Этот протокол описывает создание трехмерных (3D) тканевых органоидов из первичных клеток эпителия поверхности яичников человека (hOSE). Протокол включает выделение hOSE из свежесобранных яичников, клеточное расширение hOSE, процедуры криоконсервации-размораживания и деривацию органоидов. В него включены иммунофлюоресценция, количественный анализ и демонстрация полезности в качестве платформы для скрининга.
Поверхностный эпителий яичников (OSE), самый внешний слой яичника, претерпевает разрыв во время каждой овуляции и играет решающую роль в заживлении ран яичников, восстанавливая целостность яичников. Кроме того, OSE может служить источником эпителиального рака яичников. Несмотря на то, что регенеративные свойства OSE были хорошо изучены на мышах, понимание точного механизма восстановления тканей яичников человека остается затрудненным из-за ограниченного доступа к яичникам человека и подходящих протоколов культивирования in vitro . Тканеспецифические органоиды, миниатюрные модели in vitro , воспроизводящие как структурные, так и функциональные аспекты исходного органа, открывают новые возможности для изучения физиологии органа, моделирования заболеваний и тестирования лекарств.
В этой статье мы описываем метод выделения первичной человеческой ОГЭ (hOSE) из цельных яичников и создания органоидов hOSE. Мы включили морфологическую и клеточную характеристику, показывающую гетерогенность между донорами. Кроме того, мы демонстрируем способность этого метода культивирования оценивать гормональное влияние на рост OSE-органоидов в течение 2-недельного периода. Этот метод может позволить обнаружить факторы, способствующие регенерации ОГЭ, и облегчить скрининг злокачественных ОГЭ для конкретного пациента.
Яичники считаются одним из самых динамичных органов в организме, претерпевая постоянные циклы заживления ран и ремоделирования на протяжении всей репродуктивной жизни человека. Основным игроком, участвующим в регенерации ткани яичников после каждого овуляторного цикла, является поверхностный эпителий яичников (OSE)1. OSE представляет собой одиночный слой, полученный из мезотелия, содержащий плоские, кубовидные и столбчатые эпителиальные клетки, которые покрывают всю поверхность яичников2. Перед овуляцией стромальная ткань яичника на поверхности овуляторного фолликула подвергается протеолитическому разрушению, что позволяет высвобождать кумулюс-ооцитарный комплекс. Затем поврежденная область, известная как овуляторное клеймо, восстанавливается, при этом полное закрытие поверхности яичника достигается менее чем за 72 часа у мышей3. Высокоэффективная способность OSE к пролиферации и закрытию овуляторной раны подчеркивает предполагаемое существование резидентной популяции стволовых клеток4. Из-за ограниченной доступности человеческих яичников от доноров репродуктивного возраста, большая часть знаний о механизмах репарации OSE поступает от животных моделей. Тем не менее, видоспецифичные особенности препятствуют переносу исследований яичников на животных на человека5.
В исследованиях in vitro преимущественно использовалась двумерная (2D) клеточная культура человеческого ОГЭ, при которой клетки росли в монослое, прикрепленном к поверхности культивальной пластины, из-за ее экономической эффективности и простоты культивирования 6,7,8. Тем не менее, этот подход имеет ограничения, воспроизводящие сложность динамики ткани яичников9. В связи с этим платформы 3D-клеточных культур с особым акцентом на органоиды яичников произвели революцию в исследованиях яичников10. Тканевые органоиды представляют собой миниатюрные in vitro представления органа, из которого они получены, демонстрируя способность к 3D-самоорганизации и имитируя ключевые функции и структуры своих аналогов in vivo. Эта технология дает возможность пролить свет на фундаментальные вопросы, касающиеся развития, регенерации и восстановления тканей яичников человека. В последние годы исследователи также применили знания об органоидах яичников для создания органоидов рака яичников (РЯ), специфичных для пациента, для моделирования заболеваний и персонализированной медицины 12,13,14.
Основываясь на различных методах, используемых для получения органоидов OSE у мышей и органоидов15,16 фаллопиевых труб (FT), а также органоидов OSE12 и FT органоидов17 человека, мы описываем здесь протокол получения органоидов OSE человека из яичников человека с потенциальными применениями в исследованиях регенерации OSE. Этот протокол эффективно изолирует первичные клетки OSE из цельных яичников человека и включает в себя пошаговое описание 2D-экспансии клеток и 3D-генерации органоидов hOSE. Органоиды hOSE продемонстрировали (специфичную для доноров) изменчивость морфологии и роста, что подчеркивает их полезность для персонализированных исследований. Кроме того, этот протокол включает поддержание органоидов hOSE, пассирование и иммунофлюоресценцию в пределах одной и той же культуральной пластины. Кроме того, в нем дается описание различной морфологии, которую могут принимать органоиды hOSE, и характеризуются изменения иммунофенотипа во время культивирования. Наконец, он демонстрирует полезность, исследуя влияние сигналов окружающей среды, таких как гормоны яичников, на формирование и рост органоидов hOSE на основе количества и размера органоидов hOSE.
Применение технологии органоидов hOSE улучшит наше понимание яичника, уделяя особое внимание механизмам, отвечающим за его замечательную регенеративную способность. По мере того, как 3D-модели яичников человека продолжают развиваться, зависимость от животных моделей в исследованиях яичников будет уменьшаться, что приведет к инновационным методам лечения в области регенеративноймедицины.
