Este protocolo describe el establecimiento de organoides tisulares tridimensionales (3D) a partir de células primarias del epitelio de superficie ovárica humana (hOSE). El protocolo incluye el aislamiento de hOSE a partir de ovarios recién recolectados, la expansión celular de la hOSE, los procedimientos de criopreservación-descongelación y la derivación de organoides. Se incluyen la inmunofluorescencia, el análisis cuantitativo y la demostración de su utilidad como plataforma de cribado.
El epitelio de la superficie ovárica (OSE), la capa más externa del ovario, se rompe durante cada ovulación y desempeña un papel crucial en la cicatrización de las heridas ováricas, al tiempo que restaura la integridad ovárica. Además, el OSE puede servir como fuente de cánceres epiteliales de ovario. Aunque las propiedades regenerativas de la OSE se han estudiado bien en ratones, la comprensión del mecanismo preciso de reparación de tejidos en el ovario humano sigue obstaculizada por el acceso limitado a los ovarios humanos y los protocolos de cultivo in vitro adecuados. Los organoides específicos de tejidos, modelos in vitro miniaturizados que replican aspectos estructurales y funcionales del órgano original, ofrecen nuevas oportunidades para estudiar la fisiología de los órganos, el modelado de enfermedades y las pruebas de fármacos.
Aquí, describimos un método para aislar OSE humano primario (hOSE) de ovarios completos y establecer organoides hOSE. Incluimos una caracterización morfológica y celular que muestra heterogeneidad entre donantes. Además, demostramos la capacidad de este método de cultivo para evaluar los efectos hormonales sobre el crecimiento de organoides OSE durante un período de 2 semanas. Este método puede permitir el descubrimiento de factores que contribuyen a la regeneración de la OSE y facilitar la detección de fármacos malignos específicos para cada paciente.
El ovario se considera uno de los órganos más dinámicos del cuerpo, que experimenta ciclos constantes de cicatrización y remodelación de heridas a lo largo de la vida reproductiva del individuo. Un actor principal implicado en la regeneración del tejido ovárico después de cada ciclo ovulatorio es el epitelio de superficie ovárica (OSE)1. El OSE es una capa única derivada del mesotelio que contiene células epiteliales planas, cuboidales y cilíndricas que cubren toda la superficie ovárica2. Antes de la ovulación, el tejido estromal ovárico en la superficie del folículo ovulatorio sufre una interrupción proteolítica para permitir la liberación del complejo cúmulo-ovocito. A continuación, se repara la zona lesionada, conocida como estigma ovulatorio, y se consigue el cierre completo de la superficie ovárica en menos de 72 horas en ratones3. La alta eficiencia de la capacidad de la OSE para proliferar y cerrar la herida ovulatoria pone de manifiesto la supuesta existencia de una población de células madre residentes4. Debido a la limitada disponibilidad de ovarios humanos de donantes en edad reproductiva, la mayor parte del conocimiento sobre los mecanismos de reparación de la OSE proviene de modelos animales. Sin embargo, las características específicas de cada especie dificultan la traslación de la investigación ovárica basada en animales a los humanos5.
Los estudios in vitro han utilizado predominantemente el cultivo celular bidimensional (2D) de OSE humano, en el que las células crecieron en una monocapa adherida a la superficie de una placa de cultivo, debido a su rentabilidad y facilidad de cultivo 6,7,8. Sin embargo, este abordaje tiene limitaciones para replicar la complejidad de la dinámica del tejido ovárico9. En este sentido, las plataformas de cultivo celular en 3D, con especial atención a los organoides ováricos, han revolucionado la investigación ovárica10. Los organoides tisulares son representaciones in vitro miniaturizadas del órgano del que se derivan, exhibiendo capacidad de autoorganización en 3D e imitando funciones y estructuras clave de sus contrapartes in vivo 11. Esta tecnología ofrece la posibilidad de arrojar luz sobre cuestiones fundamentales relacionadas con el desarrollo, la regeneración y la reparación de tejidos en el ovario humano10. En los últimos años, los investigadores también han aplicado el conocimiento sobre los organoides ováricos para la generación de organoides de cáncer de ovario (CO) específicos de cada paciente para el modelado de enfermedades y la medicina personalizada 12,13,14.
