Kultura hOSE 2D
Świeżo wyizolowane komórki hOSE wysiano na płytkę 12-dołkową i hodowano przez 3 tygodnie. W tym okresie komórki pasażowano trzykrotnie (Rysunek 2A). Pierwotne komórki hOSE w hodowli wykazywały morfologię przypominającą brukowaną do pasażu 3 (P3), jednak później zaczęły wykazywać oznaki starzenia, co jest zgodne z wcześniejszymi wynikami wskazującymi na ograniczony czas pasażowania hOSE27. Ponadto wykazano, że mysie OSE przechodzi przejście epitelialno-mezenchymalne (EMT) in vitro, wykazując cechy fibroblastopodobne, takie jak reorganizacja cytoszkieletu aktynowego i odkładanie kolagenu I19. Zgodnie z tym, komórki ACTA2+CD44+ hOSE wykazały wyraźną nadekspresję COL1A1 pomiędzy P2 a P3 (Rysunek 2B), co sugeruje, że komórki hOSE przechodzą EMT podczas hodowli.
Sygnalizacja TGF-β jest głównym regulatorem EMT28, zdolnym do indukowania EMT w różnych typach komórek nabłonkowych29. Chociaż do pożywki OSE_2D nie dodano TGF-β, dodana FBS mogła zawierać wykrywalne poziomy tej cytokiny30,31. Z tego powodu zbadaliśmy, czy dodanie inhibitora receptora typu I TGF-β, SB-431542, może zapobiec EMT, umożliwiając przedłużoną hodowlę 2D. Co zaskakujące, suplementacja pożywki OSE_2D 10 µM SB-43154232 utrudniła proliferację komórek (Rysunek 2C). Wyciągnęliśmy wniosek, że sygnalizacja TGF-β jest niezbędna dla proliferacji OSE, i dalsze eksperymenty z hodowlą 2D przeprowadzono bez zastosowania inhibitora.
Kultura 3D organoidów hOSE
W oparciu o opublikowane warunki hodowli służące do wzrostu ludzkich organoidów OSE12, otrzymaliśmy organoidy hOSE zatopione w kropelkach BME i hodowane w medium OSE_3D (zawierającym standardowe stężenie 100 nM estradiolu) przez maksymalnie 28 dni. W ciągu 7 dni wiele organoidów hOSE otrzymanych z bezpośrednio wyizolowanych komórek OSE miało charakter torbielowaty ze średnicą średnią wynoszącą 130 mm (Rycina 3A,B). Wyniki te były zbliżone do raportowanych przez Koppera i współpracowników w kontekście otrzymywania organoidów hOSE z posiekanej i enzymatycznie trawionej tkanki jajnika człowieka12. Co ciekawe, organoidy hOSE otrzymane z bezpośrednio wyizolowanych komórek OSE rosły bardziej (średnia średnica 160 mm) niż organoidy hOSE z komórek OSE namnażanych w 2D (średnia średnica 100 mm) po 14 dniach hodowli (Rycina 3B), co prawdopodobnie wynika z tendencji komórek OSE namnażanych w 2D do ograniczania proliferacji. Ponadto, podczas gdy wiele organoidów 3D hOSE składało się z jednowarstwy płaskich komórek nabłonkowych (Rycina 3C górny lewy panel), niektóre wykazywały obecność jednowarstwy komórek sześciennych (Rycina 3C górny prawy panel), inne były wielowarstwowe (Rycina 3C dolny prawy panel) lub tworzyły nieprześwitowy skup komórek (Rycina 3C dolny lewy panel).
Aby sprawdzić, czy organoidy hOSE mogą być również otrzymywane z wykorzystaniem medium OSE_2D, świeżo wyizolowane komórki hOSE osadzono w kropelkach BME i hodowano w mediach OSE_2D przez 12 dni. Po 6 dniach zaobserwowano komórki o wrzecionowatym kształcie, co sugeruje, że komórki hOSE przechodziły proces EMT w kropelkach. Co istotne, przy użyciu medium OSE_2D nie utworzyły się organoidy hOSE (Rycina 3D).
Charakterystyka komórkowa organoidów hOSE
W ludzkim jajniku dorosłego osobnika keratyna 8 (KRT8) specyficznie znakuje populację OSE (Rycina 4A), w związku z czym organoidy hOSE zachowały ekspresję KRT8, co potwierdza tożsamość ich komórek (Rycina 4B). W komórkach OSE myszy lokalizacja jądrowa białka YAP1 (Yes1-associated protein) była specyficznie powiązana z komórkami macierzystymi/progenitorowymi OSE, zdolnymi do powiększania i regeneracji uszkodzonego obszaru po owulacji24,33. YAP wykazał lokalizację jądrową w większości komórek w organoidach hOSE, niezależnie od ich wielkości (Rycina 4B). Badano również inne markery, o których raportowano, że są ekspresowane w komórkach OSE myszy, takie jak CD4420 i LGR522. Co ciekawe, zarówno CD44, jak i LGR5 były ekspresowane w małych organoidach hOSE (średnica <100 µm), podczas gdy w większych organoidach ekspresja CD44 i LGR5 wydawała się obniżona (Rycina 4B).
Następnie zbadaliśmy, czy organoidy hOSE wykazują polaryzację apikalno-bazalną typową dla organoidów zanurzonych w BME (polaryzacja apikalna do wewnątrz)34. Aby wykazać polarność komórek w organoidach hOSE, wykorzystano białko bazolateralne integrynę beta 1 (ITGB1) oraz białko apikalne podokalicsynę (PODXL), co potwierdziło wyraźną polaryzację apikalną do wewnątrz, niezależną od wielkości organoidów hOSE (Rysunek 4B).
Znane jest, że ludzkie OSE wykazuje ekspresję markera mezenchymalnego N-kadheryny (CDH2), podczas gdy ekspresja markera nabłonkowego E-kadheryny (CDH1) jest ograniczona do kolumnowych komórek OSE (Rysunek 4A)2. Co ciekawe, organoidy hOSE wyhodowane w tej pracy wykazywały ekspresję markerów mezenchymalnych CDH2 i wimentyny (VIM), a duże cystyczne organoidy hOSE z nabłonkiem sześciannym/kolumnowym były zarówno CDH1+, jak i CDH2+VIM+ (Rysunek 4C). Pozostaje niejasne, czy organoidy hOSE CDH1+ pochodziły z pierwotnych komórek OSE CDH1+, czy z komórek OSE CDH1-, które uległy różnicowaniu nabłonkowemu lub transformacji (neoplastycznej) in vitro25,35.
Prezentacja zastosowania organoidów hOSE: wpływ sygnałów owulacyjnych na organoidy hOSE
Hormony takie jak hormon folikulotropowy i ludzka gonadotropina kosmórki trofoblastycznej mogą być stosowane do indukowania wzrostu pęcherzyków i owulacji, natomiast po owulacji następuje wyraźny wzrost stężenia hormonów produkowanych przez jajnik, takich jak progesteron i estradiol36. Aby wykazać przydatność organoidów hOSE jako platformy przesiewowej, zbadaliśmy wpływ tych hormonów na organoidy hOSE, przyjmując liczbę i rozmiar organoidów jako parametry ilościowe (z wykorzystaniem oprogramowania Fiji). W tym celu hodowano organoidy hOSE w pożywce OSE_3D pozbawionejエストradiolu (bez hormonów) oraz w pożywce OSE_3D zawierającej FSH, hCG, estradiol lub progesteron w różnych stężeniach (Rysunek 5A).
Liczba organoidów hOSE pochodzących z rozmrożonych komórek hOSE (niepoddanych ekspansji) od 3 różnych dawców (n=3) została określona dla każdej kropli po 7 dniach hodowli (Rycina 5A,B). Pożywkę hodowlaną wymieniano co 3 dni. Nie zaobserwowano istotnych różnic w całkowitej liczbie organoidów hOSE na kroplę, które utworzyły się w pożywce zawierającej hormony, w porównaniu z pożywką bez hormonów (Rycina 5A,B). Aby określić wpływ hormonów na wielkość organoidów, po 14 dniach hodowli wykonano obrazowanie każdej kropli (dla każdego wariantu), a następnie za pomocą programu Fiji zmierzono pole powierzchni 4 największych organoidów hOSE. Co ciekawe, generowanie organoidów hOSE od dwóch różnych dawców (n = 2) w obecności progesteronu (1000 nM) lub estradiolu (200 nM) doprowadziło do powstania co najmniej jednego bardzo dużego organoidu (o średnicy około 700 µm) na kroplę (Rycina 5C,D).

