Summary

Generering av flercellede Human Primary livmor Organoids

Published: October 04, 2019
doi:

Summary

En protokoll for å generere menneskelige primære livmor organoids som består av epitel og stromal celler og beholde egenskapene til de innfødte livmor vevet er presentert. Denne protokollen beskriver metoder fra livmor vev oppkjøpet til histologic behandling av livmor organoids.

Abstract

Den menneskelige endometrium er en av de mest hormonally responsive vev i kroppen og er avgjørende for etableringen av svangerskapet. Dette vevet kan også bli sykt og forårsake sykelighet og til og med død. Modellsystemer for å studere menneskets livmor biologi har vært begrenset til in vitro kultur systemer av enkelt celletyper. I tillegg epitelceller, en av de store celletyper av endometrium, ikke overføres godt eller beholde sine fysiologiske trekk i kultur, og dermed vår forståelse av livmor biologi fortsatt begrenset. Vi har generert, for første gang, livmor organoids som består av både epitel og stromal celler av den menneskelige endometrium. Disse organoids ikke krever noen eksogene stillas materialer og spesielt organisere slik at epitelceller omfatte spheroid struktur og bli polarisert med stromal celler i sentrum som produserer og skiller ut kollagen. Østrogen, progesteron og androgen reseptorer uttrykkes i epitel og stromal celler og behandling med fysiologiske nivåer av østrogen og testosteron fremme organiseringen av organoids. Denne nye modellen systemet kan brukes til å studere normal livmor biologi og sykdom på måter som ikke var mulig før.

Introduction

Den menneskelige endometrium linjene livmorhulen og fungerer som den første kontakten for fosteret under implantation. Endometrium består av luminal og kjertel epitelceller, støttende stromal fibroblaster, endothelial celler og immunceller. Sammen, disse celletyper utgjør livmor vevet som er en av de mest responsive vev til sex steroid hormoner1. Endringene som skjer under hver menstruasjonssyklus er slående. Hensiktsmessig vekst og ombygging av endometrium er nødvendig for å muliggjøre embryo implantation å forekomme. Avvikende respons på østrogen og progesteron kan resultere i en ildfast endometrium som ikke tillater for vellykket etablering av graviditet og kan også føre til sykdommer, inkludert livmor neoplasi.

For å studere hormon responsen og vesentlige endringer som oppstår i endometrium, celler fra livmor vev excised fra pasienter under kirurgi eller livmor biopsi har blitt spredd i cellekultur. Livmor stromal celler fortrinnsvis sprer og spres lett, og prosessen med differensiering indusert av progesteron kan være sammenfattet in vitro. Som et resultat, har mye blitt lært i løpet av denne differensiering prosessen, kalt decidualization2,3. Den andre store celletypen i endometrium, luminal og kjertel epitelceller, men ikke vokser vel som tradisjonelle monolagere, mister polaritet, blir senescent, og har begrenset proliferativ potensial. Som et resultat, er mindre kjent av deres biologi og deres rolle i den menneskelige endometrium. Ettersom mange neoplasi stammer fra epitelcellene, er mekanismer forbundet med prostatahyperplasi eller transformasjon til kreftceller fortsatt å være fullt definert. Videre har studier fastslått at hormon responsen innebærer intime paracrine handlinger mellom epitel og stromal celler i endometrium4,5.

Nylig, en tredimensjonal (3D) organoid kultur av livmor epitelceller ble etablert av to uavhengige grupper6,7, som er de første rapportene av organoids dannet av livmor vev. Disse organoids var sammensatt av livmor epitelceller innebygd i et protein matrise (tabell over materialer) og ikke inkludere en viktig hormonally responsive kupé av livmor endometrium, den stromal fibroblaster. Som matrisen proteiner kan variere fra mye til mye og kan utløse signalering trasé som ikke nødvendigvis forekommer i vevet, ville det være ideelt å erstatte matrisen proteiner med komponenter av endometrium. I dagens studie, en protokoll for å generere stillas frie menneskelige livmor organoids av epitel og stromal celler av den menneskelige endometrium presenteres. Tilstedeværelsen av stromal celler ikke bare gir støtte for epitelceller, men gir også de nødvendige paracrine handlinger som er etablert for å være viktig for livmor hormon respons4,8,9 .

Den nye flercellede livmor organoid tilbyr en modell system av endometrium som er enkel å generere og som inkorporerer både epitel og stromal celler. Disse organoids kan brukes til å studere langsiktige hormonelle forandringer og tidlige hendelser av sykdom som tumorigenesis på grunn av hormonell ubalanse eller eksogene fornærmelser. Kompleksiteten i disse organoids kan etterhvert utvides til å omfatte andre celletyper, inkludert endothelial og immunceller med muligens myometrielle celler for å virkelig etterligne menneskelig vev fysiologi.

Protocol

Livmor prøvene ble samlet inn fra premenopausale kvinner under rutinemessig hysterektomi for godartet livmor forhold ved Northwestern University Prentice Women ‘ s Hospital, ifølge en institusjonell gjennomgang Board-godkjent protokoll. Skriftlig samtykke ble innhentet fra alle kvinner inkludert i studien. 1. utarbeidelse av Agarose muggsopp Før begynnelsen celle isolasjon, støpt og likevekt 1,5% agarose mikro muggsopp (tabell av materialer) for å huse organoids…

Representative Results

En skjematisk av protokollen er avbildet i figur 1. Livmor vev ble innhentet fra kirurgi etter at det ble undersøkt av patologer. Den livmor fôr ble skilt fra myometriet ved skraping og livmor vevet ble enzymatisk fordøyd til celler som beskrevet i protokollen. Epitel og stromal celler ble tilsatt i microwells i agarose formene. Etter 7 dager i kulturen ble organoids behandlet med E og T i ytterligere 7 − 14 dager. For histologiske behandling, agarose muggsop…

