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L’œsophage est divisé en différentes couches : épithélium, lamina propria, sous-muqueuse et musculeuse externe (figure 1A). Les fibroblastes résident dans la sous-muqueuse et la lamina propria, appelée stroma. Dans ce protocole, la musculeuse externe est enlevée mécaniquement (Figure 1B), ce qui n’entraîne pas de perte de fibroblastes (PdgfrαH2BeGFP+) résidant dans le stroma (Figure 1C). Avant la dissociation, l’épithélium est séparé du stroma, ce qui donne deux segments tissulaires (Figure 1B). La séparation des deux couches offre la possibilité d’augmenter le temps de dissociation de la couche épithéliale plus robuste par rapport à la couche stromale fragile. De cette façon, un protocole d’isolement efficace produisant à la fois des cellules progénitrices épithéliales viables ainsi que des fibroblastes stromaux est établi (Figure 1B). Les cellules progénitrices œsophagiennes sont triées en fonction de leur expression élevée en INTEGRIN-β4 et E-CADHERIN (Figure 1C,D).
Les sous-populations de fibroblastes peuvent être isolées à l’aide de marqueurs distincts. Dans ce protocole, une stratégie d’isolement des fibroblastes basée sur les marqueurs de fibroblastes couramment utilisés PDGFRα et DPP4 (CD26) est fournie. L’isolement par l’expression du rapporteur PdgfrαH2BeGFP ou l’anticorps DPP4 montre qu’environ 50% des cellules isolées sont des fibroblastes (Figure 1E,F). De plus, 70 % des fibroblastes PDGFRα+ sont DPP4+, ce qui indique qu’une population de fibroblastes qui se chevauche largement, mais pas identique, est obtenue. Après avoir isolé les populations de cellules épithéliales et stromales, les cellules progénitrices de l’œsophage sont cultivées seules ou avec des fibroblastes dans un dôme matriciel. Pour étudier la contribution des fibroblastes à la formation d’organoïdes, la co-culture est maintenue dans un milieu de croissance réduit (Figure 1G).
Les cellules progénitrices œsophagiennes forment des organoïdes en présence d’EGF, NOGGIN et RSPO (ENR). Élimination de NOGGIN et réduction de la quantité de RSPO (25 ng/μL; ERfaible) est suffisant pour empêcher la formation d’organoïdes (figure 2A). Fait intéressant, l’ajout de fibroblastes DPP4+ ou PDGFRα+ aux cellules progénitrices œsophagiennes dans le milieufaible ER restaure la capacité de formation d’organoïdes, démontrant une fonction de soutien pour les deux populations de fibroblastes (Figure 2A-D). La visualisation du transgène PdgfrαH2BeGFP montre que les fibroblastes sont en contact étroit avec les cellules progénitrices épithéliales lors de la formation organoïde (Figure 2A). Au jour 6, les fibroblastes PdgfrαH2BeGFP+ sont encore abondamment présents dans la co-culture. Les fibroblastes sont présents dans tout le dôme, près et en contact avec les organoïdes (flèche pleine), ou attachés aux organoïdes (pointe de flèche; Figure 2D).
La coloration de l’ensemble du support montre une représentation 3D de l’interaction des fibroblastes avec les organoïdes (Figure 3). Bien qu’il soit possible d’effectuer l’ensemble du protocole de montage sans utiliser de solution de nettoyage, cela diminue la transparence et la pénétration laser de l’organoïde (Figure 3B, z-view). Lors du montage d’organoïdes, l’entretoise aide à maintenir la morphologie organoïde. En revanche, le placage de la lamelle de couverture directement sur les organoïdes (sans entretoise) aplatit les organoïdes et entraîne une perte de structure organoïde (Figure 3A,B).
Les fibroblastes DPP4+ et PDGFRα+ sont enroulés autour des organoïdes (Figure 3C, Vidéo1 et Vidéo 2). La différenciation des organoïdes œsophagiens peut être évaluée à l’aide de différents marqueurs. La figure 4 montre que le protocole de coloration fourni convient aux kératines plus faciles à colorer (KRT14/13) ainsi qu’aux facteurs de transcription plus difficiles à colorer (TRP63/KLF4). Le protocole de co-culture génère des organoïdes avec un schéma de différenciation similaire, comme démontré in vivo13,14 et comme on l’a vu dans les organoïdes cultivés en milieu ENR ; Les cellules progénitrices KRT14+ ou TRP63+ forment la couche externe et les cellules différenciées KRT13+ ou KLF4+ s’orientent vers l’intérieur.
Ce protocole fournit un outil pour étudier la niche des cellules souches œsophagiennes in vitro et visualise l’interaction entre les organoïdes et les fibroblastes. En mettant en œuvre un protocole pour l’isolement des fibroblastes à l’aide d’anticorps, la méthode est adaptable et peut être utilisée pour étudier les sous-populations de fibroblastes sans avoir besoin de souris transgéniques.

Figure 1 : Isolement des cellules progénitrices et des sous-populations de fibroblastes de l’œsophage. (A) Vue d’ensemble schématique des différentes couches de l’œsophage. Le stroma contient la lamina propria et la sous-muqueuse. B) Vue d’ensemble schématique du protocole d’isolement. Le muscle (musculeux externe) est enlevé mécaniquement à l’aide d’une pince; L’œsophage restant est ouvert et incubé dans de la thermolysine pour séparer la couche épithéliale du stroma. L’épithélium et le stroma sont séparés, hachés mécaniquement et digérés enzymatiquement en suspensions unicellulaires. Les cellules dissociées sont ensuite colorées et préparées pour la FACS. (C) Coupe transversale de l’œsophage arrachée de la musculeuse externe montrant des fibroblastes PdgfrαH2BeGFP+ dans le stroma. Les cellules doubles positives de l’intégrine-β4 (ITGβ4) et de la e-cadhérine (ECAD) sont les cellules progénitrices épithéliales de l’œsophage. Barre d’échelle = 100 μm. (D) Diagramme représentatif de cytométrie en flux de l’isolement des cellules épithéliales montrant le pourcentage de cellules vivantes (panneau supérieur) de toutes les cellules individuelles. Le panneau inférieur montre le pourcentage de cellules progénitrices ITGβ4+ ECAD+ (Prog.) isolées de toutes les cellules vivantes. (E) Diagramme représentatif de cytométrie en flux de l’isolement des cellules stromales montrant le pourcentage de cellules vivantes (panneau supérieur gauche). Graphiques représentatifs de cytométrie en flux montrant le pourcentage de fibroblastes DPP4+ isolés (Fibr.; panneau supérieur droit) et de fibroblastes Pdgfrα+ (panneau inférieur gauche) de toutes les cellules vivantes. 70% des fibroblastes Pdgfrα+ sont également DPP4+ (panneau inférieur droit). (F) Tracé représentatif de la cytométrie en flux du stroma montrant les cellules DPP4+ seulement (2,5%), les cellules DPP4+ PDGFRα+ (37,5%) et les cellules PDGFRα+ seules (17,7%). Les pourcentages sont de toutes les cellules vivantes. (G) Les cellules épithéliales seules sont plaquées dans un dôme matriciel en présence de 50 ng/μL d’EGF, 100 ng/μL de NOGGIN et 250 ng/μL RSPO (ENR), ou avec des fibroblastes en présence d’EGF et d’une faible concentration de RSPO (25 ng/μL). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Résultats représentatifs des co-cultures organoïdes. (A) Images en fond clair montrant la croissance des organoïdes du jour 1 au jour 6. Les images en fond clair avec les organoïdes co-cultivés avec les fibroblastes PdgfrαH2BeGFP+ montrent également le signal eGFP nucléaire. Barre d’échelle = 25 μm. (B) Images en fond clair de l’ensemble du dôme de la matrice au jour 6. La colonne de gauche montre des co-cultures organoïdes cultivées en présence de fibroblastes Pdgfrα+ dans un milieu ER faibleou Efaible Rbas. La colonne du milieu montre les co-cultures organoïdes cultivées en présence de fibroblastes DPP4+ dans un milieu ER faibleou Efaible Rbas. La colonne de droite montre les monocultures organoïdes cultivées en milieu ENR. milieu ENR = EGF (50 ng/μL), NOGGIN (100 ng/μL) et RSPO (250 ng/μL). ERfaible = EGF et 25 ng/μL RSPO. E faibleRfaible = 5 ng/μL EGF et 25 ng/μL RSPO. Barre d’échelle = 500 μm. (C) Graphique montrant l’efficacité de formation des organoïdes (%) (c.-à-d. le pourcentage de cellules formant des organoïdes dans différentes conditions de culture). Chaque point représente un dôme matriciel et la barre représente la moyenne de tous les points par condition. (D) Image en fond clair et fluorescente des organoïdes du jour 6 co-cultivés avec des fibroblastes PdgfrαH2BeGFP+. Les fibroblastes PdgfrαH2BeGFP+ sont présents dans tout le dôme, attachés aux organoïdes (pointe de flèche) et non attachés mais en contact avec les organoïdes (flèche pleine). Barre d’échelle = 250 μm. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Protocole de coloration du montage entier pour l’étude des interactions fibroblastes-organoïdes. (A) Vue d’ensemble schématique de l’ensemble du protocole d’immunofluorescence du monture. AB = anticorps. (B) Image d’immunofluorescence de la coloration de monture entière non effacée montrant une diminution de la transparence et de la pénétration de la lumière laser par rapport aux organoïdes effacés. L’absence d’espaceur entraîne l’aplatissement de l’organoïde et la perte de morphologie organoïde. (C) Des images de montage entier des organoïdes en co-culture montrent les surfaces 3D des organoïdes avec des fibroblastes VIMENTIN+ (Fibr.) enroulés autour et en contact étroit avec l’organoïde. Les coupes transversales 3D et les images planes 2D montrent la lumière de l’organoïde. Barre d’échelle = 50 μm. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : Les images de monture entière révèlent des populations distinctes de cellules basales et suprabasales. (A) Coloration en monture entière d’organoïdes mono et co-cultivés avec des fibroblastes PdgfrαH2BeGFP+ montrant des cellules basales KRT14+ dans la couche externe et des cellules suprabasales différenciées KRT13+. Barre d’échelle = 50 μm. (B) Coloration sur montage entier d’organoïdes mono et co-cultivés avec des fibroblastes PdgfrαH2BeGFP+ montrant des cellules basales TRP63+ dans la couche externe et des cellules suprabasales différenciées KLF4+. Barre d’échelle = 50 μm. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Tableau 1 : Tableau décrivant les composants des milieux de culture organoïdes. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.
Vidéo 1: PdgfrαH2BeGFP+ fibroblaste enroulé autour et en contact étroit avec l’organoïde. La vidéo accompagne le panneau supérieur de la figure 3C. La barre d’échelle de la figure 3C est de 50 μm et l’organoïde a un diamètre de ~120 μm. VIMENTIN est représenté en blanc, E-CADHERIN en rouge, PdgfrαH2BeGFP en vert et DAPI en bleu. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.
Vidéo 2 : Fibroblaste DPP4+ enroulé autour et en contact étroit avec l’organoïde. La vidéo accompagne le panneau inférieur de la figure 3C. La barre d’échelle de la figure 3C est de 50 μm et l’organoïde a un diamètre de ~120 μm. VIMENTIN est représenté en blanc, E-CADHERIN en rouge et DAPI en bleu. Veuillez cliquer ici pour télécharger cette vidéo.