Nous présentons ici une méthode non génétique pour générer des sphéroïdes hépatiques autologues humains en utilisant des cellules mononucléaires isolées du sang périphérique à l’état d’équilibre.
Un abonnement JoVE est requis pour visualiser ce contenu. Connectez-vous ou commencez votre période d'essai gratuite.
Article de méthode
Nous présentons ici une méthode non génétique pour générer des sphéroïdes hépatiques autologues humains en utilisant des cellules mononucléaires isolées du sang périphérique à l’état d’équilibre.
Les cellules hépatiques humaines peuvent former une structure tridimensionnelle (3D) capable de croître en culture pendant quelques semaines, préservant ainsi leur capacité fonctionnelle. En raison de leur nature à se regrouper dans les boîtes de culture avec des caractéristiques adhésives faibles ou nulles, ils forment des agrégats de plusieurs cellules hépatiques appelées sphéroïdes hépatiques humains. La formation de sphéroïdes hépatiques 3D repose sur la tendance naturelle des cellules hépatiques à s’agréger en l’absence d’un substrat adhésif. Ces structures 3D possèdent de meilleures réponses physiologiques que les cellules, qui sont plus proches d’un environnement in vivo . L’utilisation de cultures d’hépatocytes 3D présente de nombreux avantages par rapport aux cultures bidimensionnelles classiques (2D), notamment un microenvironnement biologiquement plus pertinent, une morphologie architecturale qui réassemble les organes naturels ainsi qu’une meilleure prédiction de l’état de la maladie et des réponses in vivo aux médicaments. Diverses sources peuvent être utilisées pour générer des sphéroïdes, comme le tissu hépatique primaire ou les lignées cellulaires immortalisées. Le tissu hépatique 3D peut également être modifié en utilisant des cellules souches embryonnaires humaines (CSEh) ou des cellules souches pluripotentes induites (CSPhi) pour obtenir des hépatocytes. Nous avons obtenu des sphéroïdes hépatiques humains en utilisant des cellules souches pluripotentes dérivées du sang (BD-PSC) générées à partir de sang périphérique non manipulé par activation de la protéine liée à la GPI liée à la membrane humaine et différenciée aux hépatocytes humains. Les cellules hépatiques humaines dérivées des BD-PSC et les sphéroïdes hépatiques humains ont été analysés par microscopie optique et immunophénotypage à l’aide de marqueurs hépatocytes humains.
Au cours des dernières années, les systèmes de culture sphéroïde tridimensionnels (3D) sont devenus un outil important pour étudier divers domaines de la recherche sur le cancer, de la découverte de médicaments et de la toxicologie. De telles cultures suscitent un grand intérêt car elles comblent le fossé entre les monocouches de culture cellulaire bidimensionnelles (2D) et les organes complexes1.
En l’absence de surface adhésive, par rapport à la culture cellulaire 2D, la formation de sphéroïdes est basée sur l’affinité naturelle de ces cellules pour se regrouper sous forme 3D. Ces cellules s’organisent en groupes constitués d’un ou plusieurs types de cellules matures. Exemptes de corps étrangers, ces cellules interagissent les unes avec les autres comme dans leur microenvironnement d’origine. Les cellules en culture 3D sont beaucoup plus proches et ont une orientation appropriée les unes vers les autres, avec une production de matrice extracellulaire plus élevée que les cultures 2D, et constituent un environnement proche de la nature 2.
Les modèles animaux sont utilisés depuis longtemps pour étudier la biologie humaine et les maladies3. À cet égard, il existe des différences intrinsèques entre les humains et les animaux, ce qui rend ces modèles pas tout à fait adaptés aux études extrapolatives. Les sphéroïdes et les organoïdes de culture 3D représentent un outil prometteur pour étudier l’architecture, l’interaction et la diaphonie tissulaires entre différents types de cellules qui se produisent in vivo et peuvent contribuer à réduire, voire à remplacer, les modèles animaux. Ils présentent un intérêt particulier pour l’étude de la pathogenèse des maladies du foie ainsi que des plateformes de criblagede médicaments 4.
La culture sphéroïde 3D revêt une importance particulière pour la recherche sur le cancer, car elle peut éliminer la discontinuité entre les cellules et leur environnement en réduisant le besoin de trypsinisation ou de traitement par collagénase nécessaire à la préparation des monocouches de cellules tumorales pour les cultures 2D. Les sphéroïdes tumoraux permettent d’étudier comment les cellules normales par rapport aux cellules malignes reçoivent et répondent aux signaux de leur environnement5 et constituent une partie importante des études de biologie tumorale.
Par rapport à la monocouche, les cultures 3D composées de différents types de cellules ressemblent aux tissus tumoraux dans leurs propriétés structurelles et fonctionnelles et conviennent donc à l’étude des métastases et de l’invasion des cellules tumorales. C’est pourquoi de tels modèles sphéroïdes contribuent à accélérer la recherche sur le cancer6.
