Name: 3d culturing of organoids from the intestinal villi epithelium undergoing dedifferentiation
Uploaded: 2021-04-01T13:00:00
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Questa pubblicazione è stata supportata dal numero di premio K22 CA218462-03 del NIH National Cancer Institute. Le cellule HEK293-T che esprimono R-Spondin1 sono state un dono generoso del Dr. Michael P. Verzi.

Tutti gli esperimenti sui topi condotti, incluso l'uso di Tamoxifene e l'eutanasia per lussazione cervicale, hanno avuto l'approvazione del Comitato istituzionale per la cura e l'uso degli animali presso l'Istituto Stevens di echnologia.
1. Topi
NOTA: La generazione di Smad4f/f; Catnblox(ex3)/+; I topi Villin-CreERT2 sono stati precedentemente descritti3. Sono stati utilizzati topi ...

<ol>
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A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intestinal+master+transcription+factor+CDX2+controls+chromatin+access+for+partner+transcription+factor+binding.">Intestinal master transcription factor CDX2 controls chromatin access for partner transcription factor binding.</a> Molecular and Cellular Biology. 33 (2), 281-292 (2013).</li><li>Grainger, S., Hryniuk, A., Lohnes, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cdx1+and+Cdx2+exhibit+transcriptional+specificity+in+the+intestine.">Cdx1 and Cdx2 exhibit transcriptional specificity in the intestine.</a> PLoS One. 8 (1), 54757 (2013).</li><li>Stringer, E. 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Questo metodo può confermare la capacità di auto-rinnovamento dell'epitelio villi dedifferenziante che acquisisce marcatori di cellule staminali in vivo. Il normale epitelio intestinale può dare origine ad organoidi dalla cripta ma non dal compartimento dei villi, se coltivati in 3D a causa della presenza di cellule staminali nelle cripte1. Pertanto, la formazione di organoidi dall'epitelio villi dedifferenziato coltivato in colture 3D conferma la formazione di cellule staminali dall'i...

