Name: Resolução unicelular imagens tridimensionais de organoides intactos (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-06-05T12:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 40 s
Description: Aprenda a realizar imagens 3D de organoides intactos com resolução unicelular usando limpeza óptica e microscopia confocal. Este protocolo de três dias permite mapear estruturas celulares complexas para estudos em biologia do desenvolvimento e modelagem de doenças.

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Somos muito gratos pelo apoio técnico do Centro Princesa Máxima de Oncologia Pediátrica e do Instituto Hubrecht e Zeiss pelo apoio e colaborações por imagem. Todas as imagens foram realizadas no centro de imagens Princesa Máxima. Este trabalho contou com o apoio financeiro do Centro Princesa Máxima de Oncologia Pediátrica. A JFD foi apoiada por uma Marie Curie Global Fellowship e uma bolsa VENI da Organização Holandesa para Pesquisa Científica (NWO). A ACR foi apoiada por uma subvenção inicial do Conselho Europeu (ERC).

O uso de organoides derivados de camundongos condiz com as normas regulamentares e foi aprovado pelo Comitê de Ética Animal do Instituto Walter e Eliza Hall (WEHI). Todas as amostras organoides humanas foram recuperadas de biobancos através da Tecnologia Organoide Hubrecht (HUB, www.hub4organoids.nl). As autorizações foram obtidas pelo Comitê de Ética Médica da UMC Utrecht (METC UMCU) a pedido do HUB, a fim de garantir o cumprimento da Lei de Pesquisa Médica Holandesa envolvendo sujeitos humanos e o consentimento informado foi obtido dos doadores quando apropriado.
1. Preparação de reagentes
<ol><li>Para preparar 4% (p/v) paraformaldeído (PFA), aqueça 400 mL de soro fisiológico tamponado de fosfato (PBS) a pouco menos de 60 °C em um banho de água. Adicione 20 g de pó PFA e dissolva usando um agitador.<ol>
<li>Em seguida, adicione algumas gotas de 10 M NaOH. Deixe esfriar no gelo e adicione algumas gotas de 10 M HCl para ajustar o pH para 7,4. Cubra com PBS a 500 mL e aliquot (loja a -20 °C por até 2 meses). NOTA: Não aqueça acima de 60 °C para evitar a degradação do PFA. Tempo de preparação = 4h.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Para preparar o PBS com Tween-20 (PBT) (0,1% v/v), adicione 1 mL de Tween-20 a 1 L de PBS (loja a 4 °C por até 4 semanas). NOTA: Tempo de preparação = 10 min.</li>
	<li>Para preparar 100 mL de ácido edenediaminetetraacético de 0,5 M (EDTA), adicione 18,6 g de EDTA e 2,5 g de NaOH a 80 mL de dH2O. Ajuste o pH para 8 com 1 M NaOH e preencha a 100 mL com dH2O.</li>
	<li>Para preparar 500 mL de 1 M Tris, dissolva 60,55 g de Tris com 42 mL de concentrado (36-38%) HCl em 300 mL de dH2O. Ajuste o pH para 8 e encha para 500 mL.</li>
	<li>Para preparar o tampão de lavagem organoide (OWB), adicione 1 mL de Triton X-100, 2 mL de 10% (w/v) SDS e 2 g de albumina de soro bovino (BSA) a 1 L de PBS (loja a 4 °C até 2 semanas). NOTA: Tempo de preparação = 10 min.</li>
	<li>Para fazer 220 mL de FUnGI, misture 110 mL de glicerol com 20 mL de dH2O, 2,2 mL de tampão Tris (1 M, pH 8.0) e 440 μL de EDTA (0,5 M). Adicione 50 g de frutose e misture à temperatura ambiente (RT) no escuro até dissolver. Quando estiver claro, adicione 49 g de frutose e misture até dissolver. Em seguida, adicione 33,1 g de ureia e misture até dissolver (armazene a 4 °C no escuro). NOTA: Não aqueça como a frutose carameliza em temperaturas mais altas. FUnGI consiste em 50% (v/v) glicerol, 9,4% (v/v) dH2O, 10,6 mM de base tris, 1,1 mM EDTA, 2,5 M de frutose e 2,5 M de urea. Tempo de preparação = 1 dia.</li>
	<li>Para preparar o PBS-BSA (1% c/v), dissolva 1 g de BSA em 100 mL de PBS (loja a 4 °C até 2 semanas). NOTA: Tempo de preparação = 10 min.</li>
</ol>2. Recuperação organoide
NOTA: As seguintes etapas aplicam-se aos organoides cultivados no extrato de membrana do porão (BME) que foram cultivados em uma placa de 24 poços com um tamanho de 100-500 μm .
<ol><li>Aspire o meio de cultura e lave 1x com PBS gelado. Evite interromper a matriz 3D.</li>
	<li>Coloque a placa no gelo e adicione 1 mL de solução de recuperação de célulasgeladas (Tabela de Materiais) a cada poço. Incubar 30-60 min a 4 °C em um agitador horizontal (40 rpm). NOTA: As gotículas da matriz 3D devem ser completamente dissolvidas.</li>
	<li>Cubra uma ponta de pipeta de 1 mL com BSA mergulhando em 1% PBS-BSA e pipetando para cima e para baixo 2x. Este revestimento evitará que os organoides grudem na ponta. Para revestir o lado interno de um tubo cônico de 15 mL, encha com 5 mL de 1% PBS-BSA, inverta 2−3x e descarte o PBS-BSA. NOTA: Este revestimento é necessário para todos os materiais de consumo plástico até a fixação (etapa 3.3).</li>
	<li>Com uma ponta revestida, resuspenque suavemente o conteúdo do poço 5-10x e transfira os organoides para tubos revestidos de 15 mL. Organoides de diferentes poços com a mesma identidade podem ser agrupados no mesmo tubo.</li>
	<li>Adicione 1 mL de 1% pbs-BSA ao frio de cada cultura para enxaguar e coletar todos os organoides.</li>
	<li>Adicione PBS frio a 10 mL e gire para baixo por 3 min a 70 x g e 4 °C para obter uma pelota apertada sem uma camada visível de matriz 3D. Remova cuidadosamente o supernatante.</li>
</ol>3. Fixação e bloqueio
<ol><li>Ressuspenque cuidadosamente os organoides em 1 mL de PFA gelada usando uma ponta revestida de 1 mL.</li>
	<li>Fixar a 4 °C por 45 min. Levemente resuspenque os organoides na metade do tempo de fixação usando uma ponta de 1 mL revestida para garantir a fixação uniforme entre todos os organoides.</li>
	<li>Adicione 10 mL de PBT gelado ao tubo, misture suavemente invertendo o tubo, incubar por 10 minutos e girar a 70 x g,ambos a 4 °C. NOTA: A partir deste passo o revestimento de pontas geralmente não é necessário, pois a maioria dos tipos organoides não grudam na ponta após a fixação. No entanto, alguns organoides podem exigir plásticos revestidos mesmo após a fixação.</li>