Basándonos en diferentes métodos utilizados para la generación de organoides OSE de ratón y organoides de trompas de Falopio (FT)15,16, así como organoides OSEhumanos 12 y organoides FT17, describimos aquí un protocolo para la derivación de organoides OSE humanos a partir de ovarios humanos con aplicaciones potenciales en estudios de regeneración de OSE. Este protocolo aísla de manera eficiente las células OSE primarias de los ovarios humanos completos e incluye una descripción paso a paso de la expansión celular 2D y la generación de organoides hOSE 3D. Los organoides hOSE mostraron variabilidad (específica del donante) en morfología y crecimiento, lo que destaca su utilidad para estudios personalizados. Además, este protocolo incluye el mantenimiento de organoides hOSE, el paso y la inmunofluorescencia dentro de la misma placa de cultivo. Además, proporciona una descripción de las diferentes morfologías que pueden adoptar los organoides hOSE y caracteriza los cambios en el inmunofenotipo durante el cultivo. Por último, muestra la utilidad al investigar la influencia de las señales ambientales, como las hormonas ováricas, en la formación y el crecimiento de organoides hOSE en función del número y el tamaño de los organoides hOSE.
La aplicación de la tecnología de organoides hOSE mejorará nuestra comprensión del ovario, con un énfasis específico en los mecanismos responsables de su notable capacidad regenerativa. A medida que los modelos ováricos humanos en 3D continúen evolucionando, la dependencia de los modelos animales en la investigación ovárica disminuirá, lo que conducirá a terapias innovadoras en el campo de la medicina regenerativa18.
La tecnología de organoides 3D se está convirtiendo en una herramienta indispensable para la investigación médica. Por un lado, esta plataforma in vitro ofrece la posibilidad de estudiar cuestiones mecanicistas fundamentales sobre la regeneración de tejidos, la cicatrización de heridas y el desarrollo18. Por otro lado, los organoides 3D derivados de muestras de pacientes permiten estudios de medicina personalizada, incluyendo diagnósticos, pruebas de fármacos y terapia celular 12,13,14,37,38. En el campo de la investigación ovárica, la hOSE ha ganado un interés sustancial desde su implicación como origen de los carcinomas epiteliales de ovario39. Aunque se cree que la mayoría de los carcinomas serosos de ovario de alto grado (HGSOC), uno de los cánceres epiteliales de ovario más comunes, surgen de las trompas de Falopio40, la investigación actual en organoides ováricos 3D de ratones ha propuesto un posible origen dual del HGSOC a partir de OSE y trompa de Falopio 15,16.
Aquí, describimos un protocolo para la derivación de organoides hOSE 3D y describimos su aplicación para aportar nuevos conocimientos mecanicistas en la regeneración de tejido ovárico. Este protocolo incluye un método paso a paso para aislar células hOSE primarias de ovarios humanos y generar organoides hOSE en 3D. Para garantizar una derivación eficiente de organoides hOSE, es crucial minimizar la manipulación ovárica. Debido a su ubicación en la superficie ovárica y a su organización monocapa, la hOSE es propensa a sufrir daños y pérdidas durante la ooforectomía y la manipulación de órganos. Por este motivo, hemos apostado por un método enzimático y de raspado aplicado a todo el ovario para aislar hOSE 2,8. En el presente protocolo, se aplicó un tratamiento enzimático suave para interrumpir las conexiones intercelulares hOSE, seguido de un raspado suave de la superficie ovárica.
