We beschrijven methoden om somatische cellen van muis-ovariumcellen te isoleren uit een stroma-verrijkte fractie van de eierstok en om somatische organoïden van muis-ovarium te genereren met een steigervrije benadering.
Methodenartikel
We beschrijven methoden om somatische cellen van muis-ovariumcellen te isoleren uit een stroma-verrijkte fractie van de eierstok en om somatische organoïden van muis-ovarium te genereren met een steigervrije benadering.
De eierstok bestaat uit heterogene populaties van somatische cellen, zowel binnen de follikel als in het omliggende stroma, die cruciaal zijn voor het ondersteunen van de eierstokfunctie en voor de vorming van hoogwaardige gameten. We rapporteren methoden om somatische cellen te isoleren uit muiseierstokken, waaronder endotheel-, epitheel-, sterosterogene, stromale en immuuncellen. Wanneer deze primaire ovariumsomatische cellen worden geplateerd en gekweekt in een traditioneel 2D-kweeksysteem, gaan de cellulaire heterogeniteit, organisatie en cel-cel en cel-matrix interacties die typisch in de eierstok worden aangetroffen, verloren. Zo beschrijven we ook hoe we muis-ovarium-somatische organoïden kunnen genereren met een scaffold-vrije benadering. Deze organoïden assembleren zichzelf, onderhouden diverse celpopulaties en produceren extracellulaire matrix en afgescheiden factoren, waaronder cytokines. Organoïden kunnen worden gebruikt voor co-kweekexperimenten en kunnen minstens 3 weken in cultuur worden gehouden met een hoge levensvatbaarheid. Over het algemeen maken deze modellen het mogelijk om de fysiologie en pathologie van de eierstokken vanuit het perspectief van somatische cellen te onderzoeken.
Hoewel de oocyt, of vrouwelijke gamet, essentieel is voor de voortkomst van de volgende generatie, spelen somatische celpopulaties in de eierstok een cruciale rol in de ontwikkeling van gameten, de productie van steroïdenhormonen en de homeostase van de eierstok. Oocyten, omgeven door somatische granulosa en thecacellen, vormen de functionele eenheden van de eierstok die bekend staan als follikels. Granulosa-cellen zijn fysiek verbonden met de oocyt door transzonale projecties en bieden metabole en voedingsondersteuning aan de eicel, naast het reguleren van meiotische arrest 1,2. Bovendien produceren granulosa- en thecacellen als reactie op gonadotropinen steroïdenhormonen, waaronder oestrogeen, progesteron en androgeneren, die effecten hebben buiten het voortplantingssysteem en invloed hebben op het cardiovasculaire, musculoskeletale en zenuwstelsel, en daarmee de algehele vrouwelijke gezondheidbeïnvloeden. Ovariumfollikels ontwikkelen zich binnen een heterogeen ovariumstroma bestaande uit vaat- en immuuncellen, verschillende populaties interstitiële fibroblasten en mesenchymale cellen, evenals een sterk geordende extracellulaire matrix (ECM)4. Deze stromale micro-omgeving geeft fysieke en chemische signalen die de groei van follikels, ovulatie en luteinisatiebeïnvloeden.
Er bestaan verschillende methoden om gameten en follikels in vitro te isoleren en te kweken, en deze methoden hebben ons begrip van oogenese en folliculogeneseverder ontwikkeld. Het somatische compartiment van de eierstok is echter relatief onderbelicht, deels door het ontbreken van robuuste in vitro modellen. Huidige modellen van het ovarium somatisch compartiment zijn grotendeels beperkt tot één celtype, zoals fibroblasten, ovariumoppervlakepitheelcellen, endotheelcellen, immuuncellen of granulosacellen 6,7,8,9,10,11. De kweek van breed gedefinieerde primaire ovariumsomatische cellen in 2D bevoordeelt macrofagenpopulaties in de loop van de tijd, wat resulteert in verlies van cellulaire heterogeniteit12. Bovendien houdt traditionele tweedimensionale (2D) monolaagcultuur geen rekening met de diverse cel-cel- en cel-matrixinteracties die in de eierstok aanwezig zijn. Ovariumweefsel-explants behouden de cellulaire en structurele complexiteit van het oorspronkelijke weefsel, maar variëren in samenstelling afhankelijk van waar binnen de eierstok ze afkomstig zijn13,14.
