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Research Article
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Erratum Notice
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Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Questo articolo descrive un protocollo per l'aggregazione e l'incapsulamento delle cellule della milza all'interno di una matrice di membrana basale semisolida. I costrutti di matrice di membrana basale possono essere utilizzati in coltura tridimensionale per lo studio dello sviluppo di organoidi o per studi di trapianto e rigenerazione tissutale in vivo .
La milza è un organo immunitario che svolge un ruolo chiave nelle risposte immunitarie trasmesse per via ematica. La perdita anatomica o funzionale di questo tessuto aumenta la suscettibilità a gravi infezioni del sangue e sepsi. L'autotrapianto di fette di milza è stato utilizzato clinicamente per sostituire il tessuto perso e ripristinare la funzione immunitaria. Tuttavia, il meccanismo che guida la rigenerazione del tessuto della milza robusto e immunologicamente funzionale non è stato completamente chiarito. Qui, miriamo a sviluppare un metodo per aggregare e incapsulare le cellule della milza all'interno di una matrice semi-solida al fine di studiare i requisiti cellulari per la formazione del tessuto della milza. I costrutti cellulari incapsulati con matrice di membrana basale sono suscettibili sia di coltura tissutale in vitro di organoidi tridimensionali che di trapianto sotto la capsula renale per valutare direttamente la formazione di tessuti in vivo . Manipolando le cellule di input per l'aggregazione e l'incapsulamento, dimostriamo che le cellule stromali neonatali PDGFR+MAdCAM-1- derivate da innesto sono necessarie per la rigenerazione del tessuto della milza in modelli di trapianto animale.
La rottura traumatica della milza e la comparsa di noduli splenici multipli nel corpo è stata una delle prime indicazioni che il tessuto della milza ospitava capacità rigenerativa 1,2. Gli autotrapianti di milza sono stati successivamente introdotti in clinica per preservare il tessuto della milza nei pazienti che necessitavano di splenectomia d'urgenza3. Eppure, nonostante faccia parte della pratica clinica da decenni, si sa molto poco su come si rigenera la milza. I modelli di trapianto animale hanno fornito informazioni su molteplici parametri della rigenerazione della milza e della funzione immunitaria 4,5. In particolare, le modifiche sperimentali al metodo di preparazione dell'innesto hanno permesso di studiare in modo più dettagliato la rigenerazione tissutale a livello cellulare e molecolare.
I trapianti che coinvolgono fette intere di milza subiscono una fase di necrosi di massa prima che venga ricostruita una nuova struttura della milza6. La fase iniziale della necrosi del trapianto suggerisce che la maggior parte del tessuto trapiantato è costituito in gran parte da globuli rossi e bianchi e non è necessario per la rigenerazione della milza. Questo è stato studiato sperimentalmente escludendo le cellule ematopoietiche da innesti di milza prima del trapianto sotto la capsula renale di topo. In questo caso, la frazione non leucocitaria/non eritrocitaria della milza, che comprende le cellule stromali ed endoteliali, si è dimostrata sufficiente per indurre la formazione di tessuto de novo 7. Il tessuto stromale della milza potrebbe essere ulteriormente trasformato in una sospensione a singola cellula, consentendo l'uso di tecnologie di selezione cellulare per manipolare la composizione dell'innesto cellulare. Rimuovendo selettivamente i tipi di cellule candidate, sono state identificate due popolazioni di cellule stromali CD45-TER-119- indispensabili per lo sviluppo del trapianto: una popolazione di cellule CD31+CD105+MAdCAM-1+ di tipo endoteliale e una popolazione di cellule mesenchimali PDGFRβ+ più ampiamente definita8.
La costruzione degli innesti da cellule di milza varia in termini di materiali di supporto e processi di caricamento delle cellule. Le milze ingegnerizzate con tessuti sono state precedentemente preparate caricando unità spleniche su uno scaffold polimerico di acido poliglicolico/acido poli-lattico 5,9. È interessante notare che le cellule stromali della milza assorbite in una spugna di collagene non sono riuscite ad attecchire, mentre le cellule stromali aggregate e caricate su un foglio di collagene hanno facilitato la rigenerazione della milza8. È stato anche dimostrato che la risospensione delle cellule stromali della milza all'interno di una matrice di Matrigel induce l'aggregazione cellulare in condizioni di coltura tridimensionale10. Tuttavia, questo metodo non è stato testato per l'uso in modelli di trapianto. L'obiettivo generale dell'attuale protocollo è quello di aggregare e incapsulare forzatamente le cellule stromali della milza direttamente all'interno della matrice di membrana basale, che successivamente possono essere trasferite in un sistema di coltura tissutale tridimensionale in vitro o utilizzate come veicolo per trapianti su modelli animali (Figura 1 supplementare).
