JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

הפרוטוקול מציג שיטה להפקת אורגנואידים של ריאה אנושית מרקמות ריאה ראשוניות, הרחבת האורגנואידים של הריאה וגרימת התמיינות פרוקסימלית ליצירת אורגנואידים תלת-ממדיים ודו-ממדיים של דרכי הנשימה, המנצלים בנאמנות את אפיתל דרכי הנשימה האנושיות.

Abstract

היעדר מודל חוץ גופי חזק של אפיתל הנשימה האנושי מעכב את הבנת הביולוגיה והפתולוגיה של מערכת הנשימה. אנו מתארים פרוטוקול מוגדר להפקת אורגנואידים של ריאה אנושית מתאי גזע בוגרים ברקמת הריאה ולגרום להתמיינות פרוקסימלית ליצירת אורגנואידים בוגרים של דרכי הנשימה. האורגנואידים של הריאה מורחבים ברציפות במשך למעלה משנה עם יציבות גבוהה, בעוד שהאורגנואידים המובחנים של דרכי הנשימה משמשים כדי לדמות באופן מורפולוגי ותפקודי אפיתל דרכי הנשימה האנושי לרמה כמעט פיזיולוגית. לפיכך, אנו יוצרים מודל אורגנואידי חזק של אפיתל דרכי הנשימה האנושיות. ההתרחבות ארוכת הטווח של אורגנואידים של ריאה ואורגנואידים מובחנות של דרכי הנשימה מייצרת מקור יציב ומתחדש, ומאפשרת למדענים לשחזר ולהרחיב את תאי האפיתל של דרכי הנשימה האנושיות במנות תרבית. מערכת האורגנואידים של הריאה האנושית מספקת מודל ייחודי ופעיל מבחינה פיזיולוגית במבחנה עבור יישומים שונים, כולל חקר אינטראקציה בין נגיף למארח, בדיקות תרופות ומידול מחלות.

Introduction

אורגנואידים הפכו לכלי חזק ואוניברסלי למידול חוץ גופי של התפתחות איברים ולחקר ביולוגיה ומחלות. כאשר מתרבים בתרבית במדיום תרבית המוגדר על ידי גורם גדילה, תאי גזע בוגרים (ASC) ממגוון איברים ניתנים להרחבה בתלת-ממד (3D) ולהרכיב את עצמם לאשכולות תאיים דמויי איברים המורכבים מסוגי תאים מרובים, המכונים אורגנואידים. המעבדה של Clevers דיווחה על הנגזרת של האורגנואיד הראשון שמקורו ב-ASC, אורגנואיד מעיים אנושי, בשנת 2009 1,2. לאחר מכן, אורגנואידים שמקורם ב-ASC הוקמו עבור מגוון של איברים ורקמות אנושיות, כולל ערמונית 3,4, כבד 5,6, קיבה 7,8,9, לבלב10, בלוטת החלב11 וריאה 12,13 . אורגנואידים אלה שמקורם ב-ASC שמרו על התכונות התאית, המבנית והתפקודית הקריטיות של האיבר המקומי ושמרו על יציבות גנטית ופנוטיפית בתרבית ההתפשטות ארוכת הטווח14,15.

אורגנואידים יכולים גם להיגזר מתאי גזע פלוריפוטנטיים (PSC), כולל תאי גזע עובריים (ES) ותאי גזע פלוריפוטנטי מושרים (iPS)16. בעוד שאורגנואידים שמקורם ב-PSC מנצלים את מנגנוני התפתחות האיברים לצורך הקמתם, ניתן לכפות ASCs ליצור אורגנואידים על ידי בנייה מחדש של תנאים המחקים את נישת תאי הגזע במהלך חידוש עצמי של רקמות פיזיולוגיות או תיקון רקמות. אורגנואידים שמקורם ב-PSC הם מודלים נוחים לחקר ההתפתחות והאורגנוגנזה, אם כי אינם מסוגלים להגיע לרמת ההבשלה הדומה של אורגנואידים שמקורם ב-ASC. מצב ההבשלה דמוי העובר של אורגנואידים שמקורם ב-PSC, והמורכבות לביסוס אורגנואידים אלה מונעים באופן משמעותי את היישומים הרחבים שלהם לחקר ביולוגיה ופתולוגיה ברקמות בוגרות.

