2D-hOSE-Kultur
Frisch isolierte hOSE-Zellen wurden auf einer 12-Well-Platte plattiert und 3 Wochen lang kultiviert. Während dieser Zeit wurden die Zellen dreimal durchgelassen (Abbildung 2A). Primäre hOSE-Zellen in Kultur zeigten bis zur Passage 3 (P3) eine kopfsteinpflasterartige Morphologie, zeigten danach aber erste Anzeichen von Seneszenz, in Übereinstimmung mit früheren Ergebnissen, die berichteten, dass die begrenzte Zeitspanne hOSE passaget werden kann27. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass murine OSE in vitro eine epitheliale zu mesenchymale Transition (EMT) durchlaufen und fibroblastenähnliche Merkmale wie die Umlagerung des Aktin-Zytoskeletts und die Ablagerung von Kollagen I19 aufweisen. In Übereinstimmung mit ACTA2+CD44+ hOSE zeigte sich eine ausgeprägte Hochregulation von COL1A1 zwischen P2 und P3 (Abbildung 2B), was darauf hindeutet, dass hOSE-Zellen während der Kultur einer EMT unterzogen werden.
Der TGF-β-Signalweg ist ein wichtiger Regulator von EMT28 und kann EMT in verschiedenen Epithelzelltypeninduzieren 29. Obwohl TGF-β den OSE_2D Medien nicht zugesetzt wurde, könnte das zugegebene FBS nachweisbare Spiegel dieses Zytokins enthalten30,31. Aus diesem Grund haben wir getestet, ob die Zugabe des TGF-β-Inhibitors Typ I Rezeptor SB-431542 eine EMT verhindern kann, was eine verlängerte 2D-Kultur ermöglicht. Überraschenderweise hemmte die Supplementierung der OSE_2D Medien mit 10 μM SB-43154232die Zellproliferation (Abbildung 2C). Wir kamen zu dem Schluss, dass der TGF-β-Signalweg für die OSE-Proliferation essentiell ist, und weitere 2D-Kulturexperimente wurden ohne den Inhibitor durchgeführt.
3D-hOSE-Organoid-Kultur
Basierend auf veröffentlichten Kulturbedingungen zur Züchtung humaner OSE-Organoide12 haben wir hOSE-Organoide abgeleitet, die in BME-Tröpfchen eingebettet und in OSE_3D Medium (mit einer Standardkonzentration von 100 nM Östradiol) für bis zu 28 Tage gezüchtet wurden. Innerhalb von 7 Tagen waren viele hOSE-Organoide, die aus frisch isolierten OSE-Zellen gewonnen wurden, zystisch mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 130 mm (Abbildung 3A,B). Diese Ergebnisse ähnelten denen, die von Kopper und Kollegen über die Gewinnung von hOSE-Organoiden aus gehacktem und enzymatisch verdautem menschlichem Eierstockgewebe berichtetwurden 12. Interessanterweise wurden hOSE-Organoide, die aus frisch isolierten OSE-Zellen gewonnen wurden, nach 14 Tagen in Kultur größer (durchschnittlicher Durchmesser von 160 mm) als hOSE-Organoide aus 2D-expandierten OSE-Zellen (durchschnittlicher Durchmesser von 100 mm) (Abbildung 3B), wahrscheinlich aufgrund der Neigung der 2D-expandierten OSE-Zellen, die Proliferation zu verringern. Während viele 3D-hOSE-Organoide aus einer Monoschicht flacher Epithelzellen bestanden (Abbildung 3C oben links), wiesen einige eine quaderförmige Monoschicht von Zellen auf (Abbildung 3C oben rechts), andere waren mehrschichtig (Abbildung 3C unten rechts) oder bildeten einen nicht lumenisierten Zellcluster (Abbildung 3C unten links).
Um zu testen, ob sich hOSE-Organoide auch mit OSE_2D Medium ableiten lassen, wurden frisch isolierte hOSE-Zellen in Tröpfchen aus BME eingebettet und 12 Tage lang in OSE_2D Medium gezüchtet. Nach 6 Tagen waren spindelartige Zellen sichtbar, was darauf hindeutet, dass hOSE-Zellen in den Tröpfchen einer EMT unterzogen wurden. Wichtig ist, dass unter Verwendung OSE_2D Mediums keine hOSE-Organoide gebildet wurden (Abbildung 3D).
Zelluläre Eigenschaften der hOSE-Organoide
Im menschlichen adulten Eierstock markiert Keratin 8 (KRT8) spezifisch die OSE-Population (Abbildung 4A), und dementsprechend behielten hOSE-Organoide die KRT8-Expression bei, was ihre Zellidentität bestätigt (Abbildung 4B). In OSE-Zellen der Maus war die nukleäre Lokalisation des Yes1-assoziierten Proteins (YAP1) spezifisch mit OSE-Stamm-/Vorläuferzellen assoziiert, die in der Lage waren, den verwundeten Bereich nach dem Eisprung zu erweitern und zu heilen24,33. YAP zeigte in der Mehrzahl der Zellen in hOSE-Organoiden eine nukleäre Lokalisation unabhängig von ihrer Größe (Abbildung 4B). Andere Marker, von denen berichtet wurde, dass sie in OSE-Zellen der Maus exprimiert werden, wie CD4420 und LGR522, wurden ebenfalls untersucht. Interessanterweise wurden sowohl CD44 als auch LGR5 in kleinen hOSE-Organoiden (<100 μm Durchmesser) exprimiert, während CD44 und LGR5 in größeren Organoiden herunterreguliert schienen (Abbildung 4B).
