمكانية دراسة الأسئلة الميكانيكية الأساسية حول تجديد الأنسجة والتئام الجروح والتنمية18. من ناحية أخرى ، تسمح المواد العضوية ثلاثية الأبعاد المشتقة من عينات المرضى بدراسات الطب الشخصي ، بما في ذلك التشخيص واختبار الأدوية والعلاج الخلوي12،13،14،37،38. في مجال أبحاث المبيض ، اكتسب hOSE اهتماما كبيرا منذ تأثيره كأصل لسرطان المبيض الظهاري39. على الرغم من أنه يعتقد أن معظم سرطان المبيض المصلي عالي الدرجة (HGSOC) ، وهو أحد أكثر سرطانات المبيض الظهارية شيوعا ، ينشأ من قناة فالوب40 ، فقد اقترحت الأبحاث الحالية على الفئران عضويات المبيض 3D أصل مزدوج محتمل ل HGSOC من OSE وقناة فالوب 15,16.
هنا ، وصفنا بروتوكولا لاشتقاق عضويات hOSE 3D وحددنا تطبيقه لجلب معرفة ميكانيكية جديدة في تجديد أنسجة المبيض. يتضمن هذا البروتوكول طريقة خطوة بخطوة لعزل خلايا hOSE الأولية من المبايض البشرية وتوليد عضويات hOSE 3D. لضمان اشتقاق عضوي hOSE بكفاءة ، من الضروري تقليل التلاعب بالمبيض. نظرا لموقعه على سطح المبيض والتنظيم أحادي الطبقة ، فإن hOSE عرضة للتلف والخسارة أثناء استئصال المبيض والتلاعب بالأعضاء. لهذا السبب ، فضلنا طريقة إنزيمية وكشط مطبقة على المبيض بأكمله لعزل hOSE 2,8. في البروتوكول الحالي ، تم تطبيق علاج إنزيمي خفيف لتعطيل اتصالات hOSE بين الخلايا ، يليه كشط لطيف لسطح المبيض.
بمقارنة 2D مع ثقافة hOSE ثلاثية الأبعاد ، من المهم ملاحظة أنه على الرغم من معدل الانتشار المرتفع الأولي لخلايا hOSE في ثقافة 2D ، فقد تغيرت خصائصها الخلوية بسبب EMT ، مما يشير إلى أن ظروف الثقافة ثنائية الأبعاد المطبقة ليست مناسبة للحفاظ على مورفولوجيا ظهارية. على النقيض من ذلك ، يمكن تمرير المواد العضوية 3D hOSE 4 مرات على الأقل دون علامات الشيخوخة. استندت OSE_3D وسائط الثقافة العضوية المستخدمة إلى تلك المستخدمة من قبل كوبر وزملائه لاشتقاق OC وعضويات hOSE الصحية12 ومن قبل كيسلر وزملاؤه لاشتقاق عضويات FT البشرية17. كان الاختلاف الرئيسي هو استبدال الوسائط البشرية المشروطة Wnt3a و R-Spondin-1 ببروتينات مؤتلفة متاحة تجاريا لتسهيل التكاثر.
تتضمن تقنيات التألق المناعي عادة إزالة عينة الأنسجة من صفيحة المزرعة ومعالجتها لتقسيم البارافين أو التبريد. عند العمل مع هياكل صغيرة جدا ، يكون خطر فقدانها أثناء معالجة العينات مرتفعا. في هذا البروتوكول ، يحدث اشتقاق عضويات hOSE في لوحات زراعة الخلايا التي تسمح بالتصوير المجهري المباشر دون الحاجة إلى إزالة عضويات hOSE من مصفوفة BME. علاوة على ذلك ، فإن طريقة التألق المناعي الكاملة المستخدمة هنا ، والتي وصفها ريزان نجاد وزملاؤه لعضويات البنكرياسالأقنية 41 ، مكنت في الموقع من مراقبة توطين البروتين داخل عضويات سليمة شكليا. لقد أثبتنا أنه عند إجراء بروتوكول التألق المناعي هذا على عضويات hOSE المشتقة في شرائح متعددة الغرف بشكل جيد ، هناك اختراق عالي الكفاءة للأجسام المضادة مع إشارة خلفية منخفضة للغاية.
على الرغم من أن معظم عضويات hOSE المشتقة باستخدام هذه الطريقة تفتقر إلى تعبير CDH1 ، إلا أن بعض عضويات CDH1 + hOSE تشكلت ، ووصلت إلى أحجام أكبر مقارنة بعضويات CDH1- hOSE. ارتبط تعبير CDH1 بالأنماط الظاهرية hOSE الورمية 2,35. تم التبرع بالمبيضين المستخدمين لعزل hOSE من قبل متبرعين أصحاء متحولين جنسيا في سن الإنجاب (27.1 ± 5 سنوات). كان هؤلاء المتبرعون يخضعون لعلاج التستوستيرون لمدة 38 ± 15 شهرا قبل استئصال المبيض. لا يمكننا تجاهل احتمال أن خلايا CDH1 + hOSE على سطح المبيض يمكن أن تعزى إلى علاج التستوستيرون. على الرغم من أن علاج الأندروجين قد ارتبط بتغيرات المبيض ، مثل الإباضة42 ، وتضخم المنطقة القشرية43 ، وزيادة الصلابة القشرية44 ، إلا أن أمراض المبيض العامة تظل حميدة أثناء استخدام هرمون التستوستيرون45.
باختصار ، يسلط هذا البروتوكول الضوء على إمكانية توليد عضويات hOSE 3D لفك تشفير الأسئلة الميكانيكية حول تجديد أنسجة المبيض. الأهم من ذلك ، يمكن أيضا تطبيق هذه الطريقة للكشف عن الخلايا الخبيثة الموجودة في خزعات المبيض من المرضى المعرضين لخطر الإصابة بالسرطان. بشكل جماعي ، تدعم هذه الطريقة التطبيقات المحتملة لهذه المنصة المبتكرة في المختبر لكل من دراسات وظائف المبيض الأساسية والتطبيقات السريرية للعلاجات الطبية الفردية.
The authors have nothing to disclose.
نود أن نشكر جميع المرضى الذين تبرعوا بالأنسجة لهذه الدراسة ، وأعضاء مجموعة Chuva de Sousa Lopes على المناقشات المفيدة ، و I. De Poorter لتصميم الرسوم الكاريكاتورية المستخدمة في الشكل 1. تم تمويل هذا البحث من قبل مجلس البحوث الأوروبي ، رقم المنحة ERC-CoG-2016- 725722 (OVOGROWTH) ل J.S.D.V. و S.M.C.d.S.L. ؛ ومؤسسة نوفو نورديسك (reNEW) ، رقم المنحة NNF21CC0073729 ل J.S.D.V. و 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 |
.