$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
De slokdarm is verdeeld in verschillende lagen: epitheel, lamina propria, submucosa en muscularis externa (figuur 1A). Fibroblasten bevinden zich in de submucosa en lamina propria, aangeduid als het stroma. In dit protocol wordt de muscularis externa mechanisch verwijderd (figuur 1B), wat niet leidt tot een verlies van fibroblasten (PdgfrαH2BeGFP+) die zich in het stroma bevinden (figuur 1C). Vóór dissociatie wordt het epitheel gescheiden van het stroma, wat resulteert in twee weefselsegmenten (figuur 1B). Het scheiden van de twee lagen biedt de mogelijkheid om de dissociatietijd te verlengen voor de robuustere epitheellaag in vergelijking met de fragiele stromale laag. Op deze manier wordt een efficiënt isolatieprotocol opgesteld dat zowel levensvatbare epitheliale voorlopercellen als stromale fibroblasten oplevert (figuur 1B). Slokdarmvoorlopercellen worden gesorteerd op basis van hun hoge INTEGRIN-β4- en E-CADHERIN-expressie (figuur 1C,D).
Subpopulaties van fibroblasten kunnen worden geïsoleerd met behulp van verschillende markers. In dit protocol wordt een strategie voor fibroblastisolatie op basis van veelgebruikte fibroblastmarkers PDGFRα en DPP4 (CD26) gegeven. Isolatie door de PdgfrαH2BeGFP-reporterexpressie of DPP4-antilichaam toont aan dat ongeveer 50% van de geïsoleerde cellen fibroblasten zijn (figuur 1E,F). Bovendien is 70% van de PDGFRα+ fibroblasten DPP4+, wat aangeeft dat een grotendeels overlappende, maar niet identieke fibroblastpopulatie wordt verkregen. Na het isoleren van zowel epitheel- als stromale celpopulaties, worden slokdarmvoorlopercellen alleen of samen met fibroblasten in een matrixkoepel gekweekt. Om de bijdrage van fibroblasten aan de vorming van organoïden te bestuderen, wordt de co-cultuur gehandhaafd in een groeifactor gereduceerd medium (figuur 1G).
Slokdarmvoorlopercellen vormen organoïden in aanwezigheid van EGF, NOGGIN en RSPO (ENR). Het verwijderen van NOGGIN en het verminderen van de hoeveelheid RSPO (25 ng / μL; ERlaag) is voldoende om organoïdevorming te voorkomen (figuur 2A). Interessant is dat het toevoegen van DPP4 + of PDGFR + fibroblasten aan de slokdarmvoorlopercellen in het ERlow medium het organoïdevormende vermogen herstelt, wat een ondersteunende functie voor beide fibroblastpopulaties aantoont (figuur 2A-D). Visualisatie van het PdgfrαH2BeGFP-transgen laat zien dat fibroblasten tijdens de vorming van organoïden in nauw contact staan met de epitheelvoorlopercellen (figuur 2A). Op dag 6 zijn PdgfrαH2BeGFP+ fibroblasten nog steeds overvloedig aanwezig in de co-cultuur. Fibroblasten zijn aanwezig in de hele koepel, in de buurt van en raken de organoïden (volledige pijl), of bevestigd aan de organoïden (pijlpunt; Figuur 2D).
Whole mount kleuring toont een 3D-weergave van de interactie van de fibroblasten met de organoïden (figuur 3). Hoewel het mogelijk is om het hele montageprotocol uit te voeren zonder het gebruik van een clearingoplossing, vermindert het de transparantie en laserpenetratie van de organoïde (figuur 3B, z-view). Bij het monteren van organoïden helpt de afstandhouder om de organoïde morfologie te behouden. Daarentegen vlakt het beplaten van de coverslip direct op de organoïden (zonder afstandhouder) de organoïden af en resulteert in verlies van organoïde structuur (figuur 3A, B).