Al comparar el cultivo 2D con el cultivo 3D de hOSE, es importante señalar que, a pesar de la alta tasa de proliferación inicial de las células hOSE en el cultivo 2D, sus características celulares se alteraron debido a la EMT, lo que sugiere que las condiciones de cultivo 2D aplicadas no son adecuadas para mantener una morfología epitelial. Por el contrario, los organoides 3D hOSE pudieron pasar al menos 4 veces sin signos de senescencia. El OSE_3D medio de cultivo de organoides utilizado se basó en el utilizado por Kopper y sus colegas para la derivación de OC y organoides hOSE sanos12 y por Kessler y colaboradores para la derivación de organoides FT humanos17. La principal diferencia fue la sustitución de los medios condicionados Wnt3a y R-Spondin-1 humanos por proteínas recombinantes disponibles comercialmente para facilitar la reproducibilidad.
Las técnicas de inmunofluorescencia suelen consistir en extraer la muestra de tejido de la placa de cultivo y procesarla para su corte en parafina o criosección. Cuando se trabaja con estructuras muy pequeñas, el riesgo de perderlas durante el procesamiento de muestras es alto. En este protocolo, la derivación de organoides hOSE se lleva a cabo en placas de cultivo celular que permiten la obtención de imágenes directas al microscopía sin necesidad de extraer los organoides hOSE de la matriz BME. Además, el método de inmunofluorescencia de montaje completo utilizado aquí, descrito por Rezanejad y sus colegas para organoides ductales pancreáticos41, permitió la observación in situ de la localización de proteínas dentro de organoides morfológicamente intactos. Demostramos que, al realizar este protocolo de inmunofluorescencia en organoides hOSE derivados en portaobjetos de múltiples pocillos, hay una penetración de anticuerpos altamente eficiente con una señal de fondo muy baja.
Aunque la mayoría de los organoides hOSE derivados mediante este método carecían de expresión de CDH1, se formaron algunos organoides CDH1+ hOSE, que alcanzaron tamaños más grandes en comparación con los organoides CDH1-hOSE. La expresión de CDH1 se ha asociado con fenotipos neoplásicos de hOSE 2,35. Los ovarios utilizados para el aislamiento de hOSE fueron donados por donantes transmasculinas sanas en edad reproductiva (27,1 ± 5 años). Estos donantes estuvieron bajo tratamiento con testosterona durante un período de 38 ± 15 meses antes de la ooforectomía. No podemos descartar la posibilidad de que las células CDH1+ hOSE en la superficie ovárica puedan atribuirse al tratamiento con testosterona. Aunque el tratamiento con andrógenos se ha relacionado con cambios ováricos, como la anovulación42, la hiperplasia del área cortical43 y el aumento de la rigidez cortical44, la patología ovárica general sigue siendo benigna mientras se usa testosterona45.
En resumen, este protocolo pone de manifiesto el potencial de la generación de organoides hOSE 3D para decodificar cuestiones mecanicistas sobre la regeneración del tejido ovárico. Es importante destacar que este método también podría aplicarse para la detección de células malignas presentes en biopsias de ovario de pacientes con riesgo de desarrollar cáncer. En conjunto, este método respalda las posibles aplicaciones de esta innovadora plataforma in vitro tanto para estudios fundamentales de la función ovárica como para aplicaciones clínicas para tratamientos médicos individualizados.
The authors have nothing to disclose.
Nos gustaría agradecer a todos los pacientes que donaron tejido para este estudio, a los miembros del grupo de Chuva de Sousa Lopes por sus útiles discusiones y a I. De Poorter por diseñar las caricaturas utilizadas en la Figura 1. Esta investigación ha sido financiada por el Consejo Europeo de Investigación, número de subvención ERC-CoG-2016- 725722 (OVOGROWTH) para J.S.D.V. y S.M.C.d.S.L.; y la Fundación Novo Nordisk (reNEW), subvención número NNF21CC0073729 para J.S.D.V. y 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 |
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