	<li>Bloqueie os organoides reutilizando a pelota em OWB gelado (pelo menos 200 μL de OWB por poço) e transfira os organoides para uma placa de suspensão de 24 poços. NOTA: Organoides de uma grande pelota podem ser divididos sobre vários poços para realizar diferentes manchas.</li>
	<li>Incubar a 4 °C por pelo menos 15 min.</li>
</ol>4. Imunolabeling
<ol><li>Pipeta 200 μL de OWB em um poço vazio para servir como um poço de referência. NOTA: O imunolabelamento também pode ser realizado em placas de 48 ou 96 poços para reduzir o uso de anticorpos. No entanto, o usuário deve estar ciente de que tanto o desempenho de coloração quanto de lavagem podem ser reduzidos devido ao volume menor.</li>
	<li>Permita que os organoides se instalem na parte inferior da placa. NOTA: Isso pode ser verificado usando um estereómico e é facilitado usando um fundo escuro.</li>
	<li>Incline a placa 45° e remova o OWB deixando os organoides em 200 μL de OWB (use a referência bem para estimar 200 μL).</li>
	<li>Adicione 200 μL de OWB com anticorpos primários 2x concentrados (por exemplo, E-cadherin [1:400] e Ki67 [1:200] para resultados na Figura 1; queratina 5 [1:500], queratina 8/18 [1:200], MRP2 [1:50], e Ki67 [1:200] para resultados na Figura 2) e incubam durante a noite a 4 °C enquanto balançam suavemente/tremulam (40 rpm no agitador horizontal).</li>
	<li>No dia seguinte, adicione 1 mL de OWB.</li>
	<li>Deixe os organoides se estabelecerem na parte inferior da placa por 3 minutos. Remova o OWB deixando 200 μL na placa. Adicione 1 mL de OWB e lave 2h com balanço suave/agitação.</li>
	<li>Repita o passo 4.6 mais duas vezes.</li>
	<li>Deixe os organoides se estabelecerem na parte inferior da placa por 3 minutos. Remova o OWB deixando 200 μL no poço.</li>
	<li>Adicione 200 μL de OWB com anticorpos secundários, anticorpos conjugados e corantes 2x concentrados (por exemplo, DAPI [1:1000], rat-AF488 [1:500], mouse-AF555 [1:500], fhalloidin-AF647 [1:100] para resultados na Figura 1; DAPI [1:1000], rat-AF488 [1:500], rabbit-AF555 [1:500], mouse-AF555 [1:500], fhalloidin-AF647 [1:100] para resultados na Figura 2; DAPI [1:1000], fhalloidin-AF647 [1:100] para resultados na Figura 3) e incubar durante a noite a 4 °C enquanto balança suavemente/treme.</li>
	<li>No dia seguinte, repita os passos 4.5-4.7.</li>
	<li>Transfira os organoides para um tubo de 1,5 mL e gire a 70 x g por 3 min.</li>
</ol>5. Limpeza óptica de organoides
<ol><li>Remova o máximo possível o OWB por pipetação sem interromper os organoides.</li>
	<li>Adicione FUnGI (pelo menos 50 μL, RT) usando uma ponta de 200 μL com a extremidade cortada e resuspensa suavemente para evitar a formação de bolhas. Incubar na RT por 20 minutos. NOTA: A limpeza óptica por FUnGI pode causar um pequeno encolhimento tecidual. Isso não afetará a morfologia geral dos organoides monocamadas e multicamadas; no entanto, organoides monocamadas em forma esférica com grandes lúmens podem entrar em colapso. O protocolo pode ser pausado aqui e as amostras podem ser armazenadas a 4 °C (por pelo menos 1 semana) ou a -20 °C (por pelo menos 6 meses).</li>
</ol>6. Preparação de slides para imagens confocal
<ol><li>Prepare uma seringa de 10 mL com um selante de silicone(Tabela de Materiais). Conecte uma ponta de 200 μL e corte a extremidade para permitir um fluxo suave do silicone viscoso depois de pressionar a seringa. Use a seringa para desenhar um retângulo de 1 cm x 2 cm no meio de um slide.</li>
	<li>Corte a ponta de 200 μL e transfira os organoides em FUnGI para o meio do retângulo.</li>
	<li>Coloque uma mancha de cobertura por cima. Para minimizar as bolhas de ar presas, coloque o lado esquerdo da tampa primeiro, depois baixe lentamente a mancha de cobertura da esquerda para a direita até que não haja ar preso e, em seguida, solte o deslizamento de cobertura. NOTA: Espaçadores que são simililares em tamanho para os organoides podem ser usados para evitar que eles sejam danificados.</li>
	<li>Aplique suavemente pressão em todas as bordas da tampa para fixá-la firmemente ao selante de silicone. O slide está pronto para a imagem. NOTA: O protocolo pode ser pausado aqui e a amostra pode ser armazenada a 4 °C (por pelo menos 1 semana) ou -20 °C (por pelo menos 6 meses).</li>
</ol>7. Aquisição e processamento de imagens
<ol><li>Utilizando um microscópio de varredura a laser confocal(Tabela de Materiais),imagem o slide com uma imersão multi-imersão 25x ou imersão de óleo 40x objetivo para imagens confocal.<ol>
<li>Use as seguintes configurações de aquisição para o objetivo de 25x: quadro de modo de varredura, tamanho do quadro 1024 x 1024, tamanho voxel 332 nm x 332 nm x 1,2 μm, tempo de moradia do pixel <2 μs, digitalização bidirecional, média número 1, profundidade de bit 8. Para reduzir o fotobleaching, use baixa potência a laser (<5% em geral, <10% para coloração fraca).</li>
		<li>Use o modo Z-stack para definir os limites inferior e superior e definir o tamanho da etapa Z como o ideal. Ao fotografar grandes estruturas organoides ou organoides múltiplos juntos, use o modo de revestimento com 10% de sobreposição e indique a área de interesse. NOTA: Com essas configurações, o tamanho dos dados de um organoide típico com um diâmetro de <300 μm é <1 GB.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Para conjuntos de dados de varredura de ladrilhos, costure os arquivos de imagem no software acompanhados do microscópio(Tabela de Materiais). Na seção de processamento, selecione Costurar como o método, escolha Nova Saída em parâmetros e selecione o arquivo para costurar. Pressione Pressione Para começar a costurar.</li>
	<li>Obtenha uma representação renderizada em 3D da imagem sob a guia 3D View no software de imagem (Tabela de Materiais) e, posteriormente, otimize as propriedades de brilho, contraste e renderização 3D. Exporte instantâneos RGB dos resultados como arquivos TIFF.</li>
</ol>