מערכת הנשימה האנושית, מהאף ועד הסימפונות הטרמינליים, מרופדת באפיתל דרכי הנשימה, המכונה גם אפיתל הציליאתי המדומה, המורכב מארבעה סוגי תאים עיקריים, כלומר תאים סיליים, תא גביע, תא בסיס ותא מועדון. הקמנו את אורגנואיד הריאה האנושית שמקורו ב-ASC מרקמות ריאה אנושיות בשיתוף עם המעבדה של Clevers12,13. אורגנואידים ריאה אלה מורחבים ברציפות במדיום ההתפשטות במשך למעלה משנה; משך הזמן המדויק משתנה בין קווים אורגנואידים שונים המתקבלים מתורמים שונים. עם זאת, בהשוואה לאפיתל הטבעי של דרכי הנשימה, אורגנואידי ריאה אלה הניתנים להרחבה ארוכת טווח אינם בוגרים מספיק מכיוון שתאים ציליאנטים, אוכלוסיית התאים העיקרית בדרכי הנשימה האנושיות, סובלים מתת-ייצוג באורגנואידים של ריאה אלה. לפיכך, פיתחנו פרוטוקול התמיינות פרוקסימלית ויצרנו אורגנואידים תלת-ממדיים ודו-ממדיים של דרכי הנשימה, אשר מבחינה מורפולוגית ותפקודית פנוסקופיה של אפיתל דרכי הנשימה לרמה כמעט פיזיולוגית.

כאן אנו מספקים פרוטוקול וידאו להפקת אורגנואידים של ריאה אנושית מרקמות הריאה הראשוניות, הרחבת האורגנואידים של הריאה וגרימת התמיינות פרוקסימלית ליצירת אורגנואידים תלת-ממדיים ודו-ממדיים של דרכי הנשימה.

Protocol

כל הניסויים באמצעות רקמות אנושיות המתוארות כאן אושרו על ידי מועצת הביקורת המוסדית של אוניברסיטת הונג קונג / רשות בתי החולים של הונג קונג אשכול מערב הונג קונג (UW13-364 ו- UW21-695). הסכמה מדעת התקבלה מחולים לפני איסוף הרקמות.

