RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
German
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Organoide, die sich aus den Meeressammrissen entwickelten, wurden bestrahlt und charakterisiert, um epitheliale Merkmale und Wechselwirkungen mit Immunzellen zu beurteilen. Bestrahlte Organoide können verwendet werden, um Wechselwirkungen mit Zellen besser zu bewerten, die zu der Rekrutierung von Tumorzellen in bestrahltem normalem Gewebe führen können.
Organoide, die aus dem verdauten Gewebe gewonnen werden, sind mehrstufige dreidimensionale (3D) Konstrukte, die in vivo-Bedingungen besser rekapitulieren als Zellmonolayers. Obwohl sie nicht vollständig in vivo-Komplexität modellieren können, behalten sie eine gewisse Funktionalität der ursprünglichen Orgel. Bei Krebsmodellen werden Organoide häufig verwendet, um Tumorzelleinfälle zu untersuchen. Dieses Protokoll zielt darauf ab, Organoide aus dem normalen und bestrahlten Maus-Mammargewebe zu entwickeln und zu charakterisieren, um die Strahlenreaktion in normalen Geweben zu bewerten. Diese Organoide können in zukünftigen In-vitro-Krebs-Studien eingesetzt werden, um Tumorzellinteraktionen mit bestrahlten Organoiden zu bewerten. Die Brustdrüsen wurden resutiert, auf 20 Gy bestrahlt und in einer Kollagenase VIII Lösung verdaut. Epitheliale Organoide wurden durch Zentrifugaldifferenzierung getrennt, und 3D-Organoide wurden in 96-gut niedrig haftenden Mikroplatten entwickelt. Organoide drückten das charakteristische epitheliale Marker Cytokeratin 14 aus. Die Makrophage-Interaktion mit den Organoiden wurde in Ko-Kultur-Experimenten beobachtet. Dieses Modell kann nützlich sein, um Tumorstrominteraktionen, Infiltration von Immunzellen und Makrophage-Polarisation in einer bestrahlten Mikroumgebung zu untersuchen.
Etwa 60% der dreifachen negativen Brustkrebspatientinnen (TNBC) wählendieBrustkonservierungstherapie (BCT) als Behandlungsform 1. Bei dieser Behandlungsmodalität wird der Tumor, der einen Teil des Brustgewebes enthält, entfernt, und das umgebende normale Gewebe ist ionisierender Strahlung ausgesetzt, um alle verbleibenden Tumorzellen abzutöten. Die Behandlung reduziert die Wiederholung in weiten Teilen der Brustkrebspopulation; Allerdings sind etwa 13,5% der behandelten Patienten mit TNBCErfahrunglocoregional Wiederholungen 2. Daher wird die Untersuchung, wie Strahlung zirkulierende Tumorzellen rekrutieren kann (CTCs), zu wichtigen Einsichten in die lokale Wiederholung 3,4führen.
Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass die Strahlung des normalen Gewebes die Rekrutierung verschiedenerZelltypen 5 erhöht. In präklinischen Modellen von TNBC erhöhte die Bestrahlung des normalen Gewebes die Makrophage und in der Folge dieRekrutierung von Tumorzellen auf das normale Gewebe 5. Der Immunstatus beeinflusste die Rekrutierung von Tumorzellen an bestrahlten Standorten, wobei die Tumorzellwanderung bei immunkompromitierten Probanden beobachtet wurde. Die Rekapitulation dieser Wechselwirkungen mit Organoiden aus Brustdrüsen wird die Beobachtung von Zellmigration und zellstromalen Wechselwirkungen in Echtzeit mit Mikroskopie und Live-Zell-Bildgebung ermöglichen, um die Rolle der Strahlenschäden bei der Veränderung zu bestimmen. Tumorzellverhalten.
Maus-Mammarorganoide haben dabei geholfen, wichtige Schritte in der Entwicklung der Brustdrüse aufzuklären. Ein Säugetierorganoid ist ein mehrstufiges, dreidimensionales Konstrukt des isolierten Säugetierepithels, das größer als50 μm6,7,8,9,10ist. Mit Hilfe von primären epithelialen Organoiden bewertete Simian et al.die notwendigen Faktoren für die Verzweigung in der Brustdrüse 7. Shamir et al. entdeckte, dass die Verbreitung ohne einen epithelialen zu mesenchymalen Übergang erfolgen kann, was Einblick in die metastasierende Kaskade8gewährt. Die Methoden zur Erzeugung und Charakterisierung von Organoiden aus Brustdrüsengewebe sind6,11,12, 13gutetabliert. Unseres Wissens wurden jedoch keine Methoden für den Anbau von bestrahlten Organoiden aus Brustdrüsen gemeldet. Ein Protokoll zum Anbauen und Charakterisieren von bestrahlten Organoiden wäre ein entscheidender Schritt bei der Rekapitulation von strahleninduzierten Immun-und Tumorzellrekrutierungen.