Le cripte intestinali ma non i villi, formano organoidi quando coltivate in matrice Matrigel o BME-R1. Questi organoidi sono strutture auto-organizzanti, spesso indicate come il "mini-intestino" a causa della presenza dei vari lignaggi differenziati, progenitori e cellule staminali presenti nell'epitelio intestinale in vivo. Il potenziale di formare organoidi dalle cripte è attribuito alla presenza di cellule staminali1. I villi intestinali d'altra parte sono costituiti solo da cellule differenziate e quindi non possono formare organoidi. Tuttavia, mutazioni2 o condizioni che consentono la dedifferenziazione dell'epitelio villi possonoportarea cellule staminali nei villi 2,3. Questo cambiamento di destino con conseguente staminalità nell'epitelio villi può essere confermato placcando l'epitelio villi dedifferenziante in matrice 3D per determinare il loro potenziale organoide-formante come indicatore di staminalità de-novo nell'epitelio villus. Quindi, l'aspetto critico di questa procedura è quello di garantire l'assenza di contaminazione della cripta.
La mutazione condizionale Smad4 KO:β-cateninaGOF provoca dedifferenziazione nell'epitelio intestinale caratterizzata dall'espressione di marcatori di proliferazione e cellule staminali nei villi, ed eventualmente la formazione di strutture simili a cripte nei villi denominate cripte ectopiche La presenza di cellule staminali questi villi dedifferenziati è stata determinata dall'espressione di marcatori di cellule staminali nelle cripte ectopiche (in vivo) e dalla capacità dei villi mutanti di formare organoidi wh en placcato Matrigel3. La procedura di seguito indicata elabora la metodologia utilizzata per confermare la staminalitàdell'epitelio intestinale dedifferenziante nei topi mutanti Smad4 KO:β-cateninaGOF. Una caratteristica chiave di questa metodologia per isolare i villi era l'uso del raschiamento del lume intestinale, al contrario del metodo di chelazione EDTA4. A differenza del metodo di chelazione EDTA, l'isolamento dei villi mediante raschiatura trattiene la maggior parte del mesenchima sottostante e consente di regolare la pressione di raschiatura per produrre villi senza cripte tethered. La pressione di raschiatura è soggettiva per l'operatore, quindi la pressione ottimale per produrre villi senza cripte tethered deve essere determinata empiricamente dall'operatore. L'aspetto critico di questa procedura è quello di garantire l'assenza di contaminazione da cripta mediante esame microscopico dei villi sia prima che dopo la placcatura nella matrice BME-R1.
I villi intestinali vengono raschiati via dal lume intestinale con vetrini e posti in un filtro da 70 μm e lavati con PBS per eliminare le cellule sciolte o le cripte, se presenti, prima della placcatura in matrice BME-R1. Il metodo sottolinea i seguenti criteri per evitare la contaminazione della cripta: a) confinare i villi raccogliere la metà prossimale del duodeno dove i villi sono più lunghi, b) ridurre al minimo il numero di graffi che producono villi, c) lavare il filtro contenente i villi attraverso una serie di PBS in un piatto a sei pozzetti e d) confermare l'assenza di contaminazione della cripta mediante esame microscopico prima e dopo la placcatura in matrice BME-R1. L'isolamento dei villi mediante raschiatura, piuttosto che per chelazione EDTA, impedisce la completa perdita del mesenchima sottostante che può fornire i segnali di nicchia5,6,7,8,se necessario, per l'iniziazione organoide dall'epitelio villuso.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Advanced DMEM F-12 media</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>12634010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3,3-diaminobenzidine</td>
			<td>Vector Labs</td>
			<td>SK-4105</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96 well U-bottom plate</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>FB012932</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ABC kit</td>
			<td>Vector Labs</td>
			<td>&#160;PK4001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Angled scissor</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>11-999</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Animal-Free Recombinant Human EGF</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>AF-100-15</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B-27 Supplement (50X), minus vitamin A</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>12587010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine Serum Albumin (BSA) Protease-free Powder</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP9703100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CD44 antibody</td>
			<td>BioLegend</td>
			<td>1030001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cdx2 antibody</td>
			<td>Cell Signaling</td>
			<td>12306</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corn oil</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C8267-500ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Corning 70-micron cell strainer</td>
			<td>Life Sciences</td>
			<td>431751</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cultrex Reduced Growth Factor Basement Membrane Extract, Type R1</td>
			<td>R&#38;D</td>
			<td>3433-005-R1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dissection scissors</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>22-079-747</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>17-456-209</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glutamax (100X)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>35050-061</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEK 293-T cells expressing RSPO-1</td>
			<td>Gift from Dr. Michael Verzi</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES (1M)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15630-080</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Histogel</td>
			<td>Thermoscientific</td>
			<td>HG-4000-012</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mesh filter</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>07-201-431</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micrscope glass slide</td>
			<td>VWR</td>
			<td>89218-844</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-2 Supplement (100X)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>17502048</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-acetyl cysteine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A9165</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>p200 Blunt tips</td>
			<td>VWR</td>
			<td>46620-642</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15140-122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Primocin (50mg/mL)</td>
			<td>Invivogen</td>
			<td>ant-pm-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quality Biological Inc PBS (10X)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>50-146-770</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recombinant Murine Noggin</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>250-38</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Signal diluent</td>
			<td>Cell Signaling</td>
			<td>8112L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tamoxifen</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T5648-1G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-well tissue culture plate</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>50-146-770</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

3d culturing of organoids from the intestinal villi epithelium undergoing dedifferentiation

