Aquí, presentamos un protocolo para aislar el mesénquima intestinal murino, incluidos los telocitos. Estos se pueden utilizar para varias aplicaciones, como el cocultivo con ratones u organoides derivados de humanos, para apoyar el crecimiento y reflejar mejor la situación en el tejido original.
El intestino delgado murino, o mesénquima de colon, es altamente heterogéneo, y contiene distintos tipos de células, incluyendo sangre y endotelio linfático, nervios, fibroblastos, miofibroblastos, células musculares lisas, células inmunes y el tipo de célula recientemente identificado, telocitos. Los telocitos son células mesenquimales únicas con largos procesos citoplasmáticos, que alcanzan una distancia de decenas a cientos de micras del cuerpo celular. Los telocitos han surgido recientemente como un importante componente de nicho de células madre intestinales, proporcionando proteínas Wnt que son esenciales para la proliferación de células madre y progenitoras.
Aunque los protocolos sobre cómo aislar el mesénquima del intestino del ratón están disponibles, no está claro si estos procedimientos permiten el aislamiento eficiente de los telocitos. Aislar los telocitos de manera eficiente requiere ajustes especiales de protocolo que permitan la disociación del fuerte contacto célula-célula entre los telocitos y las células vecinas sin afectar su viabilidad. Aquí, los protocolos de aislamiento de mesénquimas intestinales disponibles se ajustaron para apoyar el aislamiento y cultivo exitosos de mesénquimas que contienen un rendimiento relativamente alto de telocitos unicelulares viables.
La suspensión unicelular obtenida se puede analizar mediante varias técnicas, como inmunotinción, clasificación celular, imágenes y experimentos de ARNm. Este protocolo produce mesénquima con propiedades antigénicas y funcionales suficientemente conservadas de los telocitos, y puede ser utilizado para varias aplicaciones. Por ejemplo, se pueden usar para el cocultivo con organoides derivados de ratones o humanos para apoyar el crecimiento de organoides sin suplementos de factor de crecimiento, para reflejar mejor la situación en el tejido original.
Tanto el intestino delgado como el colon son tejidos altamente regenerativos debido a la presencia de células madre, que proliferan y alimentan la regeneración1. El mesénquima que rodea el epitelio proporciona soporte estructural y funcional mediante la secreción de proteínas de la matriz extracelular y moléculas de señalización2, que modulan la respuesta de las células epiteliales. Los telocitos son células mesenquimales grandes, descritas principalmente hasta ahora por microscopía electrónica como células con largos procesos citoplasmáticos llamados telópodos, que se superponen para crear una red laberíntica 3,4,5,6,7. Recientemente, los telocitos intestinales que expresan el factor de transcripción FOXL1 se han convertido en un importante componente de nicho de células madre que proporciona proteínas Wnt, que son cruciales para la función de las células madre y progenitoras. Los telocitos intestinales expresan altos niveles de proteínas clave de la vía de señalización como Wnt, Bmp, Tgfb y Shh, así como muchos factores de crecimiento8.
Dado que los telocitos son un componente crítico del nicho de células madre in vivo, el desarrollo de protocolos para aislarlos y cultivarlos ex vivo permitirá su uso como fuente de moléculas de señalización y factores de crecimiento, para apoyar el crecimiento y la diferenciación ex vivo. Utilizando protocolos bien establecidos, las criptas epiteliales de colon o intestino pueden aislarse y formar estructuras 3D conocidas como organoides 9,10,11. Los organoides tridimensionales representan una poderosa herramienta para investigar tanto la fisiología como la patología del epitelio intestinal ex vivo. En un sistema ex vivo, los organoides se basan en la suplementación exógena de factores para la supervivencia y el crecimiento10. El mesénquima aislado puede cultivarse con organoides derivados de ratones y humanos y usarse como fuente de factores de crecimiento, en lugar de suplementos exógenos, para reflejar mejor la situación en el tejido original. El estudio de los telocitos ex vivo tiene numerosos beneficios en la investigación de comportamientos celulares normales o patológicos, mecanismos de homeostasis tisular e interacciones célula-célula con mayor detalle.
