מענק SNSF 310030_219210 ל- J.H.N. תמך בפרסום כתב יד זה ללא הגבלות. איור 1 נוצר בעזרת BioRender.com.

הנהלים אושרו על ידי ועדת האתיקה של צפון מערב ומרכז שווייץ (EKNZ; מזהה פרויקט 2019-00273). כל החולים נתנו הסכמה מדעת בכתב לשימוש ניסיוני בביופסיות לפני הבדיקה האנדוסקופית. הריאגנטים והציוד ששימשו במחקר מפורטים בטבלת החומרים.
1. בידוד תאים לאורגנואידים של הוושט שמקורם במ...

אורגנואידים של הוושט האנושי ופרוטוקולי תרבית ממשק אוויר-נוזל

ההליכים הניתנים מאפשרים טיפוח של אורגנואידים שמקורם במטופל ותרביות ALI עם סיכויי הצלחה גבוהים. פרוטוקול האורגנואידים הותאם מהפרוטוקול הראשון שפורסם המדווח על יצירת אורגנואידים של הוושט האנושי26 ומפרוטוקול32 שפורסם לאחרונה. שריל ועמיתיו תיארו את מודלALI 2...

דלקת בוושט פוגעת בשלמות מחסום האפיתל 1,2,3,4,5, כפי שנצפה בדלקת ושט אאוזינופילית (EoE), מחלה דלקתית כרונית הנשלטת על ידי Th2 בוושט6. EoE תואר לראשונה בשנות ה-90של המאה ה-20 7,8 והוא מושרה בעיקר על ידי אנטיגנים של מזון 9,10,11,12,13. הסימפטומים השכיחים ביותר של EoE באוכלוסייה הבוגרת הם דיספגיה ופגיעה במזון14. אצל ילדים, EoE מתבטא בדרך כלל בכישלון לשגשג, סירוב מזון, הקאות וכאבי בטן15. מחקרי אסוציאציה רחבת גנום (GWAS) זיהו גנים בסיכון EoE המעורבים בשלמות מחסום האפיתל, והעבירו את האפיתל למוקד מחקר EoE 16,17,18. תעתיק EoE גילה עוד כי תהליך התמיינות לקוי והיפרפלזיה תגובתית של אזור הבסיס גורמים לתפקוד המחסום הנפגע של אפיתל הוושט 3,5,19,20,21,22. ההבנה המוקדמת של EoE כמחלה בתיווך Th26 הובילה לגילוי IL-13 כמתווך נהיגה על ידי הפרעה לשלמות האפיתל 3,4,21,23. מערכות ניסיוניות המאפשרות דיסקציה של השפעות בתיווך ציטוקינים על שלמות האפיתל מפגיעה במחסום הפנימי באמצעות נטייה גנטית מספקות את האפשרות לחקור את יחסי הגומלין המורכבים בין תאי מערכת החיסון לבין האפיתל ב-EoE. אורגנואידים של הוושט האנושי ותרביות ממשק אוויר-נוזל (ALI) הוצעו ככלים רבי ערך לניתוח התוצאות של גירוי ציטוקינים על שלמות האפיתל5.
הפרוטוקול הראשון ליצירת אורגנואידים של ושט שמקורם בתאי גזע בוגרים ספציפיים לרקמה (ASC) נקבע חמש שנים לאחר הדוחות הראשונים שפורסמו של אורגנואידי מעיים בשנת 2009 באמצעות LGR5+ ASCs במעי המשחזרים את תא האפיתל של המעי הדק24. DeWard et al. היו חלוצים ביצירת אורגנואידים מתאי אפיתל של הוושט25. בשנת 2018, Kasagi et al. יצרו אורגנואידים אנושיים של הוושט מקו תאי אפיתל קשקשי של הוושט האנושי EPC2-hTERT ותאים ראשוניים שמקורם במטופל26. באותה שנה, Zhang et al. יצרו בהצלחה אורגנואידים של תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSC) שמקורם בוושט. הם תיארו את המשמעות של עיכוב TGFβ וחלבון מורפוגנטי עצם (BMP) להתפתחות תאי אב של הוושט (EPC) ואת התפקיד המכריע של איתות Notch בהתמיינות של אפיתל קשקשי מרובד26,27. טריזנו ועמיתיו השלימו ממצאים אלה על ידי זיהוי Sox2 כמעכב Wnt המכוון את הגורל ההתפתחותי לקראת התמיינות הוושט28. השכלולים הבאים של פרוטוקולים, הרכב בינוני ותנאי תרבית הגדילו את קצב היווצרות האורגנואידים והפכו את תת-התרבות והשחזור של אורגנואידים לאחר שימור בהקפאה לאפשריים 26,29,30,31,32. למרות שאורגנואידים אלה הם כלים רבי עוצמה לחקר ארכיטקטורת רקמות וביטוי של גני מטרה פוטנציאליים לאחר גירוי עם ציטוקינים, אורגנואידים של הוושט לא יציעו את האפשרות למדוד עמידות טרנסאפיתל (TEER) או שטף מקרומולקולות כאמצעים ישירים לשלמות המחסום. כפי שתואר קודם לכן על ידי שריל ועמיתיו22, תרביות ALI המדגימות התמיינות אפיתל4 מאפשרות הערכות ישירות של שלמות האפיתל. שילוב אורגנואידים שמקורם במטופל ותרביות ALI הוא כלי רב עוצמה לחקר ארכיטקטורת רקמות ותקינות מחסום אפיתל ב- EoE.
להלן נהלים עם הוראות לבידוד תאים ברי קיימא מביופסיות הוושט והקמת תרביות אורגנואידים ותרביות ALI של הוושט שניתן להשתמש בהם כדי לחקור את ההשפעות של ציטוקינים על שלמות המחסום.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1250 &#181;L Griptip - Filter</td>
			<td>Integra</td>
			<td>4445</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>300 &#181;L Griptip - Filter</td>
			<td>Integra</td>