La clonogenicità degli organoidi dell'epitelio intestinale è attribuita alla presenza di cellule staminali in esso. L'epitelio intestinale di topo è compartimentato in cripte e villi: le cellule staminali e proliferanti sono confinate nelle cripte, mentre l'epitelio villi contiene solo cellule differenziate. Quindi, le normali cripte intestinali, ma non i villi, possono dare origine a organoidi nelle colture 3D. La procedura qui descritta è applicabile solo all'epitelio villus sottoposto a dedifferenziazione che porta allo staminale. Il metodo descritto utilizza il topo mutante condizionale Smad4-loss-of-function:β-catenina gain-of-function (Smad4 KO:β-cateninaGOF). La mutazione fa sì che i villi intestinali dedifferenziati e generino cellule staminali nei villi. I villi intestinali sottoposti a dedifferenziazione vengono raschiati via dall'intestino usando vetrini, posti in un colino da 70 μm e lavati più volte per filtrare eventuali cellule sciolte o cripte prima della placcatura nella matrice BME-R1 per determinare il loro potenziale organoide-formante. Due criteri principali sono stati utilizzati per garantire che gli organoidi risultanti fossero sviluppati dal compartimento dei villi dedifferenzianti e non dalle cripte: 1) valutare microscopicamente i villi isolati per garantire l'assenza di cripte tethered, sia prima che dopo la placcatura nella matrice 3D, e 2) monitorare il corso temporale dello sviluppo organoide dai villi. L'iniziazione organoide dai villi avviene solo da due a cinque giorni dopo la placcatura e appare di forma irregolare, mentre gli organoidi derivati dalla cripta dello stesso epitelio intestinale sono evidenti entro sedici ore dalla placcatura e appaiono sferici. Il limite del metodo, tuttavia, è che il numero di organoidi formati e il tempo necessario per l'iniziazione organoide dai villi variano a seconda del grado di dedifferenziazione. Quindi, a seconda della specificità della mutazione o dell'insulto che causa la dedifferenziazione, lo stadio ottimale in cui i villi possono essere raccolti per saggiare il loro potenziale organoide-formante, deve essere determinato empiricamente.

Il fattore determinante per il successo della procedura è prevenire la contaminazione della cripta. Lo sviluppo organoide dai villi (e non da cripte contaminanti) è assicurato confermando quattro criteri principali: 1) garantire la purezza dei villi raccolti mediante esame microscopico prima e dopo la placcatura dei villi in BME-R1, 2) placcare un numero limitato di villi per pozzo per consentire la visualizzazione di tutti i villi placcati singolarmente, 3) onitoring lo sviluppo degli organoidi quotidianamente; le imm...

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3D Culturing of Organoids from the Intestinal Villi Epithelium Undergoing Dedifferentiation

La procedura descrive l'isolamento dei villi dall'epitelio intestinale del topo sottoposto a dedifferenziazione per determinare il loro potenziale di formazione organoide.

3D Coltivazione di Organoidi dall'Epitelio Villi Intestinale sottoposti a Dedifferenziazione

Clonogenicity of organoids from the intestinal epithelium is attributed to the presence of stem cells therein. The mouse small intestinal epithelium is ...

