Questo protocollo descrive un metodo utilizzato per crioconservare le cripte epiteliali dall'intestino dei suinetti per la conservazione a lungo termine e la successiva coltura di organoidi 3D. Questo protocollo utilizza una soluzione di congelamento contenente DMSO, FBS, l'inibitore Y27632 ROCK, DMEM e antibiotici. Un altro studio sui suini ha ottenuto organoidi da cripte crioconservate in una soluzione di congelamento simile ma senza l'inibitore ROCK15. L'inibitore Y27632 ROCK è stato incluso per prevenire l'apoptosi e mantenere il pool di cellule staminali poiché, dopo lo scongelamento, le cellule della cripta epiteliale vengono dissociate, il che può portare alla morte cellulare ("anoikis")27,28. È interessante notare che gli enteroidi equini sono stati ottenuti da cripte epiteliali congelate in un terreno di coltura contenente solo DMEM e DMSO16; Questo semplice metodo non è stato ancora testato per le cripte epiteliali dei maiali. Altri metodi sono stati pubblicati per coltivare organoidi umani e suini da tessuti congelati o biopsie invece di cripte epiteliali 4,17. Il vantaggio di questo metodo è la capacità di crioconservare direttamente i tessuti intestinali senza eseguire la procedura di isolamento della cripta, che richiede tempo e attrezzature di laboratorio. Questo potrebbe essere conveniente quando i tessuti devono essere raccolti lontano dal laboratorio. Tuttavia, quando si isolano le cripte immediatamente dopo la macellazione, è possibile elaborare ampi segmenti dell'intestino per ottenere un numero molto elevato di cripte, il che non è il caso quando si parte da piccoli frammenti di tessuto congelato. Dopo lo scongelamento delle cripte epiteliali, gli organoidi sono stati osservati da 3-4 giorni dopo la semina e divisi dopo 10 giorni. Questo è un tasso di crescita più lento rispetto a quando si inizia la coltura da cripte epiteliali fresche, per le quali gli organoidi sono stati ottenuti dal giorno 1 post-semina, e di solito possono essere divisi intorno al giorno 511. Khalil et al. hanno anche riportato una crescita ritardata degli enteroidi di maiale quando si parte dalle cripte congelate15, suggerendo che le cellule staminali potrebbero richiedere tempo per recuperare la loro capacità proliferativa. Abbiamo anche ottenuto un numero inferiore di organoidi quando si parte da cripte congelate rispetto alle cripte fresche, che potrebbe essere dovuto alla morte delle cellule staminali durante il processo di congelamento. In alcuni tentativi di scongelamento delle cripte (<20%), non abbiamo ottenuto organoidi da cripte congelate, probabilmente a causa di una procedura di crioconservazione non ottimale (ad esempio, congelamento ritardato dopo l'isolamento della cripta probabilmente superiore a 1 ora). Pertanto, si consiglia di tenere le cripte sul ghiaccio fino al conteggio e congelarle il più rapidamente possibile.
Per gli organoidi 3D, abbiamo scelto di utilizzare un terreno di coltura organoide commerciale formulato per gli esseri umani. In effetti, rapporti precedenti hanno dimostrato che gli organoidi intestinali di maiale crescono in modo efficiente con questo mezzo 8,11,14,19,25,26,29,30. È interessante che questo terreno di coltura sia pronto all'uso e abbia una concentrazione standardizzata di fattori di crescita all'interno di un lotto. Tuttavia, questo terreno di coltura è costoso, la sua composizione non è divulgata e quindi non è possibile modularne la composizione. Al contrario, altri studi hanno coltivato organoidi intestinali di maiale in terreni personalizzati contenenti inibitori farmacologici, fattore di crescita ricombinante e / o terreni condizionati 5,6,7,21. Sebbene altamente flessibile ed economico, questo metodo richiede molto tempo per la produzione di mezzi condizionati e potrebbe mancare di riproducibilità a causa della potenziale variabilità nella concentrazione dei fattori di crescita nei mezzi condizionati. Pertanto, la qualità di ciascun lotto di mezzi condizionati dovrebbe essere convalidata misurando la crescita organoide o l'espressione genica del marcatore31.
Uno studio ha dimostrato che gli organoidi digiunali di maiale coltivati nello stesso terreno di coltura di organoidi commerciali qui utilizzato crescevano più velocemente e sembravano meno differenziati, rispetto agli enteroidi coltivati con terreni contenenti fattore di crescita ricombinante e/o terreni condizionati23. Un elevato stato proliferativo facilita la coltura di organoidi 3D, ma potrebbe richiedere di indurre la differenziazione per essere più rappresentativa delle caratteristiche fisiologiche intestinali. In questo protocollo, per il passaggio di organoidi 3D, le cellule sono completamente dissociate per il conteggio, permettendo di controllare il numero di cellule seminate in ECM. Ciò aumenta la riproducibilità del fenotipo degli organoidi, che è fortemente influenzato dalla loro densità. Inoltre, il conteggio delle cellule evita di ottenere una coltura troppo bassa o sovraffollata, che richiede l'adattamento del programma di coltura. La maggior parte degli altri studi ha preparato frammenti organoidi non completamente dissociati in singole cellule e ha utilizzato un rapporto di diluizione per il passaggio. Questo metodo è più semplice, ma potrebbe indurre variabilità in base alla densità organoide della coltura.
