$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Przełyk jest podzielony na różne warstwy: nabłonek, blaszkę właściwą, błonę podśluzówkową i mięśnie zewnętrzne (Rysunek 1A). Fibroblasty znajdują się w obrębie błony podśluzowej i blaszki właściwej, zwanej zrębem. W tym protokole mięsień zewnętrzny jest usuwany mechanicznie (Rysunek 1B), co nie prowadzi do utraty fibroblastów (Pdgfrα H2BeGFP+) znajdujących się w zrębie (Rysunek 1C). Przed dysocjacją nabłonek jest oddzielany od zrębu, w wyniku czego powstają dwa segmenty tkanki (Rysunek 1B). Rozdzielenie dwóch warstw daje możliwość wydłużenia czasu dysocjacji dla bardziej wytrzymałej warstwy nabłonkowej w porównaniu z delikatną warstwą zrębu. W ten sposób ustalany jest skuteczny protokół izolacji, w wyniku którego powstają zarówno żywotne komórki progenitorowe nabłonka, jak i fibroblasty zrębu (Rysunek 1B). Komórki progenitorowe przełyku są sortowane na podstawie ich wysokiej ekspresji INTEGRIN-β4 i E-CADHERIN (Rysunek 1C, D).
Subpopulacje fibroblastów mogą być izolowane za pomocą odrębnych markerów. W niniejszym protokole przedstawiono strategię izolacji fibroblastów opartą na powszechnie stosowanych markerach fibroblastów PDGFRα i DPP4 (CD26). Izolacja za pomocą ekspresji reporterowejPdgfrα H2BeGFP lub przeciwciała DPP4 pokazuje, że około 50% izolowanych komórek to fibroblasty (Figura 1E,F). Ponadto 70% fibroblastów PDGFRα + to DPP4 +, co wskazuje, że uzyskuje się w dużej mierze nakładającą się, ale nie identyczną populację fibroblastów. Po wyizolowaniu zarówno populacji komórek nabłonkowych, jak i zrębu, komórki progenitorowe przełyku są hodowane samodzielnie lub razem z fibroblastami w kopule macierzy. Aby zbadać udział fibroblastów w tworzeniu organoidów, kokultura jest utrzymywana w pożywce o zredukowanym czynniku wzrostu (Rysunek 1G).
Komórki progenitorowe przełyku tworzą organoidy w obecności EGF, NOGGIN i RSPO (ENR). Usunięcie NOGGIN i zmniejszenie ilości RSPO (25 ng/μL; ERniski) jest wystarczający, aby zapobiec tworzeniu się organoidów (Rysunek 2A). Co ciekawe, dodanie fibroblastów DPP4 + lub PDGFRα + do komórek progenitorowych przełyku w pożywce ERlow przywraca zdolność tworzenia organoidów, wykazując funkcję pomocniczą dla obu populacji fibroblastów (Figura 2A-D). Wizualizacja transgenu PdgfrαH2BeGFP pokazuje, że fibroblasty są w bliskim kontakcie z nabłonkowymi komórkami progenitorowymi podczas tworzenia organoidów (Figura 2A). W dniu 6 fibroblasty PdgfrαH2BeGFP+ są nadal obficie obecne w kokulturze. Fibroblasty są obecne w całej kopule, w pobliżu i dotykając organoidów (pełna strzałka) lub przyczepione do organoidów (grot strzały; Rysunek 2D).
Barwienie całego wierzchowca pokazuje trójwymiarową reprezentację interakcji fibroblastów z organoidami (Rysunek 3). Chociaż możliwe jest wykonanie całego protokołu montażu bez użycia rozwiązania czyszczącego, zmniejsza to przezroczystość i penetrację laserową organoidu (Rysunek 3B, widok z). Podczas montowania organoidów przekładka pomaga utrzymać morfologię organoidów. W przeciwieństwie do tego, posiewanie szkiełka nakrywkowego bezpośrednio na organoidach (bez przekładki) spłaszcza organoidy i powoduje utratę struktury organoidów (Rysunek 3A,B).
Zarówno fibroblasty DPP4+, jak i PDGFRα+ są owinięte wokół organoidów (Rysunek 3C, Wideo1 i Wideo 2). Różnicowanie organoidów przełyku można ocenić za pomocą różnych markerów. Rysunek 4 pokazuje, że dostarczony protokół barwienia jest odpowiedni dla łatwiejszych do barwienia keratyn (KRT14/13), jak również dla trudniejszych do zabarwienia czynników transkrypcyjnych (TRP63/KLF4). Protokół wspólnej hodowli generuje organoidy o podobnym wzorcu różnicowania, jak wykazano in vivo13,14 i jak widać w organoidach hodowanych na pożywce ENR; Komórki progenitorowe KRT14+ lub TRP63+ tworzą warstwę zewnętrzną, a komórki zróżnicowane KRT13+ lub KLF4+ orientują się do wewnątrz.
Ten protokół dostarcza narzędzia do badania niszy komórek macierzystych przełyku in vitro i wizualizuje interakcję między organoidami a fibroblastami. Dzięki wdrożeniu protokołu izolacji fibroblastów za pomocą przeciwciał, metoda jest elastyczna i może być stosowana do badania subpopulacji fibroblastów bez konieczności stosowania myszy transgenicznych.

Rysunek 1: Izolacja komórek progenitorowych i subpopulacji fibroblastów z przełyku. (A) Schematyczny przegląd różnych warstw w przełyku. Zrąb zawiera blaszkę właściwą i błonę podśluzową. (B) Schematyczny przegląd protokołu izolacji. Mięsień (muscularis externa) jest usuwany mechanicznie za pomocą kleszczy; Pozostały przełyk jest rozcinany i inkubowany w termolizynie w celu oddzielenia warstwy nabłonkowej od zrębu. Nabłonek i zrąb są oddzielane, mechanicznie mielone i trawione enzymatycznie do zawiesin jednokomórkowych. Zdysocjowane komórki są następnie barwione i przygotowywane do FACS. (C) Przekrój poprzeczny przełyku pozbawiony mięśnia zewnętrznego pokazujący fibroblasty PdgfrαH2BeGFP+ w zrębie. Podwójnie dodatnie komórki INTEGRYNA-β4 (ITGβ4) i E-KADHERYNA (ECAD) są nabłonkowymi komórkami progenitorowymi przełyku. Podziałka = 100 μm. (D) Reprezentatywny wykres cytometrii przepływowej izolacji komórek nabłonkowych przedstawiający procent żywych komórek (górny panel) ze wszystkich pojedynczych komórek. Dolny panel pokazuje procent wyizolowanych komórek progenitorowych (Prog.) ITGβ4+ ECAD+ ze wszystkich żywych komórek. (E) Reprezentatywny wykres cytometrii przepływowej izolacji komórek zrębu przedstawiający odsetek żywych komórek (lewy górny panel). Reprezentatywne wykresy cytometrii przepływowej przedstawiające procent izolowanych fibroblastów DPP4+ (Fibr.; prawy górny panel) i fibroblastów Pdgfrα+ (lewy dolny panel) wszystkich żywych komórek. 70% fibroblastów Pdgfrα+ to również DPP4+ (prawy dolny panel). (F) Reprezentatywny wykres cytometrii przepływowej zrębu przedstawiający tylko komórki DPP4 + (2,5%), komórki DPP4 + PDGFRα + (37,5%) i tylko komórki PDGFRα + (17,7%). Wartości procentowe dotyczą wszystkich żywych komórek. (G) Komórki tylko nabłonkowe są siane w kopule matrycy w obecności 50 ng/μL EGF, 100 ng/μL NOGGIN i 250 ng/μL RSPO (ENR) lub razem z fibroblastami w obecności EGF i niskiego stężenia RSPO (25 ng/μL). Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Reprezentatywne wyniki kokultur organoidów. (A) Obrazy w jasnym polu pokazujące wzrost organoidów od dnia 1 do dnia 6. Obrazy w jasnym polu z organoidami hodowanymi wspólnie z fibroblastami PdgfrαH2BeGFP+ pokazują również jądrowy sygnał eGFP. Pasek skali = 25 μm. (B) Obrazy w jasnym polu całej kopuły matrycy w dniu 6. Lewa kolumna przedstawia kokultury organoidów hodowane w obecności fibroblastów Pdgfrα+ w pożywce ERlow lub ElowRlow. Środkowa kolumna przedstawia kokultury organoidów hodowane w obecności fibroblastów DPP4+ w pożywce ERlow lub ElowRlow. Prawa kolumna przedstawia monokultury organoidowe wyhodowane na pożywce ENR. Podłoże ENR = EGF (50 ng/μL), NOGGIN (100 ng/μL) i RSPO (250 ng/μL). ERniski = EGF i 25 ng/μL RSPO. EniskieRniskie = 5 ng/μL EGF i 25 ng/μL RSPO. Podziałka skali = 500 μm. (C) Wykres przedstawiający wydajność tworzenia organoidów (%) (tj. procent komórek tworzących organoidy w różnych warunkach hodowli). Każda kropka reprezentuje kopułę macierzy, a słupek reprezentuje średnią wszystkich punktów na warunek. (D) Jasny obraz i obraz fluorescencyjny organoidów dnia 6 hodowanych wspólnie z fibroblastami PdgfrαH2BeGFP+. FibroblastyPdgfrα H2BeGFP+ są obecne w całej kopule, przyczepione do organoidów (grot strzały) i nieprzyczepione, ale w kontakcie z organoidami (pełna strzałka). Podziałka = 250 μm. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Protokół barwienia całego wierzchowca do badania interakcji fibroblast-organoid. (A) Schematyczny przegląd całego protokołu immunofluorescencji mount. AB = przeciwciało. (B) Obraz immunofluorescencyjny nieoczyszczonego barwienia całej mocowania, wykazujący zmniejszoną przezroczystość i penetrację światła laserowego w porównaniu z oczyszczonymi organoidami. Brak przekładki powoduje spłaszczenie organoidu i utratę morfologii organoidów. (C) Obrazy całych wierzchowców współhodowanych organoidów pokazują powierzchnie 3D organoidów z fibroblastami VIMENTIN+ (Fibr.) owiniętymi wokół organoidu i w bliskim kontakcie z nim. Przekroje 3D i obrazy płaszczyzny 2D pokazują światło organoidu. Podziałka = 50 μm. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 4: Obrazy całego mocowania ujawniają różne populacje komórek podstawnych i nadpodstawnych. (A) Barwienie całych wierzchowców organoidów mono- i kokulturowych fibroblastami PdgfrαH2BeGFP+ wykazujące komórki podstawne KRT14+ w warstwie zewnętrznej i KRT13+ zróżnicowane komórki nadpodstawne. Pasek skali = 50 μm. (B) Barwienie w całości organoidów z mono- i kokulturą za pomocą fibroblastów PdgfrαH2BeGFP+ wykazujących komórki podstawne TRP63+ w warstwie zewnętrznej i KLF4+ zróżnicowane komórki nadpodstawne. Podziałka = 50 μm. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.
Tabela 1: Tabela opisująca składniki pożywek dla kultur organoidowych. Kliknij tutaj, aby pobrać tę tabelę.
Wideo 1: PdgfrαH2BeGFP+ fibroblast owinięty wokół organoidu i w bliskim kontakcie z nim. Film towarzyszy górnemu panelowi Rysunek 3C. Podziałka w Rysunek 3C ma średnicę 50 μm, a organoid ma średnicę ~120 μm. VIMENTIN jest pokazany w kolorze białym, E-CADHERIN w kolorze czerwonym, PdgfrαH2BeGFP w kolorze zielonym, a DAPI w kolorze niebieskim. Kliknij tutaj, aby pobrać ten film.
Wideo 2: Fibroblast DPP4+ owinięty wokół organoidu i w bliskim kontakcie z nim. Film towarzyszy dolnemu panelowi Rysunek 3C. Podziałka w Rysunek 3C ma średnicę 50 μm, a organoid ma średnicę ~120 μm. VIMENTIN jest pokazany w kolorze białym, E-CADHERIN w kolorze czerwonym, a DAPI w kolorze niebieskim. Kliknij tutaj, aby pobrać ten film.