1. גזירת אורגנואיד ריאה אנושית

  1. הכנת חומרים ניסיוניים
    1. הכן מדיום בסיסי על ידי תוספת למדיום DMEM/F12 מתקדם עם 2 mM גלוטמין, 10 mM HEPES, 100 U /mL של פניצילין, ו 100 מיקרוגרם / מ"ל של סטרפטומיצין.
    2. הכן את מדיום התפשטות האורגנואידים של הריאה האנושית על ידי השלמת מדיום בסיסי עם 10% R-spondin 1 בינוני מותנה, 10% בינוני מותנה נוג'ין, תוסף B27 1x, 1.25 mM N-אצטילציסטאין, 10 mM ניקוטינמיד, 5 מיקרומטר של Y-27632, 500 ננומטר של A-83-01, 1 μM של SB202190, 5 ng/mL של גורם גדילה פיברובליסטי (FGF)-7, 20 ננוגרם/מ"ל של FGF-10, ו-100 מיקרוגרם/מ"ל של פרימוצין (ראו טבלת חומרים).
      הערה: ניתן להחליף את המדיום המותנה R-spondin 1 ו-Noggin ב-R-spondin 1 (500 ng/mL) ונוג'ין (100 ng/mL) מסחריים מסוג R-spondin 1 (500 ng/mL) ו-Noggin (100 ng/mL).
    3. יש לחמם מראש צלחת תרבית של 24 בארות בחממת תרביות תאים. השתמש בחממת תרביות תאים סטנדרטית עם 5% CO2 ואטמוספרה לחה בטמפרטורה של 37 °C (76 °F). להפשיר מטריצת מרתף במקרר של 4 מעלות צלזיוס. שמור את מטריצת המרתף ואת מדיום התרבות על הקרח במהלך הניסויים.
  2. בידוד תאים מרקמות ריאה אנושיות לתרבית אורגנואידית תלת-ממדית
    1. רכשו רקמות ריאה אנושיות שזה עתה נכרתו בגודל של כ-0.5 ס"מ מחולים שעברו כריתה כירורגית עקב מחלות שונות. להעביר את רקמות הריאה ב-30 מ"ל של מדיום בסיסי בטמפרטורת החדר ולעבד במהירות האפשרית בתוך מכסה מנוע בטיחות ביולוגית.
    2. רקמות ריאה טחונות לחתיכות קטנות (0.5-1 מ"מ) עם אזמל סטרילי בצלחת תרבית תאים של 10 ס"מ. לשטוף חתיכות טישו עם 10 מ"ל של בינוני בסיסי קר בצינור צנטריפוגה 15 מ"ל, ואחריו צנטריפוגה ב 400 x g במשך 5 דקות ב 4 °C (66 °F).
    3. יש להשליך את הסופרנטנט ולהחזיר את הכדור ל-8 מ"ל של מדיום בסיסי בתוספת קולגן בריכוז סופי של 2 מ"ג/מ"ל. לעכל את חתיכות הרקמה על ידי ניעור הצינור ב 120 סל"ד במשך 30-40 דקות ב 37 °C (64 °F).
    4. פיפט למעלה ולמטה במשך 20x כדי לגזוז את חתיכות הרקמות המעוכלות באמצעות פיפטה סרולוגית 10 מ"ל. יש לערום מסננת של 100 מיקרומטר על צינור צנטריפוגה של 50 מ"ל ולסנן את המתלים.
    5. משחזרים פיסות רקמה על המסננת עם המדיום הבסיסי ומעבירים אותן לצינור צנטריפוגה של 15 מ"ל, ולאחר מכן לסיבוב שני של גזירה וסינון. ניתן לבצע סינון גזירה נוסף פי 1x-2 כדי לבודד תאים נוספים, במיוחד כאשר נרכשת פיסת רקמה קטנה (למשל, <0.5 ס"מ).
    6. הוסף FBS לזרימה-דרך עם ריכוז סופי של 2% כדי לסיים את העיכול, ואחריו צנטריפוגה ב 400 x g במשך 5 דקות ב 4 °C (66 °F).
    7. בצעו החייאה של כדור התא ב-10 מ"ל של תווך בסיסי, ולאחר מכן צנטריפוגה ב-400 x גרם למשך 5 דקות ב-4 מעלות צלזיוס. השליכו את הסופרנאטנט.
    8. (אופציונלי) אם אריתרוציטים רבים נראים בכדור (מוערך על ידי צבע הכדור), החייאת כדור התא ב 2 מ"ל של חיץ תסיסה של תאי דם אדומים ודגירה בטמפרטורת החדר במשך 5 דקות. לאחר מכן, הוסף 10 מ"ל של תווך בסיסי לצינור, ואחריו צנטריפוגה ב 400 x g במשך 5 דקות ב 4 ° C. השליכו את הסופרנאטנט.
    9. בצעו החייאה של הכדור במטריצת מרתף קרה והמשיכו על הקרח. הוסף 80-160 μL של מטריצת מרתף עבור תאים שהתאוששו מרקמת ריאה בגודל של כ -0.5 ס"מ; הכמות מספיקה כדי לזרוע 2-4 טיפות.
    10. מחלקים 40 μL של מתלים לכל באר של לוחית תרחיף המתלים המחוממת מראש של 24 בארות. הדגירה של צלחת התרבות בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס למשך 10-15 דקות. תן למטריצת המרתף להתמצק וליצור טיפה.
    11. מוסיפים 500 μL של אורגנואידים של אורגנואידים של ריאה אנושית למדיום הרחבה בתוספת 5 ננומטר של הרגלולין בטא-1 לכל באר ומדגרים את הצלחת בחממת תרביות תאים.
    12. רענן את המדיום כל 3 ימים. הסר את המדיום הישן תוך שמירה על שלמות הטיפות והוסף מדיום רענן בזהירות. מעבירים את האורגנואידים לאחר הדגירה במשך 10-14 יום. השתמש ב- Heregulin beta-1 רק בתרבות הראשונית לפני הקטע הראשון.
    13. התבונן באורגנואידים תחת מיקרוסקופ כדי לוודא שהאורגנואידים אינם משובצים בצפיפות תאים גבוהה מאוד. אם טיפה מתפוררת עקב צפיפות תאים גבוהה מדי, שחזרו והטמיעו מחדש את האורגנואידים והתאים עם נפח גבוה יותר של מטריצת מרתף כדי ליצור יותר טיפות עם צפיפות תאים נמוכה ורצויה יותר.

