Descriviamo metodi per isolare cellule somatiche ovariche di topo da una frazione arricchita di stroma dell'ovaio e per generare organoidi somatici ovaricos di topo utilizzando un approccio senza impalcatura.
Articolo metodologico
Descriviamo metodi per isolare cellule somatiche ovariche di topo da una frazione arricchita di stroma dell'ovaio e per generare organoidi somatici ovaricos di topo utilizzando un approccio senza impalcatura.
L'ovaio è costituito da popolazioni eterogenee di cellule somatiche, sia all'interno del follicolo che dello stroma circostante, che sono fondamentali per sostenere la funzione ovarica e per la generazione di gameti di alta qualità. Riportiamo metodi per isolare cellule somatiche dalle ovaie del topo, inclusi cellule endoteliali, epiteliali, steroidogeniche, stromali e immunitarie. Quando queste cellule somatiche ovarie primarie vengono placcate e coltivate in un sistema tradizionale di coltura 2D, l'eterogeneità cellulare, l'organizzazione, così come le interazioni cellula-cellula e matrice cellulare tipicamente presenti nell'ovaio si perdono. Pertanto, descriviamo anche come generare organoidi somatici ovaricos del topo utilizzando un approccio senza impalcatura. Questi organoidi si auto-assemblano, mantengono popolazioni cellulari diversificate e producono matrice extracellulare e fattori secreti, inclusi i citochine. Gli organoidi possono essere utilizzati per esperimenti di co-coltura e possono essere mantenuti in coltura per almeno 3 settimane con alta vitalità. Nel complesso, questi modelli permettono di esaminare la fisiologia e la patologia ovarica dal punto di vista delle cellule somatiche.
Sebbene l'ovocito, o gameta femminile, sia essenziale per dare origine alla generazione successiva, le popolazioni di cellule somatiche nell'ovaio svolgono ruoli fondamentali nello sviluppo dei gameti, nella produzione di ormoni steroidei e nell'omeostasi ovarica. Gli ovociti, circondati da cellule somatiche della granulosa e della teca, formano le unità funzionali dell'ovaio note come follicoli. Le cellule della granulosa sono fisicamente collegate all'ovocita tramite proiezioni transzonali e forniscono supporto metabolico e nutrizionale all'ovocita oltre a regolare l'arrestomeiotico 1,2. Inoltre, in risposta alle gonadotropine, le cellule della granulosa e della teca producono ormoni steroidei, tra cui estrogeni, progesterone e androgeni, che hanno effetti oltre il sistema riproduttivo, influenzando i sistemi cardiovascolare, muscoloscheletrico e nervoso, e quindi sulla salute generalefemminile 3. I follicoli ovarici si sviluppano all'interno di uno stroma ovarico eterogeneo composto da vascolare, cellule immunitarie, diverse popolazioni di fibroblasti interstiziali e cellule mesenchimate, oltre a una matrice extracellulare (ECM)4 altamente ordinata. Questo microambiente stromale fornisce segnali fisici e chimici che influenzano la crescita dei follicoli, l'ovulazione e laluteinizzazione.
Esistono diversi metodi per isolare e coltivare gameti e follicoli in vitro, e questi metodi hanno fatto progredire la nostra comprensione dell'oogenesi e della follicogenesi5. Tuttavia, il compartimento somatico dell'ovaio è relativamente poco studiato, in parte a causa della mancanza di modelli robusti in vitro. I modelli attuali del compartimento somatico ovarico sono in gran parte limitati a un singolo tipo cellulare, come fibroblasti, cellule epiteliali superficiali ovarica, endoteliali, immunitarie ogranulosache 6,7,8,9,10,11. La coltura di cellule somatiche ovariche primarie definite in modo ampio in 2D favorisce le popolazioni di macrofagi nel tempo, causando una perdita di eterogeneitàcellulare 12. Inoltre, la tradizionale coltura monostrato bidimensionale (2D) non consente le diverse interazioni cellula-cellula e matrice cellulare presenti nell'ovaio. Gli espiantili di tessuto ovarico mantengono la complessità cellulare e strutturale del tessuto nativo ma variano nella composizione a seconda di dove all'interno dell'ovaio sono statiderivati 13,14.
