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Le specie reattive dell'ossigeno (ROS) sono sottoprodotti naturali del metabolismo cellulare. Possono anche essere prodotti attivamente da complessi enzimatici specializzati come le NADPH-ossidasi legate alla membrana (NOX) e le dual ossidasi (DUOX), che generano anione superossido e perossido di idrogeno1. Esprimendo enzimi antiossidanti e spazzini ROS, le cellule possono sintonizzare finemente il loro equilibrio redox, proteggendo così l'omeostasi dei tessuti2. Sebbene i ROS possano essere altamente tossici per le cellule e danneggiare il DNA, le proteine e i lipidi, sono molecole di segnalazione cruciali2. Nell'epitelio intestinale sono necessari livelli moderati di ROS per la proliferazione delle cellule staminali e progenitrici3; alti livelli di ROS portano alla loro apoptosi4. Lo stress ossidativo cronico è legato a molte malattie gastrointestinali, come le malattie infiammatorie intestinali o il cancro. Ad esempio, in un modello murino di cancro intestinale guidato da Wnt, è risultata necessaria un'elevata produzione di ROS attraverso l'attivazione di NADPH-ossidasi per l'iperproliferazione delle cellule tumorali5,6. Definire come le cellule intestinali, in particolare le cellule staminali, gestiscono lo stress ossidativo e come l'ambiente cellulare può influire su questa capacità è essenziale per comprendere meglio l'eziologia di questa malattia7.
In un tessuto, diversi tipi di cellule presentano uno stato ossidativo basale che può variare in base alla loro funzione e al loro metabolismo e all'espressione di diversi livelli di molecole ossidanti e antiossidanti4,7. Il monitoraggio dei ROS in vivo è molto impegnativo. I coloranti permeabili alle cellule che emettono fluorescenza in base al loro stato redox sono stati sviluppati per visualizzare e misurare i ROS cellulari nelle cellule viventi e negli animali. Tuttavia, la loro efficacia dipende dalla loro diffusione all'interno dei tessuti viventi e dalla loro rapida lettura, rendendoli difficili da usare nei modelli animali8.
In passato, lo studio dell'effetto dei composti sulla generazione di ROS è stato fatto utilizzando linee cellulari, ma questo potrebbe non riflettere la situazione in vivo . Il modello organoide intestinale, sviluppato dal gruppo di Clevers9, consente la crescita di cellule primarie intestinali ex vivo. La coltura di cripte intestinali in matrici, in presenza di fattori di crescita definiti, porta a strutture tridimensionali, chiamate organoidi (mini-intestino), che riproducono l'organizzazione cripto-villi, con cellule delle diverse linee epiteliali che rivestono un lume interno e le cellule staminali intestinali che risiedono in piccole sporgenze simili a cripte.
Qui, sfruttando questo modello, viene descritto un metodo semplice per studiare lo stress ossidativo nelle cellule intestinali primarie alla risoluzione di una singola cellula aggiungendo un colorante ros-sensibile disponibile in commercio nel terreno di coltura organoide.
I lettori di lastre sono spesso utilizzati per rilevare la produzione di ROS in una popolazione totale. Questo protocollo utilizza la citometria a flusso o il test di imaging per rilevare ROS in un particolare tipo di cellula con cellule geneticamente modificate o colorazione anticorpale specifica. Questo lavoro coinvolge la coltura di organoidi intestinali di topo e la visualizzazione ROS mediante imaging confocale e quantificazione mediante citometria a flusso. Utilizzando gli organoidi dell'intestino tenue derivati da topi Lgr5-GFP, è possibile analizzare in modo specifico il livello di stress ossidativo nelle cellule staminali intestinali con diversi trattamenti. Questo protocollo può essere adattato per testare l'influenza di molecole esogene, come il muramil-dipeptide derivato dal microbiota (MDP)10, sul bilancio ROS, dopo aver stimolato gli organoidi con i composti selezionati.