Organoïden zijn een robuust en universeel hulpmiddel geworden voor in vitro modellering van orgaanontwikkeling en het bestuderen van biologie en ziekte. Wanneer gekweekt in een groeifactor-gedefinieerd kweekmedium, kunnen volwassen stamcellen (ASC) uit een verscheidenheid aan organen worden uitgebreid in 3-dimensie (3D) en zelf worden geassembleerd tot orgaanachtige cellulaire clusters die zijn samengesteld uit meerdere celtypen, organoïden genoemd. Het laboratorium van Clevers rapporteerde de afleiding van de eerste asc-afgeleide organoïde, human intestinal organoid, in 2009 1,2. Daarna zijn asc-afgeleide organoïden vastgesteld voor een verscheidenheid aan menselijke organen en weefsels, waaronder prostaat 3,4, lever 5,6, maag 7,8,9, pancreas10, borstklier11 en long 12,13 . Deze van ASC afgeleide organoïden behielden de kritische cellulaire, structurele en functionele eigenschappen van het inheemse orgaan en behielden genetische en fenotypische stabiliteit in de expansiecultuur op lange termijn14,15.
Organoïden kunnen ook worden afgeleid van pluripotente stamcellen (PSC), waaronder embryonale stamcellen (ES) en geïnduceerde pluripotente stam (iPS) cel16. Terwijl PSC-afgeleide organoïden de mechanismen van orgaanontwikkeling voor hun oprichting exploiteren, kunnen ASC's worden gedwongen om organoïden te vormen door omstandigheden te herbouwen die de stamcelniche nabootsen tijdens fysiologische weefselzelfvernieuwing of weefselherstel. PSC-afgeleide organoïden zijn gunstige modellen om ontwikkeling en organogenese te onderzoeken, hoewel ze niet in staat zijn om het vergelijkbare rijpingsniveau van ASC-afgeleide organoïden te bereiken. De foetale rijpingsstatus van PSC-afgeleide organoïden en de complexiteit voor het vaststellen van deze organoïden verhinderen aanzienlijk hun brede toepassingen voor het bestuderen van biologie en pathologie in volwassen weefsels.
De menselijke luchtwegen, van neus tot terminale bronchiole, zijn bekleed met het luchtwegepitheel, ook wel het pseudostratified trilhaarepitheel genoemd, dat bestaat uit vier belangrijke celtypen, d.w.z. trilhaarcel, bokaalcel, basale cel en clubcel. We hebben de ASC-afgeleide menselijke longorganoïde uit menselijke longweefsels vastgesteld in samenwerking met Clevers ' lab12,13. Deze longorganoïden worden gedurende meer dan een jaar achtereenvolgens in het expansiemedium geëxpandeerd; de precieze duur varieert tussen de verschillende organoïde lijnen die van verschillende donoren zijn verkregen. In vergelijking met het inheemse luchtwegepitheel zijn deze langdurig uitbreidbare longorganoïden echter niet volwassen genoeg omdat trilhaarcellen, de belangrijkste celpopulatie in de menselijke luchtwegen, ondervertegenwoordigd zijn in deze longorganoïden. Zo ontwikkelden we een proximaal differentiatieprotocol en genereerden we 3D- en 2D-luchtwegorganoïden die morfologisch en functioneel fenoscopie van het luchtwegepitheel tot een bijna-fysiologisch niveau.
Hier bieden we een videoprotocol om menselijke longorganoïden af te leiden uit de primaire longweefsels, de longorganoïden uit te breiden en proximale differentiatie te induceren om 3D- en 2D-luchtwegorganoïden te genereren.