Les sphéroïdes aident également à développer la technologie pour créer des organoïdes humains parce que la biologie des tissus et des organes est très difficile à étudier, en particulier chez les humains. Les progrès de la culture de cellules souches permettent de développer des cultures 3D comme des organoïdes constitués de cellules souches et de progéniteurs tissulaires ainsi que différents types de cellules matures (tissulaires) à partir d’un organe présentant certaines caractéristiques fonctionnelles comme un organe réel qui peut être utilisé pour modéliser le développement des organes, les maladies, mais elles peuvent également être considérées comme utiles en médecine régénérative7.
Les hépatocytes humains primaires sont généralement utilisés pour étudier in vitro la biologie des hépatocytes humains, la fonction hépatique et la toxicité induite par les médicaments. Les cultures d’hépatocytes humains présentent deux inconvénients principaux, d’une part, la disponibilité limitée de tissus primaires comme les hépatocytes humains, et d’autre part, la tendance des hépatocytes à se dédifférencier rapidement en culture 2D, perdant ainsi leur fonction hépatocytes spécifique8. Les cultures hépatiques 3D sont supérieures à cet égard et ont récemment été fabriquées à partir de cellules souches embryonnaires humaines différenciées (CSEh) ou de cellules souches pluripotentes induites (CSPhi)9. Les sphéroïdes hépatiques 3D issus de la bio-ingénierie présentent un intérêt particulier pour étudier le développement, la toxicité, les maladies génétiques et infectieuses du foie, ainsi que la découverte de médicaments pour le traitement des maladies du foie10. Enfin, ils ont également le potentiel d’être utilisés cliniquement, sachant que les maladies hépatiques aiguës ont un taux de mortalité de près de 80%, le foie bio-artificiel et / ou les sphéroïdes hépatiques pourraient potentiellement sauver ces patients en fournissant une fonction hépatique partielle jusqu’à ce qu’un donneur approprié puisse être trouvé11.
Nous avons établi un protocole pour la génération de sphéroïdes hépatiques humains à l’aide de cellules souches pluripotentes dérivées du sang (BD-PSC) pour préparer des sphéroïdes de tailles différentes contenant 4000 à 1 x 106 cellules et les avons analysés au moyen de la microscopie optique et de l’immunofluorescence. Nous avons également testé la capacité de la fonction spécifique des hépatocytes, en évaluant l’expression des enzymes du cytochrome P450 3A4 (CYP3A4) et 2E1 (CYP2E1) appartenant à la famille du cytochrome P450 qui jouent un rôle important dans le métabolisme cellulaire et médicamenteux par le processus de désintoxication12.
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
L’approbation éthique a été obtenue (ACA CELL Biotech GmbH/25b-5482.2-64-1) pour effectuer ces expériences et le consentement éclairé a été signé par tous les donneurs avant l’extraction de sang conformément aux directives institutionnelles.
1. Préparation de cellules mononucléées (MNC) à partir de sang périphérique humain (PB)
2. Dédifférenciation des multinationales lors de l’activation avec la glycoprotéine humaine ancrée dans le GPI
3. Tri des cellules dédifférenciées nouvellement générées
4. Préparation de lamelles de verre pour la génération d’hépatocytes humains
5. Revêtement de plaques de culture cellulaire avec de la biolaminine pour la différenciation hépatique 2D des CSP-BD
6. Préparation des milieux de différenciation des hépatocytes
7. Culture de cellules hépatiques différenciées des CSP-BD
8.3D Différenciation hépatique sphéroïde
9. Analyse d’immunofluorescence de cultures de cellules hépatiques 2D nouvellement générées
10. Coloration vivante des sphéroïdes hépatiques nouvellement formés
11. Examen des sphéroïdes au microscope à fluorescence
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Nous avons réussi à différencier les CSD-BD humaines en cellules progénitrices endodermiques/hépatiques et en hépatocytes en appliquant un protocole en deux étapes. Les changements morphologiques au cours du processus de différenciation hépatique sont illustrés à la figure 1. Les CSP-BD se différencient en hépatocytes passant par trois étapes différentes. La première étape représente la différenciation en cellules endodermiques L4, la deuxième, la différenciation en cellules progénitrices hé...
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
Le foie est un organe majeur du corps humain avec de nombreuses fonctions biologiques essentielles, telles que la désintoxication des métabolites. En raison d’insuffisances hépatiques graves comme la cirrhose et / ou l’hépatite virale, il y a près de 2 millions de décès par an dans le monde. Les transplantations hépatiques se classent au deuxième rang mondial des transplantations d’organes pleins, mais seulement environ 10% des besoins actuels sont satisfaits22.
Les hép...
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
L’auteur correspondant déclare qu’elle est titulaire d’un brevet lié à la nouvelle protéine humaine liée au GPI. Elle a cofondé et travaille avec ACA CELL Biotech GmbH. Les autres auteurs déclarent qu’il n’y a pas de conflits d’intérêts.