In diesem Papier berichten wir über eine Methode zum Anbauen und Charakterisieren von bestrahlten Säugetierarchivorganoiden in Mikroplatten mit niedrigem Klebstoff-Polymer, das die Bildung von Spheroiden unterstützt. Diese Organoide wurden mit Makrophagen kokultiviert, um die Infiltrationskinetik der Immunzellen zu untersuchen. Diese Arbeit kann erweitert werden, um die Ko-Kulturierung von Organoiden mit Fettzellen zu umfassen, um Säugetiereigenschaften zu rekapitulieren, Brustkrebszellen zur Visualisierung von Tumorzellrekrutierungen und CD8+ T-Zellen, um Wechselwirkungen zwischen Tumorimmel zu untersuchen. Bereits etablierte Protokolle können zur Auswertung von bestrahlten Organoiden verwendet werden. Frühere Modelle, die Säugetierorganoide und Immunzellen mitkultivieren, haben Licht auf Mechanismen der Metastasen und der Verbreitung geworfen. DeNardo et al. fand heraus, dass die CD4+ T-Zellregulierung von tumorassoziierten Makrophagen einen metastasierenden PhenotypvonSäugetieren von Adenokarzinomen 14 verstärkte. Die Modelle der Ko-Kultur-Kultur wurden auch verwendet, um Mechanismen der biologischen Entwicklung zu erklären. Plaks et al. klärte die Rolle der CD4+ T-Zellen als Down-Regulatoren der Säugetierorganogenese15auf. Unsere Gruppe ist jedoch die erste, die ein Verfahren etabliert hat, um zu visualisieren, wie normale Gewebebestrahlung das Immunzellverhalten beeinflusst. Da sich gezeigt hat, dass normale Gewebebestrahlung dieRekrutierung von Tumorzellen verbessert hat. [5] Dieses Protokoll kann weiterentwickelt werden, um zu analysieren, wie das Verhalten der Tumorzellen durch die Bestrahlung von normalem Gewebe und Zellen verändert wird, was zu einem besseren Verständnis von Krebserkrankung wiederholt.
Tierstudien wurden in Übereinstimmung mit den vom Vanderbilt der Institutional Animal Care and Use Committee der Vanderbilt Universität genehmigten Tierstudien durchgeführt.
1. Vorbereitung von Mäusen und Zellaufnahme (angepasst von Nguyen-Ngoc et al.11)
2. Bestimmung der Dichte und Beschichtung von Organoiden

3. Ko-Kultivierung mit Makrophagen
4. Immunfluoreszenzfärbung von Organoiden
NOTE: Organoide können in niedrigen Klebstoffen gebeizt oder auf Kammerrutschen übertragen werden. Zum Übertragen, sanft nach oben und unten piptieren, bis sich die Organoide von den Platten gelöst haben. Übertragen Sie Kammerrutschen und Inkubat für 4-8 h, damit Organoide an der Plattenoberfläche haften können.
Bestrahlte epitheliale Säugetierorganoide wurden erfolgreich aus mausischen Brustdrüsen gewonnen, verarbeitet und auf Low-adhesion-Platten kultiviert (Abbildung1). Die Organoid-Ausbeute wurde durch Aussaat in verschiedenen Wachstumsumgebungen getestet (Abbildung 2A-G). Die Nähzellen direkt auf der Gewebekultur behandelten 10 cm Zellplatten führten zu einem Überwuwachs an Fibroblastzellen. Fibroblasten wurden in Phasenkontrastmikroskopie in oder in der Nähe der gleichen Fokusebene wie Organoide identifiziert, und sie wuchsen innerhalb weniger Tage schnell aus geplatzten Organoiden heraus. Ein Auswuchs von Fibroblasten war auch zu beobachten, als Organoide in Kellermembranen und Kollagenproteinmatrizen gesät wurden (Abbildung 2E,F).