Organoïden zijn driedimensionale (3D), meercellige, geminiaturiseerde versies van organen of weefsels die in vivo organisatie en functies replicitueren15,16. Organoïden kunnen worden aangemaakt uit stamcellen of primaire cellen die geïsoleerd zijn uit normaal of ziek weefsel15. In de context van het vrouwelijke voortplantingssysteem zijn organoïden gegenereerd om het endometrium, de eileider, de baarmoederhals en placenta17 te modelleren. Wat betreft de eierstok waren organoïde modellen tot voor kort beperkt tot één celtype, zoals epiteelcellen of kankercellen aan het ovariumoppervlak, of zijn ze gegenereerd uit geïnduceerde pluripotente stamcellen om follikelstructuren te lijken in plaats van het eierstokstroma17,18. Recente studies hebben organoïden gegenereerd en gekarakteriseerd met behulp van heterogene populaties van somatische cellen geïsoleerd uit muis-, rhesusmakaak- en menselijk eierstokweefsel 19,20,21. Deze organoïde modellen hebben onderzoek mogelijk gemaakt naar cellulaire mechanismen die ten grondslag liggen aan eierstokveroudering, evenals de effecten van ftalaatblootstelling op de samenstelling van ECM19,21.
Gezien het cruciale belang van somatische cellen, zowel in de follikel als in stroma, voor de ovariumfunctie, beschrijven we methoden om somatische cellen te isoleren uit een stroma-verrijkte fractie van muiseierstokken en om deze in vitro te kweken met behulp van traditionele monolaagkweek of in een organoïdemodel. Met behulp van scaffoldvrije agarose-microschimmels vormen ovariumsomatische cellen organoïden binnen 1–3 dagen. Organoïden behouden belangrijke ovariumcelpopulaties, waaronder fibroblasten, macrofagen en steroïdogene cellen, en kunnen tot 3 weken met een hoge levensvatbaarheid worden gekweekt. Ovariumsomatische organoïden zijn bevorderlijk voor transcriptomische en histologische beoordelingen, analyse van geconditioneerde media, co-kweek met andere celtypen en chemische screeningsmethoden. Al met al vormen deze organoïden een robuust model voor in vitro onderzoeken en moduleren van het somatisch compartiment van de eierstoken en kunnen ze worden toegepast op de studie van de ontwikkeling, veroudering, fysiologie en pathologie van de eierstoken.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het gebruik van dieren om dit protocol te ontwikkelen was in overeenstemming met de Institutional Animal Care and Use Committee van Northwestern University en de National Institutes of Health Guidelines for Care and Use of Laboratory Animals (Northwestern University Animal Welfare Assurance Number: A3283-01; IACUC Protocol ID: IS00013082_IM12). Fabrikantinformatie en catalogusnummers voor alle materialen, inclusief siliconen gietsels voor agarose micromalls, media en supplementen, worden vermeld in de Materiaaltabel. Een overzicht van de protocolstappen is te vinden in Figuur 1. Alle protocolstappen moeten worden uitgevoerd met geschikte persoonlijke beschermingsmiddelen, in overeenstemming met alle institutionele bioveiligheids- en milieugezondheids- en veiligheidsvoorschriften, en, tenzij anders gespecificeerd, in een Klasse II bioveiligheidskast.

Figuur 1: Schema van de somatische celisolatie van de eierstokken, de vorming van somatische organoïden bij de eierstok en de toepassingen van latere organoïden. De eierstokken van de muizen worden geïsoleerd en de stromale fractie wordt verrijkt. De verrijkte stromale fractie wordt enzymatisch en mechanisch verteerd. Onverteerd weefsel wordt uitgezuit. Cellen worden gepelleteerd, gewassen, geteld en geplateerd voor 2D-kweek. Voor organoïdegeneratie worden cellen na 2D-kweek van de ene op de andere dag geoogst met trypsine en worden ze gepelleteerd, gewassen en geteld. Cellen worden gezaaid in agarose-microschimmels voor organoïdecultuur. Organoïden kunnen worden gebruikt voor histologie, RNA/eiwitextractie, analyse van conditionele media, behandelingen en geneesmiddelscreening, evenals co-kweek. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
1. Bereiding van media voor de somatische celisolatie en kweek van de eierstokken
OPMERKING: De vertering van eierstokweefsel en de daaropvolgende isolatie en kweek van primaire somatische cellen vereist vier typen media: Dissectiemedia (DM; gebruikt in stappen 2.3–2.4 voor dissectie en punctie van muiseierstokken), enzymatische media (EM; gebruikt in stappen 2.5–2.8 voor enzymatische vertering van stroma-verrijkte muiseierstokken), afkoelmedium (QM; gebruikt in stap 2.9 om enzymatische vertering te vertragen), en plateringsmedia (PM; gebruikt in stappen 2.11–2.14 en stap 4.6 voor wassen, plateren en 2D-kweek van primaire ovariumsomatische cellen, evenals inactivatie van trypsine bij het oogsten van de cellen uit 2D-kweek). Alle media moeten worden voorbereid in een gesteriliseerde, klasse II biologische veiligheidskast of laminaire stroomkap. De hieronder vermelde mediarecepten zijn voldoende voor het verwerken van eierstokken van 5–6 muizen, maar moeten indien nodig worden geschaald. Alle media kunnen tot een week van tevoren worden bereid en bij 4 °C worden bewaard, maar de enzymen voor de EM moeten vers worden toegevoegd op de dag van celisolatie.