Rycina 1: Schematyczna reprezentacja izolacji komórek hOSE z całych jajników. Jajniki inkubowano w roztworze trawiennym przez 30 min w 37 °C. Komórki hOSE oddzielano od powierzchni jajnika poprzez delikatne skrobanie, a następnie krio konserwowano, wysiewano bezpośrednio do hodowli OSE 2D w monowarstwie lub osadzano w ekstrakcie błony podstawnej (BME) w celu hodowli organoidów hOSE 3D. Rozmrożone komórki hOSE po krio konserwacji mogą być wykorzystane do hodowli 2D lub tworzenia organoidów 3D, a komórki hOSE namnożone w 2D mogą służyć do generowania organoidów hOSE 3D. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 2: 2D hodowla pierwotna komórek hOSE. (A) Obrazy w jasnym polu komórek hOSE w pasażach 0 (P0), 2 (P2) i 3 (P3), przedstawiające typową nabłonkową morfologię brukową. Paski skali wynoszą 750 µm na panelach górnych i 125 µm na panelach dolnych. (B) Immunofluorescencja dla ACTA2, CD44, COL1A1 w 2D komórek hOSE w P2 i P3. Paski skali wynoszą 50 µm. (C) Obrazy w jasnym polu komórek hOSE hodowanych z 10 µM SB-431542 w P0, P2 i P3. Komórki wykazywały oznaki starzenia od P2 i nie osiągnęły wysokiej konfluencji podczas hodowli. Paski skali wynoszą 750 µm na panelach górnych i 125 µm na panelach dolnych. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rysunek 3: Charakterystyka morfologiczna organoidów hOSE. (A) Obrazy w jasnym polu trzech niezależnych pochodnych organoidów hOSE od trzech różnych dawców (tOVA86, tOVA87, tOVA88). Obrazy wykonano po osadzeniu komórek (D0), w dniu 7. (D7), dniu 14. (D14) i dniu 28. (D28) hodowli. Paski skali wynoszą 750 µm w D0 oraz 50 µm dla pozostałych. (B) Średnica organoidów hOSE pochodnych ze świeżo izolowanych komórek hOSE (linia przerywana) oraz z komórek hOSE rozszerzonych w 2D (linia ciągła). Przedstawiono średni rozmiar ± odchylenie standardowe zmierzone w D0, D7 i D14. Pokazano wyniki od dwóch różnych dawców (tOVA88 i tOVA89). (C) Obrazy w jasnym polu organoidów hOSE wykazujących różne morfologie: pojedynczą płaską warstwę (lewa góra), pojedynczą warstwę kolumnową (prawa góra), strukturę wielowarstwową (prawa dół) oraz nieprześwitowy agregat komórkowy (lewa dół). Paski skali wynoszą 100 µm. (D) Obrazy w jasnym polu komórek hOSE osadzonych w BME i hodowanych przez 12 dni w medium OSE_2D. Obrazy wykonano po osadzeniu komórek (D0), w dniu 6. (D6), dniu 9. (D9) i dniu 12. (D12). Komórki fibroblastopodobne zdominowały hodowlę i nie utworzyły się struktury przypominające organoidy. Paski skali wynoszą 750 µm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 4: Charakterystyka komórkowa organoidów hOSE. (A) Immunofluorescencja dla KRT8 i CDH1 w przekroju ludzkiego jajnika. Pasek skali na panelu lewym wynosi 500 µm, a na panelach środkowym i prawym 50 µm. (B) Immunofluorescencja dla KRT8 i YAP, LGR5 i CD44 oraz ITGB1 i PODXL w organoidach hOSE o różnych rozmiarach (<50 µm, 50-75 µm, 75-100 µm, >100 µm). Paski skali wynoszą 50 µm. (C) Immunofluorescencja dla VIM, CDH1, CDH2 w organoidach hOSE. Paski skali wynoszą 50 µm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Rycina 5: Wpływ sygnałów owulacyjnych na tworzenie organoidów hOSE. (A) Całkowita liczba organoidów hOSE na kroplę utworzona w 7. dniu w różnych mediach hodowlanych. Organoidy hOSE pochodziły od trzech różnych dawców (tOVA77, tOVA79, tOVA83). Pogrubieniem zaznaczono medium OSE_3D użyte do hodowli organoidów. (B) Względna wydajność tworzenia organoidów w porównaniu do medium bez hormonów. Zestawione wartości dla organoidów hOSE pochodzących od trzech różnych dawców (tOVA77, tOVA79, tOVA83). (C) Wykres przedstawiający powierzchnię obrazu 4 największych organoidów hOSE w 14. dniu w każdej z badanych warunków eksperymentalnych u dwóch różnych dawców (tOVA77, tOVA83). (D) Obrazy w polu jasnym przedstawiające organoidy hOSE w 14. dniu hodowli w medium bez hormonów, z 200 nM E2 oraz 1000 nM P4 u dwóch różnych dawców (tOVA77, tOVA83). Paski skali wynoszą 750 µm. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Tabela 1: Skład roztworów roboczych użytych w badaniu. Proszę kliknąć tutaj, aby pobrać tę tabelę.