Bei der Optimierung des bestrahlten Organoidwachstums wurden verschiedene Bedingungen getestet (Abbildung 2H). Als Enzym in der organoiden Verdauungsstufe 12,16, 17 wurden die Kollagenase-Typen I und VIII aus Clostridium histolyticumverwendet. Die Organoiderträge waren nach der Verdauung mit Kollagenase VIII deutlich höher. Dies kann auf die Reinigungsverfahren zurückzuführen sein, die bei der Herstellung des Enzyms eingesetzt werden: Kollagenase Typ I wird teilweise gereinigt und kann unnötige Schäden an Membranproteinen und Rezeptoren verursachen, was zu einer schlechten Organoidbildung, Zelllyse oder Überverdauung führt 16 , 17 , 18. Es wurden keine signifikanten Ausbetragsunterschiede zwischen bestrahlten und kontrollierbaren Organoiden festgestellt.
Bestrahlte Organoide konnten in niedrigen Haftplatten (Abbildung 3A-C) oder in der Kellermembran (Abbildung 3D-G) kultiviert werden, das schnellste Wachstum trat jedoch bei niedrigen Haftplatten auf (Abbildung 3H). Organoide rekapitulierten die Eigenschaften der Brustdrüse. Weiße Pfeilspitzen zeigen Morphologisch ähnliche Konstrukte wie Kanäle und Lappen19,20, 21 (Abbildung 3C), die für die Produktion und den Transport von Milch in der Brustdrüse 21 entscheidend sind. Um diese Beobachtung zu bestätigen, ist jedoch eine weitere Charakterisierung erforderlich. Wachstumstrends deuteten darauf hin, dass nicht bestrahlte Organoide schneller wuchsen als bestrahlte Organoide (Abbildung 3H), was höchstwahrscheinlich auf die Verhaftung von Zellwachstum zurückzuführen ist, die sich aus Mechanismen der DNA-Schadensreparatur ergibt; Allerdings war der Trend statistisch nicht signifikant 22. Es wurde ein gelegentliches Klumpen von organoiden mit geringer Haftung beobachtet, und Organoide konnten bis zu zwei Wochen vor der Trennung kultiviert werden.
Organoide drückten epitheliale Eigenschaften aus, die durch die Immunfluoreszenzfärbung von Cytokeratin 14 (K14), E-Cadherin (E-cad) und Tight Junction Protein 1 (ZO-1)23,24,25 ausgewertet wurden ( Abbildung 4). Strahlenstrahlte Organoide drückten Epithelmarker aus. K14, ein Marker von Myoepithel23, wurde auf der Oberfläche der bestrahlten Organoide stark ausgedrückt (Abbildung 4A). Zusätzlich wurden E-Cad und ZO-1 in zellulären Knotenpunkten von Organoiden ausgedrückt (Abbildung 4B, C). Diese Proteine sind für die richtige Zellhaftung24 unerlässlich. Nach der Bestrahlung behielt die Organoide ihre epithelialen Eigenschaften.
Die fluoreszierende Färbung von Organoiden konnte in niedrigen Haftplatten mit Hilfe der Fluoreszenzmikroskopie(Abbildung 5A-D) visualisiert werden; Die deutlichste Visualisierung erfolgte jedoch über die konfokale Mikroskopie(Abbildung 5E-F). Die vollständige Fluoreszenzintensität wurde berechnet, indem der Hintergrund abgezogen und durch Organoidbereich normalisiertwurde(Abbildung 5G). Der Anbau von Organoiden in den 96 gut niedrigen Klebeplatten vereinfachte auch die Co-Kultur-Experimente. Wenn man sie in den in der Brustdrüse typischen Konzentrationen setzt, haben Makrophagen mit der Kontrolle und den bestrahlten Organoiden kolokalisiert (Abbildung6) 24,26.

Bild 1. Methodenablauf. (A) Mammutdrüsen wurden von Mäusen zurückgesetzt. Die Bauch-und Leistendrüsen wurden verwendet. (B) Mammutdrüsen wurden in 50 mL-Zentrifugenrohren bestrahlt, die DMEM/F12-Medien enthielten. C) Mammutdrüsen wurden auf sterile Sechs-well-Platten übertragen und mit chirurgischen Skalpellen geschnitten, bis sie gehackt wurden (D). (E) Mammudrüsen wurden in 50 mL-Zentrifugenröhren mit 5 ml sterilen DMEM/F12-Medien pro Drüse übertragen und in einer Kollagenase VIII Lösung (F) verdaut. (G) Nachdem die Zentrifugaldifferenzierung auf ein 15 mL-Rohr übertragen wurde, wurde die Zentrifugaldifferenzierung eingesetzt, um Stromalzellen, einzelne Zellen und rote Blutkörperchen zu entfernen, die in einem roten Pellet (weißer Pfeilkopf) beobachtet wurden, bis nur weiße epitheliale Organoide gewonnen wurden (H ). (I) 50 Organoide wurden in 200 μL Medien in 96-gut niedrigen Haftplatten beschichtet und mit Phasenkontrastmikroskopie mit 50 μm abgebildet.

