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Il primo passo per generare monostrati di derivazione enteroide 2D consiste nel preparare la sezione di tessuto intestinale prelevata (Figura 1A) per la dissociazione tissutale. Questo viene fatto rimuovendo il grasso attaccato e il mesentere dal tessuto (Figura 1B), seguito dal taglio longitudinale del tessuto per esporre la superficie del lume in modo che lo strato mucoso dell'intestino possa essere rimosso raschiando delicatamente con un vetrino. La sezione intestinale prelevata viene quindi tagliata in sezioni di tessuto progressivamente più piccole (Figura 1C) per aumentare la facilità di dissociazione. Le cripte vengono quindi dissociate dal tessuto sottomucoso sottostante utilizzando una serie di lavaggi costituiti da tamponi chelanti (Figura 1D,E) e PBS. Le cripte intestinali isolate (Figura 1F) vengono quindi incorporate in cupole di matrice di membrana basale (Figura 2A) e coltivate per diversi giorni per generare enteroidi 3D. Da una sezione di 10 pollici di ileo bovino, circa 900.000 cripte possono essere isolate e utilizzate per la formazione di enteroidi. Dopo poche ore di coltura, le cripte placcate iniziano ad allungarsi e a svilupparsi in enterosfere (Figura 2B). Dopo 2 giorni, si può osservare un lume ben definito (Figura 2C), con strutture di gemmazione osservate già dal giorno 4 in coltura (Figura 2D). Entro il 7° giorno, gli enteroidi maturi si sono sviluppati (Figura 2E). La colorazione in immunofluorescenza dell'enteroide 3D di 7 giorni dimostra la presenza di diverse linee cellulari. La microscopia confocale degli enteroidi dimostra la localizzazione della colorazione nucleare DAPI, della proteina E-caderina alla giunzione aderente, della colorazione della cromogranina-A (Chr-A) che mostra la presenza di cellule enteroendocrine, del lisozima (LYZ) che mostra le cellule di Paneth e della citocheratina-18 (CK-18) che rappresenta le cellule enterocitarie nella Figura 3. Dopo 7-10 giorni di coltura, gli enteroidi devono essere sottoposti a passaggio per consentire un'ulteriore espansione e prevenire il sovraffollamento. Il tempo ottimale per il passaggio degli enteroidi è stato determinato in 7-10 giorni dopo l'isolamento iniziale della cripta primaria e dipende in ultima analisi dalla salute e dal tasso di crescita degli enteroidi in coltura. La densità di semina ottimale per ottenere la morfologia e la vitalità enteroide desiderate, come illustrato nella Figura 2E, è di 400 cripte per cupola. Gli enteroidi possono essere facilmente crioconservati e i frammenti di enteroidi scongelati si riprendono completamente per l'uso sperimentale dopo due passaggi dopo lo scongelamento. In particolare, si raccomandano almeno due passaggi della coltura primaria della cripta prima della crioconservazione.
Al fine di produrre un monostrato di derivazione enteroide 2D, gli enteroidi 3D vengono raccolti e, attraverso una serie di passaggi, vengono triturati meccanicamente in presenza di una soluzione di dissociazione (Figura 4A) in singole cellule. Queste singole cellule possono quindi essere seminate su un inserto transwell che è stato pre-rivestito con una soluzione di terreno di coltura a matrice di membrana basale. In media, quattro transwell possono essere seminati da quattro cupole enteroidi 3D. Il numero di enteroidi 3D processati dipende quindi dal numero di transwell necessari per l'esperimento. La placcatura di singole cellule con una densità di semina di 1 x 105 e la loro coltura iniziale in presenza del 20% di FBS (Figura 4B-D) possono generare un monostrato confluente in meno di 1 settimana. La progressiva confluenza del monostrato 2D in coltura può essere monitorata nel tempo utilizzando la microscopia ottica (Figura 4E,F). Le misurazioni della resistenza elettrica transepiteliale (TEER) possono confermare la confluenza e caratterizzare l'integrità della barriera epiteliale nel tempo e in risposta alla stimolazione sperimentale (Figura 5A). In media, dopo sette giorni di coltura, un monostrato confluente di circa il 100% avrà un valore TEER corrispondente di ~1500 Ω·cm2. Una valutazione longitudinale dei valori di TEER monostrato enteroideo 2D dimostra un aumento costante dei valori di TEER nell'arco di sette giorni, raggiungendo un valore medio massimo di 1546 Ω·cm2 prima di diminuire con il valore più basso di 11,5 Ω·cm2 ottenuto il giorno dodici (Figura 5B). La marcatura immunofluorescente di monostrati differenziati indica che foglietti epiteliali intestinali intatti, organizzati e polarizzati si formano utilizzando questo protocollo (Figura 6). La microscopia confocale del monostrato 2D colorato dimostra la localizzazione della colorazione nucleare DAPI, della E-caderina e della colorazione F-actina (Figura 6A-D). La microscopia a fluorescenza del monostrato 2D mostra segni distintivi di cellule epiteliali intestinali differenziate con colorazione della cromogranina-A (Chr-A) che mostra la presenza di cellule enteroendocrine, lisozima (LYZ) che mostra cellule di Paneth e citocheratina-18 (CK-18) che indica linee cellulari di enterociti (Figura 6E-L). La modellazione Z-stack mostra la polarizzazione attesa della coltura monostrato 2D con deposizione caratteristica di F-actina che si trova nei microvilli che coprono l'aspetto apicale degli enterociti differenziati e di E-caderina, una proteina situata nelle giunzioni aderenti interspaziate tra le cellule epiteliali (Figura 6M).