			<td>4435</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>70 &#181;M cell strainer</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>83.3945.070</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ascorbic Acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>A4544</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine pituitary extract</td>
			<td>Gibco (Thermo Fischer Scientific)</td>
			<td>3700015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>21115</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell Culture Multiwell Plates CELLSTAR for suspension cultures</td>
			<td>Greiner Bio-One</td>
			<td>7.657 185</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cultrex Basement Membrane Extract (BME), Type 2, Pathclear</td>
			<td>R&#38;D Systems (Bio-Techne)</td>
			<td>3532-010-02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dimethyl sulfoxide (DMSO), >99,5% BioScience Grade</td>
			<td>Carl Roth</td>
			<td>A994</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dispase I</td>
			<td>Corning</td>
			<td>354235</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dispase II</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>D4693</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbeccos Phosphate Buffered Saline&#160; (DPBS)</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>D8537</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EVE Automated Cell Counter</td>
			<td>NanoEntek</td>
			<td>EVE-MC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EVE Cell counting slide</td>
			<td>NanoEntek</td>
			<td>EVS-050</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Falcon 5 mL Round Bottom Polystyrene Test Tube, with Cell Strainer Snap Cap</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>352235</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluorescin isothiocyanate (FITC)-dextran</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>FD4</td>
			<td>average mol wt 3000-5000</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heraeus - Megafuge&#160; 40R&#160;</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>75004518</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human recombinant epidermal growth factor</td>
			<td>Gibco (Thermo Fischer Scientific)</td>
			<td>3700015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Keratinocyte-SFM</td>
			<td>Gibco (Thermo Fischer Scientific)</td>
			<td>17005042</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin-Streptomycin</td>
			<td>Gibco (Thermo Fischer Scientific)</td>
			<td>15140122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recombinant Human KGF/FGF-7 Protein</td>
			<td>R&amp;D Systems (Bio-Techne)</td>
			<td>251-KG-010/CF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Screw cap tube, 15 mL</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>62.554.502</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Single Channel EVOLVE 100-1000 &#181;L&#160;</td>
			<td>Integra</td>
			<td>3018</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Single Channel EVOLVE 20-200 &#181;L&#160;</td>
			<td>Integra</td>
			<td>3016</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe 1 mL</td>
			<td></td>
			<td>1134950</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ThermoMixer C</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>5382000015</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin inhibitor from Glycine max (soybean)</td>
			<td>Sigma-Aldrich (Merck)</td>
			<td>T9128</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin-EDTA</td>
			<td>SAFC Biosciences (Merck)</td>
			<td>59418C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Y27632 dihydrochloride</td>
			<td>Tocris (Bio-Techne)</td>
			<td>1254</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

three-dimensional cell culture models to investigate the epithelial barrier in eosinophilic esophagitis 

אפיתל הקשקש של הוושט חשוף ישירות לסביבה, מול אנטיגנים זרים ברציפות, כולל אנטיגנים מזון וחיידקים. שמירה על שלמות מחסום האפיתל היא קריטית למניעת זיהומים ולמניעת דלקת הנגרמת על ידי אנטיגנים לא מזיקים שמקורם במזון. מאמר זה מספק פרוטוקולים פשוטים ליצירת אורגנואידים אנושיים בוושט ותרביות ממשק אוויר-נוזל מביופסיות של מטופלים כדי לחקור את תא האפיתל של הוושט בהקשר של הומאוסטזיס רקמות ומחלות. פרוטוקולים אלה היוו אבני דרך מדעיות משמעותיות בעשור האחרון, המתארים מבנים תלת-ממדיים דמויי איברים מתאים ראשוניים שמקורם בחולה, אורגנואידים ותרביות ממשק אוויר-נוזל. הם מציעים את האפשרות לחקור את תפקודם של ציטוקינים ספציפיים, גורמי גדילה ומסלולי איתות באפיתל הוושט במסגרת תלת ממדית תוך שמירה על התכונות הפנוטיפיות והגנטיות של התורם. אורגנואידים מספקים מידע על מיקרו-ארכיטקטורה של רקמות על ידי הערכת התעתיק והפרוטאום לאחר גירוי ציטוקינים. לעומת זאת, תרביות ממשק אוויר-נוזל מאפשרות להעריך את שלמות מחסום האפיתל באמצעות עמידות טרנסאפיתל (TEER) או מדידות שטף מקרומולקולות. שילוב של אורגנואידים אלה ותרביות ממשק אוויר-נוזל הוא כלי רב עוצמה לקידום המחקר במצבי מחסום אפיתל לקוי בוושט.

Esophageal inflammation compromises the epithelial barrier integrity1,2,3,4,5, as observed in eosinophilic esophagitis (EoE), a Th2-dominated chronic inflammatory disease of the esophagus6. EoE was first described in the 1990s7,8 and is predominantly induced by food antigens9,10,11,12,13. The most frequently occurring symptoms of EoE in the adult population are dysphagia and food impaction14. In children, EoE typically manifests with failure to thrive, food refusal, vomiting, and abdominal pain15. Genome-wide association studies (GWAS) have identified EoE risk genes involved in epithelial barrier integrity, moving the epithelium into the focus of EoE research16,17,18. EoE transcriptomics further revealed that an impaired differentiation process and a reactive basal zone hyperplasia cause the compromised barrier function of the esophageal epithelium3,5,19,20,21,22. The early understanding of EoE being a Th2-mediated disease6 led to the discovery of IL-13 as a driving mediator by disturbing epithelial integrity3,4,21,23. Experimental systems allowing the dissection of cytokine-mediated effects on epithelial integrity from intrinsic barrier impairment through genetic predisposition provide the possibility to study the complex interplay between immune cells and the epithelium in EoE. Human esophageal organoids and air-liquid interface (ALI) cultures have been proposed as valuable tools to analyze the consequence of cytokine stimulation on epithelial integrity5.
The first protocol for generating adult tissue-specific stem cell (ASC)-derived esophageal organoids was established five years after the first published reports of intestinal organoids in 2009 using intestinal Lgr5+ ASCs recapitulating the epithelial compartment of the small intestine24. DeWard et al. pioneered generating organoids from murine esophageal epithelial cells25. In 2018, Kasagi et al. generated human esophageal organoids from the immortalized human esophageal squamous epithelium cell line EPC2-hTERT and primary patient-derived cells26. In the same year, Zhang et al. successfully generated induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived esophageal organoids. They delineated the significance of TGF&#946; and bone morphogenetic protein (BMP) inhibition for esophageal progenitor cell (EPC) development and the crucial role of Notch signaling in the differentiation of the stratified squamous epithelium26,27. Trisno and colleagues complemented these findings by identifying Sox2 as a Wnt inhibitor that directs the developmental fate towards esophageal differentiation28. The subsequent refinements of protocols, medium composition, and culture conditions increased the organoid formation rate and made subculturing and recovering organoids after cryopreservation possible26,29,30,31,32. Although these organoids are powerful tools for studying tissue architecture and expression of potential target genes after stimulation with cytokines, esophageal organoids will not offer the possibility to measure transepithelial resistance (TEER) or macromolecule flux as direct measures for barrier integrity. As previously described by Sherrill and colleagues22, ALI cultures modeling epithelial differentiation4&#160;allow direct assessments of epithelial integrity. Combining patient-derived organoids and ALI cultures is a powerful tool for investigating tissue architecture and epithelial barrier integrity in EoE.
Here are procedures with instructions for isolating viable cells from esophageal biopsies and establishing esophageal organoid and ALI cultures that can further be used to study the effects of cytokines on barrier integrity.

מחבר זרקור: חקירת הפתופיזיולוגיה של דלקת הוושט האאוזינופילית

מודלים תלת מימדיים של תרביות תאים לחקר מחסום האפיתל בדלקת ושט אאוזינופילית 

We are investigating the pathophysiology of eosinophilic esophagitis and trying to unravel the inflammatory cascade inducing and promoting the chronic inflammatory process of EOE. The identification of new immune mediators that contribute to the disease pathogenesis centered around the impairment of epithelial barrier and the approval of therapeutic antibodies against said immune mediators. We have identified the IL-20 subfamily cytokines as inflammatory mediators that impair epithelial differentiation and keratinization resulting in epithelial barrier impairment via the MAP kinase pathway.

אורגנואידים של הוושט יגדלו מתאים ראשוניים שחולצו מביופסיות של מטופלים בהתאם להוראות הפרוטוקול שסופק, כפי שתועד במיקרוסקופ שדה בהיר הפוך (איור 1). ASCs אפיתל מתחילים ליצור צבירי תאים באופן התארגנות עצמית ביומיים הראשונים של התרבית לאחר זריעת התאים המבודדים בתמצית קרום המרתף...

Read this Scientific Article Protocol about Author Spotlight: Investigating the Pathophysiology of Eosinophilic Esophagitis at JoVE.com

כאן, פרוטוקול לתרבית אורגנואידים של הוושט האנושי ותרבות ממשק אוויר-נוזל מסופק. ניתן להשתמש בתרבית ממשק אוויר-נוזל של אורגנואידים בוושט כדי לחקור את ההשפעה של ציטוקינים על מחסום אפיתל הוושט.

The squamous epithelium of the esophagus is directly exposed to the environment, continuously facing foreign antigens, including food antigens and ...

אנו חוקרים את הפתופיזיולוגיה של דלקת הוושט האאוזינופילית ומנסים לפענח את מפל הדלקת המשרה ומקדם את התהליך הדלקתי הכרוני של EOE. זיהוי מתווכים חיסוניים חדשים התורמים לפתוגנזה של המחלה מתרכז סביב פגיעה במחסום אפיתל ואישור נוגדנים טיפוליים כנגד מתווכי החיסון האמורים. זיהינו את תת-משפחת הציטוקינים IL-20 כמתווכים דלקתיים הפוגעים בהתמיינות אפיתל ובקרטינזציה וכתוצאה מכך לפגיעה במחסום האפיתל דרך מסלול MAP kinase.

מודלים תלת מימדיים של תרביות תאים לחקר מחסום האפיתל בדלקת ושט אאוזינופילית

Abstract