Aunque los protocolos que describen cómo aislar el mesénquima del intestino del ratón están disponibles, no está claro si estos procedimientos resultan en el aislamiento eficiente de los telocitos. El aislamiento exitoso de los telocitos requiere ajustes especiales del protocolo que permitirían la disociación del fuerte contacto célula-célula entre los telocitos y las células vecinas, sin afectar su viabilidad. Para superar estas limitaciones, este documento presenta un protocolo modificado que produce consistentemente una suspensión unicelular altamente viable que contiene una cantidad relativamente alta de telocitos con propiedades antigénicas y funcionales suficientemente conservadas. Estos telocitos se pueden usar para varias aplicaciones, incluido el cocultivo con organoides derivados de ratones o humanos, para apoyar el crecimiento sin suplementos de factor de crecimiento. Esto a su vez refleja mejor la situación en el tejido original.
Utilizamos el modelo8 de ratón FOXL1-Cre: Rosa-mTmG, en el que los telocitos se marcan con una versión unida a la membrana de la proteína fluorescente verde (GFP) en verde, lo que permite al investigador seguir los telocitos en su totalidad; todas las demás células mesenquimales están marcadas con un tdTomato unido a la membrana en rojo. El protocolo actual se modificó a partir de un protocolo de aislamiento del mesénquima intestinal12 para mejorar el rendimiento y la viabilidad de los telocitos.
Aquí, desarrollamos un protocolo para aislar el mesénquima del intestino delgado del ratón utilizando el modelo de ratón FOXL1-Cre: Rosa26-mTmG, que permite a los investigadores distinguir los telocitos de otras células mesenquimales. Hay algunos pasos críticos a seguir en este protocolo. En primer lugar, es importante agitar el tubo vigorosamente a cuatro o cinco ciclos/s, para descartar la mayoría de las células epiteliales durante el aislamiento del mesénquima. El tiempo de incubación para la digestión enzimática debe optimizarse en función de la eficiencia digestiva. Durante la incubación, las placas deben agitarse suavemente horizontalmente durante unos segundos cada 20 minutos. Una vez que el tejido se vuelve filamentoso, la incubación debe detenerse procediendo al paso del protocolo 2.12. Exponer el tejido durante largos tiempos de digestión puede resultar en una baja tasa de viabilidad celular y rendimiento. Después de la digestión enzimática, el tubo debe agitarse mecánicamente para liberar más células individuales en suspensión; Idealmente, la solución debe verse turbia y no deben ser visibles fragmentos de tejido. Si este no es el caso, prolongar la digestión enzimática a 60 min.
Mantener condiciones estériles y evitar la posible contaminación bacteriana es uno de los pasos críticos cuando se trabaja con cultivos de tejidos primarios. Se deben utilizar herramientas de disección, reactivos y tampones estériles; Los guantes deben cambiarse y el área de trabajo debe limpiarse cuando se trabaja con animales. Una vez obtenida la suspensión celular, el trabajo debe realizarse bajo una campana biológica laminar. Después del recubrimiento, las células deben incubarse durante la noche sin perturbaciones, ya que esto puede afectar la adherencia. Además, es importante reemplazar el medio de cultivo un día después de la siembra, ya que las células no adherentes pueden afectar la viabilidad del cultivo.
Los marcadores de superficie utilizados en este protocolo reaccionaron fuertemente con sus epítopos; sin embargo, es posible que la digestión enzimática pueda afectar la reactividad de unión y, por lo tanto, los resultados del análisis de FACS. Otra limitación de este protocolo es la subrepresentación de la capa muscular. Para mejorar la eficiencia del aislamiento celular de la capa muscular, recomendamos la separación mecánica del músculo de las capas mucosas y la digestión enzimática separada para cada una de las capas. Para disociar el epitelio del estroma, se pueden usar agentes de separación mecánica o quelantes (EDTA o DTT); Sin embargo, la digestión enzimática para la obtención de células individuales se ha optimizado en este protocolo.
