2D hOSE-cultuur
Vers geïsoleerde hOSE-cellen werden op een plaat met 12 putjes geplaatst en gedurende 3 weken gekweekt. Gedurende deze periode werden cellen drie keer gepasseerd (Figuur 2A). Primaire hOSE-cellen in cultuur vertoonden een geplaveide morfologie tot passage 3 (P3), maar begonnen daarna tekenen van veroudering te vertonen, in overeenstemming met eerdere resultaten die de beperkte periode rapporteerden dat hOSE kan worden gepasseerd27. Bovendien is aangetoond dat OSE van muizen in vitro een epitheliale-naar-mesenchymale overgang (EMT) ondergaat, met fibroblastachtige kenmerken zoals herschikking van het actine-cytoskelet en afzetting van collageen I19. In overeenstemming vertoonde ACTA2+CD44+ hOSE een uitgesproken opregulatie van COL1A1 tussen P2 en P3 (Figuur 2B), wat suggereert dat hOSE-cellen EMT ondergaan tijdens de kweek.
TGF-β-signalering is een belangrijke regulator van EMT28 die in staat is EMT te induceren in verschillende epitheelceltypen29. Hoewel TGF-β niet aan de OSE_2D media werd toegevoegd, kon het toegevoegde FBS detecteerbare niveaus van dit cytokine bevatten30,31. Om deze reden hebben we getest of de toevoeging van de TGF-β remmer type I-receptor SB-431542 EMT zou kunnen voorkomen, waardoor langdurige 2D-cultuur mogelijk is. Verrassend genoeg belemmerde suppletie van de OSE_2D media met 10 μM SB-43154232de celproliferatie (Figuur 2C). We concludeerden dat TGF-β-signalering essentieel is voor OSE-proliferatie, en verdere 2D-kweekexperimenten werden uitgevoerd zonder de remmer.
3D hOSE organoïde cultuur
Op basis van gepubliceerde kweekomstandigheden om menselijke OSE-organoïden12 te laten groeien, hebben we hOSE-organoïden afgeleid die zijn ingebed in druppeltjes BME en gedurende maximaal 28 dagen in OSE_3D medium zijn gekweekt (met een standaardconcentratie van 100 nM oestradiol). Binnen 7 dagen waren veel hOSE-organoïden afkomstig van vers geïsoleerde OSE-cellen cystisch met een gemiddelde diameter van 130 mm (Figuur 3A,B). Deze resultaten waren vergelijkbaar met die gerapporteerd door Kopper en collega's over de afleiding van hOSE-organoïden uit gehakt en enzymatisch verteerd menselijk eierstokweefsel12. Interessant is dat hOSE-organoïden afgeleid van vers geïsoleerde OSE-cellen na 14 dagen in cultuur groter werden (gemiddelde diameter van 160 mm) dan hOSE-organoïden van 2D-geëxpandeerde OSE-cellen (gemiddelde diameter van 100 mm) (Figuur 3B), waarschijnlijk als gevolg van de neiging van de 2D-geëxpandeerde OSE-cellen om proliferatie te verminderen. Bovendien, terwijl veel 3D hOSE-organoïden bestonden uit een monolaag van platte epitheelcellen (Figuur 3C linksboven paneel), vertoonden sommige een kubusvormige monolaag van cellen (Figuur 3C rechtsboven paneel), andere waren meerlagig (Figuur 3C rechtsonder paneel) of vormden een niet-lumenized celcluster (Figuur 3C linksonder paneel).
Om te testen of hOSE-organoïden ook met behulp van OSE_2D medium konden worden afgeleid, werden vers geïsoleerde hOSE-cellen ingebed in druppeltjes BME en gedurende 12 dagen in OSE_2D media gekweekt. Na 6 dagen waren spoelvormige cellen zichtbaar, wat suggereert dat hOSE-cellen EMT ondergingen in de druppels. Belangrijk is dat er geen hOSE-organoïden werden gevormd met behulp van OSE_2D medium (Figuur 3D).