Zowel de DPP4+ als de PDGFRα+ fibroblasten blijken om de organoïden te zijn gewikkeld (Figuur 3C, Video1 en Video 2). Differentiatie van slokdarmorganoïden kan worden beoordeeld met behulp van verschillende markers. Figuur 4 laat zien dat het meegeleverde kleuringsprotocol geschikt is voor gemakkelijker te kleuren keratines (KRT14/13) en moeilijker-te-kleuren transcriptiefactoren (TRP63/KLF4). Het co-cultuurprotocol genereert organoïden met een vergelijkbaar differentiatiepatroon, zoals aangetoond in vivo13,14 en zoals gezien in organoïden gekweekt in ENR-medium; KRT14+ of TRP63+ voorlopercellen vormen de buitenste laag en KRT13+ of KLF4+ gedifferentieerde cellen oriënteren zich naar binnen.
Dit protocol biedt een hulpmiddel om de slokdarmstamcelniche in vitro te bestuderen en visualiseert de interactie tussen organoïden en fibroblasten. Door een protocol te implementeren voor de isolatie van fibroblasten met behulp van antilichamen, is de methode aanpasbaar en kan deze worden gebruikt om fibroblastsubpopulaties te bestuderen zonder de noodzaak van transgene muizen.

Figuur 1: Isolatie van voorlopercellen en fibroblastsubpopulaties uit de slokdarm. (A) Schematisch overzicht van de verschillende lagen in de slokdarm. Het stroma bevat de lamina propria en submucosa. (B) Schematisch overzicht van het isolatieprotocol. De spier (muscularis externa) wordt mechanisch verwijderd met behulp van een tang; De resterende slokdarm wordt opengesneden en geïncubeerd in thermolysine om de epitheellaag van het stroma te scheiden. Het epitheel en stroma worden gescheiden, mechanisch gehakt en enzymatisch verteerd tot eencellige suspensies. Gedissocieerde cellen worden vervolgens gekleurd en voorbereid op FACS. (C) Doorsnede van de slokdarm ontdaan van de muscularis externa met PdgfrαH2BeGFP+ fibroblasten in het stroma. INTEGRINE-β4 (ITGβ4) en E-CADHERINE (ECAD) dubbelpositieve cellen zijn de epitheliale voorlopercellen van de slokdarm. Schaalbalk = 100 μm. (D) Representatieve flowcytometrieplot van epitheelcelisolatie met het percentage levende cellen (bovenste paneel) van alle afzonderlijke cellen. Het onderste paneel toont het percentage geïsoleerde ITGβ4+ ECAD+ voorlopercellen (Prog.) van alle levende cellen. (E) Representatieve flowcytometrie plot van stromale celisolatie met het percentage levende cellen (paneel linksboven). Representatieve flowcytometrieplots met het percentage geïsoleerde DPP4+ fibroblasten (Fibr.; paneel rechtsboven) en Pdgfrα+ fibroblasten (linkerbenedenpaneel) van alle levende cellen. 70% van de Pdgfrα+ fibroblasten zijn ook DPP4+ (rechterbenedenpaneel). (F) Representatieve flowcytometrieplot van het stroma met alleen DPP4+ cellen (2,5%), DPP4+ PDGFRα+ cellen (37,5%), en PDGFRα+ alleen cellen (17,7%). De percentages zijn van alle levende cellen. (G) Alleen epitheelcellen worden geplateerd in een matrixkoepel in aanwezigheid van 50 ng/μL EGF, 100 ng/μL NOGGIN en 250 ng/μL RSPO (ENR), of samen met fibroblasten in aanwezigheid van EGF en een lage concentratie RSPO (25 ng/μL). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Representatieve resultaten van organoïde coculturen. (A) Brightfield-beelden die de groei van de organoïden van dag 1 tot dag 6 laten zien. De brightfield-beelden met de organoïden die samen met PdgfrαH2BeGFP+ fibroblasten zijn gekweekt, tonen ook het nucleaire eGFP-signaal. Schaalbalk = 25 μm. (B) Brightfieldbeelden van de hele matrixkoepel op dag 6. De linkerkolom toont organoïde co-culturen gekweekt in de aanwezigheid van Pdgfrα+ fibroblasten in ER laag of E laag Rlaagmedium. De middelste kolom toont organoïde co-culturen gekweekt in de aanwezigheid van DPP4 + fibroblasten in ER laag of E laag Rlaagmedium. De rechterkolom toont organoïde monoculturen gekweekt in ENR-medium. ENR-medium = EGF (50 ng/μL), NOGGIN (100 ng/μL) en RSPO (250 ng/μL). ERlaag = EFG en 25 ng/μL RSPO. E laagRlaag = 5 ng/μL EGF en 25 ng/μL RSPO. Schaalbalk = 500 μm. (C) Grafiek met de organoïdevormingsefficiëntie (%) (d.w.z. het percentage cellen dat organoïden vormt in verschillende kweekomstandigheden). Elke stip vertegenwoordigt een matrixkoepel en de balk vertegenwoordigt het gemiddelde van alle stippen per voorwaarde. (D) Brightfield en fluorescerend beeld van dag 6 organoïden co-gekweekt met PdgfrαH2BeGFP+ fibroblasten. PdgfrαH2BeGFP+ fibroblasten zijn aanwezig in de koepel, bevestigd aan de organoïden (pijlpunt) en ongebonden maar in contact met de organoïden (volledige pijl). Schaalbalk = 250 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Whole mount staining protocol voor de studie van fibroblast-organoïde interacties . (A) Schematisch overzicht van het gehele mount immunofluorescentie protocol. AB = antilichaam. (B) Immunofluorescentiebeeld van onduidelijke kleuring van de hele berg die een verminderde transparantie en penetratie van het laserlicht laat zien in vergelijking met de geklaarde organoïden. De afwezigheid van een spacer resulteert in afplatting van de organoïde en verlies in organoïde morfologie. (C) Hele montagebeelden van de co-gekweekte organoïden tonen 3D-oppervlakken van de organoïden met VIMENTIN + fibroblasten (Fibr.) gewikkeld rond en in nauw contact met de organoïde. 3D-doorsneden en 2D-vlakbeelden tonen het lumen van de organoïde. Schaalbalk = 50 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Whole mount images tonen verschillende basale en suprabasale celpopulaties. (A) Whole mount kleuring van mono- en co-gekweekte organoïden met PdgfrαH2BeGFP+ fibroblasten met KRT14+ basale cellen in de buitenste laag en KRT13+ gedifferentieerde suprabasale cellen. Schaalbalk = 50 μm. (B) Whole mount kleuring van mono- en co-gekweekte organoïden met PdgfrαH2BeGFP+ fibroblasten met TRP63+ basale cellen in de buitenste laag en KLF4+ gedifferentieerde suprabasale cellen. Schaalbalk = 50 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Tabel 1: Tabel met een beschrijving van de componenten van de organoïde cultuurmedia. Klik hier om deze tabel te downloaden.
Video 1: PdgfrαH2BeGFP+ fibroblast gewikkeld rond en in nauw contact met de organoïde. De video vergezelt het bovenste paneel van figuur 3C. De schaalbalk in figuur 3C is 50 μm en de organoïde is ~120 μm in diameter. VIMENTIN wordt weergegeven in wit, E-CADHERIN in rood, PdgfrαH2BeGFP in groen en DAPI in blauw. Klik hier om deze video te downloaden.
Video 2: DPP4+ fibroblast gewikkeld rond en in nauw contact met de organoïde. De video vergezelt het onderste paneel van figuur 3C. De schaalbalk in figuur 3C is 50 μm en de organoïde is ~120 μm in diameter. VIMENTIN wordt weergegeven in wit, E-CADHERIN in rood en DAPI in blauw. Klik hier om deze video te downloaden.