Wir präsentieren ein detailliertes Protokoll zur Etablierung und genetischer Manipulation menschlicher zervikaler Organoide.
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Methodenartikel
Wir präsentieren ein detailliertes Protokoll zur Etablierung und genetischer Manipulation menschlicher zervikaler Organoide.
Gebärmutterhalskrebs ist der vierthäufigste Krebs bei Frauen und betrifft am häufigsten den Gebärmutter-Ectocervix. Der Ectocervix der Gebärmutter ist mit einem geschichteten Plattenepithel ausgekleidet, das aus Basalzellen besteht und parabasale und suprabasale Zellen differenziert. Die Regeneration nach der zervikalen Konisation deutet auf das Vorhandensein einer robusten Stammzellaktivität hin. Unser Verständnis der Identität und regulatorischen Mechanismen zervikaler Stammzellen und ihres bösartigen Transformationsprozesses ist jedoch eingeschränkt, da der Zugang zu menschlichen Zervikalgeweben und das Fehlen optimaler Systeme zur Bewertung der Stammzellaktivität im Gebärmutter-Ectocervix eingeschränkt sind. Kürzlich etablierte menschliche zervikale Organoide können helfen, diese Einschränkungen zu überwinden und neue Möglichkeiten bieten, die Zervikalphysiologie und -pathologie zu erforschen. Es existiert jedoch keine standardisierte Methode zur Isolierung und Etablierung menschlicher zervikaler Organoide. Hier beschreiben wir eine Methode zur Etablierung menschlicher ektocervikaler Organoide. Konkret präsentieren wir ein Protokoll zur Isolierung einzelner Zellen aus dem menschlichen ectocervikalen Epithel. Durch die Inkubation des Gebärmutterhalsgewebes in einer optimierten Enzymlösung lösen wir das Zerviksepithel ab, um die Zellausbeute zu maximieren und gleichzeitig die Fibroblastenkontamination zu minimieren. Wir skizzieren weiter die Bedingungen für die Kultivierung menschlicher zervikaler Organoide mit einer optimierten Medium-Formulierung. Zusätzlich erläutern wir die Verfahren zur Übertragung und genetischer Manipulation von zervikalen Organoiden. Dieses Protokoll bietet einen äußerst effizienten Ansatz zur Etablierung menschlicher zervikaler Organoide und deren Nutzung zur Untersuchung zervikaler Stammzellen und -erkrankungen.
Der Gebärmutter-Ektocervix ist die häufigste Stelle für Gebärmutterhalskrebs 1,2. Obwohl Gebärmutterhalskrebs nach der Einführung der HPV-Impfung in Industrieländern zurückgegangen ist, bleibt er weltweit weiterhin der vierthäufigste Krebs bei Frauen 3,4. Außerdem steigt die Häufigkeit von präkanzerösen Läsionen in einigen Ländern weiterhinan 5,6. Während die niedriggradige Plattenepithelläsion (LSIL) oft von selbst zurückschreitet, birgt eine hochgradige Plattenepithelläsion (HSIL) ein Risiko für eine Progression zu invasivem Krebs und erfordert typischerweise chirurgische Eingriffe, wie Exzision oder Conisation. Diese Eingriffe können den Ectocervix verkürzen und das Risiko für eine Fehlgeburt oder Frühgeburt erhöhen 7,8. Ein tieferes Verständnis der Zervikalbiologie, verbunden mit der Entwicklung regenerativer Therapie, könnte helfen, diese Herausforderungen zu bewältigen, erfordert jedoch robuste und physiologisch relevante Modellsysteme.
Tiermodelle haben unser Verständnis der zervikalen Homöostase, Krankheitsmechanismen und therapeutischen Strategien erheblich verbessert. Ihre inhärenten Unterschiede zur menschlichen Biologie und Pathologie begrenzen jedoch ihren Translationswert. Als Alternative haben sich Organoide als mächtige Plattformen zur Modellierung der menschlichen Biologie und Krankheiten etabliert. Organoide sind von Stammzellen abgeleitete dreidimensionale Mikrostrukturen, die die Histologie und molekularen Signaturen ihres Ursprungsgewebeswiedergeben. Sie wurden eingesetzt, um verschiedene menschliche Gewebestammzellen in verschiedenen Geweben zu identifizieren, darunter Luftröhre, Speiseröhre und Gebärmutterhals 12,13,14. Darüber hinaus ermöglichen Organoide genetische Manipulationen, wodurch die Modellierung der Pathogenese verschiedener Krankheiten, einschließlich Krebs und Fibrose 15,16,17. Darüber hinaus dienen Organoide als effektive Plattform zur Überprüfung der Wirksamkeit und Toxizität von Medikamenten oder Zelltherapien 18,19,20,21.