Als nächstes untersuchten wir, ob hOSE-Organoide die apikal-basale Polarität aufwiesen, die typischerweise bei BME-eingebetteten Organoiden (apikal-in) beobachtet wird34. Das basolaterale Protein Integrin beta 1 (ITGB1) und das apikale Protein Podocalyxin (PODXL) wurden verwendet, um die Zellpolarität in den hOSE-Organoiden zu zeigen, was eine klare apikale In-Polarität unabhängig von der Größe des hOSE-Organoids bestätigt (Abbildung 4B).
Es ist bekannt, dass das humane OSE den mesenchymalen Marker N-Cadherin (CDH2) exprimiert, während die Expression des epithelialen Markers E-Cadherin (CDH1) auf säulenförmige OSE-Zellen beschränkt ist (Abbildung 4A)2. Interessanterweise exprimierten die in dieser Arbeit abgeleiteten hOSE-Organoide die mesenchymalen Marker CDH2 und Vimentin (VIM), und große zystische hOSE-Organoide mit quaderförmigen/säulenförmigen Epithelien waren sowohl CDH1+ als auch CDH2+VIM+ (Abbildung 4C). Es bleibt unklar, ob CDH1+ hOSE-Organoide von primären CDH1+ OSE-Zellen oder von CDH1-OSE-Zellen abgeleitet wurden, die in vitro eine epitheliale Differenzierung oder (neoplastische) Transformation durchlaufen haben 25,35.
Präsentation der Verwendung von hOSE-Organoiden: Wirkung von ovulatorischen Signalen auf hOSE-Organoide
Die Hormone follikelstimulierendes Hormon und humanes Choriongonadotropin können verwendet werden, um das Follikelwachstum und den Eisprung zu induzieren, während nach dem Eisprung ein deutlicher Anstieg der Konzentration von Eierstöcken produzierten Hormonen wie Progesteron und Östradiol auftritt36. Um die Verwendbarkeit von hOSE-Organoiden als Screening-Plattform zu demonstrieren, untersuchten wir die Wirkung dieser Hormone auf hOSE-Organoide, wobei wir die Anzahl und Größe der Organoide als Quantifizierungsausgabe verwendeten (unter Verwendung von Fidschi). Zu diesem Zweck haben wir hOSE-Organoide in OSE_3D Medien abgeleitet, denen Östradiol (kein Hormon) fehlt, und in OSE_3D Medien, die FSH, hCG, Östradiol oder Progesteron in unterschiedlichen Konzentrationen enthalten (Abbildung 5A).
Die Anzahl der hOSE-Organoide, die aus kryokonservierten-aufgetauten (nicht expandierten) hOSE-Zellen von 3 verschiedenen Spendern (n=3) gewonnen wurden, wurde pro Tröpfchen nach 7-tägiger Kultur quantifiziert (Abbildung 5A,B). Das Nährmedium wurde alle 3 Tage gewechselt. Es wurden keine signifikanten Unterschiede in der Gesamtzahl der hOSE-Organoide pro Tröpfchen beobachtet, die sich in mediumhaltigen Hormonen im Vergleich zu Medium ohne Hormone bildeten (Abbildung 5A,B). Um die Wirkung der Hormone auf die Organoidgröße zu quantifizieren, wurde nach 14 Tagen in Kultur jedes Tröpfchen (von jeder Bedingung) abgebildet und die Fläche der 4 größten hOSE-Organoide mit Fidschi gemessen. Interessanterweise führte die Erzeugung von hOSE-Organoiden aus zwei verschiedenen Donatoren (n = 2) in Gegenwart von Progesteron (1000 nM) oder Östradiol (200 nM) zu mindestens einem sehr großen Organoid (etwa 700 μm Durchmesser) pro Tröpfchen (Abbildung 5C,D).