Les auteurs sont particulièrement reconnaissants de l’assistance technique fournie par Oksana et John Greenacre. Ce travail a été soutenu par ACA CELL Biotech GmbH Heidelberg, Allemagne.
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Anticorps anti-albumine | Sigma-Aldrich | SAB3500217 | produit chez le poulet |
| Albumine Fraction V | Carl Roth GmbH+Co. KG | T8444.4 | |
| Alpha-1 Fetoprotein | Proteintech Germany GmbH | 14550-1-AP | lapin polyclonal IgG |
| Biolaminin 111 LN | BioLamina ; | LN111-02 | recombinant humain |
| CD45 MicroBeads | Miltenyi | 130-045-801 | billes magnétiques de taille nanométrique |
| Cell Strainer | pluriSelect | 43-10040-40 | |
| CellSens ; | Logiciel d’imagerie | Olympus | |
| Tubes à centrifuger 50 mL ; | Greiner Bio-One | 210270 | |
| CEROplate 96 puits | OLS OMNI Life Science | 2800-109-96 | |
| CKX53 ; | Olympus | ||
| Détergent disponible dans le commerce | Procter & Détergent | non ionique | |
| CYP2E1-specific | Anticorps Proteintech Germany GmbH | 19937-1-AP | Anticorps polyclonal de lapin IgG |
| CYP3A4 ; | Proteintech Germany GmbH | 67110-1-lg | Anticorps monoclonal de souris IgG1 |
| Cytokératine 18 | DakoCytomation | M7010 | Anticorps monoclonal de souris IgG1 |
| DMSO | Sigma-Aldrich | D8418-50ML | |
| DPBS | Thermo Fisher Scientific | 14040091 | |
| FBS | Merck Millipore | S0115/1030B | Discontinué. Disponible sous : TMS-013-B |
| Couvre-verres 14 mm | R. Langenbrinck | 01-0014/1 | |
| GlutaMax 100x Gibco | Thermo Fisher Scientific | 35050038 | L-glutamine |
| Glutaraldehyde 25 % | Sigma-Aldrich | G588.2-50ML | |
| anti-souris IgG Cy3 de chèvre | en ligne | ABIN1673767 | polyclonal |
| IgG anti-souris IgG DyLight 488 | Anticorps en ligne | ABIN1889284 | polyclonal |
| Chèvre anti-lapin IgG Alexa Fluor 488 | Life Technologies | A-11008 | |
| HCl | Sigma-Aldrich | 30721-1LGL | |
| HepatoZYME-SFM ; | Thermo Fisher Scientific | 17705021 | milieu de maturation hépatocytaire |
| HGF | Thermo Fisher Scientific | PHG0324 | humain recombinant |
| HNF4&alpha | anticorps Sigma-Aldrich | ZRB1457-25UL | clone 4C19 ZooMAb Rbmono |
| Hydrocortisone 21-hemisuccinate (sel de sodium) | Biomol | Cay18226-100 | |
| Knock out Remplacement du sérum - Multi Species Gibco | Fisher Scientific | A3181501 | KSR |
| KnockOut DMEM/F-12 | Thermo Fisher Scientific | 12660012 | Discontinué. Disponible sous le catalogue N° 10-828-010 |
| MACS Buffer | Miltenyi | 130-091-221 | |
| MACS MultiStand | Miltenyi | 130-042-303 | support magnétique |
| MEM NEAA 100x Gibco | Thermo Fisher Scientific | 11140035 | |
| Mercaptoethanol | Thermo Fisher Scientific | 31350010 | 50mM |
| MiniMACS colonnes | Miltenyi | 130-042-201 | |
| Nunclon Multidishes | Sigma-Aldrich | D6789 4 | plaques à 4 puits |
| Oncostatin M | Thermo Fisher Scientific | PHC5015 | recombinant humain |
| Paraformaldéhyde | Sigma-Aldrich | 158127 | |
| PBS stérile | Carl Roth GmbH+Co. KG | 9143.2 | |
| Pénicilline/Streptomycine | Biochrom GmbH | A2213 | 10000 U/ml |
| PS 15ml tubes stériles | Greiner Bio-One | 188171 | |
| Rabbit anti-poulet IgG Texas rouge | Anticorps en ligne | ABIN637943 | |
| Roti Cell Iscoves MDM | Carl Roth GmbH+Co. KG | 9033.1 | |
| Roti Mount FluorCare DAPI | Carl Roth GmbH+Co. KG | HP20.1 | |
| Roti Sep 1077 humain | Carl Roth GmbH+Co. KG | 0642.2 | |
| Anticorps anti-transthyrétine | Sigma-Aldrich | SAB3500378 | produit en poulet |
| Triton X-100 | Thermo Fisher Scientific | HFH10 | 1 % |
Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.