<ol><li>Sato, T., Clevers, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Snapshot%3A+Growing+Organoids+from+Stem+Cells%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Snapshot: Growing Organoids from Stem Cells.</a> Cell. 161 (7), 1700(2015).</li>
<li>Clevers, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+Development+and+Disease+with+Organoids%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Modeling Development and Disease with Organoids.</a> Cell. 165 (7), 1586-1597 (2016).</li>
<li>Drost, J., Clevers, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organoids+in+cancer+research%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Cancer%22%5BJournal%5D)">Organoids in cancer research.</a> Nature Reviews Cancer. 18 (7), 407-418 (2018).</li>
<li>Bartfeld, S., Stem Clevers, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stem+cell-derived+organoids+and+their+application+for+medical+research+and+patient+treatment%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Molecular+Medicine%22%5BJournal%5D)">Stem cell-derived organoids and their application for medical research and patient treatment.</a> Journal of Molecular Medicine. 95 (7), 729-738 (2017).</li>
<li>Broutier, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+primary+liver+cancer-derived+organoid+cultures+for+disease+modeling+and+drug+screening%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Medicine%22%5BJournal%5D)">Human primary liver cancer-derived organoid cultures for disease modeling and drug screening.</a> Nature Medicine. 23 (12), 1424-1435 (2017).</li>
<li>Dekkers, J. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterizing+responses+to+CFTR-modulating+drugs+using+rectal+organoids+derived+from+subjects+with+cystic+fibrosis%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Translational+Medicine%22%5BJournal%5D)">Characterizing responses to CFTR-modulating drugs using rectal organoids derived from subjects with cystic fibrosis.</a> Science Translational Medicine. 8 (344), 84(2016).</li>
<li>Dekkers, J. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+functional+CFTR+assay+using+primary+cystic+fibrosis+intestinal+organoids%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Medicine%22%5BJournal%5D)">A functional CFTR assay using primary cystic fibrosis intestinal organoids.</a> Nature Medicine. 19 (7), 939-945 (2013).</li>
<li>Sato, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single+Lgr5+stem+cells+build+crypt-villus+structures+in+vitro+without+a+mesenchymal+niche%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Single Lgr5 stem cells build crypt-villus structures in vitro without a mesenchymal niche.</a> Nature. 459 (7244), 262-265 (2009).</li>
<li>Karthaus, W. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+Multipotent+Luminal+Progenitor+Cells+in+Human+Prostate+Organoid+Cultures%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Identification of Multipotent Luminal Progenitor Cells in Human Prostate Organoid Cultures.</a> Cell. 159 (1), 163-175 (2014).</li>
<li>Lancaster, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cerebral+organoids+model+human+brain+development+and+microcephaly%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Cerebral organoids model human brain development and microcephaly.</a> Nature. 501 (7467), 373-379 (2013).</li>
<li>Hu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-Term+Expansion+of+Functional+Mouse+and+Human+Hepatocytes+as+3D+Organoids%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Long-Term Expansion of Functional Mouse and Human Hepatocytes as 3D Organoids.</a> Cell. 175 (6), 1591-1606 (2018).</li>
<li>Huch, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+culture+of+genome-stable+bipotent+stem+cells+from+adult+human+liver%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Long-term culture of genome-stable bipotent stem cells from adult human liver.</a> Cell. 160 (1-2), 299-312 (2015).</li>
<li>Nanki, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Divergent+Routes+toward+Wnt+and+R-spondin+Niche+Independency+during+Human+Gastric+Carcinogenesis%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Divergent Routes toward Wnt and R-spondin Niche Independency during Human Gastric Carcinogenesis.</a> Cell. 174 (4), 856-869 (2018).</li>
<li>Jamieson, P. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Derivation+of+a+robust+mouse+mammary+organoid+system+for+studying+tissue+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Development%22%5BJournal%5D)">Derivation of a robust mouse mammary organoid system for studying tissue dynamics.</a> Development. 144 (6), 1065-1071 (2017).</li>
<li>Sachs, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Living+Biobank+of+Breast+Cancer+Organoids+Captures+Disease+Heterogeneity%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">A Living Biobank of Breast Cancer Organoids Captures Disease Heterogeneity.</a> Cell. 172 (1-2), 373-386 (2018).</li>
<li>Turco, M. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((hormone-responsive+organoid+cultures+of+human+endometrium+in+a+chemically+defined+medium%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Cell+Biology%22%5BJournal%5D)">hormone-responsive organoid cultures of human endometrium in a chemically defined medium.</a> Nature Cell Biology. 19 (5), 568-577 (2017).</li>
<li>Maimets, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-Term+In+vitro+Expansion+of+Salivary+Gland+Stem+Cells+Driven+by+Wnt+Signals%5BTitle%5D)+AND+%22Stem+Cell+Reports%22%5BJournal%5D)">Long-Term In vitro Expansion of Salivary Gland Stem Cells Driven by Wnt Signals.</a> Stem Cell Reports. 6 (1), 150-162 (2016).</li>
<li>Ren, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single+Lgr5-+or+Lgr6-expressing+taste+stem%2Fprogenitor+cells+generate+taste+bud+cells+ex+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Single Lgr5- or Lgr6-expressing taste stem/progenitor cells generate taste bud cells ex vivo.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (46), 16401-16406 (2014).</li>
<li>Boj, S. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organoid+models+of+human+and+mouse+ductal+pancreatic+cancer%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Organoid models of human and mouse ductal pancreatic cancer.</a> Cell. 160 (1-2), 324-338 (2015).</li>
<li>Schutgens, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tubuloids+derived+from+human+adult+kidney+and+urine+for+personalized+disease+modeling%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Biotechnology%22%5BJournal%5D)">Tubuloids derived from human adult kidney and urine for personalized disease modeling.</a> Nature Biotechnology. 37 (3), 303-313 (2019).</li>
<li>Richardson, D. S., Lichtman, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Clarifying+Tissue+Clearing%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Clarifying Tissue Clearing.</a> Cell. 162 (2), 246-257 (2015).</li>
<li>Richardson, D. S., Lichtman, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((SnapShot%3A+Tissue+Clearing%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">SnapShot: Tissue Clearing.</a> Cell. 171 (2), 496(2017).</li>
<li>Rios, A. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Essential+role+for+a+novel+population+of+binucleated+mammary+epithelial+cells+in+lactation%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Essential role for a novel population of binucleated mammary epithelial cells in lactation.</a> Nature Communications. 7, 11400(2016).</li>
<li>Rios, A. C., Fu, N. Y., Lindeman, G. J., Visvader, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+identification+of+bipotent+stem+cells+in+the+mammary+gland%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">In situ identification of bipotent stem cells in the mammary gland.</a> Nature. 506 (7488), 322-327 (2014).</li>
<li>Rios, A. C., Clevers, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+organoids%3A+a+bright+future+ahead%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">Imaging organoids: a bright future ahead.</a> Nature Methods. 15 (1), 24-26 (2018).</li>
<li>Dekkers, J. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-resolution+3D+imaging+of+fixed+and+cleared+organoids%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Protocols%22%5BJournal%5D)">High-resolution 3D imaging of fixed and cleared organoids.</a> Nature Protocols. 14 (6), 1756-1771 (2019).</li>
<li>Ertürk, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+imaging+of+solvent-cleared+organs+using+3DISCO%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Protocols%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional imaging of solvent-cleared organs using 3DISCO.</a> Nature Protocols. 7 (11), 1983-1995 (2012).</li>
<li>Renier, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((IDISCO%3A+A+simple%2C+rapid+method+to+immunolabel+large+tissue+samples+for+volume+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">IDISCO: A simple, rapid method to immunolabel large tissue samples for volume imaging.</a> Cell. 159 (4), 896-910 (2014).</li>
<li>Kubota, S. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whole-Body+Profiling+of+Cancer+Metastasis+with+Single-Cell+Resolution%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Reports%22%5BJournal%5D)">Whole-Body Profiling of Cancer Metastasis with Single-Cell Resolution.</a> Cell Reports. 20, 236-250 (2017).</li>
<li>Murakami, T. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+three-dimensional+single-cell-resolution+whole-brain+atlas+using+CUBIC-X+expansion+microscopy+and+tissue+clearing%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">A three-dimensional single-cell-resolution whole-brain atlas using CUBIC-X expansion microscopy and tissue clearing.</a> Nature Neuroscience. 21 (4), 625-637 (2018).</li>
<li>Susaki, E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whole-brain+imaging+with+single-cell+resolution+using+chemical+cocktails+and+computational+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Whole-brain imaging with single-cell resolution using chemical cocktails and computational analysis.</a> Cell. 157 (3), 726-739 (2014).</li>
<li>Chung, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+and+molecular+interrogation+of+intact+biological+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Structural and molecular interrogation of intact biological systems.</a> Nature. 497 (7449), 332-337 (2013).</li>
<li>Tomer, R., Ye, L., Hsueh, B., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advanced+CLARITY+for+rapid+and+high-resolution+imaging+of+intact+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Protocols%22%5BJournal%5D)">Advanced CLARITY for rapid and high-resolution imaging of intact tissues.</a> Nature Protocols. 9 (7), 1682-1697 (2014).</li>
<li>Sachs, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Long-term+expanding+human+airway+organoids+for+disease+modeling%5BTitle%5D)+AND+%22The+EMBO+Journal%22%5BJournal%5D)">Long-term expanding human airway organoids for disease modeling.</a> The EMBO Journal. 38 (4), 100300(2019).</li>
<li>Rios, A. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intraclonal+Plasticity+in+Mammary+Tumors+Revealed+through+Large-Scale+Single-Cell+Resolution+3D+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Cancer+Cell%22%5BJournal%5D)">Intraclonal Plasticity in Mammary Tumors Revealed through Large-Scale Single-Cell Resolution 3D Imaging.</a> Cancer Cell. 35 (4), 618-632 (2019).</li>
<li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+three-dimensional+imaging+to+the+intestinal+crypt+organoids+and+biopsied+intestinal+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22The+Scientific+World+Journal%22%5BJournal%5D)">Application of three-dimensional imaging to the intestinal crypt organoids and biopsied intestinal tissues.</a> The Scientific World Journal. 2013, 624342(2013).</li>
<li>Costa, E. C., Silva, D. N., Moreira, A. F., Correia, I. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+clearing+methods%3A+An+overview+of+the+techniques+used+for+the+imaging+of+3D+spheroids%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnology+and+Bioengineering%22%5BJournal%5D)">Optical clearing methods: An overview of the techniques used for the imaging of 3D spheroids.</a> Biotechnology and Bioengineering. 116 (10), 2742-2763 (2019).</li>
<li>Masselink, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Broad+applicability+of+a+streamlined+ethyl+cinnamate-based+clearing+procedure%5BTitle%5D)+AND+%22Development%22%5BJournal%5D)">Broad applicability of a streamlined ethyl cinnamate-based clearing procedure.</a> Development. 146, 166884(2019).</li>
</ol>

