Мы описываем методы выделения соматических клеток яичников мышей из фракции яичника, обогащённой стромой, а также получения соматических органоидов яичников мышей с использованием подхода без каркасов.
Методическая статья
Мы описываем методы выделения соматических клеток яичников мышей из фракции яичника, обогащённой стромой, а также получения соматических органоидов яичников мышей с использованием подхода без каркасов.
Яичник состоит из гетерогенных популяций соматических клеток как внутри фолликула, так и в окружающей строме, которые критически важны для поддержания функции яичников и для образования высококачественных гамет. Мы сообщаем о методах выделения соматических клеток из мышиных яичников, включая эндотелиальные, эпителиальные, стероидогенные, стромальные и иммунные клетки. Когда эти первичные соматические клетки яичников покрываются и культивируются в традиционной двухмерной системе культуры, теряются клеточная гетерогенность, организация, а также взаимодействия между клетками и матрицей, обычно встречающиеся в яичнике. Таким образом, мы также описываем, как генерировать соматические органоиды яичников мышей с помощью подхода без каркасов. Эти органоиды самособираются, поддерживают разнообразные клеточные популяции и производят внеклеточный матрикс и секретируемые факторы, включая цитокины. Органоиды могут использоваться для экспериментов по совместной культуре и поддерживаться в культуре не менее 3 недель с высокой жизнеспособностью. В целом эти модели позволяют исследовать физиологию и патологию яичников с точки зрения соматических клеток.
Хотя ооцит, или женская гамета, необходима для рождения следующего поколения, соматические клетки в яичнике играют ключевую роль в развитии гамет, выработке стероидных гормонов и гомеостазе яичников. Оооциты, окружённые соматическими гранулезами и тека-клетками, образуют функциональные единицы яичника, известные как фолликулы. Гранулезные клетки физически связаны с яйцеклетками через трансзональные проекции и обеспечивают метаболическую и питательную поддержку яйцеклетки, а также регулируют мейотическуюостановку 1,2. Кроме того, в ответ на гонадотропины гранулёза и тека-клетки вырабатывают стероидные гормоны, включая эстроген, прогестерон и андрогены, которые оказывают влияние за пределами репродуктивной системы, воздействуя на сердечно-сосудистую, опорно-двигательную и нервную системы, тем самым влияя на общее женскоездоровье 3. Фолликулы яичников развиваются внутри гетерогенной стромы яичника, состоящей из сосудистой системы, иммунных клеток, нескольких популяций интерстициальных фибробластов и мезенхимальных клеток, а также высокоупорядоченной внеклеточной матрикс (ECM)4. Эта стромальная микросреда предоставляет физические и химические сигналы, влияющие на рост фолликулов, овуляцию илютеинизацию 4.
Существует несколько методов для выделения и культивирования гамет и фолликулов in vitro, и эти методы продвинули наше понимание оогенеза и фолликулогенеза5. Однако соматический компартмент яичника относительно недостаточно изучен, отчасти из-за отсутствия устойчивых моделей in vitro. Современные модели соматического компартмента яичника в основном ограничены одним типом клеток, таким как фибробласты, эпителиальные клетки поверхности яичника, эндотелиальные, иммунные или гранулезныеклетки 6,7,8,9,10,11. Культура широко определённых первичных соматических клеток яичников в 2D со временем благоприятствует популяциям макрофагов, что приводит к потере клеточнойгетерогенности 12. Кроме того, традиционная двумерная (2D) монослойная культура не допускает разнообразных взаимодействий между клетками и матрицей, присутствующих в яичнике. Экспланты яичниковой ткани сохраняют клеточную и структурную сложность родной ткани, но различаются по составу в зависимости от того, где внутри яичника они былиполучены 13,14.