Tutte le procedure sugli animali sono state condotte secondo protocolli sperimentali approvati dal Comitato Etico Animale dell'Università del Queensland (UQBR/079/19).
1. Raccolta del tessuto e preparazione delle cellule stromali
2. Incapsulamento matriciale di aggregati cellulari
3. Coltura di organoidi tridimensionali
4. Trapianto di capsule renali
L'aggregazione cellulare è importante per promuovere il contatto e la segnalazione cellula-cellula. L'incapsulamento di aggregati cellulari all'interno della matrice di membrana basale ha supportato sia le colture tridimensionali per la formazione di organoidi tissutali in vitro che ha facilitato la consegna meccanica delle cellule nella capsula renale per il trapianto di innesto. Per stabilire questi costrutti, la matrice di membrana basale è stata prima mantenuta in uno stato fluidico in condizioni di freddo glaciale. L'aggregazione cellulare è stata successivamente ottenuta stratificando una sospensione cellulare concentrata sopra e utilizzando la forza centrifuga per spingere le cellule attraverso la matrice ad alta densità. L'ottimizzazione della velocità di centrifugazione (200-2000 x g) è stata necessaria per ottenere un posizionamento della cella dello strato intermedio (Figura 1A), che dipendeva anche dal numero di cellule. Forze centrifughe più elevate (>500 x g) hanno spinto le cellule fino alla punta della pipetta (Figura 1B) ed è necessaria cautela per un numero di cellule più piccolo (ad esempio, <5 x 105) che potrebbero andare persi durante la rimozione del rivestimento flessibile della pellicola di laboratorio. Al contrario, le cellule potrebbero non viaggiare adeguatamente attraverso la matrice della membrana basale se le forze G sono troppo basse (≤200 x g) (Figura 1C). Potrebbe essere necessaria un'ulteriore ottimizzazione della velocità di centrifugazione per i numeri di cellule <1 x 105 o >2,5 x 106 . Dopo la centrifugazione, le cellule sono state poste all'interno della matrice di membrana basale riscaldando il costrutto a 37 °C per 15 minuti. Questo processo di solidificazione ha permesso di espellere completamente il "tappo" della matrice (Figura 1D) utilizzando uno stantuffo a filo sottile.
Formazione di organoidi della milza in vitro
I tappi della matrice di membrana basale espulsi in un recipiente di coltura tissutale appropriato hanno formato in modo riproducibile strutture simili a organoidi tridimensionali che potevano essere mantenute seguendo tecniche e condizioni di coltura tissutale standard (37 °C, 5% di CO2, 95% di umidità)11. In coltura, il substrato della matrice della membrana basale di supporto si è gradualmente dissipato tra i giorni 0 e 14 (Figura 2A, i-iii) e non è stato più possibile osservarlo entro il giorno 21, lasciando intatta una massa cellulare sferica simile a un organoide (Figura 2A, vi) che misura circa 545 μm (s.d. = 120 μm, n = 6)11 di diametro. Queste strutture organoidi sono state supportate in coltura oltre i 30 giorni, ma non sono aumentate di dimensioni nel tempo (Figura 2B). Gli organoidi della milza erano composti da cellule stromale CD45-TER-119-, eritrocita CD45-TER-119+ e linfoidi CD45+TER-119- (Figura 2C), tuttavia, la frequenza di ciascuna popolazione era variabile tra i singoli organoidi (n = 4; Tabella 1). Per valutare la struttura generale degli organoidi della milza, sono state preparate e visualizzate criosezioni tissutali spesse 50 μm. Gli organoidi erano costituiti da una struttura non cava, con cellule presenti su tutto il diametro del tessuto (Figura 2D). La valutazione delle sezioni di organoidi con uno spessore di 7 μm di uno strato di singola cellula ha rivelato che le cellule erano disposte in strutture simili a corde senza un chiaro orientamento spaziale (Figura 2D), con aree prive di nuclei tra le stringhe di cellule. La colorazione degli anticorpi CD45 ha verificato la presenza di cellule ematopoietiche nucleate che circondavano densamente le regioni periferiche dell'organoide (Figura 2E). Inoltre, cellule CD45+ di morfologia distinta, a forma di fuso, sono state osservate in regioni organoidi più centrali. Una generale assenza di colorazione degli anticorpi CD90.2 (cellule T) e CD19 (cellule B), ma una colorazione positiva di CD11b, ha dimostrato la presenza specifica di cellule mieloidi (Figura 2F). Anche le cellule endoteliali CD105+ e CD31+ non ematopoietiche sono state rilevate in più organoidi11.
Trapianto di innesto di milza in vivo
L'incapsulamento di cellule stromali aggregate della milza all'interno di una matrice semisolida facilita gli studi di trapianto su animali. Questa tecnica è stata utilizzata per incorporare preparazioni di cellule stromali della milza neonatale non frazionate o ordinate CD45-TER-119-FACS all'interno di un tappo di matrice di membrana basale, fungendo da veicolo per il trapianto sotto la capsula renale di topo. In linea con protocolli di aggregazione cellularesimili 8, i costrutti cellulari incapsulati (MECC) della matrice di membrana basale hanno rigenerato con successo il tessuto della milza in 4/5 trapianti animali indipendenti, confermando così la fattibilità di questa tecnica di costruzione dell'innesto. Per testare l'utilità dei MECC nella definizione dei tipi cellulari necessari per la rigenerazione della milza, gli innesti MECC sono stati costruiti da cellule neonatali della milza che erano specificamente impoverite di cellule stromali PDGFRβ+MAdCAM-1+ o PDGFRβ+MAdCAM-1- stromale (CD45-)11. Gli innesti privi di cellule PDGFRβ+MAdCAM-1+ hanno mantenuto la capacità di rigenerazione dei tessuti grossolani (4/4 innesti; Figura 3A) 11. Tre dei quattro tessuti rigenerati hanno mostrato una composizione e una struttura normali delle cellule della milza, mostrando arteriole centrali, follicoli della polpa bianca, compartimenti segregati delle cellule T e B, cellule dendritiche follicolari, cellule reticolari della zona marginale e macrofagi metallofili marginali, sinusoidi della polpa rossa, cellule mieloidi e macrofagi (Figura 3B)11. Al contrario, gli innesti privi di cellule PDGFRβ+MAdCAM-1- in gran parte non sono riusciti a rigenerare il tessuto della milza (1/4 degli innesti)11. Questi dati supportano l'importanza delle cellule PDGFRβ+ derivate da trapianto nella rigenerazione del tessuto della milza8 e individuano un requisito specifico per le cellule stromali PDGFRβ+MAdCAM-1-.

Figura 1. Incapsulamento della matrice della membrana basale di cellule stromali aggregate della milza. Un puntale per pipette da 200 μL viene utilizzato per facilitare l'aggregazione cellulare all'interno di una matrice di membrana basale. Uno strato di matrice fluidica viene innanzitutto stabilito aspirando 2 μL di matrice di membrana basale ghiacciata in un puntale di pipetta pre-raffreddato. Una sospensione cellulare viene depositata sopra lo strato della matrice e viene applicata una forza centrifuga per mobilitare e aggregare le cellule all'interno della matrice della membrana basale. (A) Le impostazioni per la velocità della centrifuga sono ottimizzate per posizionare gli aggregati cellulari a metà strada lungo lo strato della matrice. (B) Un'eccessiva velocità centrifuga provoca l'aggregazione delle cellule all'estremità della pipetta. (C) Una velocità insufficiente impedisce il movimento delle cellule attraverso la matrice. (D) Un tappo a matrice semisolida viene espulso dal puntale della pipetta dopo l'incubazione a 37 °C per 15 minuti. Le punte di freccia indicano la posizione degli aggregati di celle all'interno della matrice. Barra di scala, 100 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2. Coltura in vitro di aggregati di milza incapsulati nella matrice di membrana basale e formazione di strutture organoidi tridimensionali. (A) Sviluppo dell'organoide della milza in un decorso temporale di 35 giorni. I pannelli (i-vi) corrispondono ai giorni 0, 7, 14, 21, 28 e 35 della cultura. Le immagini sono state catturate con un microscopio a contrasto di fase invertito Nikon TS2. Barra graduata, 500 μm. (B) Diametro dell'organoide della milza su periodi di coltura estesi. Ogni linea rappresenta un singolo organoide. (C) Caratterizzazione citofluorimetrica di popolazioni cellulari stromali (CD45-TER-119-), linfoidi (CD45+TER-119-) ed eritroidi (CD45-TER-119+) dopo 53 giorni in coltura. Pannello superiore: Tessuto di controllo preparato dallo stroma della milza neonatale. Pannello inferiore: Organoide della milza, giorno 52. (D) Morfologia grossolana del tessuto organoide a spessori di sezione di 50 μm (pannelli superiori) e 7 μm (pannelli inferiori) dopo 22 giorni di coltura. (E) Localizzazione e morfologia delle cellule ematopoietiche CD45+ dopo 34 giorni in coltura. L'area ingrandita viene visualizzata nei pannelli di destra. Le sezioni sono di 7 μm. (F) Valutazione delle cellule mieloidi (CD11b), T (CD90.2) e B (CD19) dopo 34 giorni in coltura. L'area ingrandita viene mostrata nel riquadro. Le sezioni sono di 7 μm. Le immagini sono state catturate utilizzando un microscopio a cellule vive Nikon Eclipse Ti2-E. Barre graduate (D, E, F), 100 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione ingrandita di questa figura.