Технология 3D-органоидов становится незаменимым инструментом для медицинских исследований. С одной стороны, эта платформа in vitro дает возможность изучать фундаментальные механистические вопросы регенерации тканей, заживления рани развития. С другой стороны, 3D-органоиды, полученные из образцов пациентов, позволяют проводить персонализированные медицинские исследования, включая диагностику, тестирование лекарств и клеточную терапию 12,13,14,37,38. В области исследований яичников hOSE вызвала значительный интерес с тех пор, как она стала источником эпителиальных карцином яичников39. Несмотря на то, что считается, что большинство серозных раков яичников высокой степени злокачественности (HGSOC), один из наиболее распространенных эпителиальных видов рака яичников, возникает из фаллопиевых труб40, современные исследования на 3D-органоидах яичников у мышей предположили потенциальное двойное происхождение HGSOC от OSE и фаллопиевых труб15,16.
В этой статье мы описали протокол получения 3D-органоидов hOSE и описали его применение для получения новых механистических знаний в регенерации ткани яичников. Этот протокол включает в себя пошаговый метод выделения первичных клеток hOSE из яичников человека и получения 3D-органоидов hOSE. Чтобы обеспечить эффективное происхождение органоидов hOSE, крайне важно свести к минимуму манипуляции с яичниками. Из-за своего расположения на поверхности яичника и монослойной организации, hOSE подвержен повреждениям и потерям во время овариэктомии и манипуляций с органами. По этой причине мы отдали предпочтение ферментативному методу и методу соскабливания, применяемому ко всему яичнику для выделения hOSE 2,8. В настоящем протоколе применялось мягкое ферментативное лечение для нарушения межклеточных связей hOSE с последующим аккуратным выскабливанием поверхности яичника.
Сравнивая 2D с 3D hOSE культурой, важно отметить, что, несмотря на исходно высокую скорость пролиферации клеток hOSE в 2D культуре, их клеточные характеристики изменялись из-за ЭМП, что позволяет предположить, что применяемые условия 2D культуры не подходят для поддержания морфологии эпителия. В отличие от этого, 3D hOSE-органоиды могут быть пропущены по крайней мере 4 раза без признаков старения. Использованная среда для OSE_3D органоидных культур была основана на среде, использованной Коппером и коллегами для получения OC и здоровых органоидов hOSE12 и Kessler и коллегами для получения человеческих органоидов FT17. Основное отличие заключалось в замене кондиционированных сред Wnt3a и R-Spondin-1 человека на коммерчески доступные рекомбинантные белки для облегчения воспроизводимости.
Методы иммунофлуоресценции обычно включают в себя извлечение образца ткани из культурального планшета и его обработку для парафинового или криогионного сечения. При работе с очень маленькими структурами высок риск их потери при обработке образца. В этом протоколе получение органоидов hOSE происходит в планшетах для клеточных культур, что позволяет проводить прямую микроскопическую визуализацию без необходимости удаления органоидов hOSE из матрицы BME. Кроме того, использованный здесь метод полной иммунофлуоресценции, описанный Резанежедадом и коллегами для протоковых органоидовподжелудочной железы 41, позволил in situ наблюдать локализацию белка в морфологически интактных органоидах. Мы продемонстрировали, что при выполнении этого протокола иммунофлуоресценции на органоидах hOSE, полученных в многолуночных камерных предметных стеклах, наблюдается высокоэффективное проникновение антител с очень низким фоновым сигналом.
Хотя большинство органоидов hOSE, полученных с помощью этого метода, не имели экспрессии CDH1, некоторые органоиды CDH1+ hOSE сформировались, достигая больших размеров по сравнению с органоидами CDH1-hOSE. Экспрессия CDH1 была связана с неопластическими фенотипамиhOSE 2,35. Яичники, использованные для выделения hOSE, были донорами от здоровых трансмаскулинных доноров репродуктивного возраста (27,1 ± 5 лет). Эти доноры проходили лечение тестостероном в течение 38 ± 15 месяцев до овариэктомии. Мы не можем исключать возможность того, что клетки CDH1+ hOSE на поверхности яичников могут быть связаны с лечением тестостероном. Несмотря на то, что лечение андрогенами было связано с изменениями яичников, такими как ановуляция42, гиперплазия корковой области43 и повышенная жесткость коры головного мозга44, общая патология яичников остается доброкачественной при использовании тестостерона45.
Таким образом, этот протокол подчеркивает потенциал создания 3D-органоидов hOSE для расшифровки механистических вопросов регенерации ткани яичников. Важно отметить, что этот метод также может быть применен для обнаружения злокачественных клеток, присутствующих в биопсии яичников у пациентов с риском развития рака. В совокупности этот метод поддерживает потенциальное применение этой инновационной платформы in vitro как для фундаментальных исследований функции яичников, так и для клинического применения для индивидуального медицинского лечения.
The authors have nothing to disclose.
Мы хотели бы поблагодарить всех пациентов, которые пожертвовали ткани для этого исследования, членов группы Чува де Соуза Лопес за полезные дискуссии и И. Де Поортера за дизайн карикатур, использованных на рисунке 1. Это исследование финансировалось Европейским исследовательским советом, грант No ERC-CoG-2016-725722 (OVOGROWTH) для J.S.D.V. и S.M.C.d.S.L.; и Фонд Ново Нордиск (reNEW), грант номер NNF21CC0073729 для J.S.D.V. и 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 |
.