Gli organoidi sono versioni tridimensionali (3D), multicellulari, miniaturizzate di organi o tessuti che riproducono l'organizzazione e le funzioni in vivo 15,16. Gli organoidi possono essere generati da cellule staminali o primarie isolate da tessuto normale omalato 15. Nel contesto del sistema riproduttivo femminile, sono stati generati organoidi per modellare l'endometrio, la tuba di Falloppio, la cervice e laplacenta 17. Tuttavia, per quanto riguarda l'ovaio, fino a poco tempo fa, i modelli organoidi erano limitati a un singolo tipo cellulare, come cellule epiteliali superficiali ovariche o tumorali, oppure sono stati generati da cellule staminali pluripotenti indotte per assomigliare a strutture follicolesi piuttosto che allo stromaovarico 17,18. Studi recenti hanno generato e caratterizzato organoidi utilizzando popolazioni eterogenee di cellule somatiche isolate da topo, macaco rhesus e tessuto ovaricoumano 19,20,21. Questi modelli organoidi hanno permesso di indagare i meccanismi cellulari alla base dell'invecchiamento ovarico, nonché gli effetti dell'esposizione ai ftalati sulla composizioneECM 19,21.
Data l'importanza critica delle cellule somatiche, sia nel follicolo che nello stroma, per la funzione ovarica, descriviamo metodi per isolare le cellule somatiche da una frazione arricchita di stroma delle ovaie del topo e per la loro coltivazione in vitro utilizzando la coltura monostrato tradizionale o un modello organoide. Utilizzando microstampi di agarosio senza impalcatura, le cellule somatiche ovariche formano organoidi entro 1–3 giorni. Gli organoidi preservano popolazioni chiave di cellule ovarie, inclusi fibroblasti, macrofagi e cellule steroidogeniche, e possono essere coltivati fino a 3 settimane con alta vitalità. Gli organoidi somatici ovarici sono favorevoli a valutazioni trascristatiche e istologiche, analisi di mezzi condizionati, co-coltura con altri tipi cellulari e metodi di screening dei composti. Nel complesso, questi organoidi rappresentano un modello solido per l'interrogazione e la modulazione in vitro del compartimento somatico ovarico e possono essere applicati allo studio dello sviluppo, dell'invecchiamento, della fisiologia e della patologia ovarica.
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L'uso di animali per sviluppare questo protocollo è stato in conformità con il Comitato per la Cura e l'Uso degli Animali Istituzionali della Northwestern University e con le Linee Guida per la Cura e l'Uso degli Animali da Laboratorio del National Institute of Health (Numero di Garanzia del Benessere Animale della Northwestern University: A3283-01; ID protocollo IACUC: IS00013082_IM12). Le informazioni del produttore e i numeri di catalogo per tutti i materiali, inclusi i calchi in silicone per microstampi, supporti e integratori in agarosio, sono riportate nella Tabella dei Materiali. Una panoramica dei passaggi del protocollo è presentata nella Figura 1. Tutti i passaggi del protocollo devono essere eseguiti utilizzando dispositivi di protezione individuale appropriati, in conformità con tutte le normative istituzionali sulla biosicurezza e sulla salute e sicurezza ambientale e, salvo diversa specificazione, all'interno di un armadietto di biosicurezza di Classe II.