2. הרחבת האורגנואידים של הריאה האנושית

  1. הכינו פיפטת פסטר על ידי שריפת קצה פיפטת פסטר על להבה, כגון מבער בונזן, כדי לצמצם את הפתח מ-1.5 מ"מ לכ-1.0 מ"מ קוטר. מקררים את הפיפטות, ואחריהם את האוטוקלבינג כדי לעקר. הרטיבו את הפיפטות עם המדיום הבסיסי כדי למנוע חיבור ואובדן של תאים במהלך גזירה מכנית.
  2. אורגנואידים של ריאות עוברים עם גזירה מכנית
    1. השתמש בקצה של 1 מ"ל ובצינור למעלה ולמטה כדי לשבור את הטיפות שהתקבלו לעיל. לאחר מכן, העבירו את האורגנואידים יחד עם המדיום לצינור צנטריפוגה של 15 מ"ל והתאימו את הנפח ל-10 מ"ל עם תווך בסיסי קר. השליכו את הסופרנאטנט לאחר צנטריפוגה ב-300 x גרם למשך 5 דקות ב-4 מעלות צלזיוס
    2. לשטוף את האורגנואידים עם 10 מ"ל של בינוני בסיסי קר שוב. החייאת האורגנואידים ב -2 מ"ל של תווך בסיסי קר. פיפט למעלה ולמטה כדי לגזוז את האורגנואידים לחתיכות קטנות עם פיפטת פסטר.
    3. תוספת עם בינוני בסיסי לנפח כולל של 10 מ"ל, ואחריו צנטריפוגה ב 300 x g במשך 5 דקות ב 4 ° C. החיזרו את שברי האורגנואידים עם מטריצת מרתף קרה מספיקה כדי לאפשר הרחבה של 1:3 עד 1:5. תמשיכו לקרח.
    4. הניחו 40 μL של תרחיף אורגנואידי בכל באר של צלחת מחוממת מראש של 24 בארות. הדגירה של צלחת התרבות בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס למשך 10-15 דקות. תנו למטריצת המרתף להתמצק.
    5. מוסיפים 500 μL של מדיום התפשטות אורגנואידי ריאה לכל באר ומדגרים בחממת תרביות תאים. רענן את המדיום כל 3 ימים. מעבירים את האורגנואידים כל שבועיים ביחס של 1:3 ל-1:5.
  3. אורגנואידים של ריאה עוברים עם טריפסיניזציה
    הערה: טריפסיניזציה עדיפה כאשר קשה לגזוז את האורגנואיד של הריאה לחתיכות קטנות באמצעות פיפטת פסטר, או שגודל האורגנואידים משתנה מאוד, או שהניסויים הבאים דורשים אורגנואידים בגודל אחיד יותר.
    1. קציר את האורגנואידים של הריאה כפי שמוצג בשלב 2.2.1. החייאת האורגנואיד ב-1 מ"ל של אנזים דיסוציאציה ודגירה באמבט מים של 37 מעלות צלזיוס למשך 3-5 דקות.
    2. הוסף 1 מ"ל של מדיום בסיסי לצינור. גזירה את האורגנואידים באופן מכני על ידי צנרת האורגנואידים למעלה ולמטה לחתיכות קטנות באמצעות פיפטת פסטר. בדוק את גודלם של חתיכות אורגנואידיות תחת מיקרוסקופ בהגדלה של פי 4. לאחר מכן, הוסף 40 μL של FBS כדי לסיים את העיכול.
      הערה: קבע את גודל השברים האורגנואידים מתחת למיקרוסקופ בהתאם לסידור הניסוי. אם ניסוי זקוק ליותר אורגנואידים או אורגנואידים בגודל אחיד יותר, גוזזים אורגנואידים לחתיכות קטנות יותר או אפילו לתאים בודדים. לאחר מכן, לוקח זמן רב יותר, כנראה 3 שבועות, עד שהאורגנואידים מוכנים לניסויים.
    3. מלא עם בינוני בסיסי לנפח סופי של 10 מ"ל, ואחריו צנטריפוגה ב 300 x g במשך 5 דקות ב 4 °C (74 °F). החייאת החלקים האורגנואידיים במטריצת מרתף קרה עם נפח מספיק כדי לעבור ביחס של 1:5-1:10. תמשיכו לקרח.
    4. הניחו 40 μL של תרחיף אורגנואידי בכל באר של צלחת מחוממת מראש של 24 בארות. הדגירה של צלחת התרבות בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס למשך 10-15 דקות. תנו למטריצת המרתף להתמצק.
    5. יש להשלים עם 500 μL של מדיום התפשטות אורגנואידים של ריאה לכל באר ודגירה בחממת תרביות תאים. רענן את מדיום ההרחבה כל 3 ימים. מעבירים את האורגנואידים לאחר 2-3 שבועות.
      הערה: כ-100 אורגנואידים מותקנים בתוך טיפה של 40 μL של מטריצת מרתף. האורגנואידים של הריאות גדלים בדרך כלל טוב יותר עם צפיפות תאים גבוהה יחסית. הטבעה מחדש של האורגנואידים עם צפיפות תאים נמוכה יותר אם הטיפות מתפרקות או שהאורגנואידים הגדלים מתחברים זה לזה בשל צפיפות התאים הגבוהה מדי.

