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

Summary

Il presente protocollo descrive le misure di pH in organoidi gastrici derivati da tessuti umani utilizzando microelettrodi per la caratterizzazione spazio-temporale della fisiologia intraluminale.

Abstract

L'ottimizzazione e la caratterizzazione dettagliata dei modelli di organoidi gastrointestinali richiedono metodi avanzati per l'analisi dei loro ambienti luminali. Questo articolo presenta un metodo altamente riproducibile per la misurazione precisa del pH all'interno della lumina di organoidi gastrici umani 3D tramite microelettrodi controllati da micromanipolatore. I microelettrodi di pH sono disponibili in commercio e sono costituiti da punte di vetro smussate di 25 μm di diametro. Per le misurazioni, il microelettrodo di pH viene fatto avanzare nel lume di un organoide (>200 μm) sospeso in Matrigel, mentre un elettrodo di riferimento rimane immerso nel terreno circostante nella piastra di coltura.

Utilizzando tali microelettrodi per profilare organoidi derivati dal corpo gastrico umano, dimostriamo che il pH luminale è relativamente coerente all'interno di ciascun pozzetto di coltura a ~7,7 ± 0,037 e che le misurazioni continue possono essere ottenute per un minimo di 15 minuti. In alcuni organoidi più grandi, le misurazioni hanno rivelato un gradiente di pH tra la superficie epiteliale e il lume, suggerendo che le misure di pH negli organoidi possono essere ottenute con un'alta risoluzione spaziale. In uno studio precedente, i microelettrodi sono stati utilizzati con successo per misurare le concentrazioni di ossigeno luminale negli organoidi, dimostrando la versatilità di questo metodo per l'analisi degli organoidi. In sintesi, questo protocollo descrive un importante strumento per la caratterizzazione funzionale dello spazio luminale complesso all'interno di organoidi 3D.

Introduction

Gli organoidi – strutture multicellulari in miniatura derivate da cellule staminali – hanno rivoluzionato la nostra capacità di studiare la fisiologia umana e stanno iniziando a sostituire i modelli animali, anche in contesti normativi1. Dalla descrizione iniziale degli organoidi intestinali da parte di Sato et al. nel 2009, la tecnologia degli organoidi è diventata immensamente popolare2. Un gran numero di studi ha caratterizzato la composizione cellulare e la funzione dei modelli di organoidi in grande dettaglio 3,4,5,6.<....

Protocol

Questo protocollo richiede organoidi 3D di almeno 200 μm di diametro che abbiano un lume distinto e che siano incorporati in una matrice extracellulare artificiale (ECM, ad es. Matrigel). I tessuti gastrici umani per la derivazione di organoidi sono stati ottenuti con l'approvazione dell'Institutional Review Board della Montana State University e il consenso informato di pazienti sottoposti a endoscopia superiore presso Bozeman Health (protocollo # 2023-48-FCR, a D.B.) o come campioni esenti di gastrectomia a stomaco in.......

Representative Results

La secrezione di acido è una funzione cruciale dello stomaco umano. Tuttavia, fino a che punto la secrezione acida possa essere modellata negli organoidi è ancora oggetto di dibattito 6,32,33,34. Abbiamo quindi sviluppato il protocollo sopra descritto per misurare con precisione la produzione di acido negli organoidi gastrici. In particolare, abbiamo utilizzato organoidi derivati da cellule s.......

Discussion

L'accesso limitato allo spazio luminale degli organoidi ha fortemente limitato la nostra comprensione delle dinamiche fisiologiche di questo microambiente. Uno strumento affidabile per le analisi funzionali della fisiologia luminale amplierà la nostra capacità di sfruttare gli organoidi come modelli in vitro per la fisiologia, la farmacologia e la ricerca sulle malattie. Gli organoidi sono modelli altamente sintonizzabili e fisiologicamente rilevanti con il potenziale aggiunto di replicare la variabilità gene.......

Disclosures

Gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.