Figura 1: Schema dell'isolamento delle cellule somatiche ovariche del muro, generazione di organoidi somatici ovarici e applicazioni a valle. Le ovaie del topo sono isolate e la frazione stromale è arricchita. La frazione stromica arricchita viene digerita sia in modo enzimatico che meccanico. Il tessuto non digerito viene stirato fuori. Le cellule vengono imbottite, lavate, contate e impiattate per la coltura in 2D. Per la generazione di organoidi, dopo la coltura 2D durante la notte, le cellule vengono prelevate utilizzando tripsina e vengono messe in pellet, lavate e contate. Le cellule vengono seminate in microstampi di agarosio per la coltura di organoidi. Gli organoidi possono essere utilizzati per istologia, estrazione di RNA/proteine, analisi di mezzi condizionati, trattamenti e screening farmacologici, oltre che per la co-coltura. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
1. Preparazione dei mezzi per l'isolamento e la coltura delle cellule somatiche ovariche
NOTA: La digestione del tessuto ovarico e la successiva isolazione e coltura delle cellule somatiche primarie richiedono quattro tipi di mezzi: mezzi sezionali (DM; usati nei passaggi 2.3–2.4 per la dissezione e la puntura delle ovaie del topo), mezzi enzimatici (EM; usati nei passaggi 2.5–2.8 per la digestione enzimatica delle ovaie topi arricchite da stroma), mezzi di tempra (QM; usati nello Passo 2.9 per rallentare la digestione enzimatica), e mezzi di impiccatura (PM; utilizzati nei passaggi 2.11–2.14 e 4.6 per il lavaggio, la placcatura e la coltura 2D delle cellule somatiche ovariche primarie, nonché per l'inattivazione della tripsina durante il prelievo delle cellule dalla coltura 2D). Tutti i mezzi devono essere preparati in un armadietto di sicurezza biologica sterilizzato di Classe II o in una cappa a flusso laminare. Le ricette dei substrati elencate di seguito sono sufficienti per processare ovaie da 5–6 topi, ma devono essere scalate secondo necessità. Tutti i mezzi possono essere preparati fino a una settimana prima e conservati a 4 °C, ma gli enzimi per l'EM devono essere aggiunti freschi il giorno dell'isolamento cellulare.
2. Digestione del tessuto ovarico e isolamento delle cellule somatiche primarie
NOTA: Le ovaie del topo vengono isolate e digerite sia in modo enzimatico che meccanico per isolare le cellule somatiche primarie. Le ovaie di 5–6 topi possono essere processate insieme nello stesso piatto. I passaggi seguenti devono essere eseguiti con tecniche asettiche, preferibilmente utilizzando un microscopio dissezionale in una cappa a flusso laminare.

Figura 2: Schema dell'isolamento delle cellule somatiche ovariche del muro. (A) Immagini rappresentative della (i,ii) dissezione ovarica del topo e (iii,iv) arricchimento stroma. L'ovaio del topo è delineato con una linea tratteggiata in Ai. (B) Immagini rappresentative di frammenti di tessuto ovarico durante la digestione meccanica ed enzimatica. Ovaie arricchite con stroma (i) prima e (ii) dopo la lacerazione, (iii) pezzi di tessuto ovarico durante la pipetazione e (iv) pezzi di tessuto ovarico dopo la digestione. (C) Immagini rappresentative di (i) stemperamento della digestione, (ii) filtraggio della sospensione cellulare e (iii,iv) pelleting delle cellule somatiche ovariche primarie del muro. Gli inserti in Cii e Ciii mostrano frammenti di tessuto non digerito catturati rispettivamente dallo scolpo cellulare e dalla pellet cellulare dopo la centrifugazione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Le cellule somatiche ovariche primarie possono essere coltivate in 2D. (A) Immagini rappresentative di luce trasmessa delle cellule somatiche ovariche primarie placcate in un piatto da 60 mm 16 ore dopo la placcatura, prima e dopo il lavaggio con PBS. (B) Immagini rappresentative di luce trasmessa di cellule somatiche ovariche primarie placcate in una piastra a 24 pozzetti per 3 giorni in coltura. Barre della scala = 400 μm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
3. Preparazione di microstampi e mezzi di agarosio per la generazione e la cultura di organoidi
NOTA: Gli organoidi somatici ovaricos vengono generati e coltivati in microstampi di agarosio senza impalcature con mezzi organoidi ovarico. Microstampi di agarosio e mezzi organoidi ovarici devono essere preparati con tecniche asettiche in un armadietto di sicurezza biologica sterilizzato di Classe II o in una cappa a flusso laminare.