3. התמיינות פרוקסימלית ליצירת אורגנואידים בוגרים של דרכי הנשימה

  1. הכן מדיום התמיינות פרוקסימלית (מדיום PD) על ידי השלמת הממשק הנוזלי באוויר עם תוסף ממשק נוזלי אוויר 1x, תוסף תחזוקת ממשק נוזלי אוויר 1x, 4 מיקרוגרם/מ"ל של הפרין, 1 μM של הידרוקורטיזון, 10 μM של Y-27632, ו-10 μM של DAPT (ראה טבלת חומרים).
  2. אורגנואידים תלת-ממדיים של דרכי הנשימה
    1. הדגירה של אורגנואידים של הריאות במדיום ההתפשטות למשך 7-10 ימים לאחר המעבר באמצעות גזירה מכנית. החלף את מדיום ההרחבה במדיום PD. דגירה של האורגנואידים במדיום PD במשך 14 יום בחממת תרביות תאים.
    2. יש להשליך את מדיום ה-PD בכל באר. הוסיפו חיץ ליזאט תאי כדי לקצור את האורגנואיד המובחן של דרכי הנשימה לצורך מיצוי RNA וזיהוי ביטוי גנים תאיים על ידי בדיקת RT-qPCR.
    3. לחלופין, הדגירה של האורגנואידים בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס למשך 60 דקות לאחר הוספת 10 mM EDTA כדי לנתק את האורגנואידים לתאים בודדים, ולאחר מכן ניתוח ציטומטריה של זרימה כדי לבחון את אוכלוסיות התאים. האורגנואידים מוכנים למניפולציות ניסיוניות שונות.
  3. אורגנואיד דו-ממדי של דרכי הנשימה
    1. הכינו מספיק אורגנואידים של ריאה תלת-ממדית לתרבית התמיינות דו-ממדית. בסך הכל נדרשים 1.3 x 105 ו- 4.5 x 105 תאים עבור תוספת תמיכה חדירה של 24 בארות ותוספת תמיכה חדירה של 12 בארות, בהתאמה.
    2. לאחר שהאורגנואידים של הריאה התלת-ממדית גדלים במדיום ההתפשטות במשך שבועיים, מעכלים את האורגנואידים לתאים בודדים וזורעים לתוך ה-24-בארות וה-12-בארות כדי ליצור אורגנואידים דו-ממדיים של דרכי הנשימה.
    3. קדם הדגירה של התוספות עם המדיום הבסיסי למשך הלילה בחממת תרביות תאים. הוסף 250 μL ו- 500 μL של תווך בסיסי בתא העליון והתחתון של לוח 24 בארות, בהתאמה. עבור צלחת של 12 בארות, הוסף 500 μL ו- 1,000 μL של תווך בסיסי בתא העליון והתחתון, בהתאמה.
    4. קציר אורגנואידים של ריאה תלת-ממדית כמתואר בשלב 2.2.1. החייאת האורגנואידים עם 1 מ"ל של אנזים דיסוציאציה ודגירה באמבט מים של 37 מעלות צלזיוס למשך 3-5 דקות.
    5. הוסף 1 מ"ל של מדיום בסיסי לצינור. פיפט למעלה ולמטה כדי לגזוז את האורגנואידים לתאים בודדים עם צינור פסטר ולבדוק את התאים תחת מיקרוסקופ. לאחר מכן, הוסף 40 μL של FBS כדי לסיים את העיכול.
    6. סנן את התאים דרך מסננת של 40 מיקרומטר לתוך צינור צנטריפוגה של 50 מ"ל. העבר את תרחיף התא המסונן לצינור של 15 מ"ל. השלם עם בינוני בסיסי לנפח כולל של 10 מ"ל, ואחריו צנטריפוגה ב 300 x g במשך 5 דקות ב 4 ° C.
    7. החייאת הכדור, שנאסף מ-24 טיפות (40 μL), ב-1-2.5 מ"ל של מדיום התפשטות האורגנואידים של הריאה, בהתאם לצפיפות התאים בטיפות. ספרו את מספר התאים עם מונה תאים מתחת למיקרוסקופ. התאם את ריכוז התא ל- 1.3 x 106/מ"ל (עבור תוספות של 24 בארות) או 9 x 105/מ"ל (עבור תוספות של 12 בארות).
    8. הסר את המדיום הבסיסי מהתאים העליונים והתחתונים. הוסף 500 μL ו- 1,000 μL של מדיום הרחבה בתא התחתון של התוספת של 24 בארות ותוספת 12 בארות, בהתאמה. זרעים 100 μL ו-500 μL של תרחיף התא שהוכנו בשלב 3.3.7 על התא האפיקלי של התוספת של 24 בארות וההוספה של 12 בארות, בהתאמה.
    9. דגירה בחממת תרביות תאים למשך יומיים. החלף את מדיום ההרחבה במדיום PD הן בתא האפיקלי והן בתא התחתון של הלוחות. דגירה של האורגנואידים בחממת תרביות תאים למשך 14 יום ורענן את מדיום הפרקינסון כל 3 ימים.
      הערה: ניתן להבחין בריסונים ניידים באורגנואידים התלת-ממדיים והדו-ממדיים תחת מיקרוסקופ מהיום ה-7 לאחר הדגירה במדיום ה-PD. לאחר 14 יום של תרבית התמיינות במדיום PD, האורגנואידים של דרכי הנשימה בוגרים למניפולציות ניסיוניות שונות.
    10. מדוד את ההתנגדות החשמלית הטרנס-אפיתליאלית (TEER) אחת ביומיים באמצעות מערכת למדידת התנגדות חשמלית, בהתאם לפרוטוקול סטנדרטי שתוארב-17.

תוצאות

פרוטוקול זה מאפשר נגזרת של אורגנואידים של ריאה אנושית עם שיעור הצלחה גבוה. רקמת ריאה אנושית טרייה טחונה לחתיכות קטנות, ולאחר מכן מתפרקת עם קולגן. התאים הבודדים המתקבלים מוטמעים במטריצת המרתף ומודגרים במדיום התפשטות האורגנואידים של הריאה בתוספת קוקטייל של גורמי נישה לצמיחת תאי גזע אפיתלי...

Discussion

דרכי הנשימה האנושיות מרופדות באפיתל דרכי הנשימה, הידוע גם בשם אפיתל הציליאתי המדומה. סוגי התאים העיקריים של אפיתל דרכי הנשימה העליונות הם תאים מצומדים המאפשרים לתנועה מתואמת של הריסונים האפיקליים שלהם לגרש ריר וחלקיקים בשאיפה מדרכי הנשימה, תאי גביע המייצרים ומפרישים ריר, ותאי בסיס התוחמ...

Disclosures

J. Z., C.L., ו- M.C.C. רשומים כממציאים בפטנט של אורגנואידים של דרכי הנשימה (פרסום מס': US-2021-0207081-A1). המחברים האחרים מצהירים שאין להם אינטרסים מתחרים.