2. Vertering van eierstokweefsel en isolatie van primaire somatische cellen
OPMERKING: Muizeneierstokken worden zowel enzymatisch als mechanisch geïsoleerd en verteerd om primaire somatische cellen te isoleren. Eierstokken van 5–6 muizen kunnen samen in hetzelfde gerecht worden verwerkt. De volgende stappen moeten worden uitgevoerd met behulp van een aseptische techniek, bij voorkeur met een dissectiemicroscoop in een laminaire stromingskap.

Figuur 2: Schema van de somatische celisolatie van de muis ovarium. (A) Representatieve beelden van (i,ii) de dissectie van de eierstok van de muis en (iii,iv) stroma-verrijking. De eierstok van de muis is omlijnd met een stippellijn in Ai. (B) Representatieve afbeeldingen van eierstokweefselstukken gedurende de mechanische en enzymatische spijsvertering. Stroma-verrijkte eierstokken (i) voor en (ii) na het scheuren, (iii) stukjes eierstokweefsel tijdens het pipetten, en (iv) stukjes eierstokweefsel na de spijsvertering. (C) Representatieve beelden van (i) het afkoelen van de spijsvertering, (ii) het filteren van de celsuspensie, en (iii,iv) het pelleteren van de primaire somatische cellen van de eierstokken van de muis. Insets in Cii en Ciii tonen ongedigesteerde weefselstukken die respectievelijk na centrifugatie door de celsif en celpellet zijn opgevangen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Primaire somatische ovariumcellen kunnen in 2D worden gekweekt. (A) Vertegenwoordigende lichtbeelden van primaire ovariumsomatische cellen die 16 uur na het plateren in een schaal van 60 mm werden geplaatst, vóór en na het wassen met PBS. (B) Representatieve getranszentreerde lichtbeelden van primaire ovariumsomatische cellen, verplat in een 24-wellplaat over 3 dagen in cultuur. Schaalbalken = 400 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
3. Bereiding van agarose-micromallen en media voor de generatie en teelt van organoïden
OPMERKING: Ovariumsomatische organoïden worden gegenereerd en gekweekt in scaffoldvrije agarose-micromallen met ovariumorganoïde media. Agarose-micromallen en ovariumorganoïde media moeten worden voorbereid met aseptische techniek in een gesteriliseerde, biologische veiligheidskast van klasse II of laminaire stroomkap.

Figuur 4: Schema dat de voorbereiding van agarose-micromallen toont. (A) Representatieve beelden van (i) 1,5% agarose-bereiding, (ii) pipetten in siliconengietsels, (iii) correct gevulde, en (iv) overgevulde siliconengietsels. Gestreepte lijnen in Aiii en Aiv tonen respectievelijk vlakke en bolle bodems van agarose micromallen. (B) Representatieve afbeeldingen van (i,ii) gevulde siliconen afgietsels met bellen in de agarose, (iii) het plukken van bellen met een pipetpunt vóór de agarose-stolling, en (iv) een gestolde agarose-micromal binnen de siliconenafgietsel. (C) Representatieve beelden van (i) verwijdering van gestolde agarose-micromallen uit siliconenafgietsels, (ii) opslag van agarose-micromallen in 24-wells platen met PBS + 1% PS, (iii) bubbels die direct na het gieten aanwezig zijn in microwells, en (iv) bubbelvrije, correct gegoten agarose-micromal na 16 uur opslag. (D) Representatieve beelden van micromallen met (i,ii) gecombineerde putten, (iii) verstoorde putten, of (iv) schade. Afkortingen: PBS = fosfaatgeborduurde zoutoplossing; PS = penicilline-streptomycine. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
4. Generatie en cultuur van organoïden
OPMERKING: Na een 2D-kweek van de ene op de andere dag worden primaire ovariumsomatische cellen uit de 2D-cultuur gehaald en in agarose-micromallen gezaaid om organoïden te genereren. De volgende stappen moeten worden uitgevoerd met behulp van aseptische techniek in een gesteriliseerde, klasse II biologische veiligheidskast.