Figura 4: Schema che mostra la preparazione dei microstampi di agarosio. (A) immagini rappresentative di (i) preparazione all'1,5% di agarosio, (ii) pipettaggio in calchi in silicone, (iii) calchi di silicone correttamente riempiti e (iv) calchi in silicone sovrapieni. Le linee tratteggiate in Aiii e Aiv mostrano rispettivamente fondi piatti e convessi dei microstampi di agarosio. (B) Immagini rappresentative di (i,ii) calchi di silicone riempiti con bolle nell'agarosio, (iii) scoppiare bolle con la punta di una pipetta prima della solidificazione dell'agarosio, e (iv) un microstampo di agarosio solidificato all'interno del calo di silicone. (C) Immagini rappresentative di (i) rimozione di microstampi di agaroso solidificati dai calchi in silicone, (ii) conservazione dei microstampi di agarosio in piastre a 24 pozzi contenenti PBS + 1% PS, (iii) bolle presenti nei micropozzi immediatamente dopo la fusione, e (iv) microstampo d'agarosio senza bolle e correttamente colato dopo 16 ore di conservazione. (D) Immagini rappresentative di microstampi con (i,ii) pozzi combinati, (iii) pozzi interrotti o (iv) danni. Abbreviazioni: PBS = soluzione salina tamponata con fosfato; PS = penicillina-estreptomicina. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
4. Generazione e cultura degli organoidi
NOTA: Dopo la coltura 2D durante la notte, le cellule somatiche ovariche primarie vengono prelevate dalla coltura 2D e seminate in microstampi di agarosio per generare organoidi. I seguenti passaggi devono essere eseguiti utilizzando una tecnica asettica in un armadietto di sicurezza biologica sterilizzato di Classe II.

Figura 5: Schema della generazione degli organoidi somatici ovarico. (A) Immagini rappresentative di (i) trasferimento di microstampi di agarosio alla piastra di coltura con pinze di Graefe, (ii) equilibrio di microstampi di agarosio in mezzi organoidi ovarico, e (iii) rimozione di mezzi dalle camere di semina cellulare. La freccia in Aiii indica camera di semina delle celle vuota. (B) Immagini rappresentative di (i,ii) semina di cellule in microstampi di agarosio e (iii) una scansione a luce trasmessa di un microstampo di agarosio contenente cellule somatiche ovariche aggregante. Barra della scala (Biii): 2500 μm. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
5. Utilizzo degli organoidi per applicazioni a valle
NOTA: Gli organoidi possono essere utilizzati per una varietà di applicazioni a valle, tra cui istologia, applicazioni in biologia molecolare (ad esempio, analisi di RNA/proteine), analisi di mezzi condizionati e co-coltura.

Figura 6: I principali tipi di cellule ovariche sono conservati negli organoidi somatici ovarici. (A) Immagini rappresentative di (i) sigillare un microstampo con agarosio alla fine della coltura, (ii) un microstampo non tagliato e (iii) un microstampo sezionato incorporato in un blocco di paraffina. I micropozzi possono essere visualizzati in sezioni montate (iv), e la presenza di organoidi all'interno di microstampi sezionati può essere (v) confermata al microscopio prima della colorazione istologica (vi). (B) Immagini rappresentative di sezioni di tessuto ovarico e di sezioni organoidi somatiche ovarie dopo colorazione immunoistochimica utilizzando anticorpi contro Vimentina, F4/80, Foxl2 e 3β-HSD. Barre di squama = 20 μm. Abbreviazioni: H&E = ematossilina ed eosina. Questa figura è stata adattata con il permesso di Dipali et al.19. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 7: Co-coltura di organoidi somatici ovaricoli con follicoli e cellule tumorali ovarica. (A) La secrezione di citochine organoidi è stata misurata per microstampo di agarosio al quinto giorno di coltura ed è stata normalizzata a mezzi condizionati da microstampi di agarosio senza organoidi. N = 4 microstampi di agarosio. (B) Immagini rappresentative di luce trasmessa dei follicoli ovarici ai giorni 0, 4 e 8 di coltura con o senza organoidi (di controllo) e (i) uno schema del paradigma della co-cultura. Barre della scala = 400 μm. Quantificazione di (ii) sopravvivenza follicale e (iii) crescita in 8 giorni di coltura con o senza organoidi (di controllo). I dati sono mostrati come media ± SD. Alcune barre di errore sono troppo piccole per essere visualizzate. N = 56 follicoli per gruppo. **P < 0,01. (C) Immagini rappresentative a luce trasmessa (in alto) e fluorescenti (in basso) di cellule somatiche ovarie primarie coltivate in un rapporto 10:1 con cellule tumorali ovariche marcate con proteine fluorescenti rosse (OVCAR8-RFP) negli organoidi ai giorni 1, 3 e 5 di coltura. Barre della scala = 400 μm. Abbreviazione: RFP = proteina fluorescente rossa. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
6. Consigli per la risoluzione dei problemi
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Per determinare la composizione cellulare degli organoidi somatici ovarici, abbiamo eseguito un'immunoistochimica di sezioni di tessuto organoide dopo 6 giorni di coltura utilizzando anticorpi contro i principali tipi di cellule ovarie. Gli organoidi contenevano fibroblasti positivi alla vimentina, macrofagi positivi a F4/80, oltre a popolazioni cellulari steroidogeniche (Figura 6B)19. Abbiamo utilizzato un anticorpo contro Foxl2 per ...
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Questo articolo descrive metodi per isolare le cellule somatiche ovariche primarie del topo da una frazione stroma arricchita dell'ovaio, in modo da mantenere l'eterogeneità del compartimento somatico ovarico. Le cellule somatiche ovariche primarie di topo possono essere coltivate in uno strato monodimensionale 2D oppure possono essere utilizzate per generare organoidi somatici ovarici utilizzando microstampi di agarosio senza impalcature e senza impalcatura. I microstampi di agarosio co...
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Gli autori non hanno conflitti di interesse da divulgare.
Questo lavoro è stato finanziato dal National Institute of Child Health and Human Development (R01HD093726 a F.E.D. e T32HD094699 a S.S.D. ed E.J.Z.), dal National Cancer Institute (da F31CA257300 a S.S.D.) e da fondi iniziali dal Dipartimento di Ostetricia e Ginecologia (a F.E.D.). Vogliamo riconoscere la Dott.ssa Candace Tingen e il laboratorio della Dott.ssa Teresa Woodruff, così come la Dott.ssa Jennifer Rowley, per i loro studi fondamentali e l'ottimizzazione dei metodi per isolare le cellule somatiche ovarie primarie del muro e per la caratterizzazione di queste cellule.
