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L'esofago è diviso in diversi strati: epitelio, lamina propria, sottomucosa e muscularis externa (Figura 1A). I fibroblasti risiedono all'interno della sottomucosa e della lamina propria, indicata come stroma. In questo protocollo, la muscularis externa viene rimossa meccanicamente (Figura 1B), il che non porta a una perdita di fibroblasti (PdgfrαH2BeGFP+) residenti nello stroma (Figura 1C). Prima della dissociazione, l'epitelio viene separato dallo stroma risultando in due segmenti di tessuto (Figura 1B). La separazione dei due strati offre l'opportunità di aumentare il tempo di dissociazione per lo strato epiteliale più robusto rispetto allo strato stromale fragile. In questo modo, viene stabilito un protocollo di isolamento efficiente che produce sia cellule progenitrici epiteliali vitali che fibroblasti stromali (Figura 1B). Le cellule progenitrici esofagee sono classificate in base alla loro elevata espressione di INTEGRIN-β4 ed E-CADHERIN (Figura 1C,D).
Le sottopopolazioni di fibroblasti possono essere isolate utilizzando marcatori distinti. In questo protocollo, viene fornita una strategia per l'isolamento dei fibroblasti basata sui marcatori di fibroblasti comunemente usati PDGFRα e DPP4 (CD26). L'isolamento mediante l'espressione del reporter PdgfrαH2BeGFP o l'anticorpo DPP4 mostra che circa il 50% delle cellule isolate sono fibroblasti (Figura 1E,F). Inoltre, il 70% dei fibroblasti PDGFRα+ sono DPP4+, indicando che si ottiene una popolazione di fibroblasti in gran parte sovrapposta, ma non identica. Dopo aver isolato le popolazioni di cellule epiteliali e stromali, le cellule progenitrici esofagee vengono coltivate da sole o insieme ai fibroblasti in una cupola a matrice. Per studiare il contributo dei fibroblasti alla formazione di organoidi, la co-coltura viene mantenuta in un terreno ridotto dal fattore di crescita (Figura 1G).
Le cellule progenitrici esofagee formano organoidi in presenza di EGF, NOGGIN e RSPO (ENR). Rimozione di NOGGIN e riduzione della quantità di RSPO (25 ng/μL; ERbasso) è sufficiente per prevenire la formazione di organoidi (Figura 2A). È interessante notare che l'aggiunta di fibroblasti DPP4+ o PDGFRα+ alle cellule progenitrici esofageenel mezzo basso ER ripristina la capacità di formazione degli organoidi, dimostrando una funzione di supporto per entrambe le popolazioni di fibroblasti (Figura 2A-D). La visualizzazione del transgene PdgfrαH2BeGFP mostra che i fibroblasti sono in stretto contatto con le cellule progenitrici epiteliali durante la formazione degli organoidi (Figura 2A). Al giorno 6, i fibroblasti PdgfrαH2BeGFP+ sono ancora abbondantemente presenti nella co-coltura. I fibroblasti sono presenti in tutta la cupola, vicino e toccando gli organoidi (freccia piena), o attaccati agli organoidi (punta di freccia; Figura 2D).
La colorazione a montaggio intero mostra una rappresentazione 3D dell'interazione dei fibroblasti con gli organoidi (Figura 3). Mentre è possibile eseguire l'intero protocollo di montaggio senza l'uso di una soluzione di clearing, diminuisce la trasparenza e la penetrazione laser dell'organoide (Figura 3B, z-view). Quando si montano gli organoidi, il distanziatore aiuta a mantenere la morfologia degli organoidi. Al contrario, placcando il coprislip direttamente sugli organoidi (senza distanziatore) appiattisce gli organoidi e provoca la perdita della struttura organoide (Figura 3A,B).
Entrambi i fibroblasti DPP4+ e PDGFRα+ sono avvolti attorno agli organoidi (Figura 3C, Video1 e Video 2). La differenziazione degli organoidi esofagei può essere valutata utilizzando diversi marcatori. La Figura 4 mostra che il protocollo di colorazione fornito è adatto per cheratine più facili da colorare (KRT14/13) e fattori di trascrizione più difficili da colorare (TRP63/KLF4). Il protocollo di co-coltura genera organoidi con un modello di differenziazione simile, come dimostrato in vivo13,14 e come visto negli organoidi coltivati in mezzo ENR; Le cellule progenitrici KRT14+ o TRP63+ formano lo strato esterno e le cellule differenziate KRT13+ o KLF4+ si orientano verso l'interno.
Questo protocollo fornisce uno strumento per studiare la nicchia delle cellule staminali esofagee in vitro e visualizza l'interazione tra organoidi e fibroblasti. Implementando un protocollo per l'isolamento dei fibroblasti utilizzando anticorpi, il metodo è adattabile e può essere utilizzato per studiare sottopopolazioni di fibroblasti senza la necessità di topi transgenici.

Figura 1: Isolamento delle cellule progenitrici e delle sottopopolazioni di fibroblasti dall'esofago . (A) Panoramica schematica dei diversi strati dell'esofago. Lo stroma contiene la lamina propria e la sottomucosa. (B) Panoramica schematica del protocollo di isolamento. Il muscolo (muscularis externa) viene rimosso meccanicamente usando una pinza; L'esofago rimanente viene tagliato e incubato in termolisina per separare lo strato epiteliale dallo stroma. L'epitelio e lo stroma sono separati, tritati meccanicamente e digeriti enzimaticamente in sospensioni monocellulari. Le cellule dissociate vengono quindi colorate e preparate per FACS. (C) Sezione trasversale dell'esofago strappato dal muscolo esterno che mostra fibroblasti PdgfrαH2BeGFP+ nello stroma. Le cellule doppie positive di INTEGRIN-β4 (ITGβ4) e E-CADERINA (ECAD) sono le cellule progenitrici epiteliali dell'esofago. Barra di scala = 100 μm. (D) Grafico rappresentativo della citometria a flusso dell'isolamento delle cellule epiteliali che mostra la percentuale di cellule vive (pannello superiore) da tutte le singole cellule. Il pannello inferiore mostra la percentuale di cellule progenitrici (Prog.) ITGβ4+ ECAD+ isolate da tutte le cellule vive. (E) Grafico rappresentativo della citometria a flusso dell'isolamento delle cellule stromali che mostra la percentuale di cellule vive (pannello in alto a sinistra). Grafici rappresentativi della citometria a flusso che mostrano la percentuale di fibroblasti DPP4+ isolati (Fibr.; pannello in alto a destra) e fibroblasti Pdgfrα+ (pannello in basso a sinistra) di tutte le cellule vive. Il 70% dei fibroblasti Pdgfrα+ sono anche DPP4+ (pannello in basso a destra). (F) Grafico rappresentativo della citometria a flusso dello stroma che mostra solo cellule DPP4+ (2,5%), cellule DPP4+ PDGFRα+ (37,5%) e solo cellule PDGFRα+ (17,7%). Le percentuali sono di tutte le cellule vive. (G) Le cellule solo epiteliali sono placcate in una cupola a matrice in presenza di 50 ng/μL EGF, 100 ng/μL NOGGIN e 250 ng/μL RSPO (ENR), o insieme a fibroblasti in presenza di EGF e una bassa concentrazione di RSPO (25 ng/μL). Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 2: Risultati rappresentativi delle cocolture di organoidi. (A) Immagini in campo chiaro che mostrano la crescita degli organoidi dal giorno 1 al giorno 6. Le immagini in campo chiaro con gli organoidi co-coltivati con fibroblasti PdgfrαH2BeGFP+ mostrano anche il segnale nucleare eGFP. Barra di scala = 25 μm. (B) Immagini in campo chiaro dell'intera cupola della matrice al giorno 6. La colonna di sinistra mostra co-colture organoidi coltivate in presenza di fibroblasti Pdgfrα+ in ER basso o Ebasso Rbasso medio. La colonna centrale mostra co-colture organoidi coltivate in presenza di fibroblasti DPP4+ in ER basso o E bassoRbasso medio. La colonna di destra mostra monocolture organoidi coltivate in mezzo ENR. Mezzo ENR = EGF (50 ng/μL), NOGGIN (100 ng/μL) e RSPO (250 ng/μL). ERbasso = EGF e 25 ng/μL RSPO. E bassoRbasso = 5 ng/μL EGF e 25 ng/μL RSPO. Barra di scala = 500 μm. (C) Grafico che mostra l'efficienza di formazione degli organoidi (%) (cioè la percentuale di cellule che formano organoidi in diverse condizioni di coltura). Ogni punto rappresenta una cupola a matrice e la barra rappresenta la media di tutti i punti per condizione. (D) Immagine in campo chiaro e fluorescente di organoidi del giorno 6 co-coltivati con fibroblasti PdgfrαH2BeGFP+. I fibroblasti PdgfrαH2BeGFP+ sono presenti in tutta la cupola, attaccati agli organoidi (punta di freccia) e non attaccati ma a contatto con gli organoidi (freccia completa). Barra di scala = 250 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 3: Protocollo di colorazione a montaggio intero per lo studio delle interazioni fibroblasto-organoide . (A) Panoramica schematica dell'intero protocollo di immunofluorescenza a monte. AB = anticorpo. (B) Immagine di immunofluorescenza della colorazione dell'intera montatura non cancellata che mostra una diminuzione della trasparenza e della penetrazione della luce laser rispetto agli organoidi eliminati. L'assenza di un distanziatore provoca l'appiattimento dell'organoide e la perdita della morfologia organoide. (C) Le immagini a montaggio intero degli organoidi co-coltivati mostrano superfici 3D degli organoidi con fibroblasti VIMENTINA + (Fibr.) avvolti intorno e a stretto contatto con l'organoide. Le sezioni trasversali 3D e le immagini del piano 2D mostrano il lume dell'organoide. Barra di scala = 50 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 4: Le immagini a montaggio intero rivelano distinte popolazioni di cellule basali e soprabasali. (A) Colorazione a montaggio intero di organoidi mono- e co-coltivati con fibroblasti PdgfrαH2BeGFP+ che mostrano cellule basali KRT14+ nello strato esterno e cellule soprabasali differenziate KRT13+. Barra di scala = 50 μm. (B) Colorazione a montaggio intero di organoidi mono- e co-coltivati con fibroblasti PdgfrαH2BeGFP+ che mostrano cellule basali TRP63+ nello strato esterno e cellule soprabasali differenziate KLF4+. Barra di scala = 50 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.
Tabella 1: Tabella che descrive i componenti dei terreni di coltura organoidi. Clicca qui per scaricare questa tabella.
Video 1: Fibroblasto PdgfrαH2BeGFP+ avvolto intorno e a stretto contatto con l'organoide. Il video accompagna il pannello superiore della Figura 3C. La barra della scala nella Figura 3C è di 50 μm e l'organoide ha un diametro di ~ 120 μm. VIMENTINA è mostrato in bianco, E-CADHERIN in rosso, PdgfrαH2BeGFP in verde e DAPI in blu. Clicca qui per scaricare questo video.
Video 2: Fibroblasto DPP4+ avvolto intorno e a stretto contatto con l'organoide. Il video accompagna il pannello inferiore della Figura 3C. La barra della scala nella Figura 3C è di 50 μm e l'organoide ha un diametro di ~ 120 μm. VIMENTIN è mostrato in bianco, E-CADHERIN in rosso e DAPI in blu. Clicca qui per scaricare questo video.