Questo metodo può confermare la capacità organoido-formante di epitelio villi de-differenziante che acquisiscono marcatori di cellule staminali in vivo. La raccolta dei villi viene eseguita tramite raschiatura piuttosto che il metodo di chelazione EDTA che impedisce la completa perdita del mesenchima sottostante che può fornire i segnali di nicchia se necessario per l'inizio degli organoidi. Questo metodo è applicabile nei tessuti epiteliali in cui i compartimenti proliferativi e differenziati sono fisicamente delineati e le cellule de-differenzianti esprimono marcatori di cellule staminali in vivo.Alcuni fattori in questo protocollo devono essere determinati empiricamente, tra cui lo stadio ottimale per la raccolta dei villi e la pressione ottimale per raschiare i villi, che richiederà tempo e pratica. Indurre la mutazione Smad4 knockout e beta-catenina guadagno di funzione in topi mutanti con iniezione intraperitoneale di tamoxifene e olio di mais per quattro giorni consecutivi. Dopo l'eutanasia del topo, spruzzare l'addome con etanolo al 70% per evitare che la pelliccia del topo entri nella cavità peritoneale.Aprire la cavità addominale con le forbici di dissezione per esporre l'intestino e isolare l'intestino usando forbici e pinza. Sezionare la metà prossimale del duodeno, quindi sciacquare il duodeno con cinque millilitri di PBS ghiacciato in una siringa da 10 millilitri per eliminare il contenuto luminale. Aprire il duodeno longitudinalmente con una forbice angolata e adagiare il duodeno piatto su una capsula di Petri di 15 centimetri su ghiaccio con il lume del duodeno rivolto verso l'operatore.Prima di iniziare la raschiatura, posizionare un filtro a rete da 70 micrometri in uno dei pozzetti di una piastra di coltura tissutale a sei pozzi. Riempire tutti i pozzi con quattro millilitri di 1X PBS e posizionare la piastra sul ghiaccio. Raschiare i villi usando due microscopici vetrini, uno per tenere il duodeno verso il basso e l'altro per raschiare.Raschiare superficialmente il lato luminale del duodeno due volte per rimuovere il muco senza rimuovere i villi, quindi raschiare il duodeno altre due volte per raccogliere i villi sui vetrini senza legare le cripte. Utilizzare una pipetta di trasferimento da un millilitro contenente PBS per trasferire i villi in un filtro a rete da 70 micrometri nel piatto a sei pozzetto. Raccogli i villi dopo ogni graffio.Per rimuovere le cripte sciolte, lavare i villi raccolti con il filtro da 70 micrometri trasferendo il filtro attraverso una serie di pozzetti nel piatto a sei pozzetti contenente quattro millilitri di PBS ghiacciato per pozzetto. Utilizzando una pipetta P1000, trasferire la sospensione dei villi in circa tre millilitri di PBS dal filtro da 70 micrometri a un nuovo tubo da 15 millilitri su ghiaccio. Utilizzare una punta della pipetta P200 smussata rivestita con rivestimento BSA allo 0,1% per trasferire un volume di 50 microlitter della sospensione dei villi su una slitta di vetro.Contare il numero di villi nella goccia da 50 microlitri sotto ingrandimento 4X per determinare la concentrazione di villi nella sospensione PBS e per confermare l'assenza di cripte tethered. Per placcare i villi, utilizzare una punta della pipetta smussata P200 rivestita con BSA allo 0,1% per trasferire i villi in un tubo microcentrifuga per una densità di placcatura di sei villi per pozzetto in 12,5 microlitri di matrice BME-R1. Girare verso il basso i villi per due minuti a 200 volte G a quattro gradi Celsius.Rimuovere il surnatante e ripetere la centrifugazione per rimuovere eventuali PBS residui. In una cappa a flusso laminare, risusciere delicatamente il pellet di villi nella quantità richiesta di BME-R1 freddo scongelato sul ghiaccio. Utilizzando una pipetta P20, piastra 12,5 microlitri dei villi in matrice BME-R1 per pozzetti di una piastra con fondo a U a 96 pozzetti preriscaldata a 37 gradi Celsius.Incubare la piastra in un incubatore di colture tissutali a 37 gradi Celsius per 15 minuti per consentire la solidificazione della matrice BME-R1. A ciascun pozzo, aggiungere 125 microlitri di supporti ENR preriscaldati integrati come descritto nel manoscritto di testo. Incubare i villi placcati in un incubatore di colture tissutali a 37 gradi Celsius con il 5% di anidride carbonica e cambiare il mezzo a giorni alterni.Scartare qualsiasi pozzo in cui gli organoidi compaiono prima di due giorni. C'è una differenza nell'aspetto degli organoidi che emergono dalle cripte rispetto all'epitelio villi de-differenziato dallo stesso intestino di topo. Gli organoidi derivati dalla cripta appaiono durante la notte come strutture sferiche con bordi ben definiti.È stata esaminata la cinetica e l'aspetto morfologico degli organoidi iniziati dai villi, che all'inizio appaiono di forma irregolare e richiedono da due a cinque giorni prima di poter essere visti al microscopio. Viene mostrata l'iniziazione organoide da due diversi villi. I villi con potenziale organoide-formante appaiono densi, probabilmente a causa della ritenzione del mesenchima sottostante.L'iniziazione organoide dalle ville è evidente al secondo giorno da uno dei villi. Mentre nelle altre ville, l'organoide appare al quarto giorno. È fondamentale adottare le misure appropriate per evitare la contaminazione della cripta durante la raccolta dei villi e la coltivazione degli organoidi risultanti.Differenze fenotipiche tra gli organoidi emergenti dalle cripte e i villi dello stesso mutante sono state osservate seguendo questa procedura, quindi ulteriori sperimentazioni potrebbero essere effettuate per cercare differenze molecolari tra i due. Questo protocollo potrebbe essere utilizzato per studiare le differenze tra organoidi derivanti da cripte endogene rispetto a cripte ectopiche derivanti dalla de-differenziazione, quindi le implicazioni della de-differenziazione potrebbero essere affrontate.