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| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 0.2 μm, Polyethersulfone syringe filter | Corning | 431229 | |
| 1.5 mL microcentrifuge tubes | MIDSCI | PR-MCT15 | |
| 100 mL glass beaker | Fisherbrand | FB100100 | |
| 100 mm Petri dishes | Corning | 351029 | |
| 15 mL conical tubes | ThermoFisher Scientific | 339651 | |
| 24-well plates (TC-treated) | Corning | 353047 | |
| 28-gauge insulin needles | Exel International | 26027 | |
| 35 mm Petri dishes | Corning | 351008 | |
| 3β-HSD antibody | Cosmo Bio | K0607 | 1:1000 |
| 4% Paraformaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 1574100 | |
| 40 µm cell strainer | Corning | 431750 | |
| 45 mm watch glass | Electron Microscopy Sciences | 7054345 | |
| 50 mL concial tubes | ThermoFisher Scientific | 339652 | |
| 60 mL sterile syringe | Air-Tite | ML60 | |
| 60 mm TC-treated plates | Corning | 353037 | |
| 6-well plates (TC-treated) | Corning | 353046 | |
| Agarose | Hoefer | GR140-500 | Gel strength >1200 g/cm2; Gel Temperature 36 °C |
| Autoclave sterilization pouch | Fisherbrand | 01-812-55 | |
| Biotinylated Goat Anti-Mouse IgG | Vector Laboratories | BA-9200-1.5 | 1:200 |
| Biotinylated Goat Anti-Rabbit IgG | Vector Laboratories | PK-6101 | 1:200 |
| Biotinylated Goat Anti-Rat IgG | Vector Laboratories | BA-9400-1.5 | 1:100 |
| Bluing reagent | Fisherbrand | 23-245681 | |
| Centrifuge with swing bucket rotor for 50 mL conical tubes | ThermoFisher Scientific | Sorvall X1R Pro-MD | |
| Class II biosafety cabinet | The Baker Company | SG403A | |
| Cleaved Caspase-3 (CC3) antibody | Cell Signaling Technology | 9579T | 1:250 |
| CO2 incubator | ThermoFisher Scientific | Heracell VIOS 160i CO2 Incubator | |
| Collagenase, Type IV, powder | Gibco, Fisher Scientific | 17-104-019 | |
| C-Series Mouse Cytokine Antibody Array 3 Kit | RayBiotech | AAM-CYT-3-8 | |
| Cytoseal XYL | Epredia | 83124 | |
| Deoxyribonuclease I from bovine pancreas | Millipore Sigma | DN25-100MG | Dnase I |
| Dissecting microscissors | World Precision Instruments | WPI-14003 | |
| Dissecting scissors | World Precision Instruments | WPI-15922 | |
| Dissection microscope | Leica | MZ9.5, S9 series | |
| DPBS, no calcium, no magnesium | Gibco, Fisher Scientific | 14-190-250 | pH 7.0–7.3 |
| Eosin | Fisherbrand | 23-314631 | |
| F4/80 antibody | Bio-Rad | MCA497G | 1:50 |
| Fetal Bovine Serum, certified, heat inactivated, United States | Gibco, ThermoFisher Scientific | 10082147 | |
| Fine-tipped dissecting forceps | World Precision Instruments | WPI-14098 | |
| FOXL2 antibody | Abcam | ab246511 | 1:200 |
| Graefe Forceps | Fine Science Tools | 1105010 | |
| Hematoxylin | EK Industries | EKI 47971GL | |
| Hemocytometer | MedOne | DHCN015 | |
| Imaging System | ThermoFisher Scientific | EVOS FL Auto | |
| IntestiCult Organoid Growth Medium (Mouse) | STEMCELL Technologies | 06005 | Basal medium, Supplements 1 and 2 |
| Laminar flow hood | IVFtech | IVFtech sterile workstation | |
| Leibovitz's L-15 Medium | Gibco, Fisher Scientific | 11415114 | |
| Microscope slides | Mercedes Scientific | MER 7255/90/WH/CC | |
| MicroTissues 3D Petri Dish micro-mold spheroids | Millipore Sigma | Z764043-6EA | Silicone casts for agarose micromolds |
| Modified Davidson's Fixative | Electron Microscopy Sciences | 6413350 | |
| OVCAR8-RFP cells | Gift from Joanna Burdette PhD, University of Illinois Chicago | ||
| Penicillin-Streptomycin | Millipore Sigma | P4333-100ML | |
| Picrosirius Red staining solution | StatLab | STPSRPT | |
| RPMI 1640 Medium (ATCC modification) | Gibco, Fisher Scientific | A1049101 | |
| Tabletop centrifuge | Eppendorf | Centrifuge 5430 R | |
| Trypan blue | ThermoFisher Scientific | T10282 | |
| Trypsin-EDTA (0.05%), phenol red | Gibco, ThermoFisher Scientific | 25300054 | |
| Vimentin antibody | Cell Signaling Technology | 5741S | 1:100 |
| αMEM, GlutaMAX Supplement, no nucleosides | Gibco, Fisher Scientific | 32561102 |
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