Cellulaire kenmerken van de hOSE-organoïden
In de menselijke volwassen eierstok markeert keratine 8 (KRT8) specifiek de OSE-populatie (Figuur 4A), en dienovereenkomstig behielden hOSE-organoïden de KRT8-expressie, waardoor hun celidentiteit werd gevalideerd (Figuur 4B). In OSE-cellen van muizen was de nucleaire lokalisatie van Yes1-geassocieerd eiwit (YAP1) specifiek geassocieerd met OSE-stam-/voorlopercellen die in staat waren om het gewonde gebied na de eisprong uit te breiden en te genezen24,33. YAP vertoonde nucleaire lokalisatie in de meerderheid van de cellen in hOSE-organoïden, onafhankelijk van hun grootte (Figuur 4B). Andere markers waarvan werd gemeld dat ze tot expressie kwamen in OSE-cellen van muizen, zoals CD4420 en LGR522, werden ook onderzocht. Interessant is dat zowel CD44 als LGR5 tot expressie werden gebracht in kleine hOSE-organoïden (<100 μm diameter), terwijl CD44 en LGR5 in grotere organoïden gedownreguleerd leken (Figuur 4B).
Vervolgens onderzochten we of hOSE-organoïden de apicaal-basale polariteit vertoonden die doorgaans wordt waargenomen in BME-ingebedde organoïden (apical-in)34. Basolateraal eiwit integrine bèta 1 (ITGB1) en apicaal eiwit podocalyxine (PODXL) werden gebruikt om de celpolariteit in de hOSE-organoïden aan te tonen, wat een duidelijke apicale polariteit bevestigt, onafhankelijk van de grootte van de hOSE-organoïde (Figuur 4B).
Van humane OSE is bekend dat het de mesenchymale marker N-cadherine (CDH2) tot expressie brengt, terwijl de expressie van epitheliale marker E-cadherine (CDH1) beperkt is tot zuilvormige OSE-cellen (Figuur 4A)2. Interessant is dat hOSE-organoïden die in dit werk zijn afgeleid, mesenchymale markers CDH2 en vimentin (VIM) tot expressie brachten, en grote cystische hOSE-organoïden met kubusvormige/zuilvormige epitheel zowel CDH1+ als CDH2+VIM+ waren (Figuur 4C). Het blijft onduidelijk of CDH1+ hOSE-organoïden zijn afgeleid van primaire CDH1+ OSE-cellen of van CDH1-OSE-cellen die in vitro epitheliale differentiatie of (neoplastische) transformatie ondergingen 25,35.
Presentatie van het gebruik van hOSE-organoïden: effect van ovulatoire signalen op hOSE-organoïden
De hormonen follikelstimulerend hormoon en humaan choriongonadotrofine kunnen worden gebruikt om follikelgroei en ovulatie te induceren, terwijl er na de eisprong een duidelijke toename is van de concentratie van door eierstokken geproduceerde hormonen, zoals progesteron en estradiol36. Om de bruikbaarheid van hOSE-organoïden als screeningsplatform aan te tonen, hebben we het effect van deze hormonen op hOSE-organoïden onderzocht, waarbij we het aantal en de grootte van organoïden gebruikten als kwantificeringsoutput (met behulp van Fiji). Hiervoor hebben we hOSE-organoïden afgeleid in OSE_3D media zonder oestradiol (geen hormoon) en in OSE_3D media die FSH, hCG, oestradiol of progesteron bevatten in verschillende concentraties (Figuur 5A).
Het aantal hOSE-organoïden afgeleid van gecryopreserveerde-ontdooide (niet-geëxpandeerde) hOSE-cellen van 3 verschillende donoren (n=3) werd gekwantificeerd per druppel na 7 dagen kweek (Figuur 5A,B). De cultuurmedia werden elke 3 dagen veranderd. Er werden geen significante verschillen waargenomen in het totale aantal hOSE-organoïden per druppel dat werd gevormd in medium-bevattende hormonen in vergelijking met medium zonder hormonen (Figuur 5A,B). Om het effect van de hormonen op de grootte van de organoïden te kwantificeren, werd na 14 dagen in cultuur elke druppel (van elke aandoening) in beeld gebracht en werd het gebied van de 4 grootste hOSE-organoïden gemeten met behulp van Fiji. Interessant is dat het genereren van hOSE-organoïden van twee verschillende donoren (n = 2) in aanwezigheid van progesteron (1000 nM) of estradiol (200 nM) resulteerde in ten minste één zeer grote organoïde (ongeveer 700 μm diameter) per druppel (Figuur 5C,D).