Per la coltura in monostrati, le cellule organoidi vengono seminate in inserti di coltura prepatinati con un sottile strato di ECM, che consente l'attaccamento delle cellule ma evita la crescita di organoidi in 3D. Questo protocollo utilizzava collagene di tipo IV come proteina ECM, come descritto in precedenza nei suini23. Altri studi con monostrati organoidi di maiale hanno utilizzato la stessa ECM derivata dal tumore utilizzata qui per la coltura di organoidi 3D 6,8,9,21,25,30. Il vantaggio dell'utilizzo del collagene è la capacità di standardizzare la concentrazione proteica con una composizione completamente definita, che non è il caso della ECM derivata dal tumore. Un passo fondamentale per il successo della coltura di monostrati cellulari è prestare attenzione all'aspetto visivo degli organoidi 3D precursori, che dovrebbero avere bordi ben definiti e un lume vuoto senza detriti neri. In effetti, gli organoidi con un alto livello di maturazione e un basso tasso proliferativo non sono una fonte appropriata di cellule per la coltura 2D. Pertanto, la tempistica della dissociazione degli organoidi 3D in singole cellule è cruciale per il successo di questa fase.
La coltura di monostrati 2D da singole cellule consente di standardizzare il numero di cellule seminate, il che è più difficile quando si parte da frammenti organoidi, come eseguito in altri metodi. Abbiamo seminato 7,6 x 10 5 cellule per cm 2, che è alto rispetto alla maggior parte degli altri studi 21,22,23 nei suini che utilizzavano una densità cellulare inferiore, che andava da0,25 x 10 5 cellule per cm 2 a 1,78 x 10 5 cellule per cm2. Il requisito di un elevato numero di cellule organoidi costituisce una limitazione di questo protocollo, ma ci ha permesso di ottenere rapidamente un monostrato confluente, coprendo completamente l'inserto di coltura dopo 1 giorno. Al contrario, Vermeire et al.23 hanno ottenuto la confluenza dopo 4-7 giorni con una minore densità di cellule seminate (da 0,25 x 10 5 cellule / cm 2 a 0,4 x 105 cellule / cm2). Alcuni studi hanno anche utilizzato monostrati di cellule organoidi di maiale che non coprivano completamente la superficie di coltura per le infezioni da virus 8,30. In queste condizioni, il lato apicale delle cellule epiteliali è accessibile per i trattamenti, ma sono necessari monostrati completamente confluenti se l'obiettivo è studiare l'assorbimento dei nutrienti o la permeabilità epiteliale.
Per i monostrati di cellule organoidi, è stato utilizzato un terreno di coltura organoide commerciale integrato con il 20% di FBS, sulla base di un recente studio su monostrati derivati da enteroidi bovini32. Nei nostri test, l'integrazione con il 20% di FBS era necessaria per ottenere monostrati completamente confluenti, probabilmente a causa di un elevato fabbisogno di fattore di crescita. Al contrario, altri studi che utilizzano lo stesso mezzo commerciale hanno stabilito monostrati senza FBS aggiuntivo 8,25,30, ma senza raggiungere la piena confluenza. Altri studi hanno anche utilizzato l'integrazione con FBS al 20% in un mezzo personalizzato per la coltura di monostrati di cellule organoidi di maiale21,22. Nei nostri esperimenti, il TEER è alto 1 giorno dopo la semina (circa 700 Ω·cm 2), e rimane alto fino al giorno 3 (circa 1.500 Ω·cm2; questo è coerente con la formazione di giunzioni strette, come indicato dall'espressione di occludina. Van der Hee et al. hanno ottenuto valori TEER simili su 72 h per i monostrati di cellule organoidi di digiuno21. Hanno anche dimostrato che i monostrati possono essere mantenuti fino al giorno 12-15 con cambi giornalieri dei media. Al contrario, altri studi hanno riportato valori di TEER molto più bassi (circa 200 Ω·cm2) per i monostrati di cellule organoidi di suino 6,22. Queste differenze tra gli studi potrebbero essere correlate al segmento intestinale studiato o ai mezzi utilizzati che influenzano la differenziazione epiteliale.
In conclusione, il protocollo di cui sopra per far crescere organoidi 3D intestinali di maiale da cripte epiteliali congelate facilita l'organizzazione del lavoro di coltura. Riduce la necessità di ottenere tessuti freschi da animali vivi. Spieghiamo anche come stabilire monostrati cellulari completamente confluenti derivati da organoidi di maiale in meno di 3 giorni. Pertanto, i nostri protocolli potrebbero essere risorse utili per gli scienziati che studiano l'epitelio intestinale suino per la ricerca veterinaria o biomedica.