מאמר שיטה

יצירה ואפיון של אורגנואידים ברחם חולדה מתאי גזע אפיתל רירית הרחם של חולדות

1.4K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/66928

⸱

2 באוגוסט 2024

 ,  ,  ,  , 
1Meizhou Clinical Institute of Shantou University Medical College, 2Department of Pathology, Meizhou People's Hospital, 3Guangdong Engineering Technological Research Center of Clinical Molecular Diagnosis and Antibody Drugs, Meizhou Academy of Medical Sciences, Meizhou People's Hospital

במאמר זה

סיכום

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לבידוד ותרבית תאי גזע אפיתל רירית הרחם של חולדות (reESCs), המייצרים אורגנואידים של רירית הרחם של חולדות. שיטה זו מקלה על מחקרי מבחנה של מחלות רירית הרחם, ומאפשרת עריכת גנים ומניפולציות תאיות אחרות.

תקציר

אורגנואידים של רירית הרחם מציעים תובנות חשובות לגבי ההתפתחות והפתופיזיולוגיה של מחלות רירית הרחם ומשמשים כפלטפורמות לבדיקת תרופות. בעוד שפותחו אורגנואידים של רירית הרחם בבני אדם ובעכברים, המחקר על אורגנואידים של רירית הרחם בחולדות נותר מוגבל. בהתחשב בכך שחולדות יכולות לדמות טוב יותר פתולוגיות מסוימות של רירית הרחם, כגון הידבקויות תוך רחמיות, מחקר זה נועד לבסס אורגנואידים של רירית הרחם של חולדות. אנו מציגים פרוטוקול מפורט לבידוד ותרבית של תאי גזע אפיתל רירית הרחם של חולדות (reESCs) ויצירת אורגנואידים של רירית הרחם של חולדות. באמצעות מדיום הרחבה מעודן, בודדנו בהצלחה והרחבנו ביציבות reESCs, והדגמנו את פוטנציאל התרבות ארוך הטווח שלהם. האורגנואידים שנוצרו על ידי reESC הציגו מאפיינים מבניים ותפקודיים אופייניים של רירית הרחם, כולל היענות להורמונים. התוצאות שלנו הראו כי ניתן לתרבת אורגנואידים של רירית הרחם של חולדות לטווח ארוך עם התפשטות יציבה, תוך שמירה על מבנה הבלוטות, קוטביות התאים והמאפיינים התפקודיים של אפיתל רירית הרחם. מודל אורגנואיד רירית הרחם החדשני שמקורו בחולדות מספק פלטפורמה רבת ערך לחקר מחלות רירית הרחם ולבדיקת התערבויות טיפוליות, עם יישומים פוטנציאליים על פני מיני יונקים שונים.

מבוא

רירית הרחם, רקמה רב-תכליתית ומתחדשת בגוף האדם, עוברת נשירה, התחדשות והתמיינות תקופתית בהשפעת הורמוני השחלות1. חריגות ברירית הרחם קשורות למחלות שונות במערכת הרבייה הנשית, כגון אנדומטריוזיס, סרטן רירית הרחם ואי פוריות2. היעדר מודלים מחקריים אמינים לרירית הרחם פוגע במחקרים מעמיקים של הפתוגנזה, האבחון הקליני והטיפול במחלות אלו. בעוד שקווי תאים ומודלים של בעלי חיים משמשים בדרך כלל למחקר רירית הרחם, אתגרים כגון חוסר יציבות פנוטיפית בקווי תאים, הבדלים בין מינים במודלים של בעלי חיים ומגבלות אחרות מקשים על שכפול המבנה הפיזיולוגי המורכב והשינויים התפקודיים הדינמיים ברירית הרחם האנושית3.

אורגנואידים הם מבנים תלת מימדיים הנוצרים על ידי תרבית תאי גזע בסביבה חוץ-תאית, בעלי יכולות חידוש עצמי וארגון עצמי. הם יכולים לחקות את המבנה והתפקוד של רקמות פיזיולוגיות ופתולוגיות ומוכרים כמודלים פרה-קליניים של מחלות אנושיות4. בשנת 2017, בנייה מוצלחת של אורגנואידים של רירית הרחם של עכברים ובני אדם הושגה על ידי הטמעת רקמת רירית הרחם החופשית המקוטעת שהושגה באמצעות עיכול אנזימטי לפיגום מטריצה חוץ-תאית, ואחריה הוספת תערובת של גורמי גדילה ספציפיים וגורמי איתות לגידול5. התוצאות הראו כי אורגנואידים של רירית הרחם ex vivo מציגים יכולת שגשוג ארוכת טווח ויציבה, תוך שמירה על מבנה הבלוטות, קוטביות התאים והמאפיינים התפקודיים של אפיתל רירית הרחם, כולל הפרשת ריר ותגובה הורמונלית6. עם זאת, תרבית ex vivo של תאי גזע בוגרים היוצרים את האורגנואידים של רירית הרחם דורשת תמיכה מבנית דמוית בלוטה, מה שמוביל לאתגרים כמו אובדן גבעול וקשיים במעבר7.

נכון לעכשיו, גידול אורגנואידים של רירית הרחם מסתמך על שיטת תרבית עיכול בלוק הרקמות. במחקר קודם, צוות המחקר שלנו תרבית תאי גזע אפיתל של רירית הרחם האנושית לתקופה ממושכת במבחנה באמצעות מדיום תרבית ראשוני המורכב בעיקר מ-Y27632, בו השתמשנו לבניית אורגנואידים של רירית הרחם8. בהתבסס על הצלחה זו, בודדנו ותרבית תאי גזע אפיתל רירית הרחם מרקמת רירית הרחם של חולדות באמצעות מדיום תרבית תרכובת מולקולה קטנה, והקמנו מערכת תרבית חוץ גופית ארוכת טווח. יתר על כן, השתמשנו בתאי גזע אפיתל רירית הרחם של חולדות (reESCs) כדי ליצור אורגנואידים של רירית הרחם של חולדות. פיתוח מודל זה ישפר את מחקרי המבחנה וה-in vivo העתידיים של מחלות הקשורות לרירית הרחם בשילוב עם מודלים של חולדות.