El aislamiento del mesénquima intestinal ha sido descrito previamente8; raspar las vellosidades con un cubreobjetos causaría la pérdida de algún mesénquima junto a las vellosidades, especialmente las células mesenquimales de la punta de las vellosidades, como los telocitos de la punta de las vellosidades Lgr5+ 13. En este protocolo, utilizamos colagenasa tipo VIII en lugar de dispasa II y tripsina en combinación con DNasa I, ya que la colagenasa libera de manera más eficiente las células mesenquimales de la matriz. Aunque prolonga el tiempo de procesamiento (>90 min vs. 35 min), los dos protocolos arrojaron tasas de viabilidad celular similares; El protocolo actual mejoró el rendimiento de las células mesenquimales en general, y más específicamente de la fracción de telocitos. El protocolo actual produjo aproximadamente un 10% de telocitos GFP+, confirmados tanto por visualización como por análisis FACS, mientras que el protocolo anterior produjo un 2% de telocitos GFP+. Las principales diferencias entre el protocolo actual y los dos protocolos de referencia se enumeran en la Tabla Suplementaria S1.
La identificación de células FOXL1+GFP+ como telocitos subepiteliales se basa en estudios in vivo . La necesidad de desarrollar y modificar los protocolos de aislamiento de mesénquimas disponibles para producir mayores rendimientos de telocitos, y el conocimiento de cómo lograrlo se basó en nuestra comprensión de la estructura y función de los telocitos FOXL1+ in vivo, como células grandes con largas proyecciones celulares estrechamente unidas a las células epiteliales.
Curiosamente, los telocitos GFP+ ex vivo exhiben características celulares similares a sus características in vivo en el intestino y, por lo tanto, se sugiere que sirven como un soporte ideal para el crecimiento de organoides. Aunque este protocolo discute principalmente el aislamiento de telocitos del intestino delgado, un protocolo similar con modificaciones menores puede ser utilizado y aplicado fácilmente para las células mesenquimales del colon, como la recientemente descrita célula del estroma intestinal regulada por MAP3K2 (MRISC)12.
Una vez que las células mesenquimales se han estirado y alcanzado la confluencia, se pueden usar para varias aplicaciones adicionales, como el cocultivo 3D con organoides derivados de ratones o humanos, utilizando Mastrigel libre de factor de crecimiento. El mesénquima típicamente forma una red que apoya completamente la formación y el crecimiento de organoides sin suplementación con factor de crecimiento exógeno. El estroma intestinal tiene características 3D intrínsecas que pueden proporcionar al epitelio soporte mecánico14. Por lo tanto, este protocolo también se puede utilizar para aislar el mesénquima para integrarlo en un andamio bioimpreso en 3D y utilizarlo para otros experimentos de xenoinjerto.
The authors have nothing to disclose.
Este trabajo fue apoyado por subvenciones de la Fundación de Ciencia de Israel (subvención personal MSC) y el programa conjunto entre la Fundación de Ciencias de Israel y la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China.
15 mL Centrifuge Tubes | Corning | 430052 | |
50 mL Centrifuge Tubes | Corning | 430828 | |
5 mL Polystyrene Round-Bottom Tube with Cell-strainer cap | Corning | 352235 | |
6 Well Cell Culture Plate | Costar | 3516 | |
APC Anti-Mouse CD31 | Biolegend | 102509 | |
APC Anti-Mouse CD326 | Biolegend | 118213 | |
APC Anti-Mouse CD45 | Biolegend | 103111 | |
Cell Lifter | Corning | 3008 | |
Cell Strainer 100μm Nylon Yellow | Corning | CLS431752 | |
Collagenase type VIII | Sigma | C2139-500MG | |
DL-Dithiothreitol (DTT) | Sigma | 43815-1G | |
DMEM/F-12 (HAM) 1:1 | Biological Industries | 01-170-1A | |
DNase I | Sigma | DN25-1G | |
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) | Biological Industries | 01-055-1A | |
Dulbecco's Phosphate Buffered Saline | Sigma | D1283-500ML | 10x |
EDTA 0.5 M, pH 8.0 | Biological Industries | 01-862-1B | |
FBS | Biological Industries | 04-007-1A | |
Gentamicin | Sigma | G1914-250MG | 100x |
Gluta Max-I | Gibco | 35050-038 | 100x |
Hank’s Balanced Salt Solution (HBSS) | Biological Industries | 02-017-5A | 10x |
HEPES | Gibco | 15630-080 | 100x |
Penicillin-Streptomycin (Pen/Strep) | Biological Industries | 03-033-1B | 100x |
RPMI 1640 medium | Gibco | 21875-034 | |
Trypsin EDTA Solution B | Sartorius | 03-052-1A |