Acknowledgements

Gli autori desiderano ringraziare la dott.ssa Ellen Lauchnor, il dott. Phil Stewart e Bengisu Kilic per il loro precedente lavoro e l'assistenza con i microsensori O2 ; Andy Sebrell per la formazione in coltura di organoidi e micromanipolazione; Lexi Burcham per l'assistenza nella coltura degli organoidi, nella preparazione dei terreni, nella registrazione dei dati e nell'organizzazione; e la dottoressa Susy Kohout per consigli generali in elettrofisiologia. Vorremmo ringraziare la dottoressa Heidi Smith per la sua assistenza con l'imaging e riconoscere il Centro per l'ingegneria del biofilm Bioimaging Facility presso la Montana State University, che è supp....

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
3 M KClUnisense
5 mL Wobble-not Serological Pipet, Individually Wrapped, Paper/Plastic, Bag, SterileCellTreat229091B
10 mL Wobble-not Serological Pipet, Individually Wrapped, Paper/Plastic, Bag, SterileCellTreat229092B
15 mL Centrifuge Tube - Foam Rack, SterileCellTreat229412
24 Well Tissue Culture Plate, SterileCellTreat229124
25 mL Wobble-not Serological Pipet, Individually Wrapped, Paper/Plastic, Bag, SterileCellTreat229093B
35 mm Dish | No. 1.5 Coverslip | 20 mm Glass Diameter | UncoatedMatTekP35G-1.5-20-C
50 mL Centrifuge Tube - Foam Rack, SterileCellTreat229422
70% EthanolBP82031GALBP82031GAL
70 μm Cell Strainer, Individually Wrapped, SterileCellTreat229483 
1,000 µL Extended Length Low Retention Pipette Tips, Racked, SterileCellTreat229037
Amphotericin B (Fungizone) SolutionHyClone Laboratories, IncSV30078.01
Biosafety CabinetNuaire NU-425-600Class II Type A/B3
Bovine Serum AlbuminFisher BioreagentsBP1605-100
Cell recovery solutionCorning354253Cell dissociation solution
DMEM/F-12 (Advanced DMEM)Gibco12-491-015
Dulbecco's Modification of Eagles Medium (DMEM)Fisher Scientific15017CV
Fetal Bovine SerumHyClone Laboratories, IncSH30088
G418 SulfateCorning30-234-CR
Gentamycin sulfateIBI ScientificIB02030
HEPES, Free AcidCytivaSH30237.01
HP Pavillion 2-in-1 14" Laptop Intel Core i3HPM03840-001
Hydrochloric acidFisher ScientificA144C-212
IncubatorFisher Scientific11676604
iPhone 12 cameraApple
L-glutamineCytivaSH3003401
Large Kimberly-Clark Professional Kimtech Science Kimwipes Delicate Task Wipers, 1-PlyFisher Scientific34133
M 205 FA StereomicroscopeLeica
Matrigel Membrane Matrix 354234CorningCB-40234
MC-1 UniMotor ControllerUnisense
Methyl red
MM33 MicromanipulatorMarzhauser Wetzlar61-42-113-0000Right handed
MS-15 Motorized StageUnisense
Nanoject-IIDrummond3-000-204nanoliter autoinjector
Penicillin/Streptomycin (10,000 U/mL)Gibco15-140-148
pH MicroelectrodesUnisense50-109158, 25-203452, 25-205272, 25-111626, 25-109160SensorTrace software is not compatible with Apple computers
Reference ElectrodeUnisenseREF-RM-001652SensorTrace software is not compatible with Apple computers
SB 431542Tocris Bioscience16-141-0
Smartphone Camera AdapterGosky
Specifications Laboratory Stand LSUnisenseLS-009238
Trypsin-EDTA 0.025%, phenol redGibco25-200-056
UniAmpUnisense11632
United Biosystems Inc MINI CELL SCRAPERS 200/PKFisherMCS-200
Y-27632 dihydrochlorideTocris Bioscience12-541-0
µSensor Calibration KitUnisense/ Mettler Toledo51-305-070, 51-302-069pH 4.01 and 9.21, 20 mL packets

References

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