Figuur 1: Schematische weergave van de isolatie van hOSE-cellen uit hele eierstokken. Eierstokken werden gedurende 30 minuten bij 37 °C geïncubeerd in een digestieoplossing. hOSE-cellen werden losgemaakt van het eierstokoppervlak door voorzichtig te schrapen en vervolgens te cryopreserveeren, direct geplateerd op 2D OSE-cultuur in monolaag, of ingebed in basaalmembraanextract (BME) voor 3D hOSE-organoïdecultuur. Gecryopreserveerde ontdooide hOSE-cellen kunnen worden gebruikt voor 2D-cultuur of 3D-organoïdevorming, en 2D-geëxpandeerde hOSE-cellen kunnen worden gebruikt om 3D hOSE-organoïden te genereren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: 2D primaire kweek van hOSE-cellen. (A) Helderveldbeelden van hOSE-cellen bij passages 0 (P0), 2 (P2) en 3 (P3) die de typische epitheliale geplaveide morfologie weergeven. Schaalbalken zijn 750 μm op de bovenste panelen en 125 μm op de onderste panelen. (B) Immunofluorescentie voor ACTA2, CD44, COL1A1 op 2D hOSE-cellen op P2 en P3. Schaalbalken zijn 50 μm. (C) Helderveldbeelden van hOSE-cellen gekweekt met 10 μM SB-431542 op P0, P2 en P3. Cellen vertoonden tekenen van veroudering van P2 en bereikten geen hoge confluentie tijdens de kweek. Schaalbalken zijn 750 μm op de bovenste panelen en 125 μm op de onderste panelen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Morfologische karakterisering van hOSE-organoïden. (A) Helderveldbeelden van drie onafhankelijke hOSE-organoïde-derivaten van drie verschillende donoren (tOVA86, tOVA87, tOVA88). De foto's werden gemaakt na het inbedden van cellen (D0), dag 7 (D7), dag 14 (D14) en dag 28 (D28) van de kweek. Schaalbalken zijn 750 μm bij D0 en 50 μm voor de rest. (B) Diameter van hOSE-organoïden afgeleid van vers geïsoleerde hOSE-cellen (stippellijn) en 2D-geëxpandeerde hOSE-cellen (ononderbroken lijn). Afgebeeld is de gemiddelde grootte ± standaarddeviatie gemeten op D0, D7 en D14. Resultaten van twee verschillende donoren (tOVA88 en tOVA89) worden getoond. (C) Helderveldafbeeldingen van hOSE-organoïden met verschillende morfologieën: enkele platte laag (linksboven), enkele kolomvormige laag (rechtsboven), meerlagig (rechtsonder) en niet-lumenized celaggregaat (linksonder). Schaalbalken zijn 100 μm. (D) Helderveldbeelden van hOSE-cellen ingebed in BME en gedurende 12 dagen gekweekt met OSE_2D media. De foto's zijn gemaakt na het insluiten van cellen (D0), dag 6 (D6), dag 9 (D9) en dag 12 (D12). Fibroblastachtige cellen haalden de cultuur in en er werden geen organoïde-achtige structuren gevormd. Schaalbalken zijn 750 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Cellulaire karakterisering van hOSE-organoïden. (A) Immunofluorescentie voor KRT8 en CDH1 in de menselijke eierstoksectie. De schaalbalk op het linkerpaneel is 500 μm en het middelste en rechterpaneel zijn 50 μm. (B) Immunofluorescentie voor KRT8 en YAP, LGR5 en CD44, en ITGB1 en PODXL in hOSE-organoïden van verschillende grootte (<50 μm, 50-75 μm, 75-100 μm, >100 μm). Schaalbalken zijn 50 μm. (C) Immunofluorescentie voor VIM, CDH1, CDH2 in hOSE-organoïden. Schaalbalken zijn 50 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5: Effect van ovulatoire signalen op de vorming van hOSE-organoïden. (A) Totaal aantal hOSE-organoïden per druppel gevormd op dag 7 in verschillende kweekmedia. De hOSE-organoïden zijn afkomstig van drie verschillende donoren (tOVA77, tOVA79, tOVA83). Vetgedrukt is het OSE_3D medium dat wordt gebruikt voor het afleiden van organoïden. (B) Relatieve organoïdevorming in vergelijking met medium zonder hormonen. Gepoolde waarden van hOSE-organoïden werden afgeleid van drie verschillende donoren (tOVA77, tOVA79, tOVA83). (C) Grafiek van het beeldgebied van de 4 grootste hOSE-organoïden op dag 14 in elk van de geteste experimentele omstandigheden van twee verschillende donoren (tOVA77, tOVA83). (D) Brightfield-afbeeldingen van hOSE-organoïden op dag 14 met medium zonder hormonen, 200 nM E2 en 1000 nM P4 van twee verschillende donoren (tOVA77, tOVA83). Schaalbalken zijn 750 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Tabel 1: Samenstelling van de in het onderzoek gebruikte werkoplossingen. Klik hier om deze tabel te downloaden.