Органоиды — это трёхмерные (3D), многоклеточные, миниатюрные версии органов или тканей, которые воспроизводят in vivo организацию ифункционируют 15,16. Органоиды могут формироваться из стволовых клеток или первичных клеток, выделенных из нормальных или больныхтканей 15. В контексте женской репродуктивной системы были созданы органоиды для моделирования эндометрия, маточной трубы, шейки матки иплаценты 17. Однако, что касается яичника, до недавнего времени органоидные модели ограничивались одним типом клеток, такими как поверхностный эпителий яичника или раковые клетки, либо создавались из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, напоминающих структуры фолликулов, а не стромуяичника 17,18. Недавние исследования создали и охарактеризовали органоиды с использованием гетерогенных популяций соматических клеток, выделенных из мышей, макаки резуса и ткани яичниковчеловека 19,20,21. Эти органоидные модели позволили исследовать клеточные механизмы, лежащие в основе старения яичников, а также влияние воздействия фталатов на составЭКМ 19,21.
Учитывая критическую роль соматических клеток, как в фолликуле, так и в строме для функции яичников, мы описываем методы выделения соматических клеток из фракции яичников мышей, обогащённой стромой, и их культивирования in vitro с использованием традиционной монослойной культуры или в органоидной модели. Используя микроформы агарозы без каркасов, соматические клетки яичников формируют органоиды в течение 1–3 дней. Органоиды сохраняют ключевые популяции клеток яичников, включая фибробласты, макрофаги и стероидогенные клетки, и могут культивироваться до 3 недель с высокой жизнеспособностью. Соматические органоиды яичников способствуют транскриптомической и гистологической оценке, анализу условных сред, совместному выращиванию с другими типами клеток и методам скрининга соединений. В целом, эти органоиды являются надёжной моделью для in vitro допроса и модуляции соматического компартмента яичника и могут применяться для изучения развития, старения, физиологии и патологии яичников.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Использование животных для разработки этого протокола было выполнено в соответствии с Институциональным комитетом по уходу и использованию животных Северо-Западного университета и Руководящими принципами Национальных институтов здравоохранения по уходу и использованию лабораторных животных (номер по обеспечению благополучия животных Северо-Западного университета: A3283-01; Идентификатор протокола IACUC: IS00013082_IM12). Информация о производителях и каталожные номера всех материалов, включая силиконовые отливки для агарозных микроформ, среды и добавки, приведены в Таблице материалов. Обзор шагов протокола приведён на рисунке 1. Все этапы протокола должны выполняться с использованием соответствующих средств индивидуальной защиты, в соответствии со всеми институциональными нормами по биобезопасности и охране окружающей среды и, если не указано иное, в шкафе класса II.

Рисунок 1: Схема выделения соматических клеток яичников у мышей, генерации соматических органоидов в яичниках и последующих применений. Мышиные яичники изолированы, а стромальная фракция обогащается. Обогащённая стромальная фракция переваривается ферментативно и механически. Непереваренная ткань протушивается. Клетки гранулируются, промываются, подсчитываются и обрабатываются для культивирования в 2D. Для генерации органоидов, после 2D-культивирования за ночь, клетки собирают с помощью трипсина, гранулируют, промываются и подсчитывают. Клетки засеиваются в агарозные микроформы для культуры органоидов. Органоиды могут использоваться для гистологии, экстракции РНК/белков, анализа кондиционированных сред, лечения и скрининга лекарств, а также для совместной культуры. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
1. Подготовка среды для выделения и культивирования соматических клеток яичников
ПРИМЕЧАНИЕ: Переваривание ткани яичников и последующая изоляция и культура первичных соматических клеток требуют четырёх типов среды: дисекционная среда (СД; используется в шагах 2.3–2.4 для вскрытия и проколов яичников мышей), ферментативная среда (ЭМ; используется в шагах 2.5–2.8 для ферментативного переваривания яичников мышей, обогащённых стромой), закаливающая среда (КМ; используется в шаге 2.9 для замедления ферментативного пищеварения), и покрытие (PM; используется в шагах 2.11–2.14 и 4.6 для промывания, покрытия и 2D-культуры первичных соматических клеток яичников, а также для инактивации трипсина при извлечении клеток из 2D-культуры). Все среды должны быть подготовлены в стерилизованном биологическом защитном шкафе класса II или ламинарном вытяжном капе. Рецепты медиа, приведённые ниже, достаточно для обработки яичников от 5 до 6 мышей, но их следует масштабировать по мере необходимости. Все среды можно подготовить до недели вперёд и хранить при 4 °C, но ферменты для ЭМ должны быть добавлены свежими в день изоляции клеток.