Acknowledgements

אנו מודים למרכז למדעי PanorOmic וליחידת מיקרוסקופ אלקטרונים, הפקולטה לרפואה ע"ש לי קה שינג, אוניברסיטת הונג קונג, על הסיוע בהדמיה קונפוקלית ובציטומטריית זרימה. עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי מימון מקרן המחקר לבריאות ורפואה (HMRF, 17161272 ו-19180392) של לשכת המזון והבריאות; קרן המחקר הכללית (GRF, 17105420) של המועצה למענקי מחקר; Health@InnoHK, ועדת החדשנות והטכנולוגיה, ממשלת האזור המנהלי המיוחד של הונג קונג.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Reagents for lung organoid culture
Advanced DMEM/F12Invitrogen12634010-
A8301Tocris2939500nM
B27 supplementInvitrogen17504-0441x
Cultrex Reduced Growth Factor Basement Membrane Matrix, Type 2 (BME 2)Trevigen3533-010-070-80%
FGF-10Peprotech100-2620 ng/mL
FGF-7Peprotech100-195 ng/mL
GlutaMAX (glutamine)Invitrogen350500611x
HEPES 1MInvitrogen15630-05610 mM
Heregulin β-1Peprotech100-035 nM
N-AcetylcysteineSigma-AldrichA91651.25 mM
NicotinamideSigma-AldrichN063610 mM
Noggin (conditional medium)home made-10x
Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL)Invitrogen15140-1221x
PrimocinInvivogenant-pm-1100 µg/mL
Rspondin1 (conditional medium)home made-10x
SB202190Sigma-AldrichS70671 µM
Y-27632Tocris12545 µM
Proximal differentiation medium
DAPTTocris263410 µM
Heparin SolutionStemCell Technology79804 µg/mL
Hydrocortisone Stock SolutionStemCell Technology79251 µM
PneumaCult-ALI 10X Supplementair liquid interface supplement
PneumaCult-ALI Basal MediumStemCell Technology05001air liquid interface basal medium
PneumaCult-ALI Maintenance Supplementair liquid interface maintenance supplement
Y-27632Tocris125410 µM
Equipment
Biological safety cabinetBaker1-800-992-2537
Carl Zeiss LSM 780 or 800Zeissconfocal microscope
CO2 IncubatorThermo Fisher Scientific42093483
Stereo-microscopeOlympus CorporationCKX31SF
CentrifugeEppendorf5418BG040397
Serological pipettorEppendorf
MicropipetteEppendorf
ZEN black or ZEN blue softwareZeissanalysis software
Consumables
12mm Trans-wellStemCell Technology#38023
12-well cell culture plateCellstar665970
15- and 50 ml conical tubesThermo Fisher ScientificL6BF5Z8118
24-well cell culture plateCellstar662160
6.5mm Trans-wellStemCell Technology#38024
Medical Syringe Filter Unit, 0.22 µmSigma-AldrichSLGPR33RB
Microfuge tubesEppendorf
Micropipette tipsThermo Fisher ScientificTFLR140-200-Q21190531
Pasteur pipette glassThermo Fisher Scientific22-378893
Serological pipettes(5ml, 10ml, 25ml)Thermo Fisher ScientificBA08003, 08004, 08005
Antibodies
Goat Anti-Mouse Alexa Fluor 594InvitrogenA11005
Goat Anti-Mouse, Alexa Fluor 488InvitrogenA11001
Goat Anti-Rabbit Alexa Fluor 488InvitrogenA11034
Goat Anti-Rabbit Alexa Fluor 594InvitrogenA11037
Goat Anti-Rat Alexa Fluor 594InvitrogenA11007
Mouse Anti-Cytokeratin 5Abcamab128190
Mouse Anti-FOX J1Invitrogen14-9965-82
Mouse Anti-Mucin 5ACAbcamab3649
Mouse Anti-β-tubulin 4SigmaT7941
Rabbit Anti-p63Abcamab124762
Rat Anti-Uteroglobin/CC-10R&D SystemsMAB4218-SP
Other reagent
TrypLE Select Enzyme (10X)Thermo Fisher ScientificA1217701dissociation enzyme