Os autores não têm nada a revelar.

Aqui, apresentamos um protocolo detalhado para imagens 3D de organoides intactos com resolução unicelular. Para executar com sucesso este protocolo, algumas medidas críticas devem ser tomadas. Nesta seção destacamos essas etapas e fornecemos solução de problemas.
O primeiro passo crítico é a remoção da matriz 3D. A maioria dos organoides são propagados in vitro com o uso de matrizes que imitam o ambiente extracelular in vivo para melhorar a formação de estruturas 3D bem polarizadas. Fixação e posterior coloração dentro da matriz 3D é possível, mas pode ser desvantajoso para a penetração de anticorpos ou pode gerar sinal de fundo alto (dados não mostrados). A remoção eficiente das matrizes pode ser influenciada pelo tipo de matriz, pela quantidade e tamanho dos organoides e pela cultura prolongada. Portanto, a otimização pode ser necessária para diferentes condições culturais. Para organoides cultivados em Matrigel ou BME, um passo de 30-60 min na solução de recuperação de células geladas é suficiente para dissolver a matriz sem danificar os organoides. Além disso, a remoção da matriz 3D de suporte pode resultar em perda de estruturas nativas e interrupção de contatos organoides com outros tipos de células, por exemplo, quando organoides são co-cultivados com fibroblastos ou células imunes. Além disso, a fixação organoide ideal é crucial na preservação da arquitetura tecidual 3D, antigenicidade proteica e minimização da autofluorescência. Fixação por 45 min com 4% de PFA a 4 °C é normalmente suficiente para rotulagem de uma ampla gama de organoides e antígenos. No entanto, um passo de fixação mais longo, até 4h, é tipicamente mais apropriado para organoides que expressam proteínas fluorescentes de repórteres, mas exigirá otimização para diferentes fluoroforos. Os tempos de fixação inferiores a 20 min são insuficientes para rotular adequadamente f-actin usando sondas de faloideína. Outra questão comum é a perda de organoides durante o protocolo. Por isso, é importante (i) revestir cuidadosamente pontas e tubos com 1% de BSA-PBS como descrito ao manusear organoides nãofixados para evitar que grudem em plásticos, (ii) usar placas de baixa adesão ou suspensão para evitar que a amostra grude na placa, e (iii) permitir tempo suficiente para os organoides se instalarem na parte inferior da placa antes de remover cuidadosamente os buffers. Pipetting viscoso FUnGI pode introduzir bolhas. O manuseio da amostra desmatada na RT diminui a viscosidade e melhora a facilidade de uso, minimizando assim a perda de organoides. Embora a maioria dos organoides sejam fáceis de manusear, organoides císticos com lúmen aumentado têm uma alta tendência ao colapso ao fixar com 4% de PFA ou quando liberados com FUnGI. Esse efeito pode ser reduzido, mas não completamente evitado, usando um fixador diferente (por exemplo, formalina ou PFA-glutaraldeído). No entanto, isso poderia potencialmente impactar a autofluorescência, a penetração de anticorpos e a disponibilidade de epítopes. Quando organoides císticos aparecem dobrados após a clareira, é aconselhável pular a etapa de compensação e a imagem por microscopia multifótons, que é menos dificultada pela dispersão de luz. Por fim, a obtenção de toda a estrutura 3D de organoides pode ser desafiadora e requer distância mínima entre o deslizamento de cobertura e o organoide. Além disso, quando os organoides têm espaço para mover em seu agente de montagem, isso pode resultar em mudanças X e Y durante o registro de dados em profundidade Z. O uso de menos selante de silicone durante a preparação do slide pode resolver a montagem subótima entre o deslizamento de tampas e o slide do microscópio. No entanto, muito pouco silicone pode levar à compressão organoide e perda de sua estrutura 3D inerente. FUnGI melhora o manuseio para montagem de slides e estabilidade de organoides durante a imagem, devido à sua maior viscosidade.
Embora este protocolo possa ser usado para uma ampla gama de aplicações para estudar em conteúdo celular profundo e arquitetura 3D de organoides intactos, certas limitações devem ser consideradas. Essa metodologia é bastante de baixa produtividade e demorada. De fato, os usuários devem ter em mente que a imagem de grandes organoides intactos em 3D requer tanto a aquisição de ladrilhos quanto a aquisição de amostras em Z, levando a tempos de aquisição prolongados. Imagens mais rápidas poderiam ser obtidas usando ativos de microscópio, incluindo scanner de disco ressonante ou giratório, ou pela tecnologia de microscópio de folha de luz26. Outra consideração é que os marcadores podem ser expressos heterogeneamente entre organoides diferentes da mesma amostra. Portanto, múltiplos organoides devem ser adquiridos para melhor capturar essa heterogeneidade organoide na cultura. Por fim, embora o procedimento completo de laboratório molhado seja simples, o pós-processamento de dados requer habilidades em software de análise de imagem para visualização e quantificação 3D, bem como estatísticas para mineração de todas as informações presentes no conjunto de dados.
Na última década, o campo da imagem de volume avançou muito, devido tanto ao desenvolvimento de uma ampla gama de agentes de compensação óptica e melhorias nas tecnologias de microscopia e computacional27,,30,,31. Enquanto no passado a maioria dos estudos se concentrou em imagens de grande volume de órgãos ou tumores associados, mais recentemente foram desenvolvidos métodos para tecidos menores e mais frágeis, incluindo estruturas organoides,36,,37,,38. Recentemente publicamos um método simples e rápido para imagem de organoides de montagem integral de várias origens, tamanho e forma no nível de célula única para renderização 3D subsequente e análise de imagem26,que apresentamos aqui com algumas melhorias (por exemplo, FUnGI, montagem de silicone) e acompanhado por um protocolo de vídeo. Este método é superior à imagem convencional baseada em seção 2D na decifração de morfologia celular complexa e arquitetura tecidual(Figura 2) e fácil de implementar em laboratórios com um microscópio confocal. Com pequenas adaptações ao protocolo, as amostras podem ser compatíveis com confocal de super resolução, multifótons, bem como imagens de folha de luz, o que torna este protocolo amplamente aplicável e fornece aos usuários uma poderosa ferramenta para compreender melhor a complexidade multidimensional que pode ser modelada com organoides.