La funzionalità del monostrato può essere valutata mediante stimolazione apicale con vari componenti, tra cui ligandi o patogeni del recettore Toll-like (TLR), seguita dalla quantificazione delle citochine di surnatanti di colture cellulari prelevati dai compartimenti apicale e basale. Infatti, quando l'aspetto apicale del monostrato viene stimolato per 24 ore con l'agonista TLR 1/2 Pam3csk4 il giorno 4 della coltura, si osserva un aumento della produzione di citochine in entrambi i compartimenti rispetto ai monostrati non trattati (Figura 7A,B).

Figura 1: Isolamento della cripta intestinale bovina da bovini adulti sani. Immagini che illustrano l'elaborazione tissutale di (A) ileo intero di bovino adulto, (B) ileo sgrassato, (C) ileo sezionato in pezzi da 2,5 pollici (6,3 cm) in PBS su ghiaccio, (D) sezioni di tessuto ileale nel tampone di dissociazione #1 a 4 °C e (E) nel tampone di dissociazione 2 in un bagno d'acqua agitato a 37 °C e (F) frammenti isolati di cripta ileale. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Sviluppo di enteroidi ileali primari 3D bovini nella matrice della membrana basale. Immagini rappresentative di (A) cupole enteroididi 3D create in una piastra di coltura tissutale a 6 pozzetti e sviluppo di enteroidi 3D (B-E) dai giorni 0, 2, 4 e 7 in coltura. Barra della scala = 50 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Gli enteroidi intestinali tridimensionali mostrano una colorazione della linea cellulare epiteliale. Immagini rappresentative di enteroidi 3D dopo 7 giorni di coltura dimostrano la presenza di colorazione nucleare, F-actina, citocheratina-18 (CK-18), Cromogranina-A (Chr-A), Ecaderina (E-cad), Lisozima (Lyz) e sovrapposizione di immagini (Merge). Barra graduata 50 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Creazione di un monostrato derivato da enteroidi enteroidi 2D. Immagini rappresentative di (A) frammenti enteroidi 3D in soluzione di dissociazione in preparazione per la semina monostrato, singole cellule piastrate su un inserto transwell con una densità di semina di 1 x 105 riprese il giorno 0 utilizzando (B) luce, (C) contrasto di fase e (D) microscopia in campo chiaro e sviluppo monostrato su inserti transwell ripresi il quinto giorno utilizzando (E) contrasto di fase e (F) Microscopia in campo chiaro. Ingrandimento 40x e barra graduata = 50 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 5: Misurazioni della resistenza elettrica transepiteliale (TEER) del monostrato derivato da enteroidi 2D su inserti transwell. (A) Diagramma schematico di come le misurazioni TEER del monostrato di cellule epiteliali intestinali (IEC) 2D sono ottenute utilizzando gli elettrodi STX2 di un voltohmmetro, (B) Monitoraggio longitudinale delle misurazioni TEER monostrato 2D per 12 giorni in coltura cellulare. Ogni punto dati rappresenta un valore medio di TEER e un errore standard di media (SEM) ottenuti da due repliche tecniche. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 6: I monostrati differenziati di derivazione enteroide 2D su inserti transwell si sviluppano in foglietti epiteliali intestinali polarizzati. (A-M) Immagini immunofluorescenti rappresentative di un monostrato 2D derivato da enteroidi su inserto transwell dopo 5 giorni in coltura che mostrano la sovrapposizione del nucleo (A) (blu), (B) E-caderina (rosso), (C) F-actina (verde) e (D) delle 3 immagini (unione), (E,I) colorazione nucleare, (F) Cromogranina-A, (J) Citocheratina-18, (G,K) Lisozima e (H,L) Fusione di immagini. (M) Modellazione Z-stack che mostra la distribuzione delle stesse proteine marcatrici di cellule epiteliali del foglio monostrato 2D. Le immagini sono state ottenute da 2 repliche biologiche. Barra della scala = 50 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 7: I monostrati primari 2D di derivazione enteroide bovina su inserti transwell sono funzionalmente attivi. Secrezione di citochine surnatanti in colture cellulari apicali e basali di (A) IL-1α e (B) IL-8 da monostrati 2D su inserti transwell dopo 5 giorni in coltura non trattati o stimolati con Pam3csk4 per 24 ore. I dati sono rappresentativi dei livelli medi di citochine e SEM da monostrati derivati da stock congelati di cripte di un animale e di tre esperimenti indipendenti. Le citochine sono state quantificate utilizzando il test multiplex basato su microsfere (Table of Materials) secondo le istruzioni del produttore e analizzate su un'unità di multiplexing compatta (Table of Materials) e su un software di adattamento della curva del test immunologico (Table of Materials). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Tabella 1: Le concentrazioni di riserva e finali dei reagenti. Clicca qui per scaricare la tabella.