Bild 2. Organoid Plating in 3D Protein Matrices und auf Tissue Culture Treatated Plastic. Organoide, die in Kollagen (A) und Kellermembran (B) gesät wurden, wurden nach 84 Stunden Wachstum abgebildet. Das Auswuchs von Fibroblasten trat in Matrix-Plüten auf (C, D). 192 Stunden nach der Aussaat wurden Phasenkontrastbilder von Organoiden, die durch Filtration sortiert wurden, aufgenommen. Es wurden keine großen Unterschiede zwischen dem Filtrat (E) und dem Retentat (F) festgestellt, wobei beide zu einem zusammenfließenden Fibroblast-Wachstum führten. Zellen in E und F wurden auf Gewebekultur behandelten Kunststoff gesät. Nach dem Trypsinisieren für 5 min bei RT wurden Fibroblasten über Aspiration entfernt; Die verbliebenen Epithelzellen bildeten jedoch statt dreidimensionaler Organoide (G) eine Monolayerkultur. (H) Verschiedene Kollagenasentypen (I (CI) und VIII (CVIII)) und Zellverarbeitungsmethoden (Filtration und Zentrifugaldifferenzierung (Cent Diff)) wurden getestet, und Organoidausbeute pro Brustdrüse wurde getestet. Quantifiziert (n = 2 Drüsen für CI, Filter; 2 Drüsen für CVIII, Filter; 4 Drüsen für CI, Cent Diff, und 12 Drüsen für CVIII, Cent Diff). Die statistische Bedeutung wurde mit Hilfe eines zweigetasten, ungepaarten t-Tests, * * * p<0.0001 ermittelt. Fehlerbalken stellen Standardfehler dar. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Bild 3. Vertreter Organoid Wachstum. Phasenkontrastbilder des bestrahlten Organoidwachstums in niedrigen Haftplattenerhielten 20 (A), 44 (B) und 106 (C) Stunden nach der Aussaat. Weiße Pfeilspitzen zeigen Strukturen, die eine ähnliche Morphologie wie Leitungen und Lappen haben. Phasenkontrastbilder des bestrahlten Organoidwachstums in der Kellermembran erhielten 42 (D), 66 (E), 60 (F) und 114 (G) Stunden nach der Aussaat. Die Maßangel stellen 50 μm dar . H. Flächenmessungen wurden unter unterschiedlichen Wachstumsbedingungen durchgeführt: Organoide, die sofort nach der Verdauung und Sortierung (bestrahlt (●), Kontrolle (▪)) und Organoide in der Kellermembran (bestrahlt,-, Kontrolle(")) (n= 3) gesät wurden. Drüsen jeweils). Die Flächenberechnungen wurden mit Hilfe der ImageJ-Software erstellt. Fehlerbalken stellen Standardfehler dar. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Bild 4. Epithelial Marker Expression auf bestrahlten Organoiden. Cytokeratin 14 (K14, grün), ein Marker für die Basalschicht von Plattenepithelie und nicht-Plattenepithelie, wurde auf bestrahlten Organoiden (A) ausgedrückt. E-cadherin (E-Cad), ein für die Haftung essentielles Protein, wurde innerhalb der Knotenpunkte zwischen Zellen in bestrahlten Organoiden (B) ausgedrückt. Das straffe Knotenprotein 1 (ZO-1) wurde auch innerhalb von Zellknotenpunkten von bestrahlten Organoiden (C) ausgedrückt. Die Bilder wurden in Kammerdias über die konfokale Mikroskopie gewonnen. Zur Visualisierung von Kernen (blau) wurde ein Nukleinsäurefleck verwendet. Alle Organoide wurden nach einer Woche Wachstum fixiert und abgebildet. Die Skalierbalken sind 50 μm.