O avanço de novos métodos culturais, como a tecnologia organoide, possibilitou a cultura dos órgãos em um prato1. Organoides crescem em estruturas tridimensionais (3D) que ressemble seu tecido de origem à medida que preservam traços fenotípicos e funcionais. Os organoides são agora fundamentais para abordar questões biológicas fundamentais2, modelagem de doenças incluindo câncer3, e desenvolver estratégias de tratamento personalizadas4,,5,,6,7. Desde o primeiro protocolo de geração de organoides derivados de células-tronco adultas intestinais8,a tecnologia organoide se estendeu para incluir uma ampla gama de tecidos saudáveis e cancerígenos derivados de órgãos incluindo próstata9,cérebro10,fígado1 1,12, estômago13, peito14,15, endométrio16, glândula salivar17, paladar18, pâncreas19e rim20.
O desenvolvimento de organoides concordou com o surgimento de novas técnicas de microscopia volumosa que podem visualizar a arquitetura de todo o tecido de montagem em 3D21,22,,23,24. A imagem 3D é superior à imagem tradicional da seção de tecido 2D na visualização da complexa organização de amostras biológicas. As informações 3D provam ser essenciais para a compreensão da composição celular, forma celular, decisões de destino celular e interações célula-células de amostras biológicas intactas. Técnicas de seção óptica não destrutivas, como microscopia de escaneamento a laser confocal ou multifótons (CLSM e MLSM) e microscopia de fluorescência de folha de luz (LSFM), agora permitem a visualização combinada de ambos os detalhes finos, bem como a arquitetura geral do tecido, dentro de uma única amostra biológica. Essa poderosa abordagem de imagem oferece a oportunidade de estudar a complexidade estrutural que pode ser modelada com organoides25 e mapear a distribuição espacial, a identidade fenotípica e o estado celular de todas as células individuais que compõem essas estruturas 3D.
Recentemente publicamos um protocolo detalhado para imagens 3D de alta resolução de organoides fixos e limpos26. Este protocolo é especificamente projetado e otimizado para o processamento de estruturas organoides delicadas, em oposição a metodologias para grandes tecidos intactos como DISCO27,,28, CUBIC29,,30,,31e CLARITY32,33. Como tal, este método é geralmente aplicável a uma grande variedade de organoides diferentes em origem, tamanho e forma e conteúdo celular. Além disso, em comparação com outros protocolos de imagem volumosas que muitas vezes requerem tempo e esforço consideráveis, nosso protocolo é pouco exigente e pode ser concluído dentro de 3 dias. Aplicamos nosso protocolo de imagem 3D para visualizar a arquitetura e a composição celular de sistemas organoides recém-desenvolvidos derivados de vários tecidos, incluindo as vias aéreas humanas34,rim20,fígado11e organoides de câncer de mama humano15. Em combinação com o rastreamento de linhagem fluorescente multicolorida, este método também tem sido usado para revelar a biopotência das células basais nos organoides mamários do rato14.
Aqui, refinamos o protocolo introduzindo o agente de compensação nãotóxico FUnGI35. A limpeza FUnGI é alcançada em uma única etapa de incubação, é mais fácil de montar devido à sua viscosidade, e preserva melhor a fluorescência durante o armazenamento. Além disso, introduzimos sulfato de dodecyl de sódio (SDS) no tampão de lavagem para melhorar as manchas nucleares, bem como um método de montagem à base de silicone para fácil preparação de slides antes da microscopia. A Figura 1 fornece a visão geral gráfica do protocolo(Figura 1A) e exemplos de organoides com imagens 3D(Figura 1B-D). Em suma, os organoides são recuperados de sua matriz 3D, fixa e imunolabeled, opticamente limpa, imaged usando microscopia confocal e, em seguida, 3D renderizada com software de visualização.

<table><tbody><tr><td>Tubos de centrífuga com trava de segurança de 1,5 ml</td><td>Eppendorf</td><td>EP0030 120.094</td><td></td></tr><tr><td>Tubos de centrífuga com trava segura de 2 ml</td><td>Eppendorf</td><td>EP0030 120.094</td><td></td></tr><tr><td>Albumina de soro bovino (BSA)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A3059</td><td></td></tr><tr><td>Solução de recuperação de células</td><td>Corning</td><td>354253</td><td></td></tr><tr><td>Microscópio confocal</td><td>Zeiss</td><td>LSM880</td><td></td></tr><tr><td>Software para microscópio confocal ZEN</td><td>Zeiss</td><td>ZEN preto/azul</td><td></td></tr><tr><td>Tubos cônicos 15 ml</td><td>Greiner Bio-One</td><td>5618-8271</td><td></td></tr><tr><td>Tampa de vidro #1.5 24x60mm</td><td>Menzel-Glazer</td><td>G418-15</td><td></td></tr><tr><td>Tampa de vidro #1.5 48x60mm</td><td>ProSciTech</td><td>G425-4860</td><td></td></tr><tr><td>DAPI</td><td>ThermoFisher</td><td>D3571</td><td>diluição 1:1000</td></tr><tr><td>Dissecção Estereomicroscópio</td><td>Leica</td><td>M205 FA</td><td></td></tr><tr><td>Fita adesiva dupla face 12,7 mm 6,35 m</td><td>Scotch 3M</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco's Phosphate-bufferd Saline (DPBS)</td><td>Gibco</td><td>14190144</td><td>1x</td></tr><tr><td>EDTA</td><td>Invitrogen</td><td>15576-028</td><td></td></tr><tr><td>Focus Clear</td><td>CelExplorer</td><td>FC-101</td><td></td></tr><tr><td>Frutose</td><td>Sigma Aldrich</td><td>F0127</td><td></td></tr><tr><td>Glicerol</td><td>Boom</td><td>76050771.0500</td><td></td></tr><tr><td>Pipetas de transferência graduada</td><td>Samco</td><td>222-15</td><td></td></tr><tr><td>Agitador horizontal</td><td>VWR</td><td>444-2900</td><td></td></tr><tr><td>Ácido clorídrico (HCl)</td><td>Ajax Firechem.</td><td>265.2.5L-PL</td><td>10M solução de estoque, software Imaris corrosivo</td></tr><tr><td></td><td>Bitplane</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lâminas de microscópio Superfrost</td><td>ThermoFisher</td><td>10143352</td><td>borda retificada, 90 graus 26 mm ~ 76 mm</td></tr><tr><td>Paraformaldeído</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P6148-500g</td><td></td></tr><tr><td>Faloidina perigosa Alexa Fluor 647</td><td>ThermoFisher</td><td>A22287</td><td>diluição 1:100-200</td></tr><tr><td>E-caderina</td><td>ThermoFisher</td><td>13-1900</td><td>diluição 1:400</td></tr><tr><td>Ki-67</td><td>BD Biosciences</td><td>B56</td><td>diluição 1:200</td></tr><tr><td>Queratina 5</td><td>BioLegend</td><td>905501</td><td>diluição 1:500</td></tr><tr><td>Queratina 8/18</td><td>DSHB (Universidade de Iowa)</td><td></td> <td>diluição 1:200</td></tr><tr><td>MRP2</td><td>Abcam</td><td>ab3373</td><td>diluição 1:50</td></tr><tr><td>Rato Secundário IgG (H+L) Alexa Fluor 488</td><td>ThermoFisher</td><td>A-21208</td><td>diluição 1:500</td></tr><tr><td>Camundongo Secundário IgG (H+L) Alexa Fluor 555</td><td>ThermoFisher</td><td>A-31570</td><td>diluição 1:500</td></tr><tr><td>Coelho Secundário IgG (H+L) Alexa Fluor 555</td><td>ThermoFisher</td><td>A-31572</td><td>diluição 1:500</td></tr><tr><td>Selante de Silicone</td><td>Griffon</td><td>S-200</td><td></td></tr><tr><td>Dodecil Sulfato de Sódio</td><td>ThermoFisher</td><td>28312</td><td></td></tr><tr><td>Pellets de hidróxido de sódio (NaOH)</td><td>Merck Millipore</td><td>567530</td><td>10 M solução estoque,</td></tr><tr><td>corrosivo Placas de cultura de células em suspensão</td><td>Greiner Bio-One</td><td>662102</td><td>24 poços</td></tr><tr><td>Tris</td><td>Fisher Scientific</td><td>11486631</td><td></td></tr><tr><td>Triton X-100</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T8532</td><td>Perigoso</td></tr><tr><td>Tween-20</td><td>Sigma Aldrich</td><td>P1379</td><td></td></tr><tr><td>UltraPure Low Melting Point (LMP) Agarose</td><td>ThermoFisher</td><td>16520050</td><td></td></tr><tr><td>Ureia</td><td>Sigma Aldrich</td><td>51456</td><td></td></tr><tr><td>Estação de Trabalho</td><td>Dell</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

resolução unicelular imagens tridimensionais de organoides intactos

Single-Cell Resolution Three-Dimensional Imaging of Intact Organoids

A tecnologia organoide, 3D in vitro de tecido em miniatura, abriu uma nova janela experimental para processos celulares que regem o desenvolvimento e a função de órgãos, bem comodoenças. A microscopia de fluorescência tem desempenhado um papel importante na caracterização de sua composição celular em detalhes e demonstrando sua semelhança com o tecido de onde se originam. Neste artigo, apresentamos um protocolo abrangente para imagens 3D de alta resolução de organoides inteiros sobre rotulagem imunofluorescente. Este método é amplamente aplicável para imagens de organoides diferentes em origem, tamanho e forma. Até agora, aplicamos o método a organoides de vias aéreas, cólon, rim e fígado derivados de tecido humano saudável, bem como organoides tumorais de mama humanos e organoides de glândulas mamárias de camundongos. Utilizamos um agente de compensação óptica, FUnGI, que permite a aquisição de organoides 3D inteiros com a oportunidade de quantificação unicelular de marcadores. Este protocolo de três dias, desde a colheita organoide até a análise de imagens, é otimizado para imagens 3D usando microscopia confocal.