פרוטוקול

בעבודה זו נעשה שימוש בשש חולדות Sprague-Dawley נקבות בנות 7/8 שבועות במשקל 200-250 גרם. החולדות שוכנו במתקן בעלי חיים מבוקר אקלים עם גישה אד-ליביטום למזון ומים. כל הליכי הניסוי הכוללים בעלי חיים נערכו בהתאם להנחיות המוסדיות לטיפול ושימוש בחיות מעבדה ואושרו על ידי ועדת הביקורת המוסדית לניסויים בבעלי חיים בוועדת האתיקה המחקרית של בית החולים העממי מייג'ואו.

הסעיף הבא מתאר את תהליך הבידוד, המעבר, ההקפאה וההפשרה של תאי גזע אפיתל רירית הרחם של חולדות באמצעות מדיום הרחבה מזוקק של reESCs (REEM) המורכב בעיקר מ-Y27632, A8301 ו-CHIR990217 8,9. נוסחת ה-REEM מבוססת על DMEM/F12 נטול סרום המועשר בריכוזים ספציפיים של רכיבי מפתח: 10 מיקרומטר Y27632, 3 מיקרומטר CHIR99021 ו-0.5 מיקרומטר A8301. פרטים מקיפים לגבי הרכיבים ניתן למצוא בטבלת החומרים. לאחר שהחולדות הורדמו בשאיפת איזופלורן, יש ליישם את ההליכים הבאים המתוארים באיור 1.

1. הליך כירורגי

  1. להרדים את החולדה על ידי שאיפת איזופלורן.
    1. הניחו את החולדות בתא אינדוקציה מלא באיזופלורן 3-5% מעורבב עם חמצן. אשר הרדמה נכונה על ידי היעדר תגובה לצביטה בבוהן ואובדן רפלקס היישור.
    2. לאחר ההרדמה, שמור על החולדות מתחת ל-1-3% איזופלורן באמצעות חרוט אף במהלך ההליך. מרחו משחה וטרינרית על העיניים כדי למנוע יובש בזמן שהחולדה תחת הרדמה.
  2. בצע חתך בקו האמצע של הבטן התחתונה כדי לחשוף את קרני הרחם.
    הערה: יש לעקר את כל המכשירים הכירורגיים לפני השימוש. אזור הניתוח על החולדה מגולח ומחוטא בתמיסת חיטוי. המנתח לובש כפפות סטריליות, מסכה וחלוק. ההליך הכירורגי מבוצע על וילון סטרילי.
  3. בצע חתכים אורכיים משני צידי הרחם כדי לחשוף את רירית הרחם הפנימית. השתמש בלהב אזמל T10 כדי לגרד את רירית הרחם עד שהמשטח מחוספס.
  4. לאחר ההליך הכירורגי, העבירו את החולדות לאזור התאוששות סטרילי וחם עם רמות טמפרטורה ולחות מווסתות ועקבו אחריהן מקרוב עד שהן חוזרות להכרה מלאה ויכולות לתמוך בעצמן במצב שכיבה חזה קבוצות של שלוש חולדות לאחר ניתוח בנפרד בכלובים נפרדים. כדי להקל על כאבים לאחר הניתוח, יש לתת משככי כאבים כמו בופרנורפין (0.05-0.1 מ"ג/ק"ג, תת עורית); יש לחזור על הפעולה כל 8-12 שעות עד 48-72 שעות לפי הצורך.

2. עיבוד רקמות

  1. מניחים את כל שברי רירית הרחם בכלי בגודל 3.5 ס"מ ושוטפים אותם פי 3 עם PBS.
  2. מערבבים את שברי רירית הרחם עם 3 מ"ל של 1% קולגנאז מסוג I (מדולל ב-0.25% טריפסין/1 מ"מ EDTA) ב-37 מעלות צלזיוס למשך 60 דקות. סנן את הרקמה הלא מעוכלת באמצעות מסננת תאים של 100 מיקרומטר כדי לבודד ולאסוף את המסנן להמשך תרבית.
  3. זרע את התאים שנאספו לצלחות של 12 בארות במדיום REEM להמשך תרבית. חשב את נפח תרחיף התאים הדרוש כדי לזרוע את התאים בכל באר של צלחת 12 הבארות כדי להשיג את צפיפות התאים הרצויה (בדרך כלל ~1-2 × 105 תאים/באר ב-1.5 מ"ל של REEM).
  4. שטפו את התאים שנאספו בשלב 2.2 למשך 3x עם PBS. לאחר הכביסה הראשונית, צנטריפוגה את התאים בחום של 300 × גרם למשך 5 דקות. השליכו את הסופרנטנט; השעו מחדש את כדור התא ב-PBS המכיל 1% BSA (אלבומין בסרום בקר) כדי למזער קשירה לא ספציפית ודגירה למשך 15-30 דקות על קרח.
  5. דגרו על התאים עם נוגדנים ראשוניים ספציפיים לסמנים שונים (ראו טבלת החומרים) למשך 30 דקות עד שעה בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס. יש לדלל את הנוגדנים ב-PBS ב-1% BSA לפי הוראות היצרן.
  6. לאחר הדגירה, שטפו את התאים פעמיים עם PBS כדי להסיר נוגדנים לא קשורים. לאחר הכביסה הסופית, השעו מחדש את התאים ב-600 מיקרוליטר של PBS עם 1% BSA לניתוח ציטומטריית זרימה.
  7. הגדר את המכשיר עם לייזרים ומסננים המתאימים לפלואורופורים המשמשים בניסוי (למשל, FITC, PE, APC). השתמש בהגדרות פיזור קדימה (FSC) ופיזור צדדי (SSC) כדי לשער על אוכלוסיית התאים הבודדים החיה, למעט פסולת וצברי תאים. כייל את ציטומטר הזרימה באמצעות בקרה לא מוכתמת כדי להבטיח יישור נכון. הגדר שערים ספציפיים על סמך הבקרה הלא מוכתמת כדי להגדיר אוכלוסיות חיוביות עבור כל סמן עניין (הסף הוא 0.02%).