Abbildung 1: Schematische Darstellung der Isolierung von hOSE-Zellen aus ganzen Eierstöcken. Die Eierstöcke wurden 30 Minuten lang bei 37 °C in Aufschlusslösung inkubiert. hOSE-Zellen wurden durch vorsichtiges Schaben von der Ovarialoberfläche gelöst und anschließend kryokonserviert, direkt auf einer 2D-OSE-Kultur in einer Monoschicht plattiert oder in Basalmembranextrakt (BME) für die 3D-hOSE-Organoidkultur eingebettet. Kryokonservierte, aufgetaute hOSE-Zellen können für 2D-Kulturen oder die Bildung von 3D-Organoiden verwendet werden, und 2D-expandierte hOSE-Zellen können zur Erzeugung von 3D-hOSE-Organoiden verwendet werden. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: 2D-Primärkultur von hOSE-Zellen. (A) Hellfeldbilder von hOSE-Zellen an den Passagen 0 (P0), 2 (P2) und 3 (P3), die eine typische epitheliale Kopfsteinpflastermorphologie darstellen. Die Maßstabsleisten betragen 750 μm auf den oberen Platten und 125 μm auf den unteren Platten. (B) Immunfluoreszenz für ACTA2, CD44, COL1A1 auf 2D-hOSE-Zellen an P2 und P3. Die Maßstabsbalken betragen 50 μm. (C) Hellfeldbilder von hOSE-Zellen, die mit 10 μM SB-431542 an P0, P2 und P3 kultiviert wurden. Die Zellen zeigten Anzeichen einer Seneszenz von P2 und erreichten während der Kultur keine hohe Konfluenz. Die Maßstabsleisten betragen 750 μm auf den oberen Platten und 125 μm auf den unteren Platten. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Morphologische Charakterisierung von hOSE-Organoiden. (A) Hellfeldbilder von drei unabhängigen hOSE-Organoid-Ableitungen von drei verschiedenen Donoren (tOVA86, tOVA87, tOVA88). Die Bilder wurden nach der Zelleinbettung (D0), Tag 7 (D7), Tag 14 (D14) und Tag 28 (D28) der Kultur aufgenommen. Die Maßstabsbalken betragen 750 μm bei D0 und 50 μm für den Rest. (B) Durchmesser von hOSE-Organoiden, die aus frisch isolierten hOSE-Zellen (gestrichelte Linie) und 2D-expandierten hOSE-Zellen (durchgezogene Linie) stammen. Dargestellt ist die durchschnittliche Größe ± Standardabweichung, gemessen bei D0, D7 und D14. Es werden Ergebnisse von zwei verschiedenen Spendern (tOVA88 und tOVA89) gezeigt. (C) Hellfeldbilder von hOSE-Organoiden mit unterschiedlichen Morphologien: einzelne flache Schicht (oben links), einzelne spaltenförmige Schicht (oben rechts), mehrschichtig (unten rechts) und nicht-lumenisiertes Zellaggregat (unten links). Die Maßstabsbalken betragen 100 μm. (D) Hellfeldbilder von hOSE-Zellen, die in BME eingebettet und 12 Tage lang mit OSE_2D Medien kultiviert wurden. Die Bilder wurden nach der Zelleinbettung (D0), Tag 6 (D6), Tag 9 (D9) und Tag 12 (D12) aufgenommen. Fibroblasten-ähnliche Zellen überholten die Kultur, und es bildeten sich keine organoidartigen Strukturen. Die Maßstabsstäbe betragen 750 μm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 4: Zelluläre Charakterisierung von hOSE-Organoiden. (A) Immunfluoreszenz für KRT8 und CDH1 im menschlichen Ovarialschnitt. Der Maßstabsbalken auf dem linken Feld beträgt 500 μm, der mittlere und der rechte Bereich 50 μm. (B) Immunfluoreszenz für KRT8 und YAP, LGR5 und CD44 sowie ITGB1 und PODXL in hOSE-Organoiden unterschiedlicher Größe (<50 μm, 50-75 μm, 75-100 μm, >100 μm). Die Maßstabsbalken betragen 50 μm. (C) Immunfluoreszenz für VIM, CDH1, CDH2 in hOSE-Organoiden. Die Maßstabsstäbe sind 50 μm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 5: Einfluss von ovulatorischen Signalen auf die Bildung von hOSE-Organoiden. (A) Gesamtanzahl der hOSE-Organoide pro Tröpfchen, die an Tag 7 in verschiedenen Kulturmedien gebildet wurden. Die hOSE-Organoide wurden von drei verschiedenen Spendern (tOVA77, tOVA79, tOVA83) abgeleitet. Fett gedruckt ist das OSE_3D Medium, das für die Organoid-Ableitung verwendet wird. (B) Relative Organoidbildung im Vergleich zu Medium ohne Hormone. Die gepoolten Werte von hOSE-Organoiden wurden von drei verschiedenen Spendern (tOVA77, tOVA79, tOVA83) abgeleitet. (C) Grafik, die den Bildbereich der 4 größten hOSE-Organoide an Tag 14 unter jedem der getesteten Versuchsbedingungen von zwei verschiedenen Spendern (tOVA77, tOVA83) darstellt. (D) Hellfeldbilder, die hOSE-Organoide an Tag 14 in Kultur mit Medium ohne Hormone, 200 nM E2 und 1000 nM P4 von zwei verschiedenen Spendern (tOVA77, tOVA83) zeigen. Die Maßstabsstäbe betragen 750 μm. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.
Tabelle 1: Zusammensetzung der in der Studie verwendeten Arbeitslösungen. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.