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Method Article
Qui, presentiamo un protocollo per isolare e coltivare cellule staminali epiteliali endometriali di ratto (reESC), generando organoidi endometriali di ratto. Questo metodo facilita gli studi in vitro delle malattie dell'endometrio, consentendo l'editing genetico e altre manipolazioni cellulari.
Gli organoidi endometriali offrono preziose informazioni sullo sviluppo e la fisiopatologia delle malattie endometriali e fungono da piattaforme per i test farmacologici. Sebbene siano stati sviluppati organoidi endometriali umani e di topo, la ricerca sugli organoidi endometriali di ratto rimane limitata. Dato che i ratti possono simulare meglio alcune patologie endometriali, come le aderenze intrauterine, questo studio mirava a stabilire organoidi endometriali di ratto. Presentiamo un protocollo dettagliato per l'isolamento e la coltura di cellule staminali epiteliali endometriali di ratto (reESC) e la generazione di organoidi endometriali di ratto. Utilizzando un terreno di espansione reESCs raffinato, abbiamo isolato con successo e ampliato stabilmente le reESCs, dimostrando il loro potenziale di coltura a lungo termine. Gli organoidi generati da reESC hanno mostrato caratteristiche strutturali e funzionali tipiche dell'endometrio, inclusa la risposta ormonale. I nostri risultati hanno mostrato che gli organoidi endometriali di ratto possono essere coltivati a lungo termine con una proliferazione stabile, mantenendo la struttura ghiandolare, la polarità cellulare e le caratteristiche funzionali dell'epitelio endometriale. Questo nuovo modello di organoide endometriale derivato dal ratto fornisce una piattaforma preziosa per lo studio delle malattie endometriali e la sperimentazione di interventi terapeutici, con potenziali applicazioni in varie specie di mammiferi.
L'endometrio, un tessuto versatile e rigenerativo del corpo umano, subisce periodicamente la caduta, la rigenerazione e la differenziazione sotto l'influenza degli ormoni ovarici1. Le anomalie dell'endometrio sono legate a varie malattie del sistema riproduttivo femminile, come l'endometriosi, il cancro dell'endometrio e l'infertilità2. La mancanza di modelli di ricerca affidabili per l'endometrio ostacola studi approfonditi sulla patogenesi, la diagnosi clinica e il trattamento di queste malattie. Mentre le linee cellulari e i modelli animali sono comunemente utilizzati per la ricerca sull'endometrio, sfide come l'instabilità fenotipica nelle linee cellulari, le differenze interspecie nei modelli animali e altre limitazioni rendono difficile replicare la complessa struttura fisiologica e i cambiamenti funzionali dinamici nell'endometrio umano3.
Gli organoidi sono strutture tridimensionali formate dalla coltura di cellule staminali in un ambiente extracellulare, dotate di capacità di autorinnovamento e auto-organizzazione. Possono imitare la struttura e la funzione di tessuti fisiologici e patologici e sono riconosciuti come modelli preclinici di malattie umane4. Nel 2017, la costruzione di organoidi endometriali umani e di topo è stata ottenuta incorporando tessuto endometriale libero frammentato ottenuto attraverso la digestione enzimatica in un'impalcatura di matrice extracellulare, seguita dall'aggiunta di una miscela di fattori di crescita specifici e fattori di segnalazione per la coltivazione5. I risultati hanno dimostrato che gli organoidi endometriali ex vivo mostrano una capacità proliferativa stabile e a lungo termine, mantenendo la struttura ghiandolare, la polarità cellulare e le caratteristiche funzionali dell'epitelio endometriale, tra cui la secrezione di muco e la risposta ormonale6. Tuttavia, la coltura ex vivo di cellule staminali adulte che formano gli organoidi endometriali richiede un supporto strutturale simile a quello di una ghiandola, portando a sfide come la perdita di staminalità e difficoltà nel passaggio7.
Attualmente, la coltivazione di organoidi endometriali si basa sul metodo della coltura di digestione a blocchi di tessuto. In uno studio precedente, il nostro team di ricerca ha coltivato cellule staminali epiteliali endometriali umane per un periodo prolungato in vitro utilizzando un terreno di coltura primario composto principalmente da Y27632, che abbiamo impiegato per costruire organoidi endometriali8. Sulla base di questo successo, abbiamo isolato e coltivato cellule staminali epiteliali endometriali dal tessuto endometriale di ratto utilizzando un terreno di coltura composto da piccole molecole, stabilendo un sistema di coltura in vitro a lungo termine. Inoltre, abbiamo utilizzato cellule staminali epiteliali endometriali di ratto (reESC) per generare organoidi endometriali di ratto. Lo sviluppo di questo modello migliorerà i futuri studi in vitro e in vivo sulle malattie correlate all'endometrio in combinazione con modelli di ratto.
In questo lavoro sono stati utilizzati sei ratti femmina di Sprague-Dawley di 7/8 settimane del peso di 200-250 g. I ratti sono stati alloggiati in una struttura climatizzata per animali con accesso ad libitum a cibo e acqua. Tutte le procedure sperimentali che coinvolgono gli animali sono state condotte in conformità con le linee guida istituzionali per la cura e l'uso degli animali da laboratorio e sono state approvate dal comitato di revisione istituzionale per gli esperimenti sugli animali presso il Comitato etico per la ricerca dell'ospedale popolare di Meizhou.