2. Пищеварение ткани яичников и выделение первичных соматических клеток
ПРИМЕЧАНИЕ: Мышиные яичники изолируют и переваривают как ферментативно, так и механически для выделения первичных соматических клеток. Яичники от 5 до 6 мышей можно обрабатывать вместе в одном блюде. Следующие шаги следует выполнять с помощью асептической техники, желательно с помощью диссекционного микроскопа в ламинарной вытяжке.

Рисунок 2: Схема выделения соматических клеток яичников мыши. (A) Репрезентативные изображения (i,ii) диссекции яичников мыши и (iii,iv) обогащения стромы. Мышиный яичник обведён пунктирной линией в букве Ai. (B) Репрезентативные изображения фрагментов ткани яичников на протяжении механического и ферментативного пищеварения. Яичники, обогащённые стромой (i) до и (ii) после разрыва, (iii) фрагменты ткани яичников во время пипетирования и (iv) части яичников после пищеварения. (C) Репрезентативные изображения (i) утоления пищеварения, (ii) фильтрации клеточной суспензии и (iii, iv) гранулирования первичных соматических клеток яичников мыши. Всадки в Cii и Ciii показывают непереваренные части ткани, захватываемые клеточным ситечком и клеточной гранулой после центрифугирования соответственно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3: Первичные соматические клетки яичников можно культивировать в 2D. (A) Репрезентативные световые изображения первичных соматических клеток яичников, помещаемых в 60-мм антенну через 16 часов после нанесения, до и после промывания PBS. (B) Репрезентативные световые изображения первичных соматических клеток яичников, покрытых в пластине с 24 лунками в течение 3 дней в культуре. Масштабные полосы = 400 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
3. Подготовка агарозных микроплесеней и среды для генерации и культивирования органоидов
ПРИМЕЧАНИЕ: Соматические органоиды яичников образуются и культивируются в агарозных микроформах без каркасов с яичниковыми органоидными средами. Микроформы агарозы и органоидные среды яичников должны подготовляться с помощью асептической техники в стерилизованном биологическом защитном шкафу класса II или ламинарном вытяжке.

Рисунок 4: Схематическое отображение подготовки агарозных микроформ. (A) Репрезентативные изображения (i) 1,5% приготовления агарозы, (ii) пипетирования в силиконовые отливки, (iii) правильно заполненных и (iv) переполненных силиконовых отливок. Пунктирные линии в буквах Aiii и AIV показывают плоские и выпуклые днища агарозных микроформ соответственно. (B) Репрезентативные изображения (i,ii) заполненных силиконовых отливок с пузырьками в агарозе, (iii) лопающихся пузырьков с наконечником пипетки перед затвердеванием агарозы и (iv) затвердевшей агарозной микроформы внутри силиконового отливка. (C) Репрезентативные изображения (i) удаления затвердевших агарозных микроформ из силиконовых отливок, (ii) хранения агарозных микроформ в 24-лунной пластине с PBS + 1% PS, (iii) пузырьков, присутствующих в микроскважинах сразу после литья, и (iv) безпузырьковых, правильно отлитых агарозных микроформ после 16 часов хранения. (D) Репрезентативные изображения микроплесеней с (i,ii) комбинированными скважинами, (iii) разрушенными колодцами, или (iv) повреждениями. Сокращения: PBS = фосфатно-буферный физиологический раствор; PS = пенициллин-стрептомицин. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
4. Генерация и культивирование органоидов
ПРИМЕЧАНИЕ: После 2D-культуры за ночь первичные соматические клетки яичников извлекаются из 2D-культуры и засеяны в агарозные микроформы для получения органоидов. Следующие шаги следует выполнять с помощью асептической техники в стерилизованном шкафу биологической безопасности класса II.