Kürzlich haben zwei unabhängige Gruppen menschliche zervikale organoide Systeme22,23 etabliert. Aufbauend auf diesen Fortschritten verbesserten wir die Effizienz der cervikalen organoiden Kultur signifikant und identifizierten menschliche zervikale Stammzellen13. Außerdem haben wir durch das Ablösen des zervikalen Epithels die Einbeziehung von Fibroblasten unter dem zervikalen Epithel minimiert. Durch den Einsatz zervikaler Organoide mit genetischer Manipulation haben wir die Rolle mikrobieller Metaboliten und ihrer nachgelagerten Signalwege bei der Aufrechterhaltung der zervikalen Homöostase und der Verhinderung von präkanzerösen Fortschreitungen aufgedeckt. Daher wird ein standardisiertes und optimiertes Protokoll zur Erzeugung, Pflege und genetischen Modifikation zervikaler Organoide ein wesentliches Werkzeug zur Untersuchung der Gebärmutterhalsbiologie und -pathologie darstellen.
In diesem Artikel stellen wir ein detailliertes und optimiertes Protokoll zur Erzeugung und Weitergabe menschlicher Zervikalorganoide vor. Wir beschreiben auch ein Protokoll für ihre genetische Manipulation durch Elektroporation.
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Zellisolierung und Organoidkultur mit menschlichem Gebärmutterhalsgewebe wurden von den internen Prüfungsgremien des DGIST, Daegu, Korea, und des Chilgok Kyungpook National University Hospital, Gyeongsangbuk-do, Korea, genehmigt und gemäß allen relevanten ethischen Vorschriften durchgeführt. Menschliches Ektocervikalgewebe wurde von der Abteilung für Geburtshilfe und Gynäkologie am Chilgok Kyungpook National University Hospital bereitgestellt. Gesundes Gebärmutterhalsgewebe wurden von Patienten gewonnen, die sich einer totalen laparoskopischen Hysterektomie wegen ihrer gutartigen Gebärmuttererkrankungen unterzogen hatten. Von allen Patienten wurde eine informierte Zustimmung eingeholt.
1. Einzelzellige Isolierung aus ektocervikalen Geweben
HINWEIS: Dieses Protokoll beginnt mit einer humanen Ectocervix-Biopsieprobe von etwa 5 mm × 5 mm × 5 mm Größe (Abbildung 1).
2. Ektocervicale Organoid-Säung und Kultur
3. Organoid-Dissoziation und Neuaussaat
4. Genetische Manipulation menschlicher zervikaler Organoide durch Elektroporation
HINWEIS: Dieses Protokoll basiert auf der Verwendung eines Lonza Amaxa 4D-Nukleofektors und des P4 Primary Cell 4D-Nucleofector X Kit (#V4XP-4032).
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3D-menschliche cervikale Organoidkultur
Frisch isolierte humane Ektocervikale Gewebe wurden in der oben genannten Reihenfolge in einzelne Zellen dissoziiert, die dann auf 24-Well-Zellkultur-Einsätzen verlegt und kultiviert wurden, um zervikale Organoide zu bilden, wie in diesem Protokoll beschrieben (Abbildung 1). Menschliche zervikale Organoide wachsen über 2 Wochen aus einzelnen Zellen bis zu 500 μm Durchmesser ...
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In diesem Manuskript beschreiben wir das Protokoll zur Etablierung und Weitergabe menschlicher zervikaler Organoide. Wir bieten außerdem ein Protokoll zur genetischen Manipulation an, was die Erforschung der Gebärmutterhalsbiologie und -pathologie erheblich voranbringt. Obwohl wir das Protokoll speziell für menschliche Gebärmutterorganoide optimiert haben, kann unser Protokoll mit geringfügigen Modifikationen auch auf andere organoide Systeme angewendet werden.
