Er wordt een vereenvoudigd en kosteneffectief protocol beschreven voor de indirecte co-cultuur van endometrium-, stromale en epitheelcellen. Deze methode maakt gebruik van een zelfgemaakte steiger voor celdia's, die bestaat uit een bovenste steunring die is gemaakt voor bevestiging aan standaard celkweekplaten met 12 putjes, aangevuld met een basale celdiahouder met vier L-vormige staafachtige structuren. Deze opstelling vergemakkelijkt de scheiding van endometrium-, stromale en epitheelcellen, terwijl hun interactie mogelijk is door de uitwisseling van signaalmoleculen in het kweekmedium. Een van de belangrijkste voordelen van deze aanpak is de aanzienlijke vermindering van zowel tijd als kosten in vergelijking met commercieel beschikbare cocultuursystemen11. De zelfgemaakte steiger is gemaakt van gemakkelijk verkrijgbare materialen, waardoor de kosten van de installatie aanzienlijk worden verlaagd. Bovendien is het ontwerp eenvoudig, waardoor onderzoekers de steiger gemakkelijk kunnen monteren en demonteren, wat tijd en moeite bespaart in het laboratorium. Bovendien kan de zelfgemaakte steiger worden gereinigd en gesteriliseerd voor meerdere doeleinden, waardoor het een duurzame en economische optie is voor doorlopend onderzoek. Deze eigenschap is vooral gunstig voor langetermijnstudies, waar consistente en betrouwbare resultaten cruciaal zijn.
Endometriumstromale cellen en epitheelcellen spelen een cruciale rol bij het vergemakkelijken van succesvolle embryo-implantatie. Onder fysiologische omstandigheden hebben endometriumepitheelcellen en stromale cellen in het baarmoederslijmvlies doorgaans geen direct contact. Onderzoek naar decidualisatie van menselijke endometriumstromale cellen heeft aangetoond dat epitheelcellen het deciduale proces beïnvloeden door paracrien. De nabijheid van epitheel- en stromale cellen zorgt voor effectieve communicatie via paracriene signalering12. Deze interactie is van vitaal belang voor het coördineren van de cyclische veranderingen in het endometrium, inclusief de voorbereiding op implantatie en de daaropvolgende weefselafstoting als implantatie niet plaatsvindt11. Zowel epitheelcellen als stromale cellen brengen receptoren voor oestrogeen en progesteron tot expressie, die hun proliferatie, differentiatie en secretoire activiteiten reguleren. De epitheel-stromale overspraak zorgt ervoor dat deze reacties goed gecoördineerd zijn13. De complexe overspraak tussen deze cellen blijft dus een cruciaal onderzoeksgebied, aangezien het essentieel is om de ingewikkelde processen te begrijpen die ten grondslag liggen aan de ontvankelijkheid van het endometrium en de implantatie van het embryo14. Ondanks aanzienlijke vooruitgang in de voortplantingsbiologie zijn de gedetailleerde mechanismen van communicatie tussen deze celtypen tijdens implantatie nog steeds niet volledig opgehelderd15.
De steiger biedt een handige manier om de co-cultuur van twee soorten aanhangende cellen te bereiken. Tijdens het proces van langdurige co-cultuur blijven de dekglaasjes echter in de loop van de tijd groeien en vernieuwen, en de dode cellen zullen vallen en in contact komen met de cellen van de onderste laag, wat van invloed kan zijn op de cellen van de onderste laag. Bovendien worden de cellenzaden op het dekglaasje met de afbeelding naar beneden op de steiger gelegd. Of de zwaartekracht enig effect heeft op de toestand van de cellen is onbekend. In dit onderzoek werden twee cellijnen, hESC en Ishikawa, gebruikt voor demonstratie. De steiger kan op grote schaal worden gebruikt in de co-cultuur van twee verschillende soorten aanhangende cellijnen. Daarnaast kan de steiger ook worden gebruikt als platform voor andere verbindingen of medicijnafgiftemedia en als montageplatform voor verschillende apparaten zoals luminescentie-, verwarmings- en elektrodeapparaten.
Hier presenteren we een betrouwbaar en robuust in vitro celkweeksysteem dat gebruik maakt van de specifieke steiger, wat een nuttig en handig hulpmiddel is om het moleculaire mechanisme van embryo-maternale baarmoedercelinteracties verder te bestuderen. Daarnaast hebben we de haalbaarheid van de gevestigde steiger gekarakteriseerd als model voor blastocyst/trofoblaststudies. Dit protocol maakt het mogelijk om geschikte steigers te bouwen door middel van 3D-printen en hun functie als 3D-structuur voor de migratie- of invasieplatforms in kleine volumes (platen met 12 putjes), waarbij verschillende factoren kunnen worden geëvalueerd met behulp van beeldkwantificeringssystemen.
Het gebruik van cellijnen maakt het mogelijk om het model te standaardiseren om verschillende omstandigheden te vergelijken, iets dat niet van toepassing is met verse primaire villi-weefsels. Elk van de cellijncomponenten kan echter worden vervangen door primaire cultuur voor validatie. Door de cellen en weefsels van interessante patiënten op te nemen, kan het voorgestelde model de demonstratie en modellering vergemakkelijken van verschillende ziekten waarvan bekend is dat ze bijdragen aan onvruchtbaarheid en zwangerschapsfalen.
Kritieke stappen
Ten eerste moet de dichtheid van Ishikawa-cellen voor co-cultuur beperkt zijn, ongeveer 60%-70% confluentie. Ten tweede moet het dekglaasje met cellen naar beneden worden gehouden. Ten derde moet de concentratie ECM lager zijn dan 3 mg/ml om te voorkomen dat er een gel wordt gevormd. Ten vierde moet het vloeistofniveau van het medium in het cocultuursysteem het dekglaasje bedekken.
Beperkingen
Het hierboven genoemde model omvat de endometriumepitheelcellen en de stromale cellen; een beperking van de studie was het gebruik van adenocarcinoom Ishikawa-cellen als epitheelcelsurrogaten in plaats van primaire cellen. Het integreren van primaire epitheel- en stromale cellen van dezelfde patiënt zou de fysiologische omstandigheden van het menselijk baarmoederslijmvlies nabootsen. Voor sommige experimentele toepassingen betreft een mogelijke beperking het ontbreken van andere celtypen, zoals endotheelcellen en immuuncellen, en er is geen karakterisering van de klierstructuur in dit model om de interactieve impact van de endometriumklieren op andere endometriumceltypen te beoordelen. Onder fysiologische omstandigheden vertonen de epitheelcellen echter polariteit, en dit kenmerk simuleert nauwelijks in vitro omstandigheden zonder een uteriene luminale omgeving. De endometriumstromale cellen bevinden zich onder het deciduale proces in de menstruatiecyclus16,17. Het moleculaire mechanisme van decidualisering blijft echter onduidelijk. Verschillende factoren, waaronder immunocyten en endotheelcellen, kunnen een rol spelen bij decidualisatie. Dit model biedt een beperkte manier om de indirecte overspraak tussen stromale en epitheelcellen tijdens het deciduale proces te onderzoeken. Bovendien zijn de niveaus en rollen van de biologische markers tijdens decidualisatie nog onduidelijk, wat verder onderzoek rechtvaardigt