Discussion

Vi har generert menneskelige livmor organoids består av epitel og stromal celler i endometrium uten bruk av eksogene stillas materialer. Mens det allerede er vist at primære livmor epitelceller kandanne organoids,var disse cellene innebygd i en geléaktige matrise av proteiner utskilles av mus sarkom celler (se tabell over materialer) for å hjelpe form spheroid strukturer. I tillegg var livmor stromal celler fraværende. Vi spekulerer i at de …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Denne studien ble finansiert av NIEHS/NIH/NCATS UG3 Grant (ES029073) og Northwestern Feinberg School of Medicine Bridge Fund (JJK). Vi ønsker å anerkjenne den nordvestlige patologi kjerne anlegg for behandling av faste organoids for para fin innebygging. Vi vil gjerne erkjenne hele UG3 team inkludert Woodruff, Burdette, og Urbanek Labs for innsiktsfulle diskusjoner og samarbeid.

Materials

Agarose HS, molecular biology grade Denville Scientific CA3510-6
Agarose molds Sigma-Aldrich Z764043 (https://www.microtissues.com/)
Ammonium chloride (NH4Cl) Amresco 0621
β-Estradiol Sigma-Aldrich E2257
Collagenase, Type II, powder Thermo Fisher Scientific 17101015
Dispase Corning 354235
DNase I Sigma-Aldrich D4513
EDTA Fisher Scientific BP120-1
Eosin Stain VWR 95057-848
Estrogen Receptor (SP1), rabbit monoclonal antibody Thermo Fisher Scientific RM-9101-S
Fluoroshield with DAPI, histology mounting medium Sigma-Aldrich F6057
Hank's Balanced Salt Solution (HBSS) Corning 21-022-CV 1x without calcium, magnesium, and phenol red
Hematoxylin Stain Solution Thermo Fisher Scientific 3530-32 Modified Harris formulation, mercury free
Heparin solution STEMCELL Technologies 07980 added to MammoCult media
Hydrocortisone stock solution STEMCELL Technologies 07925 added to MammoCult media
Organoid media – Mammocult STEMCELL Technologies 05620 supplemented with 2 µL/mL heparin and 5 µL/mL hydrocortisone
Paraformaldehyde, 16% solution Electron Microscopy Sciences 15710
Penicillin-Streptomycin Thermo Fisher Scientific 15140122
Phosphate buffered saline, pH 7.4 Sigma-Aldrich P3813
Progesterone Receptor, PgR 1294, unconjugated, culture supernatant Agilent Technologies M356801-2
protein matrix – Matrigel BD Biosciences 356231
Purified mouse anti-E-cadherin antibody BD Biociences 610181 Clone 36
Recombinant anti-vimentin antibody [EPR3776] Abcam ab92547
RNA lysis and isolation kit Zymo Research R2060
Sodium bicarbonate (NaHCO3) Sigma-Aldrich S6014
Testosterone Sigma-Aldrich 86500
Trichrome Stain Abcam ab150686
Wax film – Parafilm VWR 52858-000

References

  1. Henriet, P., Gaide Chevronnay, H. P., Marbaix, E. The endocrine and paracrine control of menstruation. Molecular and Cellular Endocrinology. 358 (2), 197-207 (2012).
  2. Gellersen, B., Brosens, I. A., Brosens, J. J. Decidualization of the human endometrium: mechanisms, functions, and clinical perspectives. Seminars in Reproductive Medicine. 25 (6), 445-453 (2007).
  3. Gellersen, B., Brosens, J. J. Cyclic decidualization of the human endometrium in reproductive health and failure. Endocrine Reviews. 35 (6), 851-905 (2014).
  4. Li, Q., et al. The antiproliferative action of progesterone in uterine epithelium is mediated by Hand2. Science. 331 (6019), 912-916 (2011).
  5. Wetendorf, M., DeMayo, F. J. The progesterone receptor regulates implantation, decidualization, and glandular development via a complex paracrine signaling network. Molecular and Cellular Endocrinology. 357 (1-2), 108-118 (2012).
  6. Boretto, M., et al. Development of organoids from mouse and human endometrium showing endometrial epithelium physiology and long-term expandability. Development. 144 (10), 1775-1786 (2017).
  7. Turco, M. Y., et al. Long-term, hormone-responsive organoid cultures of human endometrium in a chemically defined medium. Nature Cell Biology. 19 (5), 568-577 (2017).
  8. Kurita, T., et al. Stromal progesterone receptors mediate the inhibitory effects of progesterone on estrogen-induced uterine epithelial cell deoxyribonucleic acid synthesis. Endocrinology. 139 (11), 4708-4713 (1998).
  9. Kim, J. J., Kurita, T., Bulun, S. E. Progesterone action in endometrial cancer, endometriosis, uterine fibroids, and breast cancer. Endocrine Reviews. 34 (1), 130-162 (2013).
  10. Bui, H. N., et al. Dynamics of serum testosterone during the menstrual cycle evaluated by daily measurements with an ID-LC-MS/MS method and a 2nd generation automated immunoassay. Steroids. 78 (1), 96-101 (2013).
  11. Wiwatpanit, T., Murphy, A. R., Lu, Z., Urbanek, M., Burdette, J. E., Woodruff, T. K., Kim, J. J. Scaffold-free endometrial organoids respond to excess androgens associated with polycystic ovarian syndrome. The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. , (2019).
check_url/kr/60384?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Murphy, A. R., Wiwatpanit, T., Lu, Z., Davaadelger, B., Kim, J. J. Generation of Multicellular Human Primary Endometrial Organoids. J. Vis. Exp. (152), e60384, doi:10.3791/60384 (2019).

View Video