Bild 5. F-actin Ausdruck in Organoiden. F-actin (rot), ein Mikrofilament in Epithelzellen, wurde mit geringerer Intensität in nicht bestrahlten Organoiden (A, C, E)als in bestrahlten (B, D, F)Organoiden ausgedrückt. Zur Visualisierung von Kernen (blau) wurde ein Nukleinsäurefleck verwendet. Die Bilder wurden auf niedrigen Haft-96-Brunnenplatten (A, B) und 16-Brunn-Kammer-Dias (C, D) aufgenommen. Auch Bilder wurden mit konfokaler Mikroskopie (E, F) aufgenommen. Alle Organoide wurden nach einer Woche Wachstum fixiert und abgebildet. Die Skalierstangen sind 50 μm. G . Phalloidin Fluoreszenzdaten aus niedrigen Klebeplattenbildern wurden in ImageJ (n = 3 Drüsen) quantifiziert. Fehlerbalken weisen auf Standardfehler hin. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Bild 6. Bewertung von Zellzellinteraktionen durch makrophage-organoide Ko-Kultur. Makrophagen (rot) infiltrierte Steuerung (A) und bestrahlte (B) Organoide. Die Maßstangen sind 50 μm. Der durchschnittliche prozentuale Bereich der Makrophagen im Bildfeld (C) wurde bei 24 Stunden Co-Kultur zur Kontrolle (gelb) und bestrahlten (orangefarbenen) Organoide (n=3 Drüsen für jede Probe) gemeldet. Die Makrophagen wurden in Konzentrationen von 10.000 Cells/mL, 50.000 cells/mL und 100.000 cells/mL gesät, und ihre Infiltration wurde alle 30 Minuten über die Live-Zellfluoreszenz-Bildgebung erfasst. Alle Experimente der Ko-Kultur begannen 7 Tage nach der ersten Organoidsaat. Die statistische Bedeutung wurde mit Hilfe eines zweistufigen, ungepaarten t-Tests, * p<0.05, * * * p<0.0001 ermittelt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Die Autoren haben nichts zu offenbaren.
Organoide, die sich aus den Meeressammrissen entwickelten, wurden bestrahlt und charakterisiert, um epitheliale Merkmale und Wechselwirkungen mit Immunzellen zu beurteilen. Bestrahlte Organoide können verwendet werden, um Wechselwirkungen mit Zellen besser zu bewerten, die zu der Rekrutierung von Tumorzellen in bestrahltem normalem Gewebe führen können.
Wir danken Dr. Laura L. Bronsart für die Bereitstellung von GFP und dTomato-Bezeichnung RAW 264.7Makrophagen. Diese Forschung wurde durch das NIH-Stipendium #R00CA201304 finanziell unterstützt.
| 10% neutrales gepuffertes Formalin | VWR | 16004-128 | |
| Anti-Cytokeratin 14 | abcam | ab181595 | Los: GR3200524-3 |
| Rinderserumalbumin | Sigma | A1933-25G | |
| Kollagen Typ I | Corning | 354236 | |
| Kollagenase aus Clostridium Histolyticum, Typ VIII | Sigma | C2139 | |
| Kollagenase I | Gibco | 17018029 | |
| DMEM/F12 | Thermofisher | 11320-033 | |
| DNAse | Roche | 10104159001 | |
| DPBS | Fisher | 14190250 | |
| E-Cadherin | Cell Signaling | 24E10 | Los: 13 |
| FBS | Sigma | F0926 | |
| Gentamicin | Gibco | 15750 | |
| Ziege Anti-Kaninchen sekundär | abcam ab150077 | grün Los: GR3203000-1 | |
| Ziege Anti-Kaninchen sekundär | abcam | ab150080 | rot Los: GR3192711-1 |
| Hoechst 33342 | Fisher | 62249 | Los: TG2611041 |
| Insulin (10 mg/ml) | Sigma | I9278 | |
| Insulin-Transferrin-Selen, 100x | Gibco | 51500-056 | |
| Matrigel-Basalmembran (Basalmembran extrahiert aus Engelbreth-Holm-Swarm-Maussarkom) | Corning | 356237 | |
| Normales Ziegenserum | Vector Laboratories | S-1000 | |
| Nuclon Sphera 96-Well-Platten | Thermo | 174927 | |
| PBS | VWR | 10128-856 | |
| Stift-/Streptokokken-Fischer | 15140122 | ||
| Phalloidin | abcam | ab176757 | Los: GR3214582-16 |
| Tight Junction Protein 1 | Novus | NBP1-85047 | Los: C115428 |
| Triton X-100 (4-(1,1,3,3-Tetramethylbutyl)phenyl-polyethylenglykol) | Sigma | X100-100ML | |
| Trypsin | Gibco | 27250-018 | |
| Tween-20 (Polyethylenglykol-Sorbitanmonolaurat) | Sigma | P1379-100ML |