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Diese Arbeit wurde durch einen Zuschuss des Gesundheits- und Wohlfahrtsministeriums (RS-2024-00439434 für Y. Jeong) unterstützt.
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| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| P4 Primärzell 4D-Nukleofektor X Kit | Lonza | V4XP-4032 | |
| 96-Well-Ultralow-Befestigungsplatte | SPL | 39796 | |
| Zell-Sieb 40 & Mikro; m | SPL | 93040 | |
| 50 mL konische Röhre 500/Kasten | SLP | SPL50050 | |
| 15 ml konisches Rohr | Sarstedt | 62.554.502 | |
| CryoPure Tube 1,8 mL -weiß | Sarstedt | 72,379P | |
| 37 & Grad; C, 5 % CO2 Inkubator | Eppendorf | 9734IQ905476 | |
| Zellkultur-Einsatz | SPL | 37024 | |
| Amaxa 4D-Nukleofektor | Lonza | AAF-1003X | |
| Blockpuffer (2 % BCS in DPBS) | Gibco / Welgene | BCS: 26010074; DPBS: LB001-02 | |
| Dispase-II-Pulver | Gibco | 17105041 | |
| DNAse I | Enzynomik | M059L | |
| Matrigel | Corning | 356231 | |
| RBC-Lysepuffer | Biosesang | R2015 | |
| TrypLE Express | Gibco | 12605 | |
| Waschpuffer (HBSS) | JBI | BL003-1 | |
| Fortgeschrittenes DMEM/F12 | Gibco | 12634028 | |
| GlutaMAX-Ergänzungsmittel | Gibco | 35050-061 | |
| Penicillin– Streptomycin | Biowest | L0022-100 | |
| HEPES | Gibco | 15630-080 | |
| B27-Ergänzungsmittel | Gibco | 17504044 | |
| Noggin | PeproTech | 118214 | |
| N-Acetyl-l-Cystein | Sigma | A9165 | |
| Y-27632 | STEMCELL-Technologien | 72307 | |
| FGF2 | PeproTech | 100-18B-50UG | |
| FGF7 | PeproTech | AF-100-19-250UG | |
| A83-01 | Selleckchem | S7692 | |
| Forskolin | Sigma | F6886 | |
| Neuregulin 1 | PeproTech | 100-03-50UG | |
| NGF | PeproTech | AF-450-01-100UG | |
| R-spondin | Sinobiologisch | 11083-HNAS | |
| HGF | Peprotech | 100-39H-250μg | |
| FGF10 | Peprotech | 100-26 | |
| Petridish 35 mm&nlffel; | SPL | 10035 | |
| Organoid-Media-Rezept | |||
| Name | Kompanie | Katalognummer | Konzentration |
| Fortgeschrittenes DMEM/F12 | Gibco | 12634028 | |
| GlutaMAX-Ergänzungsmittel | Gibco | 35050-061 | 1x |
| Penicillin– Streptomycin | Biowest | L0022-100 | 1x |
| HEPES | Gibco | 15630-080 | 10 mM |
| B27-Ergänzungsmittel | Gibco | 17504044 | 1x ohne Vitamin A |
| Noggin | PeproTech | 118214 | 100 ng/ml |
| N-Acetyl-l-Cystein | Sigma | A9165 | 1 mM |
| Y-27632 | STEMCELL-Technologien | 72307 | 10 uM |
| FGF2 | PeproTech | 100-18B-50UG | 50 ng/ml |
| FGF7 | PeproTech | AF-100-19-250UG | 25 ng/ml |
| FGF10 | Peprotech | 100-26 | 100 ng/ml |
| A83-01 | Selleckchem | S7692 | 500 nM |
| Forskolin | Sigma | F6886 | 10 & mu; M |
| Neuregulin 1 | PeproTech | 100-03-50UG | 50 ng/ml |
| NGF | PeproTech | AF-450-01-100UG | 20 ng/ml |
| R-spondin | Sinobiologisch | 11083-HNAS | 100 ng/ml |
| HGF | Peprotech | 100-39H-250μg | 25 ng/ml |
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