Figuur 5: Schema van de somatische organoïde generatie van de eierstokken. (A) Representatieve beelden van (i) het overbrengen van agarose-micromallen naar de kweekplaat met Graefe-tang, (ii) het evenwicht van agarose-micromallen in ovariumorganoïde media, en (iii) het verwijderen van media uit celzaaikamers. Pijl in Aiii geeft een lege celzaaikamer aan. (B) Representatieve beelden van (i,ii) het zaaien van cellen in agarose-micromallen en (iii) een doorgelatene lichtscan van een agarose-micromal met zich samenvoegende ovariumsomatische cellen. Schaalbalk (Biii): 2500 μm. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
5. Gebruik van organoïden voor downstream toepassingen
OPMERKING: Organoïden kunnen worden ingezet voor diverse downstream toepassingen, waaronder histologie, moleculaire biologie (bijv. RNA/eiwitanalyses), conditioneringsmedia-analyse en co-cultuur.

Figuur 6: Belangrijke ovariumcellen zijn bewaard gebleven in ovariumsomatische organoïden. (A) Representatieve afbeeldingen van (i) het afsluiten van een microschimmel met agarose aan het einde van de kweek, (ii) een ongesneden microschimmel, en (iii) een gesneden micromal ingebed in een paraffineblok. Microwells kunnen worden weergegeven in (iv) gemonteerde secties, en de aanwezigheid van organoïden in gesneden micromallen kan (v) onder een microscoop worden bevestigd voorafgaand aan (vi) histologische kleuring. (B) Representatieve beelden van muis-ovariumweefseldoorsneden en ovarium-somatische organoïde doorsneden na immunohistochemische kleuring met antilichamen tegen Vimentin, F4/80, Foxl2 en 3β-HSD. Schaalbalken = 20 μm. Afkortingen: H&E = hematoxyline en eosine. Deze figuur is met toestemming aangepast van Dipali et al.19. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 7: Co-kweek van ovariumsomatische organoïden met follikels en eierstokkankercellen. (A) Organoïde cytokinesecretie werd gemeten per agarose-microschimmel op dag 5 van de kweek en werd genormaliseerd naar geconditioneerde media van agarose-microschimmels zonder organoïden. N = 4 agarose micromallen. (B) Vertegenwoordigende lichtbeelden van eierstokfollikels op dag 0, 4 en 8 van kweek met of zonder (controle)organoïden en (i) een schema van het co-cultuurparadigma. Schaalbalken = 400 μm. Kwantificering van (ii) follikeloverleving en (iii) groei over 8 dagen kweek met of zonder (controle) organoïden. De gegevens worden weergegeven als gemiddelde ± SD. Sommige foutbalken zijn te klein om te visualiseren. N = 56 follikels per groep. **P < 0,01. (C) Representatieve doorgezonden licht- (boven) en fluorescentiebeelden (onder) van primaire ovariumsomatische cellen, gekweekt in een verhouding van 10:1 met roodfluorescerend eiwitgetagd eierstokkankercellen (OVCAR8-RFP) in organoïden op dag 1, 3 en 5 van de kweek. Schaalbalken = 400 μm. Afkorting: RFP = rood fluorescerend eiwit. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
6. Tips voor probleemoplossing
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Om de cellulaire samenstelling van ovariumsomatische organoïden te bepalen, voerden we na 6 dagen kweek immunohistochemie uit van organoïde weefseldoorsneden met antilichamen tegen belangrijke ovariumceltypen. Organoïden bevatten vimentine-positieve fibroblasten, F4/80-positieve macrofagen, evenals steroïdogene celpopulaties (Figuur 6B)19. We gebruikten een antilichaam tegen Foxl2 om granulosa- en granulosa-luteïnecellen te markeren, ...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Dit artikel beschrijft methoden om primaire somatische cellen van de eierstok van de muis te isoleren uit een stroma-verrijkt deel van de eierstok, op een manier die de heterogeniteit van het somatische compartiment van de eierstok behoudt. Primaire somatische cellen van de eierstokken van de muis kunnen worden gekweekt in een 2D-monolaag of worden gebruikt om somatische organoïden van de eierstokken te genereren met behulp van scaffold-vrije, agarose-micromalls. Agarose-micromallen beva...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben geen belangenconflicten om te melden.
Dit werk werd gefinancierd door het National Institute of Child Health and Human Development (R01HD093726 aan F.E.D. en T32HD094699 aan S.S.D. en E.J.Z.), het National Cancer Institute (F31CA257300 aan S.S.D.) en startkapitaal van de afdeling Verloskunde en Gynaecologie (aan F.E.D.). We willen Dr. Candace Tingen en het laboratorium van Dr. Teresa Woodruff, evenals Dr. Jennifer Rowley, erkennen voor hun fundamentele studies en optimalisatie van methoden om primaire somatische cellen van de eierstokken van de muizen te isoleren en deze cellen te karakteriseren.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 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 |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen