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Method Article
Apresentamos um método para a geração e caracterização de culturas organoides da mucosa oral derivadas do epitélio da língua de camundongos adultos.
O revestimento mucoso que cobre o interior da boca, a mucosa oral, é um tecido altamente compartimentado e pode ser subdividido em mucosa bucal, gengiva, lábios, palato e língua. Sua camada superior, o epitélio oral, é mantida por células-tronco adultas ao longo da vida. A proliferação e diferenciação de células-tronco epiteliais adultas têm sido intensamente estudadas usando modelos de camundongos in vivo , bem como modelos in vitro baseados em células alimentadoras bidimensionais (2D). Complementar a esses métodos é a tecnologia organoide, onde as células-tronco adultas são incorporadas em um hidrogel rico em matriz extracelular (ECM) e fornecidas com um meio de cultura contendo um coquetel definido de fatores de crescimento. Nessas condições, as células-tronco adultas proliferam e formam espontaneamente aglomerados de células tridimensionais (3D), os chamados organoides. As culturas organoides foram inicialmente estabelecidas a partir de células-tronco epiteliais do intestino delgado murino. No entanto, o método já foi adaptado para outros tipos de células-tronco epiteliais. Aqui, descrevemos um protocolo para a geração e caracterização de culturas organoides da mucosa oral murina. As células epiteliais primárias são isoladas do tecido murino da língua, incorporadas em um hidrogel de MEC e cultivadas em um meio contendo: fator de crescimento epidérmico (EGF), R-spondina e fator de crescimento de fibroblastos (FGF) 10. Dentro de 7 a 14 dias após a semeadura inicial, os organoides resultantes podem ser passados para maior expansão e criopreservação. Além disso, apresentamos estratégias para a caracterização de culturas organoides estabelecidas por meio de imagens 3D de montagem total e análise de expressão gênica. Este protocolo pode servir como uma ferramenta para investigar o comportamento das células-tronco epiteliais orais ex vivo de maneira reducionista.
A mucosa oral é o revestimento mucoso que cobre o interior da nossa boca. Funciona como a entrada do trato alimentar e está envolvida no início do processo digestivo 1,2. Além disso, a mucosa oral atua como barreira do nosso corpo para o ambiente externo, fornecendo proteção contra agressões físicas, químicas e biológicas1. Com base na função e na histologia, a mucosa oral em mamíferos pode ser dividida em três tipos: mucosa mastigatória (incluindo palato duro e gengiva), mucosa de revestimento (funcionando como superfície do palato mole, superfície ventral da língua e superfície bucal) e mucosa especializada (cobrindo a superfície dorsal da língua)2. Todos os tecidos da mucosa oral consistem em duas camadas: o epitélio escamoso estratificado na superfície e a lâmina própria subjacente1. O queratinócito epitelial oral é o principal tipo de célula do epitélio, que também é a localização das células imunes intraepiteliais, como as células de Langerhans1. O compartimento estromal, a lâmina própria, compreende os diferentes tipos de células, como fibroblastos, células endoteliais, células neuronais e células imunes1. Como em todos os epitélios estratificados, as células-tronco e progenitoras residem na camada basal do epitélio oral1. Essas células especializadas têm a capacidade de substituir o tecido perdido por meio de divisões celulares e, portanto, alimentar a renovação celular ao longo da vidaadulta 3. Em contraste com outros epitélios, como o epitélio intestinal4 ou a epiderme da pele5, o epitélio oral permanece pouco compreendido. No entanto, estudos recentes descobriram diferentes genes, como Krt14, Lrig1, Sox2, Bmi1 e Gli1, que marcam células-tronco epiteliais orais e progenitoras em camundongos 1,6,7,8. Como o epitélio oral é a origem dos carcinomas orais e um ator crítico na inflamação, ferimento e regeneração da mucosa1, uma melhor compreensão de sua biologia celular básica é fundamental para possíveis novas abordagens terapêuticas e descobertas de medicamentos.
Modelos animais têm sido amplamente utilizados para estudos básicos sobre o epitélio da mucosa oral1. Por exemplo, os marcadores acima mencionados de células-tronco epiteliais orais e progenitoras foram amplamente definidos usando modelos de camundongos com rastreamento de linhagem genética 1,6,7,8,9. No entanto, abordagens ex vivo usando células cultivadas de origem humana ou murina também têm sido amplamente utilizadas10. Convencionalmente, esse trabalho de cultura celular tem sido realizado usando linhagens celulares derivadas de carcinoma espinocelular oral (CECs) ou linhagens celulares geradas a partir de células primárias imortalizadas (espontânea ou geneticamente)10. Esses métodos de cultura de células 2D têm limitações com implicações críticas na investigação da homeostase adulta: (1) a imortalização celular é acompanhada por um grande grau de instabilidade genética, (2) capacidade limitada de diferenciação, (3) necessidade de células alimentadoras e (4) um meio de crescimento amplamente indefinido contendo soro11. Coletivamente, esses métodos in vitro padrão-ouro não permitiram culturas de longo prazo de células-tronco epiteliais sem limitar sua capacidade de proliferar e se diferenciar, bem como transformar seu genoma selvagem.
A tecnologia organoide surgiu como uma ferramenta para estabelecer culturas de tecido epitelial quase nativo in vitro11. Em seu estudo de 2009, Sato et al. descreveram o primeiro sistema de cultura organoide epitelial12. Seu método foi baseado na incorporação de células-tronco individuais do intestino delgado marcadas pelo gene alvo Wnt / β-catenina Lgr513em um hidrogel rico em matriz extracelular (ECM) 3D12. Ao fornecer um coquetel definido de fatores de crescimento importantes para a estaminalidade, as células-tronco epiteliais adultas semeadas foram capazes de proliferar até sua capacidade em cultura12. Eventualmente, aglomerados de células se formaram a partir das células-tronco de ciclagem ativa contendo todos os principais tipos de células epiteliais intestinais12, que se assemelhe efetivamente ao tecido de origem11. Em contraste com as culturas 2D convencionais, a tecnologia organoide permitiu a manutenção a longo prazo das células-tronco epiteliais intestinais murinas sob condições livres de alimentação com um meio livre de soro e totalmente definido10,11. Além disso, o método não altera significativamente a composição genética ou o fenótipo das células-tronco cultivadas11. Além disso, a cultura de longo prazo manteve a capacidade da célula-tronco de proliferar e se diferenciar sem a necessidade de imortalização celular11. Em pouco mais de uma década, esse sistema inicial de cultura organoide epitelial foi alterado para cultivar células-tronco adultas de muitos outros tecidos epiteliais, como o cólon (intestino grosso)12,14,15endométrio16fígado17,18Pulmões19,20, glândulas mamárias21Ovários22pâncreas23,24, epiderme da pele25e estômago26. Enquanto a maioria dos protocolos usava células-tronco epiteliais adultas derivadas de mamíferos, como humanos11,27mouses11Gatos28Cães29e suínos30, foi até possível gerar organoides epiteliais a partir de glândulas de veneno de cobra31. A tecnologia organoide tornou-se um método de cultura de células-tronco amplamente utilizado com alto grau de versatilidade11. Como os organoides epiteliais permanecem em grande parte geneticamente32,33e fenotipicamente estáveis, são excelentes modelos para edição de genes34,35estudar a função do gene36ou tumorigênese27,37,38,39,40. Além disso, culturas organoides podem ser transplantadas em camundongos37,41e são usados para estudar as interações hospedeiro-micróbio42(incluindo infecções patogênicas43,44,45). Além disso, co-culturas baseadas em organoides com células do microambiente, como células imunes46,47,48e fibroblastos49,50 foram descritos. No contexto da doença, os organoides têm sido usados por gerações de biobancos de tecidos vivos21,22,51bem como testar drogas27para eficácia52,53e toxicidade54.
Neste protocolo, descrevemos uma metodologia otimizada para o estabelecimento e manutenção de culturas organoides da mucosa oral a partir do epitélio da língua murina. Baseia-se em relatos anteriores que descrevem o isolamento do epitélio da língua usando digestão enzimática55 e a derivação de organoides epiteliais da mucosa oral de camundongos e humanos52,53. O meio de crescimento para organoides murinos da mucosa oral contém fatores críticos que mantêm o estado das células-tronco. A R-espondina ativa a cascata de sinalização Wnt/β-catenina5, enquanto o fator de crescimento epidérmico (EGF) e o fator de crescimento de fibroblastos (FGF) 10 são citocinas e ligantes de receptores tirosina quinases que estimulam várias vias de sinalização, como a via MAPK/ERK e a via PI3K/AKT/mTOR25. Descrevemos ainda em detalhes como as culturas organoides podem ser caracterizadas pela análise da expressão gênica e proteica e comparadas com o tecido de origem.
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Todos os métodos aqui descritos foram realizados em conformidade com a legislação da União Europeia e da Alemanha sobre experimentação animal.
NOTA: Prepare o local de trabalho, incluindo instrumentos cirúrgicos estéreis (pinças finas, tesouras finas e bisturis) e placas de Petri cheias de PBSO frio. Descongele o BME durante a noite e mantenha-o a 4 °C ou no gelo até o uso. Pré-aqueça as placas de cultura de células em uma incubadora durante a noite antes de iniciar o isolamento celular. Todos os materiais são fornecidos na Tabela de Materiais.
1 Estabelecimento de cultura organoide da mucosa oral murina
2 Passagem, criopreservação e descongelamento de organoides murinos da mucosa oral
3 Análise da expressão gênica do tecido da mucosa oral murina e organoides
4 Análise da expressão proteica do tecido murino da mucosa oral e organoides
NOTA: A coloração de montagem total do epitélio da língua foi realizada em uma placa de 24 poços, transferindo o tecido com pinça de poço para poço em cada etapa.
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Este protocolo descreve a separação do epitélio da língua da lâmina própria subjacente e do músculo usando um coquetel enzimático (Figura 1). O epitélio separado pode ainda ser usado para geração de organoides, bem como colhido para diferentes tipos de análises de genes e proteínas. Da mesma forma, a camada digerida de lâmina própria e músculo pode ser usada para procedimentos de escolha.
Para culturas organoides, ...
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Digestão tecidual
A digestão da colagenase ajuda a separar o epitélio da lâmina própria subjacente e do tecido muscular. Esta etapa permite uma melhor comparação do tecido primário com os organoides da mucosa oral gerados posteriormente. Como a superdigestão com enzimas afeta a capacidade de formação de organoides das células-tronco epiteliais adultas, aconselhamos realizar a incubação da colagenase por não mais de 1 h e a digestão da tripsina não mai...
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K.K. é nomeado o inventor de uma patente pendente relacionada à tecnologia organoide.
Os autores gostariam de agradecer a Sabine Kranz pela ajuda. Gostaríamos de agradecer à Unidade Central de Microscopia Confocal e Classificação de Células Baseada em Citometria de Fluxo do IZKF W ürzburg porapoiar este estudo. Este trabalho foi financiado por uma doação do German Cancer Aid (via IZKF / MSNZ Würzburg para KK).
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
Media & Media Components | |||
Advanced Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM)/F12 | Thermo Fisher Scientific | 12634-028 | |
B27 Supplement | Thermo Fisher Scientific | 17504-044 | |
GlutaMAX-I (100x) | Thermo Fisher Scientific | 35050-038 | |
HEPES | Thermo Fisher Scientific | 15630-056 | |
N-acetyl-L-cysteine | Sigma Aldrich | A9165 | |
Nicotinamide | Sigma Aldrich | N0636 | |
Penicillin/Streptomycin | Thermo Fisher Scientific | 15140-122 | |
Primocin | Invivogen | ant-pm1 | |
RSPO3-Fc fusion protein conditioned medium | U-Protein Express BV | R001 | |
Recombinant human EGF | Preprotech | AF-100-15 | |
Recombinant human FGF-10 | Preprotech | 100-26 | |
ROCK (Rho kinase) inhibitor Y-27632 dihydrochloride | Hölzel Biotech | M1817 | |
Antibodies | |||
Keratin-14 Polyclonal Antibody 100µl | Biozol | BLD-905301 | |
E-Cadherin Antibody | Bio-Techne | AF748 | |
Purified Mouse Anti-Ki-67 Clone B56 (0.1 mg) | BD Bioscience | 556003 | |
ALEXA FLUOR 594 Donkey Anti Mouse | Thermo Fisher Scientific | A21203 | |
ALEXA FLUOR 647 Donkey Anti Rabbit | Thermo Fisher Scientific | A31573 | |
ALEXA FLUOR 488 Donkey Anti Goat | Thermo Fisher Scientific | A110555 | |
Reagents / Chemicals | |||
BME Type 2, RGF Cultrex Pathclear | Bio-Techne | 3533-005-02 | |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma Aldrich | 34943-1L-M | |
Collagenase A | Roche | 10103578001 | |
Donkey Serum | Sigma Aldrich | S30-100ML | |
Phosphate Buffered Saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific | 100-100-15 | |
EDTA | Sigma Aldrich | 221465-25G | |
Ethanol, denatured (96 %) | Carl Roth | T171.3 | |
Formalin Solution, neutral buffered, 10% | Sigma Aldrich | HT501128-4L | |
TritonX-100 | Sigma Aldrich | X100-500ML | |
Tween-20 | Sigma Aldrich | P1379-500ML | |
TrypLE Express Enzyme (1×), phenol red | Thermo Fisher Scientific | 12605-010 | |
Xylene | Sigma Aldrich | 534056-500ML | |
Equipment and Others | |||
Cell culture 12-Well Multiwell Plates | Greiner BioOne | 392-0047 | |
Cell Strainer: 100 µm | VWR | 732-2759 | |
Cover Slips | VWR | 631-1569P | |
Glass Bottom Microplates VE=10 4580 | Corning | 13539050 | |
Objective Slides: Superfrost Plus | VWR | 631-0108P |
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