La sezione seguente delinea il processo per isolare, passare, congelare e scongelare le cellule staminali epiteliali endometriali di ratto utilizzando un raffinato mezzo di espansione reESCs (REEM) composto principalmente da Y27632, A8301 e CHIR990217 8,9. La formulazione di REEM si basa su DMEM/F12 privo di siero arricchito con concentrazioni specifiche di componenti chiave: 10 μM Y27632, 3 μM CHIR99021 e 0,5 μM A8301. I dettagli completi sui componenti sono disponibili nella tabella dei materiali. Una volta che i ratti sono stati anestetizzati con inalazione di isoflurano, dovrebbero essere implementate le successive procedure illustrate nella Figura 1.
1. Procedura chirurgica
2. Lavorazione dei tessuti
3. Coltura a lungo termine di cellule staminali epiteliali endometriali di ratto
4. Determinazione di organoidi endometriali di ratto da reESC
5. Coltura a lungo termine di organoidi endometriali di ratto
6. Facoltativo: transizione degli organoidi alla coltura aderente
NOTA: Il protocollo menziona un metodo alternativo per ottenere reESC in coltura piatta mediante la transizione degli organoidi alla coltura aderente, consentendo la ristrutturazione della morfologia degli organoidi.
7. Coltura sequenziale di organoidi con estradiolo (E2) e progesterone (P4)
Le reESC e gli organoidi dell'utero di ratto sono stati stabiliti da sei femmine di ratto Sprague-Dawley di peso compreso tra 200 g e 250 g seguendo il protocollo delineato nella Figura 1. Attingendo al successo della coltura a lungo termine di cellule staminali epiteliali endometriali umane, la formulazione di REEM consisteva prevalentemente in Y27632, A8301 e CHIR99021. Per stabilizzare le reESC in vitro, abbiamo inizialmente isolato le cellule en...
In questo studio, abbiamo descritto un metodo semplice per isolare e coltivare le cellule staminali epiteliali endometriali di ratto (reESC) e perfezionato il sistema ex vivo precedentemente stabilito per le cellule staminali epiteliali endometriali umane8. Il nostro approccio utilizza un terreno di coltura a piccola molecola contenente Y27632, A8301 e CHIR99021 come componenti principali per consentire una coltura ex vivo stabile e a lungo termi...
Gli autori non hanno conflitti di interesse da dichiarare.
Questo lavoro è stato sostenuto dalla GuangDong Basic and Applied Basic Research Foundation (2023A1515110760).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Anti-CD15 (SSEA-1) | Abcam | ab135377 | Rabbit, 1:200 (IHC) |
Anti-Estrogen Receptor alpha | Abcam | ab32063 | Rabbit, 1:200 (IHC) |
Anti-pan Cytokeratin | Abcam | ab7753 | Mouse, 1:250 (IHC) |
Anti-Progesterone Receptor | Abcam | ab101688 | Rabbit, 1:200 (IHC) |
Anti-Ki67 | Abcam | ab279653 | Mouse, 1:250 (IHC) |
A8301 | TargetMol | 909910-43-6 | |
β-Estradiol | Merck | E8875 | |
Cell Counting Kit-8 | Beyotime | C0038 | |
CD9 | BioLegend | 109819 | 1:20 (FC), Pacific Blue |
CD24 | BioLegend | 101806 | 1:20 (FC), FITC |
CD31 | BioLegend | 303120 | 1:20 (FC), APC |
CD45 | BioLegend | 301703 | 1:20 (FC), PE |
CHIR99021 | TargetMol | CT99021 | |
Cultrex Organoid Harvesting Solution | R&D Systems | 3700-100-01 | |
Cy3 TSA Fluorescence System Kit | APExBIO | K1051 | |
Cy5 TSA Fluorescence System Kit | APExBIO | K1052 | |
DAPI | Sigma | D9542 | 1 μg/mL |
DMEM/F-12 | Invitrogen | 11330032 | |
EpCAM | BioLegend | 369803 | 1:20 (FC), PerCP |
Fluorescein TSA Fluorescence System Kit | APExBIO | K1050 | |
Goat anti-Rabbit IgG, Alexa Fluor 488 | Invitrogen | A-11008 | 1:500 |
Goat anti-Mouse IgG, Alexa Fluor 555 | Invitrogen | A-21422 | 1:500 |
Goat Anti-rabbit IgG/HRP antibody | APExBIO | bs-0295G-HRP | |
Knockout serum replacement | Invitrogen | 10828028 | |
Matrigel | Corning | 356234 | |
PrimeScript RT Master Mix | Takara | RR063A | |
Progesterone | Merck | 57-83-0 | |
Sprague-Dawley rat | Shanghai JieSiJie Laboratory Animals Co., LTD, China | ||
SSEA-1 | BioLegend | 323047 | 1:20 (FC), APC |
TB Green Fast qPCR Mix | Takara | RR820A | |
TriZOL | Invitrogen | 15596026CN | RNA extraction |
u-Slide 8-well plates | Ibidi | 80827 | |
Y27632 | TargetMol | 146986-50-7 | |
qPCR primers of target genes | |||
Genes | Company | Sequences | |
rat GAPDH F | Sangon biotech | GACATGCCGCCTGGAGAAAC | |
rat GAPDH R | Sangon biotech | AGCCCAGGATGCCCTTTAGT | |
rat Nanog F | Sangon biotech | GACTAGCAACGGCCTGACTCA | |
rat Nanog R | Sangon biotech | CTGCAATGGATGCTGGGATA | |
rat Sox2 F | Sangon biotech | ATTACCCGCAGCAAAATGAC | |
rat Sox2 R | Sangon biotech | ATCGCCCGGAGTCTAGTTCT | |
rat Oct4 F | Sangon biotech | CCCAGCGCCGTGAAGTTGGA | |
rat Oct4 R | Sangon biotech | ACCTTTCCAAAGAGAACGCCCA GG |
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