References

  1. Sato, T., et al. Long-term expansion of epithelial organoids from human colon, adenoma, adenocarcinoma, and Barrett's epithelium. Gastroenterology. 141 (5), 1762-1772 (2011).
  2. Sato, T., et al. Single Lgr5 stem cells build crypt-villus structures in vitro without a mesenchymal niche. Nature. 459 (7244), 262-265 (2009).
  3. Karthaus, W. R., et al. Identification of multipotent luminal progenitor cells in human prostate organoid cultures. Cell. 159 (1), 163-175 (2014).
  4. Chua, C. W., et al. Single luminal epithelial progenitors can generate prostate organoids in culture. Nature Cell Biology. 16 (10), 951-954 (2014).
  5. Hu, H., et al. Long-term expansion of functional mouse and human hepatocytes as 3D organoids. Cell. 175 (6), 1591-1606 (2018).
  6. Huch, M., et al. In vitro expansion of single Lgr5+ liver stem cells induced by Wnt-driven regeneration. Nature. 494 (7436), 247-250 (2013).
  7. Schlaermann, P., et al. A novel human gastric primary cell culture system for modelling Helicobacter pylori infection in vitro. Gut. 65 (2), 202-213 (2016).
  8. Bartfeld, S., et al. In vitro expansion of human gastric epithelial stem cells and their responses to bacterial infection. Gastroenterology. 148 (1), 126-136 (2015).
  9. Wroblewski, L. E., et al. Helicobacter pylori targets cancer-associated apical-junctional constituents in gastroids and gastric epithelial cells. Gut. 64 (5), 720-730 (2015).
  10. Huch, M., et al. Unlimited in vitro expansion of adult bi-potent pancreas progenitors through the Lgr5/R-spondin axis. The EMBO Journal. 32 (20), 2708-2721 (2013).
  11. Sachs, N., et al. A living biobank of breast cancer organoids captures disease heterogeneity. Cell. 172 (1-2), 373-386 (2018).
  12. Sachs, N., et al. Long-term expanding human airway organoids for disease modeling. The EMBO Journal. 38 (4), 100300 (2019).
  13. Zhou, J., et al. Differentiated human airway organoids to assess infectivity of emerging influenza virus. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (26), 6822-6827 (2018).
  14. Clevers, H. Modeling development and disease with organoids. Cell. 165 (7), 1586-1597 (2016).
  15. Fatehullah, A., Tan, S. H., Barker, N. Organoids as an in vitro model of human development and disease. Nature Cell Biology. 18 (3), 246-254 (2016).
  16. Lancaster, M. A., Huch, M. Disease modelling in human organoids. Disease Model Mechanisms. 12 (7), (2019).
  17. . Millicell ERS-2 User Guide Available from: https://www.merckmillipore.com/HK/en/life-science-research/cell-culture-systems/cell-analysis/millicell-ers-2-voltohmmeter/FiSb.qB.LDgAAAFBdMhb3.r5 (2021)
  18. Dye, B. R., et al. In vitro generation of human pluripotent stem cell derived lung organoids. eLife. 4, 05098 (2015).
  19. Dye, B. R., Miller, A. J., Spence, J. R. How to grow a lung: Applying principles of developmental biology to generate lung lineages from human pluripotent stem cells. Current Pathobiology Reports. 4, 47-57 (2016).
  20. Glinka, A., et al. LGR4 and LGR5 are R-spondin receptors mediating Wnt/beta-catenin and Wnt/PCP signalling. EMBO Reports. 12 (10), 1055-1061 (2011).
  21. Groppe, J., et al. Structural basis of BMP signalling inhibition by the cystine knot protein Noggin. Nature. 420 (6916), 636-642 (2002).
  22. Tadokoro, T., Gao, X., Hong, C. C., Hotten, D., Hogan, B. L. BMP signaling and cellular dynamics during regeneration of airway epithelium from basal progenitors. Development. 143 (5), 764-773 (2016).
  23. Mou, H., et al. Dual SMAD signaling inhibition enables long-term expansion of diverse epithelial basal cells. Cell Stem Cell. 19 (2), 217-231 (2016).
  24. Balasooriya, G. I., Goschorska, M., Piddini, E., Rawlins, E. L. FGFR2 is required for airway basal cell self-renewal and terminal differentiation. Development. 144 (9), 1600-1606 (2017).
  25. Bar-Ephraim, Y. E., Kretzschmar, K., Clevers, H. Organoids in immunological research. Nature Reviews. Immunology. 20 (5), 279-293 (2019).
  26. Drost, J., Clevers, H. Translational applications of adult stem cell-derived organoids. Development. 144 (6), 968-975 (2017).
  27. Dutta, D., Heo, I., Clevers, H. Disease modeling in stem cell-derived 3D organoid systems. Trends in Molecular Medicine. 23 (5), 393-410 (2017).
  28. Zhou, J., et al. Infection of bat and human intestinal organoids by SARS-CoV-2. Nature Medicine. 26 (7), 1077-1083 (2020).
  29. Salahudeen, A. A., et al. Progenitor identification and SARS-CoV-2 infection in human distal lung organoids. Nature. 588 (7839), 670-675 (2020).
  30. Han, Y., et al. Identification of SARS-CoV-2 inhibitors using lung and colonic organoids. Nature. 589 (7841), 270-275 (2020).
  31. Mykytyn, A. Z., et al. SARS-CoV-2 entry into human airway organoids is serine protease-mediated and facilitated by the multibasic cleavage site. eLife. 10, 64508 (2021).
  32. Jacob, F., et al. Human pluripotent stem cell-derived neural cells and brain organoids reveal SARS-CoV-2 neurotropism predominates in choroid plexus epithelium. Cell Stem Cell. 27 (6), 937-950 (2020).
  33. Lamers, M. M., et al. SARS-CoV-2 productively infects human gut enterocytes. Science. 369 (6499), 50-54 (2020).
  34. Mallapaty, S. The mini lungs and other organoids helping to beat COVID. Nature. 593 (7860), 492-494 (2021).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

181

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved