Ce protocole décrit la fabrication d’hydrogels de polyacrylamide à rigidité accordable afin d’étudier les effets de la mécanique matricielle sur le comportement des cellules souches de Leydig dans un système de culture bidimensionnel contrôlé.
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Article de méthode
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Ce protocole décrit la fabrication d’hydrogels de polyacrylamide à rigidité accordable afin d’étudier les effets de la mécanique matricielle sur le comportement des cellules souches de Leydig dans un système de culture bidimensionnel contrôlé.
La rigidité de la matrice extracellulaire (MEC) régule de manière critique le comportement des cellules souches. Auparavant, nous avions démontré que des augmentations pathologiques de la raideur matricielle au cours du vieillissement perturbent l’homéostasie des cellules souches de Leydig (SLC), entraînant une baisse de la testostérone. S’appuyant sur cette découverte, nous présentons ici un protocole détaillé — initialement développé dans notre laboratoire — pour fabriquer des hydrogels de polyacrylamide (PA) à rigidité accordable afin de modéliser le microenvironnement testiculaire in vitro. Cette méthode permet un moulage reproductible de gels sur une plage de rigidité de 1 à 100 kPa, couvrant des conditions physiologiques à pathologiques. Les étapes clés incluent le mélange précis de l’acrylamide/bis-acrylamide, l’équilibrage du gonflement du gel, l’activation de surface avec du Sulfo-SANPAH, et le revêtement de collagène pour soutenir l’adhésion et la culture du SLC. Nous proposons des formulations optimisées pour la rigidité des cibles et des conseils de dépannage pour les problèmes courants tels que la polymérisation incomplète et la mauvaise fixation des cellules. Ce système permet une étude systématique de la manière dont la rigidité du substrat module la prolifération des SLC, la différenciation et la fonction stéroïdogène dans des conditions 2D définies. Au-delà de la biologie reproductive, il constitue également une plateforme précieuse pour des études mécanobiologiques dans d’autres types cellulaires et pour le dépistage des traitements ciblant les dysfonctionnements liés à la raideur.
Les propriétés mécaniques de la matrice extracellulaire (MEC) jouent un rôle central dans la régulation du destin des cellules souches, notamment la prolifération, la différenciation et le maintienfonctionnel 1,2,3,4. Dans les testicules, la rigidité de la MCE liée à l’âge a été impliquée dans la baisse de la production de testostérone. Cependant, les mécanismes mécanobiologiques sous-jacents restent mal compris, en partie en raison de l’absence de modèles in vitro standardisés qui reproduisent fidèlement la plage de raideur physiologique de la niche testiculaire. La raideur physiologique du tissu testiculaire de la jeune souris est d’environ 1 à 15 kPa, tandis que le tissu vieilli ou fibrosique peut atteindre 20 à 30 kPa ou plus.
Les hydrogels polyacrylamide (PA) se sont imposés comme une plateforme polyvalente pour étudier les interactions cellule-matrice car leur rigidité peut être précisément ajustée en variant le rapport entre acrylamide et bis-acrylamide 5,6. Comparés à d’autres substrats tels que le verre recouvert de collagène ou les hydrogels commerciaux, les gels PA offrent un contrôle indépendant de la rigidité et de la densité biochimique des ligands, permettant une dissection systématique des indices mécaniques. Bien que plusieurs protocoles existent pour la fabrication de gelPA 7,8,9, ils manquent souvent d’optimisation détaillée pour des types cellulaires spécifiques, en particulier pour les cellules primaires rares comme les SLC.
Ici, nous présentons un protocole robuste et reproductible pour la préparation des hydrogels PA avec une rigidité définie (1–100 kPa), adapté à la culture des SLC de souris. La méthode comprend des instructions étape par étape pour le gel casting, l’équilibrage du gonflement, la fonctionnalisation des surfaces avec Sulfo-SANPAH, et un revêtement de collagène pour favoriser l’adhésion cellulaire. En suivant ce protocole, les chercheurs peuvent générer des substrats à rigidité accordable (allant de 1 à 100 kPa) qui imitent l’environnement mécanique des testicules jeunes (mous) et âgés (raides), permettant une investigation quantitative des réponses SLC dépendantes de la raideur. Le système est également adaptable à d’autres types cellulaires mécanosensibles et offre une plateforme pour le dépistage de drogues ciblant les pathologies liées à la raideur.
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Toutes les procédures animales ont été approuvées par le Comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux de l’Université Sun Yat-sen (Approbation n° SYSU-IACUC-2026-B1278) et ont été réalisées conformément aux directives institutionnelles.
1. Isolement et culture des SLC primaires de souris
2. Assemblage du récipient en verre de coulée de gel
3. Préparation de la solution de gel PAGE
4. Ajout de l’initiateur et du catalyseur, et moulage du gel
5. Verser la solution mixte
6. Laisser le gel polymériser
7. Démontage du récipient et récolte du gel
8. Coupe et transfert du gel sur une plaque de culture
9. Lavage initial et irradiation UV
10. Activation du réticulateur Sulfo-SANPAH
11. Activation du réticulateur et lavages finaux
12. Préparation de la solution de travail au collagène de type I pour la queue de rat
13. Revêtement et incubation du collagène
14. Irradiation et fixation UV secondaire
15. Retirer le collagène et les cellules de graines non liés
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L’exécution réussie de ce protocole donne des hydrogels de polyacrylamide à rigidité définie (allant de 1 à 100 kPa) qui restent fermement attachés à la plaque de culture et soutiennent une adhésion et une propagation robustes du SLC. La Figure 1 offre un aperçu schématique de l’ensemble du flux de travail, du gel casting au seed des cellules, permettant aux utilisateurs de visualiser les étapes clés du protocole.
La validation mé...
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Les propriétés mécaniques de la matrice extracellulaire jouent un rôle fondamental dans la régulation du comportement des cellules souches, pourtant les outils pour étudier systématiquement ces effets dans les cellules reproductrices restent limités. Nos travaux précédents ont démontré que le raidissement pathologique de la matrice au cours du vieillissement perturbe l’homéostasie des cellules souches de Leydig (SLC) via l’axe Piézo1/ROS/Gli1, entraînant une baisse de la
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Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Le financement de ce projet a été assuré par le Programme national clé de recherche et développement de la recherche sur les cellules souches et la recherche translationnelle de Chine (2021YFA1100601), la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (82371608), la Fondation fondamentale et appliquée de recherche fondamentale du Guangdong (2023B1515020016) et le Programme de recherche fondamentale de Shenzhen (JCYJ20240813150417024, JCYJ20240813150422030).
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Acide acétique | Sigma-Aldrich | Cat#A6283 | Diluant pour le collagène de la queue de rat (0,02 M) |
| Acryamide ; ; ; | Sangon Biotech | Cat#A100341-0500 | Monomère pour la préparation du gel de polyacrylamide |
| Persulfate d’ammonium (APS) & nbsp ; | Sangon Biotech | Cat#A100486-0100 | Initiateur pour la polymérisation sur gel |
| Supplément B27 | Invitrogen | Cat#A1486701 | Supplément défini enrichi en antioxydants et hormones ; Soutient la survie neuronale et des cellules souches (2 % en v/v) |
| Facteur de croissance de fibroblastes de base (bFGF) | Invitrogen | Cat#13256029 | facteur de croissance mitogénique ; favorise la prolifération et la steminité des SLC (20 ng/mL) |
| Bis-acrylamide ; | Shanghai yuanye Bio-technologie | Cat#S14002 | Réticulateur pour gels de polyacrylamide |
| Extrait d’embryon de poulet | Biologiques américains | Cat#C3999 | Source riche en facteurs de croissance et en nutriments ; soutient la croissance et la viabilité du SLC (5 % en v/v) |
| Collagène, type I, provenant de la queue de rat | YEASEN | Cat#40125ES50 | Recouvre la surface hydrogel de polyacrylamide activée par Sulfo-SANPAH pour favoriser l’adhésion et la culture du SLC. |
| Colagnase de type IV | Gibco | Cat#17104-019 | 1 mg/mL dans le DMEM/F12 pour la digestion des tissus testiculaires |
| CYP11A1 anticorps | GeneTex | Cat#GTX56293 | Pour le blot occidental |
| Dexaméthasone | Sigma-Aldrich | Cat#D1756 | Agoniste des récepteurs glucocorticoïdes ; soutient la prolifération des SLC et le maintien de la tige (1 nM) |
| DMEM/F12 moyen | Gibco | Cat#11320033 | Milieu basal pour la digestion, le lavage et la culture SLC |
| Facteur de croissance épidermique (EGF) | PeproTech | Cat#AF-100-15 | Stimule la prolifération des SLC et maintient un état indifférencié (20 ng/mL) |
| Sérum fœtal bovin (FBS) | VISTECH | Cat#SE100-011 | Utilisé à 10 % pour stopper l’activité de la collagénase |
| Fidji | N/A | https://imagej.net/Fiji | Logiciels d’analyse d’images |
| Anticorps GADPH | Proteintech | Cat#60004-1-IG | Pour le blot occidental |
| Enzymes de digestion sur gel & nbsp ; | Biotechnologie précise | Cat#GXDLFA | Mélange enzymatique pour la digestion des tissus testiculaires et l’isolement du SLC |
| HEPES ; | Cytiva | Cat#SH30237.01 | Tampon pour maintenir un pH de 7,0 et ndash ; 7.4 |
| HSD3 & bêta ; anticorps | Santa Cruz | Cat#sc-515120 | Pour le blot occidental |
| Trieur de cellules d’influx | BD | https://www.bdbiosciences.com/content/dam/bdb/marketing-documents/BD_Influx_tech_specs.pdf | |
| Insuline-Transferrine-Sélénite Sodique (ITS) | Sigma-Aldrich | Cat#11074547001 | Favorise la survie cellulaire, l’absorption du glucose et la défense antioxydante (5 & mu ; g/L) |
| Remplacement sérique KnockOut (KSR) & nbsp ; | Gibco | Cat#10828-028 | Substitut sérique pour le milieu de culture SLC |
| LIF (Facteur inhibiteur de la leucémie) | Millipore | Cat#LIF1010 | Cytokine qui maintient la pluripotence des cellules souches et son auto-renouvellement (1 ng/mL) |
| Testicules de souris | Ce document | N/A | Isolé à partir de souris C57BL/6 |
| Kit ELISA de testostérone pour souris | Biotechnologie fine | Cat#40203ES80 | Pour la quantification de la testostérone dans les surnatants en culture |
| Souris : C57BL/6 ; | Shenzhen TopBiotech | N/A | Souche de souris utilisée pour la collecte des testicules |
| Souris : Cellules de Leydig des Souches Testiculaires (SLC) & nbsp ; | Ce document | N/A | Cellules primaires isolées des testicules de souris |
| Supplément N2 | Invitrogen | Cat#17502001 | Supplément défini sans sérum supportant les cultures neuronales et de cellules souches (1 % v/v) |
| Acides aminés non essentiels | HyClone | Cat#SH30050.03 | Fournit des sources d’azote pour la synthèse des protéines et le métabolisme cellulaire (1 % v/v) |
| Oncostatin M (OSM) | PeproTech | Cat#300-10T | Cytokine impliquée dans la régulation de la différenciation SLC et la maturation des cellules de Leydig (20 ng/mL) |
| Solution physiologique tamponnée au phosphate (PBS) | Gibco | Cat#10010023 | Tampon de lavage et de resuspension |
| Facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF) | PeproTech | Cat#100-14B | Soutient la prolifération cellulaire, la migration et la survie (20 ng/mL) |
| Prism 9.0 | GraphPad | https://www.graphpad.com/ | Logiciels pour l’analyse statistique et la création de graphiques |
| Anticorps StAR | Proteintech | Cat#67130-1-IG | Pour le blot occidental |
| Sulfo-SANPAH ; | MACKLIN | Cat#102568-43-4 | Réticulateur hétérobifonctionnel pour l’activation de surface sur gel |
| TEMED ; | Phygene | Cat#PH0341 | Catalyseur pour la polymérisation |
| &beta ;-Mercaptoéthanol | Invitrogen | Cat#21985023 | Réduit le stress oxydatif et soutient la croissance cellulaire en culture (0,1 mM) |
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