Os organoides de imagem em 3D permitem a visualização da arquitetura, da composição celular, bem como dos processos intracelulares em grande detalhe. A técnica apresentada é pouco exigente e pode, presumivelmente, ser aplicada a uma ampla gama de sistemas organoides derivados de vários órgãos ou espécies hospedeiras.
A força da imagem 3D em comparação com a imagem 2D é ilustrada por imagens de organoides de glândulas mamárias de camundongos que foram gerados usando métodos recém-publicados14. A camada central desses organoides consiste em células luminosas K8/K18 positivas em forma de colunaar e a camada externa contém células basais K5-postivas alongadas(Figura 2A),que recapitulam a morfologia da glândula mamária in vivo. Esta organização polarizada é desafiadora de apreciar a partir de uma seção óptica 2D desse mesmo organoide (Figura 2B, painel médio). Outro exemplo de uma estrutura complexa que é impossível de interpretar sem informações 3D é a rede de canaliculi MRP2 positivo que facilitam a coleta do fluido biliar de organoides hepáticos humanos11 (Figura 2B). Isso exemplifica como nosso método permite a visualização de características estruturais essenciais dos organoides. Além disso, a qualidade e resolução obtidas permitem segmentação semiautomá-automatizada e análise de imagem. Assim, o número total de células e a presença de marcadores podem ser quantificados em subtipos celulares específicos em organoides inteiros. Ilustramos isso segmentando os núcleos de um organoide inteiro contendo 140 células, das quais 3 células apresentam alta positividade para o marcador de ciclo celular Ki67(Figura 2C). O canal DAPI é selecionado como canal de origem, e os segmentos são gerados com base em uma etapa de limiar de intensidade e um diâmetro de esfera de 10 μm. Objetos de toque são divididos por região crescendo a partir de pontos de sementes. Por fim, um filtro de tamanho de 10 voxels é aplicado para remover pequenos segmentos induzidos por ruído. Para cada segmento que representa um núcleo, a intensidade média do canal Ki67 é então exportada para plotagem.
Recentemente desenvolvemos o agente de compensação óptica FUnGI35,que agora integramos neste protocolo para refinar a transparência dos organoides. FUnGI é fácil de usar, pois a limpeza é prontamente alcançada por um único passo de incubação após a coloração imunofluorescente. Uma vantagem adicional do agente é a sua viscosidade, o que facilita o manuseio da amostra durante a montagem do slide. Amostras fluorescentes em FUnGI preservam sua fluorescência mesmo quando armazenadas por vários meses a -20 °C. Demonstramos que o FUnGI supera o não descoberto e a frutose-glicerol na qualidade do sinal fluorescente profundamente no organoide (Figura 3A,B), e que os organoides eliminados pelo FunGI têm intensidade de fluorescência aumentada em geral em comparação com organoides não descobertos(Figura 3C).
Em resumo, descrevemos uma técnica de imagem 3D não exigente e reprodutível para a aquisição de dados volumosos de organoides imunolabelados. Este protocolo pode ser facilmente usado para imaginar uma variedade de organoides, incluindo os de origem humana e camundongos, a partir de modelos saudáveis e de doenças. A preparação simples da amostra pode ser adaptada para facilitar microscópios fluorescentes confocal, multifótons e folha de luz para obter a resolução celular para resolução subcelular de organoides inteiros.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60709/60709fig1.jpg"> Figura 1: Visão geral esquemática do protocolo de imagem 3D de alta resolução. Organoides são recuperados de sua matriz 3D. A fixação e o bloqueio são realizados antes do imunolabelamento com anticorpos e corantes. A limpeza óptica é obtida em uma única etapa usando o agente de compensação FUnGI. A renderização 3D das imagens pode ser realizada usando software de imagem. (A) Visão geral esquemática do procedimento. (B) Limpei imagem confocal 3D de um imunolaterado organoide colonico humano para F-actin e E-cadherin (E-cad) (objetivo de óleo 25x). Barra de escala = 40 μm. (C) Limpa imagem confocal de montagem total 3D. Barra de escala = 20 μm. (D) Seção óptica ampliada de um imunolaterado organoide colonico humano para F-actin, E-cadherin (E-cad) e Ki67 (objetivo de óleo de 25x). Barra de escala = 5 μm. Este número foi modificado a partir de Dekkers et al.26. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60709/60709fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60709/60709fig2.jpg"> Figura 2: Imagens volumosas visualizam arquitetura 3D complexa. Imagens confocal representando conjuntos de dados 3D de montagem total (painel esquerdo), seções ópticas 2D (painel médio) e áreas 3D de uma região ampliada (painel direito). (A) Um organoide derivado de uma única célula basal da glândula mamária do rato ilustrando a organização 3D de células basais mamárias alongadas que circundam células luminais ou rotuladas para K8/18, K5 e F-actin (limpeza de frutose-glicerol; objetivo de óleo de 25x). As barras de escala representam 55 μm (painel esquerdo) e 40 μm (painéis médios e direito). (B) Um organoide hepático fetal humano com uma complexa rede 3D de canaliculi MRP2 positivo, rotulado para DAPI, MRP2 e F-actin (limpeza de frutose-glicerol; objetivo do óleo de 40x). As barras de escala representam 25 μm (painel esquerdo) e 8 μm (painéis médios e direito). (C) Imagem de montagem total 3D confocal de um organoide hepático fetal humano rotulado com DAPI e Ki67 (painel esquerdo) e uma imagem segmentada no canal DAPI usando software de imagem (painel médio). Barra de escala = 15 μm. Gráfico plotado representando a intensidade média ki67 em todas as células (segmentadas de DAPI) de todo o organoide (140 células) (painel direito). Este número foi modificado a partir de Dekkers et al.26. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60709/60709fig2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/60709/60709fig3.jpg"> Figura 3: Limpeza óptica de organoides com FUnGI. (A) Imagens representativas de organoides colonicos humanos rotulados com F-actin (verde) e DAPI (cinza) e imageados sem clareira, limpos com frutose-glicerol ou limpos com FUnGI (objetivo de óleo 25x). Painel esquerdo: renderização 3D do organoide. Painel direito: seção óptica do organoide a 150 μm de profundidade. Para a condição "sem compensação", o brilho da imagem teve que ser aumentado em comparação com as condições "frutose-glicerol" e "FUnGI" para visualizar o organoide. Barra de escala = 50 μm. (B) Ajuste de regressão não linear mostrando a diminuição da intensidade do DAPI com o aumento da profundidade Z para diferentes métodos de compensação óptica. Os valores representam intensidades de células individuais detectadas pela segmentação da DAPI e são normalizados à intensidade média do DAPI dos primeiros 50 μm do organoide. Para evitar subestimar a atenuação causada por células mais brilhantes nas bordas mais profundas e estruturas brotantes, apenas as regiões centrais dos organoides foram analisadas. (C) Três organoides por condição de tamanho e profundidade semelhantes em relação ao deslizamento foram imagens usando configurações de microscópio idênticas. Os conjuntos de dados 3D completos foram segmentados em célula única segmentada no sinal DAPI para comparação. Gráfico de barras mostrando a intensidade média do DAPI com diferentes métodos de compensação em conjuntos de dados segmentados completos. Os dados são descritos como ± médias os valores são intensidades de &gt;3800 células individuais detectadas pela segmentação DAPI. = p &lt; 0,0001, teste de Kruskal-Wallis com teste de comparação múltipla pós-hoc de Dunn de duas laterais. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/60709/60709fig3large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

Toda a estrutura 3D e o conteúdo celular dos organoides, bem como sua semelhança fenotípica com o tecido original podem ser capturados usando o protocolo de imagem 3D de resolução unicelular descrito aqui. Este protocolo pode ser aplicado a uma ampla gama de organoides variando em origem, tamanho e forma.

Resolução unicelular imagens tridimensionais de organoides intactos

Organoid technology, in vitro 3D culturing of miniature tissue, has opened a new experimental window for cellular processes that govern organ development ...

Nosso protocolo pode ser usado para visualizar a complexidade estrutural dos organoides, permitindo o mapeamento da identidade, sulfato e distribuição nessas estruturas 3D na resolução unicelular. Nosso protocolo rápido de três dias é totalmente otimizado para organoides de várias origens e usa uma preparação de amostra simples, que inclui uma etapa de limpeza óptica não tóxica e um método de montagem à base de silício. Embora nosso protocolo seja simples, alguns deles são etapas críticas, como o manuseio organizado, ou a preparação do slide, pode ser melhor explicado através de demonstração visual do que através de texto.Para recuperar organoides de 100 a 500 micrômetros de diâmetro cultivados em extrato de membrana do porão em 24 placas de poço, lave cada solda a ser colhida com PBS sem interromper as matrizes 3D e coloque a placa no gelo. Adicione um mililitro de solução de recuperação gelada a cada poço e coloque a placa em um agitador horizontal a quatro graus Celsius por 30 a 60 minutos. Mergulhe uma pipeta mililitro em uma solução de 1%BSA em PBS e pipeta para cima e para baixo duas vezes para revestir cada ponta com BSA.Em seguida, adicione cinco mililitros de 1%PBS BSA a um tubo de 15 mililitros por condição, e inverta o tubo duas a três vezes antes de descartar a solução, para revestir o interior do tubo. Para coletar os organoides, use uma ponta revestida para suspender suavemente o conteúdo do poço de cinco a dez vezes, e puxe todos os organoides de cada condição em um único tubo revestido de 15 mililitros. Enxágüe cada poço com um mililitro de BSA de 1%PBS A frio para garantir que todos os organoides tenham sido coletados e transfira as lavagens para os tubos apropriados.Traga o volume final em cada tubo até 10 mililitros com PBS frio, e sedimente os organoides por centrifugação para obter uma paleta apertada sem uma camada visível de matriz 3D. Para corrigir os organoides, use uma ponta de pipeta de um mililitro revestida para suspender cuidadosamente cada pelota em um mililitro de gelo frio para formaldeído, e fixar a quatro graus Celsius por 45 minutos. Suspenda suavemente os organoides na metade do tempo de fixação.Após 45 minutos, adicione 10 mililitros de PBS gelado mais interpolação 20 a cada tubo e misture suavemente por inversão, antes de colocar os tubos a quatro graus Celsius por 10 minutos. Para bloquear os organoides, no final da incubação, gire as amostras e suspenda as pelotas em pelo menos 200 microliters de tampão de lavagem organoide gelado por poço a ser banhado. Em seguida, transfira os organoides para poços individuais de uma placa de suspensão de 24 poços para uma incubação de 15 minutos a quatro graus Celsius.Para imunolabelar adicione 200 microliters de tampão de lavagem organoide em um poço de referência vazio, e permita que os organoides se acomodem na parte inferior da placa. Quando os organoides se instalarem, incline a placa em um ângulo de 45 graus para permitir a remoção de todos, exceto os últimos 200 microliters de tampão de lavagem. Em seguida, adicione 200 microliters de tampão de lavagem organoide contendo os anticorpos primários de interesse, e coloque a placa durante a noite a quatro graus Celsius com balanço leve e tremendo a 40 revoluções por minuto.Na manhã seguinte, adicione um mililitro de tampão de lavagem organoide em cada poço, e permita que os organoides se acomodem no fundo da placa por três minutos. Quando os organoides se instalarem, remova todos, exceto os últimos 200 microliters de cada poço, e lave os organoides com três lavagens de duas horas com um mililitro de tampão de lavagem organoide fresco, e leve balançando e tremendo por lavagem. Após a terceira lavagem, permita que os organoides se instalem na parte inferior da placa por três minutos antes de remover todos, exceto os últimos 200 microliters de tampão de lavagem organoide de cada poço.Adicione 200 microliters de tampão de lavagem organoide contendo os anticorpos secundários apropriados a cada poço para uma incubação durante a noite a quatro graus celsius com balanço leve e agitação. Na manhã seguinte, lave os organoides com três lavagens de duas horas em um mililitro de tampão de lavagem organoide fresco por lavagem, como demonstrado. Após a última lavagem, transfira os organoides em um tubo de 1,5 mililitro por poço, e colete os organoides por centrifugação.Para a limpeza óptica dos organoides, remova o máximo de tampão de lavagem de cada tubo possível, sem interromper os organoides, e use uma ponta de pipeta modificada de 200 microliteres para adicionar pelo menos 50 microliters de FUnGI a cada pelota. Após uma incubação de 20 minutos à temperatura ambiente, os organoides podem ser armazenados por até uma semana a quatro graus Celsius, ou por até seis meses a menos 20 graus Celsius. Para preparar slides para imagens organoides por microscopia confocal, encha uma seringa de 10 mililitros com um selante de silicone e conecte uma ponta de pipeta de 200 microliteres modificada à seringa.Use a seringa para desenhar um retângulo de um por dois centímetros no meio de um slide, e use uma segunda ponta de pipeta de 200 microliter modificada para colocar organoides limpos no meio do retângulo. Para colocar um deslizamento de cobertura sobre os organoides, coloque o lado esquerdo da tampa escorregar primeiro, antes de baixar lentamente o deslizamento da tampa da esquerda para a direita até que não haja ar preso. Em seguida, aplique suavemente pressão em todas as bordas da tampa para fixá-la firmemente ao selante de silicone.Para fotografar os organoides, coloque o slide no palco de um microscópio de varredura a laser confocal e selecione um objetivo de multi imersão 25 X para imagens confocal. Defina o microscópio para as configurações de aquisição apropriadas, selecionando uma baixa potência laser para reduzir o branqueamento de fotos. Use o modo pilha Z para definir os limites superiores inferiores e defina o tamanho da etapa Z como o ideal.Ao fotografar grandes estruturas organoides, ou organoides múltiplos juntos, use o modo de revestimento com uma sobreposição de 10% e indique a área de interesse. Quando todos os parâmetros tiverem sido definidos, obtenha uma representação renderizada 3D da imagem no software de imagem e otimize as propriedades de brilho, contraste e renderização 3D. Em seguida, exporte instantâneos RGB dos resultados como arquivos TIFF.A força da imagem 3D em comparação com a imagem 2D é ilustrada por essas imagens de organoides mamários de camundongos que foram gerados como demonstrado. A camada central desses organoides representativos consiste em células luminosas positivas K8/K18 em forma de coluna, e a camada externa contém células de manjericão k5 positivas alongadas, recapitulando a morfologia da glândula mamária in vivo. Esta organização polarizada é desafiadora de apreciar a partir de uma seção óptica 2D do mesmo organoide.Outro exemplo de uma estrutura complexa que é impossível de interpretar sem informações 3D é a rede de canaliculi positivo MRP2 que facilitam a coleta do fluido biliar de organoides hepáticos humanos. Além disso, a qualidade e resolução obtidas permitem segmentação semiautomá-automatizada e análise de imagem. Assim, o número total de células e a presença de marcadores podem ser quantificados em subtipos celulares específicos em organoides inteiros.Ao segmentar os núcleos de um organoide inteiro contendo 140 células, três células que apresentam uma alta positividade para o marcador de ciclo celular Ki67 podem ser identificadas. O agente de compensação óptica, FUnGI, supera a clareira de frutose-glicerol em qualidade de sinal fluorescente no fundo de um organoide. Com organoides liberados do FUnGI demonstrando uma intensidade global de fluorescência aumentada em comparação com organoides não claros.Observe que qualquer resto de BME na amostra pode resultar em redução da penetração de anticorpos e pode levar a um sinal de fundo alto. Além disso, organoides císticos não devem ser eliminados opticamente se entrarem em colapso. Com pequenas adaptações ao protocolo, as amostras podem ser usadas com super resolução confocal, multi fóton e microscopia de folha de luz.

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Biology

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