Estudio comparativo de matrices de membrana basal para el mantenimiento de células madre humanas y la generación de organoides intestinales

Janny Pineiro-Llanes; Lais da Silva; John Huang; Rodrigo Cristofoletti

doi:10.3791/66277

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Artículo de método

Estudio comparativo de matrices de membrana basal para el mantenimiento de células madre humanas y la generación de organoides intestinales

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DOI:

10.3791/66277

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15 de marzo de 2024

Janny Pineiro-Llanes¹ , Lais da Silva¹ , John Huang² , Rodrigo Cristofoletti¹

¹Center for Pharmacometrics & Systems Pharmacology, Department of Pharmaceutics, University of Florida, ²TheWell Bioscience, Inc

En este artículo

Resumen

Los organoides se han convertido en herramientas valiosas para el modelado de enfermedades. La matriz extracelular (ECM) guía el destino de las células durante la generación de organoides, y el uso de un sistema que se asemeje al tejido nativo puede mejorar la precisión del modelo. Este estudio compara la generación de organoides intestinales humanos derivados de células madre pluripotentes inducidas en ECM de origen animal e hidrogeles libres de xeno.

Resumen

La matriz extracelular (MEC) desempeña un papel fundamental en el comportamiento y el desarrollo celular. Los organoides generados a partir de células madre pluripotentes inducidas humanas (hiPSC) están en el punto de mira de muchas áreas de investigación. Sin embargo, la falta de señales fisiológicas en los materiales de cultivo celular clásicos dificulta la diferenciación eficiente de iPSC. La incorporación de ECM disponible comercialmente en el cultivo de células madre proporciona señales físicas y químicas beneficiosas para el mantenimiento celular. Los productos de membrana basal de origen animal disponibles en el mercado están compuestos por proteínas ECM y factores de crecimiento que apoyan el mantenimiento celular. Dado que la MEC tiene propiedades específicas de los tejidos que pueden modular el destino de las células, se utilizan matrices libres de xeno para transmitir la traducción a los estudios clínicos. Si bien las matrices disponibles comercialmente se utilizan ampliamente en el trabajo de hiPSC y organoides, aún no se ha evaluado la equivalencia de estas matrices. En este trabajo se realizó un estudio comparativo del mantenimiento de hiPSC y la generación de organoides intestinales humanos (hIO) en cuatro matrices diferentes: Matrigel (Matriz 1-AB), Geltrex (Matriz 2-AB), Cultrex (Matriz 3-AB) y VitroGel (Matriz 4-XF). Aunque las colonias carecían de una forma perfectamente redonda, hubo una diferenciación espontánea mínima, con más del 85% de las células expresando el marcador de células madre SSEA-4. Matrix 4-XF condujo a la formación de grupos redondos en 3D. Además, el aumento de la concentración de suplementos y factores de crecimiento en los medios utilizados para fabricar la solución de hidrogel Matrix 4-XF mejoró la expresión de hiPSC de SSEA-4 en 1,3 veces. La diferenciación de la hiPSC mantenida por Matrix 2-AB condujo a menos liberaciones de esferoides durante la etapa del intestino medio/posterior en comparación con las otras membranas basales derivadas de animales. En comparación con otros, la matriz de organoides libres de xeno (Matriz 4-O3) conduce a hIO más grande y maduro, lo que sugiere que las propiedades físicas de los hidrogeles libres de xeno se pueden aprovechar para optimizar la generación de organoides. En conjunto, los resultados sugieren que las variaciones en la composición de diferentes matrices afectan a las etapas de diferenciación de la IO. Este estudio crea conciencia sobre las diferencias en las matrices disponibles comercialmente y proporciona una guía para la optimización de matrices durante el trabajo de iPSC e IO.

Introducción

La matriz extracelular (MEC) es un componente dinámico y multifuncional de los tejidos que desempeña un papel central en la regulación del comportamiento y el desarrollo celular. Como una red compleja, proporciona soporte estructural, ligandos adhesivos celulares¹ y almacenamiento de factores de crecimiento y citocinas que regulan la señalización celular. Por ejemplo, durante la cicatrización de heridas, la MEC sirve como andamio para las células migratorias y como reservorio de factores de crecimiento implicados en^{la reparación de} los tejidos. Del mismo modo, la desregulación en la MEC puede conducir a un aumento de la ....