Génie génétique des organoïdes intestinaux de souris primaires utilisant les vecteurs viraux de transduction magnétique de nanoparticule pour la section congelée

La capacité de culture de la souris ou des cryptes humaines cellules comme des organoïdes tridimensionnels (3D) de l’intestin grêle ou du côlon sur de longues périodes de temps a fourni une percée majeure parce que ces cultures affichent des caractéristiques déterminantes de l’épithélium intestinal in vivo ¹ Fois ^{, 2 (en) , 3}. Les organoïdes dérivés des cryptes primaires sont capables d’auto-renouvellement et d’auto-organisation, présentant des fonctions cellulaires semblables à leurs tissus d’origine. En effet, les organoïdes récapitulent non seulement l’organisation structurelle des cryptes in vivo, mais aussi de nombreuses caractéristiques moléculaires, fournissant ainsi des outils utiles pour étudier la biologie normale et les états de la maladie. Pour illustrer, les études organoïdes ont révélé de nouvelles voies moléculaires impliquées dans la régénération des tissus^1,2,3,4,5 ainsi que des médicaments qui pourraient améliorer la fonction dans les milieux pathologiques^6,7.

L’étude des cellules souches intestinales est d’un intérêt particulier parce que la muqueuse intestinale est parmi les tissus mammifères les plus fortement régénératrices, se renouvelant tous les 3-5 jours pour protéger l’organisme contre les bactéries, les toxines et autres agents pathogènes au sein de la lumens intestinaux. Les cellules souches intestinales (ISC) sont responsables de cette remarquable capacité de régénération et fournissent ainsi un paradigme unique pour l’étude de la fonction des cellules souches adultes^1,2. Des expériences de traçage de lignée chez la souris ont démontré que les cellules souches isolées lgr5-positives peuvent être cultivées pour produire des organoïdes 3D ou « mini-guts » in vitro où elles reflètent étroitement leurs homologues in vivo. Les cultures organoïdes peuvent également être dérivées d’isolats cellulaires de crypte intestinale composés d’ancêtres, d’ISC et de cellules Paneth, ces dernières constituant les cellules de niche épithéliales in vivo. En fait, la culture organoïde des cellules primaires de crypte intestinale a évolué en une technique relativement routinière qui est facile à mettre en œuvre dans la plupart des laboratoires utilisant des réactifs largement disponibles. Ce modèle est également favorable à l’analyse quantitative de l’expression génique par le séquençage de l’ARN (ARN-Seq) et les protéines par spectrométrie de masse, immunohistochimie, ou coloration immunofluorescente^2,4,8. En outre, la génétique fonctionnelle peut être étudiée à l’aide d’approches de gain de fonction (surexpression ou expression génique d’un gène mutant activant) ou de perte de fonction (silençage génétique ou expression d’un mutant en perte de fonction)^{approche 2}.

Fait important, la faible efficacité et la toxicité élevée de l’ADN plasmide standard ou des protocoles de transduction virale avec du polybrene demeurent un obstacle majeur dans le domaine. Bien que la technologie CRISPR/Cas9 permette une modification précise du génome, cette approche nécessite une sélection longue suivie d’une validation de séquence⁹. Ici, nous présentons un protocole de transduction virale pour les organoïdes intestinaux primaires qui optimise la livraison des particules virales par conjugaison aux nanoparticules magnétiques et l’application d’un champ magnétique. Les principales modifications apportées aux protocoles antérieurs^{4,5,10,11,12,13} et des recommandations pour améliorer l’efficacité sont fournies. Nous décrivons également une approche pour produire des sections congelées des organoïdes intacts cultivés dans le matrigel 3D (maintenant désigné sous le premier sous-sol matrice ou matrice de membrane) pour l’analyse plus approfondie avec l’immunohistochimie ou la coloration immunofluorescente.