Рисунок 5: Схема генерации соматических органоидов яичников. (A) Репрезентативные изображения (i) переноса агарозных микроформ на культивационную пластину с помощью щипцов Graefe, (ii) уравновесления агарозных микроформ в яичниковой органоидной среде и (iii) удаления среды из клеточных камер посева. Стрелка в букве Aiii указывает на пустую камеру посева ячеек. (B) Репрезентативные изображения (i,ii) засевания клеток в агарозные микроформы и (iii) пропущенного светового сканирования агарозной микроплесени, содержащей агрегирающие соматические клетки яичников. Шкала (Biii): 2500 мкм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
5. Использование органоидов для последующих приложений
ПРИМЕЧАНИЕ: Органоиды могут использоваться для различных последующих применений, включая гистологию, молекулярную биологию (например, анализ РНК/белков), анализ условных сред и совместное выращивание.

Рисунок 6: Ключевые типы клеток яичников сохраняются в соматических органоидах яичников. (A) Репрезентативные изображения (i) запечатывания микроплесени агарозой в конце культуры, (ii) неразрезанной микроформы и (iii) разрезанной микроформы, встроенной в парафиновый блок. Микроколодцы можно визуализировать в (iv) срезах, а наличие органоидов внутри секционных микроформ может быть (v) подтверждено под микроскопом до (vi) гистологического окрашивания. (B) Репрезентативные изображения срезов яичников мыши и соматических органоидных срезов яичников после иммуногистохимического окрашивания с использованием антител против Виментина, F4/80, Foxl2 и 3β-HSD. Шкала = 20 мкм. Сокращения: H&E = гематоксилин и эозин. Эта цифра была адаптирована с разрешения Дипали и др.19. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 7: Совместная культура соматических органоидов яичников с фолликулами и клетками рака яичников. (A) Секреция органоидных цитокинов измерялась по агарозной микроплесени на 5-й день культуры и нормализована на условную среду из агарозных микроплесеней без органоидов. N = 4 агарозных микроплесени. (B) Репрезентативные световые изображения фолликулов яичников на днях 0, 4 и 8 культуры с (контрольными) органоидами или без них и (i) схема парадигмы ко-культуры. Масштабные полосы = 400 мкм. Количественная оценка (ii) выживаемости фолликулов и (iii) роста за 8 дней культуры с (контрольными) органоидами или без них. Данные представлены как среднее ± SD. Некоторые полоски ошибок слишком малы, чтобы их можно было визуализировать. N = 56 фолликулов на группу. **P < 0.01. (C) Репрезентативные световые (верхние) и флуоресцентные (внизу) изображения первичных соматических клеток яичников, культивируемых в соотношении 10:1 с маркированными красными флуоресцентными белоковыми клетками яичников (OVCAR8-RFP) в органоидах на 1, 3 и 5 день культуры. Масштабные полосы = 400 мкм. Сокращение: RFP = красный флуоресцентный белок. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
6. Советы по устранению неполадок
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Для определения клеточного состава соматических органоидов яичников мы провели иммуногистохимию срезов органоидной ткани после 6 дней культуры с использованием антител против ключевых типов клеток яичников. Органоиды содержали виментин-положительные фибробласты, F4/80-положительные макрофаги, а также популяции стероидогенных клеток (рисунок 6B)19. Мы использовали антитело против Foxl2 для маркировки гранулезных и гранулезно-лютеиновых...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В этой статье описаны методы выделения первичных соматических клеток яичников мыши из фракции яичника, обогащённой стромой, таким образом, чтобы сохранить гетерогенность соматического компартмента яичника. Первичные соматические клетки яичников мыши могут культивироваться в двумерном монослое или использовать для получения соматических органоидов яичников с помощью микроформ агарозы без каркасов. Микроформы агарозы содержат 96 микроскважин для образования органоидов и помещаются в одну я...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У авторов нет конфликтов интересов, которые нужно раскрывать.
Эта работа была профинансирована Национальным институтом здоровья детей и развития человека (R01HD093726 F.E.D. и T32HD094699 S.S.D. и E.J.Z.), Национальным институтом рака (F31CA257300 до S.S.D.) и стартовыми средствами Департамента акушерства и гинекологии (F.E.D.). Мы хотим выразить признательность доктору Кэндис Тинген и лаборатории доктора Терезы Вудрафф, а также доктору Дженнифер Роули за их фундаментальные исследования и оптимизацию методов выделения первичных соматических клеток яичников мышей и их характеристики.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 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 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение