La comunicazione tra l'epitelio intestinale e il sistema immunitario residente nell'intestino è fondamentale per il mantenimento dell'omeostasi intestinale1. Le interruzioni di queste interazioni sono associate a malattie sia locali che sistemiche, tra cui la malattia infiammatoria intestinale (IBD) e i tumori gastrointestinali2. Un esempio notevole di un regolatore critico dell'omeostasi descritto più di recente proviene dallo studio delle cellule linfoidi innate (ILC), che sono emerse come attori chiave nel panorama immunitario intestinale3. Le ILC sono un gruppo di cellule immunitarie innate eterogenee che regolano l'omeostasi intestinale e orchestrano l'infiammazione in gran parte attraverso la segnalazione mediata da citochine4.
Le ILC murine sono ampiamente suddivise in sottotipi basati sul fattore di trascrizione, sul recettore e sui profili di espressione delle citochine5. Le ILC di tipo 1, che includono cellule natural killer citotossiche (NK) e ILC di tipo 1 simili a helper (ILC1), sono definite dall'espressione del fattore di trascrizione (eomesodermi) Eomes e della proteina T-box espresse rispettivamente nelle cellule T (T-bet)6 e secernono citochine associate all'immunità T helper di tipo 1 (TH H1): interferone-γ (IFNγ) e fattore di necrosi tumorale (TNF), in risposta all'interleuchina (IL)-12, IL-15 e IL-187. Durante l'omeostasi, gli ILC1 residenti nei tessuti secernono β del fattore di crescita trasformante (TGF-β) per guidare la proliferazione epiteliale e il rimodellamento della matrice8. Le ILC di tipo 2 (ILC2) rispondono principalmente all'infezione da elminti attraverso la secrezione di citochine associate a T helper di tipo 2 (TH2): IL-4, IL-5 e IL-13 e sono caratterizzate dall'espressione del recettore orfano correlato all'acido retinoico (ROR) α (ROR-α)9 e della proteina legante GATA 3 (GATA-3)10,11,12 . Nei topi, gli ILC2 "infiammatori" intestinali sono ulteriormente caratterizzati dall'espressione del recettore simile alla lectina delle cellule killer (sottofamiglia G membro 1, KLRG)13 dove rispondono a IL-2514,15 derivato dalle cellule del ciuffo epiteliali. Infine, le ILC di tipo 3, che includono cellule indurici del tessuto linfoide e ILC di tipo 3 simili a helper (ILC3), dipendono dal fattore di trascrizione ROR-γt16 e si raggruppano in gruppi che secernono il fattore stimolante la colonia di macrofagi dei granulociti (GM-CSF), IL-17 o IL-22 in risposta ai segnali locali IL-1β e IL-2317. Le cellule indurici del tessuto linfoide si raggruppano nei cerotti di Peyer e sono cruciali per lo sviluppo di questi organi linfoidi secondari durante lo sviluppo18, mentre gli ILC3 sono il sottotipo ILC più abbondante nella lamina propria dell'intestino tenue murino adulto. Uno dei primi sistemi di co-coltura di organoidi intestinali murini con ILC3 è stato sfruttato per separare l'impatto della citochina IL-22 sul trasduttore di segnale e attivatore della trascrizione 3 (STAT-3) mediato dalla ripetizione ricca di leucina contenente il recettore accoppiato alla proteina G 5 (Lgr5) + proliferazione delle cellule staminali intestinali19, un potente esempio di interazione rigenerativa ILC-epiteliale. Le ILC mostrano eterogeneità di impronta tra gli organi20,21 e mostrano plasticità tra i sottoinsiemi in risposta alle citochine polarizzanti22. Ciò che guida queste impronte tessuto-specifiche e le differenze di plasticità, e quale ruolo svolgono in malattie croniche come IBD23, rimangono argomenti interessanti che potrebbero essere affrontati utilizzando co-colture organoidiche.
Gli organoidi intestinali sono emersi come un modello di successo e affidabile per studiare l'epitelio intestinale24,25. Questi sono generati dalla coltivazione di cellule staminali Lgr5+ epiteliali intestinali, o intere cripte isolate, che includono le cellule di Paneth come fonte endogena del membro della famiglia Wnt 3A (Wnt3a). Queste strutture 3D sono mantenute in idrogel sintetici26 o in biomateriali che imitano la lamina propria basale, ad esempio la matrice extracellulare basale reticolante termica (TBEM), e sono ulteriormente integrate con fattori di crescita che imitano la nicchia circostante, in particolare il fattore di crescita epiteliale (EGF), l'inibitore della proteina morfogenetica ossea (BMP) Noggin e un Lgr5-ligando e Wnt-agonista R-Spondin127 . In queste condizioni, gli organoidi mantengono la polarità apico-basale epiteliale e ricapitolano la struttura cripto-villi dell'epitelio intestinale con cripte di cellule staminali in erba che si differenziano terminalmente in cellule assorbenti e secretorie al centro dell'organoide, che poi si riversano nello pseudolume interno da anoikis28. Sebbene gli organoidi intestinali da soli siano stati estremamente vantaggiosi come modelli riduzionisti di sviluppo e dinamica epiteliale in isolamento29,30, hanno un enorme potenziale futuro per capire come questi comportamenti sono regolati, influenzati o addirittura interrotti dal compartimento immunitario.
Nel seguente protocollo, viene descritto un metodo di co-coltura tra organoidi intestinali piccoli murini e ILC1 derivati dalla lamina propria, che è stato recentemente utilizzato per identificare come questa popolazione diminuisce inaspettatamente le firme intestinali dell'infiammazione e contribuisce invece ad aumentare la proliferazione epiteliale tramite TGF-β in questo sistema8.