Figura 3. Analisi del tessuto dell'innesto della matrice di membrana basale. Gli innesti sono stati costruiti a partire dallo stroma della milza neonatale impoverito di cellule PDGFRβ+MAdCAM-1+ (n = 4). Ulteriori dati disponibili online11. (A) Aspetto macroscopico di un innesto di milza rigenerato a 4 settimane dopo il trapianto sotto la capsula renale. L'area gialla riquadrata indica il tessuto rigenerato della milza. L'immagine è stata catturata utilizzando uno stereomicroscopio Leica M60 dotato di un adattatore zoom Snap e di un Apple iPhone 6S. Barra graduata, 1000 μm. (B) Immagini composite a immunofluorescenza multicolore di tessuti innesto di 30 μm di spessore criosezionati sul piano coronale. La colorazione degli anticorpi è stata eseguita con marcatori indicati per visualizzare la microarchitettura del tessuto della milza. Le immagini sono state catturate utilizzando un microscopio a cellule vive Nikon Eclipse Ti2-E. Le aree riquadrate mostrano le regioni con un ingrandimento maggiore. Barra graduata, 1000 μm. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
| Organoide No. | Cellule stromali | Eritrociti | Linfociti |
| 1 | 62 | 7.7 | 31 |
| 2 | 22 | 24 | 55 |
| 3 | 3.6 | 0.1 | 96 |
| 4 | 10 | 76 | 12 |
Tabella 1. Percentuale di popolazioni di cellule stromali, eritroidi e linfoidi tra i singoli organoidi della milza.
Figura supplementare 1. Panoramica schematica del protocollo che evidenzia le principali fasi nella generazione di costrutti cellulari incorporati in matrice per studi in vitro e in vivo . Fare clic qui per scaricare il file.
Gli autori non hanno nulla da rivelare.
Questo articolo descrive un protocollo per l'aggregazione e l'incapsulamento delle cellule della milza all'interno di una matrice di membrana basale semisolida. I costrutti di matrice di membrana basale possono essere utilizzati in coltura tridimensionale per lo studio dello sviluppo di organoidi o per studi di trapianto e rigenerazione tissutale in vivo .
Questa ricerca è stata supportata dal National Health and Medical Research Council of Australia (#GNT1078247).
| Provette cluster da 1,2 mL in polipropilene a 96 pozzetti | Corning | CLS4401 | Da posizionare all'interno di una provetta conica da 14 ml |
| B-mercaptoetanolo | Gibco | 21985023 | Stock 55 mM, utilizzare a 50 uM |
| Collagenasi D | Roche | 11088858001 | |
| Collagenasi IV | Sigma-Aldrich | C5138 | Da Clostridium histolyticum |
| Deossiribonucleasi I (DNasi I) | Sigma-Aldrich | D4513 | Desossiribonucleasi I da pancreas bovino, Tipo II-S, polvere liofilizzata, Proteina ≥ 80 %, ≥ 2.000 unità/mg di proteina |
| Dulbecco' s Aquila modificata' s Medium (DMEM) | Sigma-Aldrich | D5796 | 4500 mg/L di glucosio, L-glutammina e bicarbonato di sodio, senza piruvato di sodio, liquido. Filtrato sterile. |
| Soluzione salina tamponata con fosfato di Dulbecco (PBS) | Sigma-Aldrich | D8537 | Senza cloruro di calcio e cloruro di magnesio, filtrato sterile |
| Eclipse 200 μ l Puntali per pipette | Labcon | 1030-260-000 | Siero fetale bovinoa punto smussato |
| (FBS) | Gibco | 26140-079 | Lotto # 1382243 |
| GlutaMAX | Gibco | 35050061 | Stock 100X, utilizzare presso 1X |
| Matrigel | Corning | 354263 | Membrana basale a matrice Matrigel Alta concentrazione, Lotto # 7330186 |
| MEM Aminoacidi non essenziali Gibco | 11140076 | Stock 100X, utilizzare a 1X | |
| Penicillina/Streptomicina | Gibco | 15140122 | Stock 10.000 unità/ml Penicillina, 10.000 ug/ml |
| Filtro cellulare reversibile | per streptomicinaSTEMCELL Technologies | 27216 | 70 μ m |
| Pinzetta ad anello | NAPOX | A-26 | Misura dell'anello: 3 mm |
| Inibitore di roccia (Y-27632) | MedChemExpres | HY-10071 | |
| Thermofisher Heraeus Megafuge 40R Centrifuga | Thermofisher | Le velocità di accelerazione e decelerazione sono state impostate su 8 | |
| pinzette ultra fini | EMS | 78340-51S | Stile 51S. Le pinzette in acciaio austenitico a basso tenore di carbonio SA antimagnetico/antiacido sono resistenti alla corrosione. Finitura satinata antiriflesso. |
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