Generatie van multicellulaire humane primaire Endometriale Organoïden
Summary
Een protocol voor het genereren van menselijke primaire endometriale organoïden die bestaan uit epitheliale en stromale cellen en behouden kenmerken van het inheemse endometrium weefsel wordt gepresenteerd. Dit protocol beschrijft methoden van uteriene weefsel verwerving tot de histologische verwerking van endometriale organoïden.
Abstract
Het menselijk endometrium is een van de meest hormonaal responsieve weefsels in het lichaam en is essentieel voor de vaststelling van de zwangerschap. Dit weefsel kan ook ziek worden en morbiditeit en zelfs de dood veroorzaken. Model systemen om menselijke endometrium biologie te bestuderen zijn beperkt tot in vitro cultuur systemen van enkele celtypen. Bovendien, de epitheelcellen, een van de belangrijkste celtypen van het endometrium, niet goed propageren of behouden van hun fysiologische eigenschappen in de cultuur, en dus ons begrip van endometriale biologie blijft beperkt. We hebben voor de eerste keer endometriale organoïden gegenereerd die bestaan uit zowel epitheliale als stromale cellen van het menselijk endometrium. Deze organoïden vereisen geen exogene steiger materialen en organiseren specifiek zodat epitheelcellen de spheroid-achtige structuur omvatten en gepolariseerd worden met stromale cellen in het midden die collageen produceren en afscheiden. Oestrogeen, progesteron en androgeen receptoren worden uitgedrukt in de epitheliale en stromale cellen en behandeling met fysiologische niveaus van oestrogeen en testosteron bevorderen de organisatie van de organoïden. Dit nieuwe modelsysteem kan worden gebruikt om normale endometriale biologie en ziekte te bestuderen op manieren die voorheen niet mogelijk waren.
Introduction
Het menselijk endometrium lijnen de baarmoederholte en fungeert als het eerste contact voor het embryo tijdens de implantatie. Het endometrium bestaat uit Luminale en klier Epitheelcellen, ondersteunende stromale fibroblasten, endotheel cellen en immuuncellen. Samen vormen deze celtypen het endometrium weefsel dat een van de meest responsieve weefsels is voor geslachts steroïdhormonen1. De veranderingen die optreden tijdens elke menstruatiecyclus zijn opvallend. Er is een adequate groei en herinrichting van het endometrium nodig om de implantatie van embryo’s mogelijk te maken. Afwijkende reactie op oestrogeen en progesteron kan resulteren in een refractair endometrium dat geen succesvolle instelling van de zwangerschap toestaat en zelfs kan resulteren in ziekten zoals endometriale neoplasie.
Om de hormoon responsen en essentiële veranderingen die zich voordoen in het endometrium te bestuderen, zijn cellen uit het baarmoederslijmvlies die uit de patiënten tijdens een operatie of endometriale biopsie zijn gepropageerd, in de celcultuur gekweekt. Endometrium stromale cellen vermenigvuldigen zich bij voorkeur gemakkelijk en propageren, en het proces van differentiatie geïnduceerd door progesteron kan in vitro worden samengevat. Als gevolg hiervan is veel geleerd tijdens dit differentiatieproces, genaamd decidualisatie2,3. Het andere belangrijke celtype in het endometrium, de Luminale en klier Epitheelcellen, echter niet groeien goed als traditionele monolagen, het verliezen van polariteit, steeds senescentie, en met beperkte proliferatieve potentieel. Als gevolg daarvan is er minder bekend van hun biologie en hun rol in het menselijk endometrium. Aangezien veel neoplasie afkomstig is van de epitheelcellen, blijven de mechanismen die gepaard gaan met hyperplasie of transformatie naar kankercellen volledig gedefinieerd. Bovendien, studies hebben vastgesteld dat hormoon respons impliceert de intieme paracrine acties tussen de epitheliale en stromale cellen van het endometrium4,5.
Onlangs werd een driedimensionale (3D) organoïde cultuur van endometrium epitheelcellen vastgesteld door twee onafhankelijke groepen van6,7, die de eerste rapporten zijn van organogeniden gevormd uit endometrium weefsel. Deze organoïden bestonden uit endometrium epitheelcellen ingebed in een eiwit matrix (tabel van materialen) en bevatte geen belangrijk hormonaal responsief compartiment van het baarmoederslijmvlies, de stromale fibroblasten. Aangezien de matrix eiwitten van lot tot lot kunnen variëren en signalering trajecten kunnen activeren die niet noodzakelijkerwijs in het weefsel voorkomen, zou het ideaal zijn om de matrix eiwitten te vervangen door componenten van het endometrium. In de huidige studie, een protocol voor het genereren van steigers-vrije menselijke endometriale organoïden van epitheliale en stromale cellen van het menselijk endometrium wordt gepresenteerd. De aanwezigheid van stromale cellen biedt niet alleen ondersteuning voor Epitheelcellen, maar biedt ook de noodzakelijke paracrine-acties die zijn vastgesteld om belangrijk te zijn voor de respons van het endometrium hormoon4,8,9 .
De nieuwe multicellulaire endometriale organoïde biedt een modelsysteem van het endometrium dat eenvoudig te genereren is en dat zowel epitheliale als stromale cellen bevat. Deze organoïden kunnen worden gebruikt voor het bestuderen van hormonale veranderingen op de lange termijn en vroege gebeurtenissen van ziekte zoals tumorvorming als gevolg van hormonale onbalans of exogene insulten. De complexiteit van deze organoïden kan uiteindelijk worden uitgebreid met andere celtypen, waaronder endotheel-en immuuncellen met mogelijk myometriale cellen om de Fysiologie van het menselijk weefsel echt te nabootsen.
Protocol
Representative Results
Discussion
We hebben menselijke endometriale organoïden gegenereerd die bestaan uit epitheliale en stromale cellen van het endometrium zonder het gebruik van exogene steiger materialen. Hoewel het al is aangetoond dat primaire endometrium epitheelcellen organoïden6,7, deze cellen werden ingebed in een gelatineuze matrix van eiwitten uitgescheiden door muis Sarcoom cellen (Zie tabel van materialen) om te helpen vormen spheroid-achtige structuren. Bovendien…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Deze studie werd gefinancierd door NIEHS/NIH/NCATS UG3 Grant (ES029073) en Northwestern Feinberg school of Medicine Bridge Fund (JJK). Wij willen de noordwestelijke pathologie kern faciliteit voor de verwerking van de vaste organoïden voor paraffine insluiten erkennen. We willen het hele UG3 team erkennen, inclusief de Labs Woodruff, Burdette en Urbanek, voor de inzichtelijke discussies en samenwerkingen.
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
- Henriet, P., Gaide Chevronnay, H. P., Marbaix, E. The endocrine and paracrine control of menstruation. Molecular and Cellular Endocrinology. 358 (2), 197-207 (2012).
- 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).
- Gellersen, B., Brosens, J. J. Cyclic decidualization of the human endometrium in reproductive health and failure. Endocrine Reviews. 35 (6), 851-905 (2014).
- Li, Q., et al. The antiproliferative action of progesterone in uterine epithelium is mediated by Hand2. Science. 331 (6019), 912-916 (2011).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
