Hücre dışı matriks (ECM), hücre davranışını ve gelişimini düzenlemede merkezi bir rol oynayan dokuların dinamik ve çok işlevli bir bileşenidir. Karmaşık bir ağ olarak, yapısal destek, hücre yapışkan ligandları1 ve hücre sinyallemesini düzenleyen büyüme faktörlerinin ve sitokinlerin depolanmasını sağlar. Örneğin, yara iyileşmesi sırasında, ECM, göç eden hücreler için bir iskele görevi görür ve doku onarımında yer alan büyüme faktörlerinin bir rezervuarı olarak işlev görür2. Benzer şekilde, ECM'deki düzensizlik, fibroz ve kanser gibi çeşitli hastalıkların şiddetinde bir artışa yol açabilir 3,4. Embriyonik gelişim sırasında, ECM doku morfogenezine rehberlik eder. Örneğin, kalbin gelişiminde, ECM bileşenleri kalp dokusunun doğru mimarisini ve işlevini oluşturmada rol oynar5. On yıldan fazla bir süredir yapılan araştırmalar, mikro çevrenin sertliğinintek başına 6,7'nin kök hücre soy spesifikasyonunu kontrol edebileceğini göstermiştir. Bu nedenle, in vitro hücre farklılaşması sırasında ECM'nin farklılaşma için sinyaller sağlayarak kök hücre kaderini etkilemesi şaşırtıcı değildir.
Organoidler, indüklenmiş pluripotent kök hücrelerden (iPSC'ler) üretilebilir. Organoidleri başarılı bir şekilde oluşturmak için uygun şekilde karakterize edilmiş bir iPSC hattı ile başlamak gerekir. Bununla birlikte, klasik hücre kültürü materyallerinde fizyolojik ipuçlarının eksikliği, verimli iPSC farklılaşmasını ve organoid oluşumunu engeller. Ayrıca, son araştırmalar, organoid genişleme ve farklılaşma 12 bağlamında hücre dışı matrisin (ECM) bileşiminin, hücreler ve ECM8 arasındaki etkileşimlerin yanı sıra mekanik ve geometrik ipuçlarının 9,10,11 önemini vurgulamıştır. Tekrarlanabilirliği artırarak organoid teknolojisini ilerletmek, dokuya özgü fiziksel ve kimyasal ipuçlarının dahil edilmesini içerecektir.
Organoidler, doğal dokuyu fizyolojik olarak benzer bir mikro çevre içinde özetlemeyi amaçlar. Doğal doku ECM'sini yakından taklit eden bir ECM sistemi seçmek, hücre davranışı, işlevi ve uyaranlara yanıt ile ilgili fizyolojik alaka düzeyini elde etmek için çok önemlidir13. ECM bileşenlerinin seçimi, kök hücrelerin organoid içindeki belirli hücre tiplerine farklılaşmasını etkileyebilir. Farklı ECM proteinleri ve bunların kombinasyonları, hücre kaderini yönlendiren ipuçları sağlayabilir14. Örneğin, çalışmalar, spesifik ECM bileşenlerinin kullanılmasının, bağırsak kök hücrelerinin olgun bağırsak hücre tiplerine farklılaşmasını teşvik edebileceğini ve bunun fizyolojik olarak ilgili bağırsak organoidleri ile sonuçlanabileceğini göstermiştir15. Organoidler, hastalık modellemesi ve ilaç testi sırasında değerli bir araç olsa da, uygun bir ECM sisteminin seçilmesi bu uygulama için çok önemlidir. Uygun bir ECM sistemi, etkilenen dokuya benzeyen bir mikro çevre yaratarak hastalık modellemesinin doğruluğunu artırabilir16. Ayrıca, dokuya özgü ECM, hastalıkla ilişkili fenotipleri ve ilaç yanıtlarını daha iyi özetleyen organoidlerin üretilmesine yardımcı olabilir17. Organoid farklılaşmasında kullanılan ECM sisteminin optimize edilmesi, istenen farklılaşma sonuçlarının elde edilmesi için kritik öneme sahiptir.
Hayvansal ECM kaynaklarından (örneğin, Matrigel, Cultrex) ve kseno içermeyen hidrojelden (örneğin, VitroGel) türetilen ticari olarak temin edilebilen bazal membran sistemleri, iPSC ve organoid araştırmalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunları ticarileştiren şirketler ve bunları kullanan araştırmacılar, yıllar boyunca kendi özel ürünleri ve uygulamaları için birçok talimat ortaya koymuşlardır. Bu talimatların çoğu, bu protokolün oluşturulması için bir rehber görevi gördü. Ayrıca, içsel özellikleriyle ilişkili faydalar ve aksilikler birçok 18,19,20,21 tarafından ayrı ayrı belirtilmiştir. Bununla birlikte, iPSC ve organoid çalışmaları için en uygun sistemlerin seçimine rehberlik edecek sistematik bir iş akışı yoktur. Burada, iPSC ve organoid çalışmaları için çeşitli kaynaklardan ECM sistemlerinin eşdeğerliğini sistematik olarak değerlendirmek için bir iş akışı sağlanmaktadır. Bu, dört farklı matriste iki farklı insan iPSC hattının (hiPSC) ve insan bağırsak organoidlerinin (hIO) oluşumunun sürdürülmesinin karşılaştırmalı bir çalışmasıdır: Matrigel (Matris 1-AB), Geltrex (Matris 2-AB), Cultrex (Matris 3-AB) ve VitroGel (Matris 4-XF). Organoid kültür için, daha önce organoid kültür için optimize edilmiş kseno içermeyen matris VitroGel'in dört versiyonu kullanıldı: ORGANOID 1 (Matris 4-O1), ORGANOID 2 (Matris 4-O2), ORGANOID 3 (Matris 4-O3), ORGANOID 4 (Matris 4-O4). Ayrıca, organoidler için optimize edilmiş hayvan türevli matrisler kullanıldı: Matrigel Yüksek Konsantrasyon (Matris 1-ABO) ve Cultrex Tip 2 (Matris 3-ABO). Piyasada bulunan kök hücre kültür ortamı (mTeSR Plus) ve organoid farklılaşma kiti (STEMdiff intestinal organoid kit) kullanıldı. Bu protokol, okuyucuyu belirli iPSC ve organoid çalışmaları için ECM'nin başarılı bir şekilde optimizasyonuna yönlendirmek için ürün üreticilerinin bireysel talimatlarını laboratuvar deneyimleriyle birleştirir. Toplamda, bu protokol ve temsili sonuçlar, kök hücre çalışması ve organoid farklılaşması için en uygun mikro ortamın seçilmesinin önemini vurgulamaktadır.