3. תרבית ארוכת טווח של תאי גזע אפיתל רירית הרחם של חולדות

  1. בדיקת היווצרות מושבה
    הערה: בדיקה זו סייעה לקבוע את מדיום התרבית האופטימלי עבור reESCs.
    1. זרע P0 מחזיר את ה-ESCs לצלחות של 6 בארות בצפיפות של 1,000 תאים/באר ותרבית אותם במשך 14 יום ב-REEM או ב-REEM חסרי A8301, Y27632 או CHIR99021.
    2. לאחר תקופת התרבות, יש לתקן את התאים עם 4% פרפורמלדהיד למשך 20 דקות בטמפרטורת החדר ולאחר מכן להכתים אותם בתמיסת סגול קריסטל למשך 20 דקות נוספות.
    3. כמת את מספר אשכולות התאים המכילים יותר מ- 50 תאים. בחר את מדיום התרבות על סמך איזה מדיום תומך בצמיחה של אשכולות תאים.
      הערה: השמטת גורמים ספציפיים מה-REEM הביאה לירידה ביכולת ההתרבות של reESCs (איור 1B,C). בהתבסס על ממצאים אלה, REEM נבחר כמדיום המועדף לתרבית של reESCs כדי לייעל את תנאי הגידול.
  2. החלף את ה-REEM כל יומיים. כאשר התאים מגיעים למפגש של 80-90%, עכלו אותם עם 0.25% טריפסין/1 מ"מ EDTA למשך 5-6 דקות.
  3. העברת התאים ביחס של 1:3 ב-REEM.
  4. בדיקת התפשטות
    1. זרעו את ה-ReESCs P1, P7 ו-P14 לתוך צלחות של 96 בארות בצפיפות של 4 ×-103 תאים/באר ב-150 מיקרוליטר של REEM.
    2. הוסף 10 מיקרוליטר של מגיב CCK-8 לכל באר לאחר 24, 48, 72 ו-96 שעות של תרבית, ולאחר מכן דגירה של שעתיים ב-37 מעלות צלזיוס.
    3. קבע את קצב ההתפשטות על ידי מדידת הספיגה ב-450 ננומטר באמצעות קורא מיקרו-פלטות.
  5. הכנה ושימוש במאגרים קפואים
    1. הכן את תמיסת הציר הקפוא באמצעות REEM עם 10% DMSO.
    2. קצרו את ה-reESCs עם 0.25% טריפסין/1 מ"מ EDTA.
    3. השעו מחדש את גלולת התא בתמיסת מלאי קפואה בריכוז של 1 × 106 תאים/מ"ל. העבירו את מתלה התאים לצינורות.
    4. הקפיאו את הצינורות תחילה בטמפרטורה של -80 מעלות צלזיוס ולאחר מכן העבירו אותם לחנקן נוזלי תוך 24 שעות.
      הערה: אם מתכוונים להפשיר תאים בקרוב, מומלץ לאחסן את התאים הקפואים בטמפרטורה של -80 מעלות צלזיוס למשך זמן מקסימלי של 6 חודשים.
    5. מחממים את ה-REEM ל-37 מעלות צלזיוס.
    6. אחזרו את ה-reESCs הקפואים וטבלו אותם באמבט מים של 37 מעלות צלזיוס למשך 1-2 דקות.
    7. העבירו את ה-reESCs המופשרים לצלחות של 6 בארות עם צפיפות זריעה של 1 ×-105 תאים/באר ב-REEM.
  6. צביעה אימונופלואורסצנטית
    1. זרעים reESCs בשלב הגידול הלוגריתמי על לוחות u-Slide 8 בארות בצפיפות של 2 × 103 תאים לבאר, ותרבית אותם ב-REEM.
    2. כאשר ה-reESCs מגיעים למפגש של 90%, תקן אותם עם 4% פרפורמלדהיד למשך 20 דקות. שטפו את ה-reESCs עם PBS 2x לפני ואחרי הקיבוע.
    3. לחדור לתאים עם 0.2% טריטון X-100 למשך 10 דקות.
    4. חסמו את התאים עם 30% סרום עיזים מדולל באלבומין 5% סרום בקר (BSA) למשך 30 דקות בטמפרטורת החדר. שטפו את ה-reESCs עם PBS 2x לפני ואחרי החסימה.
    5. דגרו על התאים עם נוגדנים ראשוניים (anti-SSEA-1 ואנטי-ציטוקרטין) למשך 12 שעות בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס. שטפו את ה-reESCs עם PBS 2x לאחר הדגירה.
    6. דגרו על התאים עם נוגדנים משניים למשך שעה בטמפרטורת החדר. שטפו את ה-reESCs עם PBS 2x לאחר הדגירה.
    7. צבעו את התאים עם 150 מיקרוליטר של DAPI כדי לסמן את כל הגרעינים.
    8. צלם תמונות של התאים המוכתמים באמצעות מיקרוסקופ קונפוקלי הפוך.

4. הקמת אורגנואידים של רירית הרחם של חולדות מ-reESCs

  1. יצירת האורגנואידים
    1. כאשר reESCs מגיעים למפגש של 70%, עכל את התאים עם 0.25% טריפסין/1 מ"מ EDTA למשך 5-6 דקות.
    2. השעו מחדש 5 × 105 reESCs ב-500 מיקרוליטר של מטריגל מופשר והניחו בצלחות של 12 בארות. דגרו את הצלחות בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות כדי לאפשר ג'לציה.
    3. לאחר שתערובת התאים-מטריג'ל מתמצקת, הוסיפו 1.5 מ"ל/באר REEM כדי לכסות את המטריגל. החלף את ה-REEM כל 2-3 ימים.
  2. צביעה אימונופלואורסצנטית
    1. שאפו את ה-REEM והוסיפו 1 מ"ל/באר של תמיסת קציר אורגנואידים מקוררת מראש בצלחות של 12 בארות. דגירה על קרח למשך 40-60 דקות.
    2. אוספים את האורגנואידים בעזרת פיפטה וצנטריפוגה של פסטר בטמפרטורה של 300 × גרם למשך 3 דקות בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס.
    3. שוטפים את האורגנואידים 2-3x עם PBS.
    4. יש לתקן את האורגנואידים עם 4% פרפורמלדהיד למשך 20 דקות ולחסום באמצעות 5% BSA למשך 60 דקות.
      הערה: שטפו פעמיים עם PBS לפני ואחרי כל שלב.
    5. דגרו על האורגנואידים למשך הלילה ב-4 מעלות צלזיוס עם נוגדנים ראשוניים מדוללים ב-1% BSA.
    6. דגרו על האורגנואידים עם נוגדנים משניים למשך שעה בטמפרטורת החדר.
    7. מכתים את האורגנואידים עם 200 מיקרוליטר DAPI.
    8. צלם תמונות באמצעות מיקרוסקופ קונפוקלי הפוך.
  3. הוא מכתים
    1. לייבש את האורגנואידים באמצעות סדרת אתנול מדורגת: 70% אתנול למשך 30 דקות; 80% אתנול למשך 30 דקות; 95% אתנול למשך 30 דקות; 100% אתנול למשך 2 x 30 דקות. נקה את האורגנואידים על ידי טבילתם בקסילן למשך 2 x 30 דקות.
    2. טבלו את האורגנואידים המנוקים בפרפין מומס בטמפרטורה של 60 מעלות צלזיוס למשך שעה. העבירו את האורגנואידים שחדרו לפרפין לתבניות הטבעה, מלאו את התבניות בפרפין מומס והניחו את התבניות בצלחת קרה כדי שהפרפין יתמצק. הסר את גושי הפרפין מהתבניות לאחר שהפרפין התמצק וחתוך את עודפי הפרפין.
    3. הרכיבו את גושי הפרפין על המיקרוטום. חותכים חלקים בעובי 5 מיקרומטר ומציפים אותם על אמבט מים חמים (42-45 מעלות צלזיוס) לשטח. העבירו בזהירות את החלקים למגלשות זכוכית וייבשו אותם על מחמם שקופיות.
    4. הפזר את החלקים על ידי טבילת שקופיות בקסילן למשך 2 x 5 דקות. התייבש באמצעות סדרה של אתנול מדורג: 100% אתנול למשך 2 x 3 דקות; 95% אתנול למשך 3 דקות; 70% אתנול למשך 3 דקות; שוטפים במים מזוקקים.
    5. מכתים עם המטוקסילין למשך 5 דקות; לאחר מכן, שטפו במי ברז זורמים למשך 5 דקות. להבדיל באלכוהול חומצי 1% למשך מספר שניות; לשטוף במי ברז זורמים למשך 5 דקות; מניחים בכחול במי אמוניה של 0.2% למשך 30 שניות; לשטוף במי ברז זורמים למשך 5 דקות; מכתים עם אאוזין למשך 2 דקות. התייבש באמצעות אתנול מדורג: 70% אתנול למשך דקה אחת; 95% אתנול למשך דקה; 100% אתנול למשך 2 x 1 דקה. נקה בקסילן למשך 2 x 1 דקה.
    6. הוסף טיפה של מדיום הרכבה לחלקים המוכתמים. לאחר מכן, הנח כיסוי מעל קטע הרקמה, הימנע מבועות אוויר. התבונן בחלקים המוכתמים תחת מיקרוסקופ אור.
  4. צביעת פלואורסצנטי
    1. בצע דה-פראפיניזציה והחזרת נוזלים כמתואר בשלבים 4.3.1. עד 4.3.4.
    2. מחממים את תמיסת אחזור האנטיגן במיקרוגל. הנח את השקופיות בתמיסת אחזור האנטיגן המחוממת ושמור אותן בטמפרטורת תת-רתיחה למשך 20 דקות. הניחו לשקופיות להתקרר בתמיסת אחזור האנטיגן למשך 40 דקות. יש לשטוף את המגלשות במים נטולי יונים למשך 5 דקות.
    3. דגרו את המגלשות במי חמצן של 0.3% במתנול למשך 10 דקות כדי להרוות פעילות פרוקסידאז אנדוגנית. שטפו את השקופיות למשך 3 x 5 דקות ב-PBS ודגרו אותן בתמיסת חסימה למשך שעה בטמפרטורת החדר בתא לח. הקש על תמיסת החסימה העודפת אך אל תשטוף.
    4. יש לדלל את הנוגדן העיקרי בתמיסת חסימה בהתאם להוראות היצרן. מרחו את הנוגדן הראשוני המדולל על חלקי הרקמה ודגרו למשך הלילה בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס בתא לח.
    5. שטפו את השקופיות למשך 3 x 5 דקות ב-PBS. יש לדלל את הנוגדן המשני המצומד ל-HRP בתמיסת חסימה בהתאם להוראות היצרן. מרחו את הנוגדן המשני המדולל על חלקי הרקמה ודגרו למשך שעה בטמפרטורת החדר בתא לח. שטפו את השקופיות למשך 3 x 5 דקות ב-PBS כדי להסיר נוגדן משני לא קשור.
    6. הכן את תמיסת העבודה של Fluorescein Tyramide בהתאם להוראות הערכה. מרחו את תמיסת העבודה על חלקי הרקמה ודגרו למשך 15 דקות בטמפרטורת החדר בתא לח. שוטפים את השקופיות למשך 3 x 5 דקות ב-PBS.
    7. חזור על שלב 4.4.1. עד 4.4.5 עד להשלמת הצביעה עם כל שלושת הנוגדנים. מרחו טיפה של מדיום הרכבה פלורסנט עם DAPI על כל קטע רקמה. הנח בזהירות כיסוי מעל חלק הרקמה כדי למנוע בועות אוויר. בדוק את השקופיות במיקרוסקופ קונפוקלי הפוך.
  5. PCR כמותי
    1. אסוף את האורגנואידים כמתואר בשלבים 4.2.1. ל-4.2.3. שאפו את ה-PBS וחלצו את סך ה-RNA מהאורגנואידים בהתאם להוראות היצרן.
    2. השתמש בכל ערכת שעתוק הפוך זמינה מסחרית כדי לסנתז cDNA מ-1 מיקרוגרם של RNA כולל. הגדר תגובת q-PCR בהתאם לפרוטוקול יצרן הערכה. ראה טבלת חומרים לרצפי פריימר המשמשים ל-q-PCR.

5. תרבית ארוכת טווח של אורגנואידים של רירית הרחם של חולדות

  1. שאפו את ה-REEM והוסיפו 1 מ"ל של תמיסת קצירת אורגנואידים למשך 40 דקות כדי לנתק את האורגנואידים. דגירה על קרח כדי לשמור על שלמות האורגנואידים.
  2. לאחר הדגירה, אסוף את האורגנואידים באמצעות פיפטה וצנטריפוגה של פסטר בטמפרטורה של 300 × גרם למשך 3 דקות ב-4 מעלות צלזיוס כדי לגלול אותם להמשך עיבוד.
    הערה: חיתוך קצה הפיפטה יכול להועיל לטיפול באורגנואידים גדולים יותר (מעל 500 מיקרומטר) מבלי לגרום נזק.
  3. השעו מחדש את האורגנואידים הגלולים במטריג'ל, ביחס של 1:2 או 1:3, להטמעה ותרבית לאחר מכן בצלחות של 12 בארות.
  4. הכן את תמיסת המלאי הקפוא: REEM עם 10% DMSO.
  5. קצרו את האורגנואידים, השעו אותם מחדש בתמיסת הציר הקפוא ולאחר מכן אחסנו במקפיא בטמפרטורה של -80 מעלות צלזיוס או בחנקן נוזלי לשימור לטווח הארוך.
  6. כדי להפשיר את האורגנואידים הקפואים, יש לחמם את ה-REEM באמבט מים של 37 מעלות צלזיוס, ולטבול את צינור הציר הקפוא באמבט המים כדי להפשיר בעדינות את האורגנואידים.
  7. לאחר ההפשרה, השעו מחדש את האורגנואידים ב-500 מיקרוליטר של מטריג'ל להטמעה מחדש ותרבית בצלחת של 12 בארות. בצע את שלבים 4.1.2. ל-4.1.3.
    הערה: מומלץ לאחסן אורגנואידים קפואים בטמפרטורה של -80 מעלות צלזיוס לפרקי זמן קצרים יותר או להעביר לחנקן נוזלי לאחסון לטווח ארוך יותר.

6. אופציונלי: מעבר אורגנואידים לתרבית דבקה

הערה: הפרוטוקול מזכיר שיטה חלופית להשגת reESCs בתרבית שטוחה על ידי מעבר אורגנואידים לתרבית דביקה, המאפשרת ארגון מחדש של מורפולוגיה אורגנואידית.

  1. שאפו את ה-REEM והוסיפו 1 מ"ל של תמיסת קצירת אורגנואידים כדי לנתק את האורגנואידים. דגירה על קרח כדי לשמור על שלמות האורגנואידים.
  2. לאחר הדגירה, אספו את האורגנואידים באמצעות פיפטה פסטר וצנטריפוגה כדי לגלול אותם ב-300 × גרם למשך 3 דקות ב-4 מעלות צלזיוס.
  3. השעו מחדש את האורגנואידים ב-3 מ"ל של REEM שחומם מראש והעבירו את האורגנואידים המרחפים לצלחת בגודל 3.5 ס"מ. החלף את מדיית REEM כל יומיים.
  4. כאשר התאים מגיעים למפגש של 70%, עכלו אותם עם 0.25% טריפסין/1 מ"מ EDTA למשך 5-6 דקות.
  5. שחזר את האורגנואידים עם reESCs על ידי ביצוע שלבים 4.1.1 עד 4.1.3.

7. תרבית רציפה של אורגנואידים עם אסטרדיול (E2) ופרוגסטרון (P4)

  1. הכן פתרונות מלאי של E2 ו-P4 ב-DMSO. לדלל את תמיסות המלאי לריכוזי עבודה רצויים (E2: 10 ננומטר; P4: 1 מיקרומטר) ב-REEM, מה שמבטיח שריכוז ה-DMSO הסופי לא יעלה על 0.1% כדי למנוע השפעות ציטוטוקסיות.
  2. תרבית אורגנואידים ב-REEM כשלבים 4.1.1. ל-4.1.3. למשך 4 ימים. החלף את המדיום ב-REEM בתוספת E2 ותרבית למשך 7 ימים. עקוב אחר צמיחת האורגנואידים והמורפולוגיה מדי יום. החלף את המדיום כל 2-3 ימים.
  3. החלף את המדיום ב-REEM בתוספת E2 ו-P4. עקוב אחר צמיחת האורגנואידים והמורפולוגיה מדי יום. החלף את המדיום כל 2-3 ימים. המשיכו לתרבית את האורגנואידים למשך 7 ימים.

תוצאות

ה-reESCs והאורגנואידים של רחם החולדות הוקמו משש נקבות חולדות Sprague-Dawley במשקל של בין 200 גרם ל-250 גרם בהתאם לפרוטוקול המתואר באיור 1. בהסתמך על ההצלחה של תרבית ארוכת טווח של תאי גזע אפיתל של רירית הרחם האנושית, נוסחת ה-REEM כללה בעיקר Y27632, A8301 ו-CHIR99021. כדי לייצב את ה-reESCs במבחנה, בודדנו בתחילה תאי רירית הרחם מרירית הרחם של חולדות באמצעות טכניקות אנזימטיות ומכניות. ניתוח ציטומטריית זרימה באיור 2A גילה כי תאי רירית הרחם הראשוניים כללו כ-50% תאי אפיתל המבטאים CD9 (49.8%), עם רמות נמוכות של EpCAM (4.49%) ו-CD24 (2.64%). סמן SSEA-1 עבור reESCs היה נוכח ב-6.58%, בעוד שסמני האנדותל CD31 (30.9%) ו-CD45 (70.3%) היו גבוהים יחסית.

עם זאת, תרבית ב-REEM הביאה לכך ש-reESCs P1 הציגו מורפולוגיה אחידה או רב-ממדית ויצרו מבני שיבוט קומפקטיים (איור 2D). הסרה הדרגתית של גורמים בודדים מ-REEM הובילה לירידה מקבילה ביכולת ההתפשטות של reESCs. בדיקת היווצרות השיבוטים הדגישה את התפקיד הקריטי של Y27632 בתרבות היציבה של reESCs (איור 2B,C). במעבר השלישי, reESCs הראו ביטוי עקבי של SSEA-1 וציטוקרטין, מה שמצביע על התרחבות מוצלחת של reESCs ראשוניים במהלך התרבית (איור 2F). יתר על כן, reESCs שמרו על יכולת התפשטות חזקה ויציבה גם במעברים מאוחרים (איור 2E), מה שמדגים את הבידוד וההתרחבות המוצלחים שלהם במערכת ה-REEM הנוכחית.

תרביות אורגנואידים הוקמו בעקבות מערכת שדווחה בעבר שמקורה בתאי גזע של רירית הרחם האנושית8. תוך 3 ימים, ה-reESCs הפגינו ארגון עצמי מהיר למבנים דמויי אורגנואידים עם מרכז חלול, שלאחר מכן גדל בגודלו ובעוביו (ראה איור 3A). תוצאות צביעת HE האופייניות הממחישות את היווצרות האורגנואידים על ידי reESCs מוצגות באיור 3B. ניתן לקיים תרביות אורגנואידים אלה באמצעות מעבר, כפי שמעידה כדאיות התאים הגבוהה המצוינת על ידי צביעת Ki67 לאחר מעבר ישיר ומחזורי הקפאה-הפשרה. יתר על כן, צביעת HE בוצעה על הדור העשירי של האורגנואידים, והתוצאות הראו שניתן לשמור על מבנה האורגנואיד שלם (ראה איור 3E). בנוסף, תוצאות qPCR הצביעו על כך ש-Nanog, Sox2 ו-Oct4 באו לידי ביטוי ברמות דומות לאלו של דור P1 (איור 3F). ממצא זה מצביע על פוטנציאל לתרבית ארוכת טווח של אורגנואידים בתוך המערכת הנוכחית.

המחקר שלנו ערך חקירה ראשונית לגבי התגובה של מבנים דמויי רחם של חולדות ל-E2 ו-P4. צביעה אימונופלואורסצנטית באיור 4A חשפה נוכחות של קולטני אסטרוגן ופרוגסטרון. בעקבות תוסף E2 , האורגנואידים האלה עברו מעבר מצורה כדורית חלולה לדפוס גדילה פנימי צפוף יותר (איור 4C). חשיפה לאחר מכן ל-P4 הובילה לירידה בחדירות של המבנים הצפופים, ובסופו של דבר הביאה להתפוררותם (איור 4B). ממצאים אלה מצביעים על כך ש-E2 עשוי להניע התמיינות נוספת של מבנים דמויי רחם של חולדות, בעוד ש-P4 עשוי לעורר מסלולים אפופטוטיים.

figure-results-1
איור 1: הליכים המשמשים להקמת תאי גזע אפיתל רירית הרחם של חולדות ואורגנואידים של רחם חולדות. קיצור: SD = Sprague-Dawley. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-2
איור 2: יצירה ותרבית ארוכת טווח של תאי גזע אפיתל רירית הרחם של חולדות במבחנה. (A) ניתוח ציטומטרי זרימה המראה את שיעור התאים החיוביים ברירית הרחם של חולדות. (B) צביעה סגולה קריסטלית של שיבוטים ב-REEM עם או בלי A8301, Y27632 או CHIR99021, בהתאמה. פסי קנה מידה = 1 ס"מ. (C) מספרי השיבוט ב-REEM עם או בלי גורמים. קווי שגיאה מייצגים סטיית תקן; n = 3 תורמים (***, עמ<0.001). (D) תמונות מיקרוסקופ אור של תאי גזע אפיתל רירית הרחם של חולדות P1 עם ובלי צביעה סגולה קריסטלית. (E) ניתוחי CCK-8 של תאי גזע אפיתל רירית הרחם של חולדות במעבר 1, מעבר 7 ומעבר 14. קווי שגיאה מייצגים סטיית תקן, n = 3. (F) ניתוחים אימונופלואורסצנטיים המדגימים את הביטוי של ציטוקרטין ו-SSEA-1. קיצור: REEM = מדיום הרחבה של reESCs. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-3
איור 3: דור ותרבות ארוכת טווח של אורגנואידים של רירית הרחם של חולדות במבחנה. (A) תמונות מיקרוסקופ אור של אורגנואידים של רירית הרחם של חולדות P1. (B) צביעת H&E עבור אורגנואידים P1 מתאי גזע אפיתל רירית הרחם של חולדות. (C) ניתוחים אימונופלואורסצנטיים המדגימים את הביטוי של ציטוקרטין ו-SSEA-1. (D) ניתוחים אימונופלואורסצנטיים המדגימים את הביטוי של Ki67 ו-SSEA-1. (E) צביעת H&E עבור אורגנואידים של חולדות P 10. (F) ניתוחי qPCR לביטוי של Nanog, Sox2 ו-Oct-4 באורגנואידים של רירית הרחם של חולדות P1 ו-P10. ביטוי מנורמל ל-GAPDH (n = 3, מבחן t דו-זנבי לא מזווג, n.s. = לא מובהק). קיצור: H&E = המטוקסילין ואאוזין. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-4
איור 4: תרבית רציפה של אורגנואידים עם E2 ו-P4. (A) ניתוחים אימונופלואורסצנטיים המדגימים את הביטוי של קולטן אסטרוגן, קולטן פרוגסטוגן ו-SSEA-1. (B) סקירה של תמונות מיקרוסקופ אור של אורגנואידים של חולדות שגודלו ב-E2 ו-P4. (C) תמונות מיקרוסקופ אור מדגימות את הטרנספורמציה של כדור חלול לדחוס בתוך החלל הפנימי של אורגנואידים לאחר תרבית של 7 ימים ב-E2. קיצורים: ER = קולטן אסטרוגן; PR = קולטן פרוגסטוגן. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

דיון

במחקר זה, תיארנו שיטה פשוטה לבידוד ותרבות תאי גזע אפיתל רירית הרחם של חולדות (reESCs) ושכללנו את מערכת ex vivo שהוקמה בעבר עבור תאי גזע אפיתל רירית הרחם האנושיים8. הגישה שלנו משתמשת במדיום תרבית מולקולות קטן המכיל Y27632, A8301 ו-CHIR99021 כרכיבי ליבה כדי לאפשר תרבית ex vivo יציבה וארוכת טווח. יתר על כן, יצרנו בהצלחה אורגנואידים של רירית הרחם של חולדות בזמן אמת באמצעות reESCs. מערכת חדשנית זו מפשטת את שיטות התרבות האורגנואידיות הנוכחיות של רירית הרחם, המסתמכות בדרך כלל על בלוקים של רקמות, ובכך מספקת בהירות רבה יותר לגבי שושלת התאים10. חשוב לציין, המערכת שלנו מאפשרת עריכת גנים ומניפולציות אחרות ברמה התאית כדי ליצור אורגנואידים המבטאים גנים ספציפיים. יתר על כן, מערכת אורגנואידים זו מאפשרת נוקאאוט ממוקד או ביטוי יתר של גנים ספציפיים ברירית הרחם של חולדות, מה שמאפשר סינון וטיפוח של תאי גזע אפיתל רירית הרחם לייצור אורגנואידים של רירית הרחם. גישת מחקר מקיפה זו מבהירה פונקציות גנים ספציפיות הן מנקודת מבט in vivo והן מנקודת מבט ex vivo , וסוללת את הדרך לחקירת מחלות הקשורות לאפיתל רירית הרחם.

בדיקת תרופות היא יישום קריטי של אורגנואידים. עם זאת, המקורות ושיטות ההכנה הנוכחיים של אורגנואידים הם מורכבים, מה שמוביל לשונות משמעותית בין קבוצות שיכולה להשפיע על תוצאות מחקרי סינון תרופות11,12. המערכת שלנו מדגימה כי אורגנואידים שמקורם בקווי תאים יציבים בתרבית ex vivo יכולים למזער ביעילות את ההבדלים בין אורגנואידים שנוצרו, ולשפר את האחידות במערכי הניסוי. יתר על כן, אורגנואידים של חולדות שנוצרו על ידי reESCs הוכיחו את היכולת להגיב לגירוי אסטרוגן במבחנה, מה שמוביל לשינויים מורפולוגיים, מה שמרמז על כך שהם יכולים לשמש ככלי לבדיקת תרופות ex vivo. ניתן לבודד בקלות את ה-reESCs מרקמת רירית הרחם ולהרחיב את ה-ex vivo עם פחות מולקולות קטנות בהשוואה לתאי גזע אפיתל רירית הרחם האנושיים. מאפיין זה חשוב במיוחד לחקירת תכונות תאי גזע, תאי קודם, תהליכי התמיינות ואינטראקציות מיקרו-סביבתיות. חשוב לציין, ניתן להסיק גישה זו למינים אחרים של יונקים כגון קופים, חזירים וכלבים, מה שמאפשר הקמת מערכות תרבית אורגנואידים של רירית הרחם המשמשות כמודלים רלוונטיים יותר מבחינה פיזיולוגית לחקר הביולוגיה של רירית הרחם, תפקוד, מחלות ותגובות לתרופות. למרות יתרונותיה, לטכניקה זו יש מגבלות. מגבלה עיקרית אחת היא ההסתמכות על Matrigel, מטריצה חוץ-תאית מורכבת ומשתנה שיכולה להציג חוסר עקביות בין ניסויים. יתר על כן, בעוד שמודלים של חולדות מספקים תובנות חשובות, הבדלים בין מינים עדיין קיימים, וייתכן שהממצאים לא יתורגמו במלואם לפיזיולוגיה ופתולוגיות של רירית הרחם האנושית. מחקרים עתידיים צריכים לשאוף לטפל במגבלות אלה, פוטנציאלית באמצעות פיתוח מטריצות חוץ-תאיות מוגדרות ועקביות יותר ועל ידי בחינת הישימות של מודל זה על מינים אחרים.

למרות יתרונותיה, לטכניקה זו יש מגבלות. מגבלה עיקרית אחת היא ההסתמכות על Matrigel, מטריצה חוץ-תאית מורכבת ומשתנה שיכולה להציג חוסר עקביות בין ניסויים. לכן, טכניקה מרכזית במחקר זה היא הסרת מטריגל. השימוש בחומר עיכול ג'ל מטריצה עדין, הבטחת פעולות על קרח וזמן עיכול מספיק הם קריטיים להצלחה. בשל הקוטר הגדול יותר של פיפטת פסטר, שימוש בשאיבת פיפטה של פסטר יכול להפחית את הנזק לאורגנואידים ולהאיץ את עיכול ג'ל המטריצה. מחקר עוקב יכול להשוות שיטות שונות של תרבית ג'ל מטריצה חוץ-תאית כדי לייעל עוד יותר את מערכות התרבות והעיכול של אורגנואידים. מחקרים עתידיים צריכים לשאוף לטפל במגבלות אלה, פוטנציאלית באמצעות פיתוח מטריצות חוץ-תאיות מוגדרות ועקביות יותר ועל ידי בחינת הישימות של מודל זה על מינים אחרים.

בעוד שהספרות הקיימת תיארה טכניקות לתרבות ex vivo של אורגנואידים אפיתליים, מחקר זה מציג מערכת חדשנית, פשוטה וניתנת לשחזור בקלות לטיפוח והרחבת אורגנואידים של רירית הרחם של חולדות שמקורם בתאים שקופים. התקדמות זו עומדת להגביר את קצב המחקר בתחום הביולוגיה של הרבייה של נשים.

גילויים

למחברים אין ניגודי אינטרסים להצהיר עליהם.

תודות

עבודה זו נתמכה על ידי קרן המחקר הבסיסי והיישומי של גואנגדונג (2023A1515110760).

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
אנטי-CD15 (SSEA-1)Abcamab135377ארנב, 1:200 (IHC)
אנטי-קולטן אסטרוגן אלפאAbcamab32063ארנב, 1:200 (IHC)
אנטי-פאן ציטוקרטיןAbcamab7753עכבר, 1:250 (IHC)
אנטי-קולטן פרוגסטרוןAbcamab101688ארנב, 1:200 (IHC)
אנטי-Ki67Abcamab279653עכבר, 1:250 (IHC)
A8301TargetMol909910-43-6
β-EstradiolMerckE8875
ערכת ספירת תאים-8BeyotimeC0038
CD9BioLegend1098191:20 (FC), Pacific Blue
CD24BioLegend1018061:20 (FC), FITC
CD31BioLegend3031201:20 (FC), APC
CD45BioLegend3017031:20 (FC), PE
CHIR99021TargetMolCT99021
Cultrex פתרון קצירת אורגנואידיםR& D Systems3700-100-01
Cy3 TSA ערכת מערכת פלואורסצנטיתAPExBIOK1051
Cy5 ערכת מערכת פלואורסצנטית TSAAPExBIOK1052
DAPISigmaD95421 μ g/mL
DMEM/F-12Invitrogen11330032
EpCAMBioLegend3698031:20 (FC),
ערכת מערכת פלואורסצנטית PerCP Fluorescein TSAAPExBIOK1050
עיזים נגד ארנב IgG, Alexa Fluor 488InvitrogenA-110081:500
IgG נגד עכבר, Alexa Fluor 555InvitrogenA-214221:500
עז נגד ארנב נוגדן IgG/HRPAPExBIObs-0295G-HRP
החלפת סרום נוקאאוטInvitrogen10828028
MatrigelCorning356234
PrimeScript RT Master MixTakaraRR063A
פרוגסטרוןMerck57-83-0
Sprague-Dawley rat שנחאי JieSiJie חיות מעבדה ושות', בע"מ, סין
SSEA-1BioLegend3230471:20 (FC), APC
TB ירוק מהיר qPCR מיקסTakaraRR820A
TriZOLInvitrogen15596026CNמיצוי RNA
שקופית 8 בארותצלחות Ibidi80827
Y27632TargetMol146986-50-7
<פריימרים חזקים>qPCR של גני מטרה 
<חזק>גנים><חזק>חברה<חזק>רצפים
חולדה GAPDH Fסנגון ביוטקGACATGCCGCCTGGAGAAAC
חולדה GAPDH Rסנגון ביוטקAGCCCAGGATGCCCTTTAGT
חולדה Nanog Fסנגון ביוטקGACTAGCAACGGCCTGACTCA
עכברוש Nanog R סנגון ביוטקCTGCAATGGATGCTGGGATA
חולדה Sox2 Fסנגון ביוטקATTACCCGCAGCAAAATGAC
חולדה Sox2 Rסנגון ביוטקATCGCCCGGAGTCTAGTTCT
חולדה Oct4 Fסנגון ביוטקCCCAGCGCCGTGAAGTTGGA
חולדה Oct4 Rסנגון ביוטקACCTTTCCAAAGAGAACGCCCA
GG

מקורות

  1. Jabbour, H. N., Kelly, R. W., Fraser, H. M., Critchley, H. O. Endocrine regulation of menstruation. Endocr Rev. 27 (1), 17-46 (2006).
  2. Garcia-Alonso, L., et al. Mapping the temporal and spatial dynamics of the human endometrium in vivo and in vitro. Nat Genet. 53 (12), 1698-1711 (2021).
  3. Li, M., Izpisua Belmonte, J. C. Organoids - preclinical models of human disease. N Engl J Med. 380 (6), 569-579 (2019).
  4. Mulaudzi, P. E., Abrahamse, H., Crous, A. Insights on three dimensional organoid studies for stem cell therapy in regenerative medicine. Stem Cell Rev Rep. 20 (2), 509-523 (2024).
  5. Boretto, M., et al. Development of organoids from mouse and human endometrium showing endometrial epithelium physiology and long-term expandability. Development. 144 (10), 1775-1786 (2017).
  6. Turco, M. Y., et al. Long-term, hormone-responsive organoid cultures of human endometrium in a chemically defined medium. Nat Cell Biol. 19 (5), 568-577 (2017).
  7. Tempest, N., Maclean, A., Hapangama, D. K. Endometrial stem cell markers: current concepts and unresolved questions. Int J Mol Sci. 19 (10), 3240(2018).
  8. He, W., et al. Long-term maintenance of human endometrial epithelial stem cells and their therapeutic effects on intrauterine adhesion. Cell Biosci. 12 (1), 175(2022).
  9. Katsuda, T., et al. Conversion of terminally committed hepatocytes to culturable bipotent progenitor cells with regenerative capacity. Cell Stem Cell. 20 (1), 41-55 (2017).
  10. Murphy, A. R., Campo, H., Kim, J. J. Strategies for modelling endometrial diseases. Nat Rev Endocrinol. 18 (12), 727-743 (2022).
  11. Boretto, M., et al. Patient-derived organoids from endometrial disease capture clinical heterogeneity and are amenable to drug screening. Nat Cell Biol. 21 (8), 1041-1051 (2019).
  12. Esfandiari, F., et al. Endometriosis organoids: prospects and challenges. Reprod Biomed Online. 45 (1), 5-9 (2022).

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

Matrigel
יצירה ואפיון של אורגנואידים ברחם חולדה מתאי גזע אפיתל רירית הרחם של חולדות
צור קשר
המלצה לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

2026 © זכויות יוצרים MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.