Research

JoVE Journal

Biology

A 3D System for Culturing Human Articular Chondrocytes in Synovial Fluid

Un sistema 3D per condrociti articolari umani in coltura liquido sinoviale

Cartilage destruction is a central pathological feature of osteoarthritis, a leading cause of disability in the US. Cartilage in the adult does not ...

Ricerca

Biologia

A Protocol for Lentiviral Transduction and Downstream Analysis of Intestinal Organoids

Un protocollo per lentivirali trasduzione e analisi valle di intestinale organoidi

Intestinal crypt-villus structures termed organoids, can be kept in sustained culture three dimensionally when supplemented with the appropriate growth ...

Primary Cell Cultures from the Mouse Retinal Pigment Epithelium

Colture cellulari primarie dall'epitelio retinico del pigmento del Mouse

The retinal pigment epithelium (RPE) is a highly polarized multi-functional epithelium that is located between the neural retina and the choroid of the ...

Analyzing Oxidative Stress in Murine Intestinal Organoids using Reactive Oxygen Species-Sensitive Fluorogenic Probe

Analisi dello stress ossidativo negli organoidi intestinali murini utilizzando la sonda fluorogenica sensibile alle specie reattive dell'ossigeno

Reactive oxygen species (ROS) play essential roles in intestinal homeostasis. ROS are natural by-products of cell metabolism. They are produced in ...

A High-Throughput Platform for Culture and 3D Imaging of Organoids

Una piattaforma ad alto rendimento per la coltura e l'imaging 3D di organoidi

The characterization of a large number of three-dimensional (3D) organotypic cultures (organoids) at different resolution scales is currently limited by ...

Establishing 3D Endometrial Organoids from the Mouse Uterus

Stabilire organoidi endometriali 3D dall'utero del topo

Endometrial tissue lines the inner cavity of the uterus and is under the cyclical control of estrogen and progesterone. It is a tissue that is composed of ...

Culture of Piglet Intestinal 3D Organoids from Cryopreserved Epithelial Crypts and Establishment of Cell Monolayers

Coltura di organoidi intestinali 3D di maialino da cripte epiteliali crioconservate e creazione di monostrati cellulari

Intestinal organoids are increasingly being used to study the gut epithelium for digestive disease modeling, or to investigate interactions with drugs, ...

3D Culture of Organoids from Murine Intestinal Crypts and Single Stem Cell

The 3D Culturing of Organoids from Murine Intestinal Crypts and a Single Stem Cell for Organoid Research

The 3D Culturing of Organoids from Murine Intestinal Crypts and a Single Stem Cell for Organoid Research (Video) | JoVE 

La coltura 3D di organoidi da cripte intestinali murine e una singola cellula staminale per la ricerca sugli organoidi

At present, organoid culture represents an important tool for in vitro studies of different biological aspects and diseases in different organs. Murine ...

Rat Intestinal Crypts Isolation and Intestinal Organoids Generation

Generation and Manipulation of Rat Intestinal Organoids

Generation and Manipulation of Rat Intestinal Organoids (Video) | JoVE 

Generazione e manipolazione di organoidi intestinali di ratto

When using organoids to assess physiology and cell fate decisions, it is important to use a model that closely recapitulates in vivo contexts. ...

Construction of a 3D Intestinal Mucosa Model with Paraffin Embedding

Basic Three-Dimensional (3D) Intestinal Model System with an Immune Component

Investigating the Effects of Compounds on Intestinal Tissue Using 3D Human Cell Line Models (Video) | JoVE

Sistema modello intestinale tridimensionale (3D) di base con una componente immunitaria

There has been an increase in the use of in vivo and in vitro intestinal models to study the pathophysiology of inflammatory intestinal diseases, for the ...