Name: establishing human lung organoids and proximal differentiation to generate mature airway organoids
Uploaded: 2022-03-23T14:15:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Establishing Human Lung Organoids and Proximal Differentiation to Generate Mature Airway Organoids at JoVE.com

Hong Kong Üniversitesi PanorOmik Bilimler ve Elektron Mikroskobu Birimi Merkezi, Li Ka Shing Tıp Fakültesi'ne konfokal görüntüleme ve akış sitometrisindeki yardımları için teşekkür ederiz. Bu çalışma kısmen Gıda ve Sağlık Bürosu'nun Sağlık ve Tıbbi Araştırma Fonu'ndan (HMRF, 17161272 ve 19180392) gelen fonlarla desteklenmiştir; Araştırma Hibeleri Konseyi Genel Araştırma Fonu (GRF, 17105420); ve Health@InnoHK, İnovasyon ve Teknoloji Komisyonu, Hong Kong Özel İdari Bölgesi Hükümeti.

Burada açıklanan insan dokularını kullanan tüm deneyler, Hong Kong Üniversitesi / Hastane Otoritesi Hong Kong Batı Kümesi (UW13-364 ve UW21-695) Kurumsal İnceleme Kurulu tarafından onaylanmıştır. Doku toplanmasından önce hastalardan bilgilendirilmiş onam alındı.
1. İnsan akciğer organoidinin türetilmesi
<ol><li>Deney materyallerinin hazırlanması<ol>
<li>Gelişmiş DMEM / F12 ortamını 2 mM glutamin, 10 mM HEPES, 100 U / mL penisilin ve 100 μg / mL st...

<ol>
	<li>Sato, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+expansion+of+epithelial+organoids+from+human+colon,+adenoma,+adenocarcinoma,+and+Barrett's+epithelium.">Long-term expansion of epithelial organoids from human colon, adenoma, adenocarcinoma, and Barrett's epithelium.</a> Gastroenterology. 141 (5), 1762-1772 (2011).</li><li>Sato, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+Lgr5+stem+cells+build+crypt-villus+structures+in+vitro+without+a+mesenchymal+niche.">Single Lgr5 stem cells build crypt-villus structures in vitro without a mesenchymal niche.</a> Nature. 459 (7244), 262-265 (2009).</li><li>Karthaus, W. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+multipotent+luminal+progenitor+cells+in+human+prostate+organoid+cultures.">Identification of multipotent luminal progenitor cells in human prostate organoid cultures.</a> Cell. 159 (1), 163-175 (2014).</li><li>Chua, C. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+luminal+epithelial+progenitors+can+generate+prostate+organoids+in+culture.">Single luminal epithelial progenitors can generate prostate organoids in culture.</a> Nature Cell Biology. 16 (10), 951-954 (2014).</li><li>Hu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+expansion+of+functional+mouse+and+human+hepatocytes+as+3D+organoids.">Long-term expansion of functional mouse and human hepatocytes as 3D organoids.</a> Cell. 175 (6), 1591-1606 (2018).</li><li>Huch, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+expansion+of+single+Lgr5++liver+stem+cells+induced+by+Wnt-driven+regeneration.">In vitro expansion of single Lgr5+ liver stem cells induced by Wnt-driven regeneration.</a> Nature. 494 (7436), 247-250 (2013).</li><li>Schlaermann, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+human+gastric+primary+cell+culture+system+for+modelling+Helicobacter+pylori+infection+in+vitro.">A novel human gastric primary cell culture system for modelling Helicobacter pylori infection in vitro.</a> Gut. 65 (2), 202-213 (2016).</li><li>Bartfeld, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+expansion+of+human+gastric+epithelial+stem+cells+and+their+responses+to+bacterial+infection.">In vitro expansion of human gastric epithelial stem cells and their responses to bacterial infection.</a> Gastroenterology. 148 (1), 126-136 (2015).</li><li>Wroblewski, L. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Helicobacter+pylori+targets+cancer-associated+apical-junctional+constituents+in+gastroids+and+gastric+epithelial+cells.">Helicobacter pylori targets cancer-associated apical-junctional constituents in gastroids and gastric epithelial cells.</a> Gut. 64 (5), 720-730 (2015).</li><li>Huch, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unlimited+in+vitro+expansion+of+adult+bi-potent+pancreas+progenitors+through+the+Lgr5/R-spondin+axis.">Unlimited in vitro expansion of adult bi-potent pancreas progenitors through the Lgr5/R-spondin axis.</a> The EMBO Journal. 32 (20), 2708-2721 (2013).</li><li>Sachs, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+living+biobank+of+breast+cancer+organoids+captures+disease+heterogeneity.">A living biobank of breast cancer organoids captures disease heterogeneity.</a> Cell. 172 (1-2), 373-386 (2018).</li><li>Sachs, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+expanding+human+airway+organoids+for+disease+modeling.">Long-term expanding human airway organoids for disease modeling.</a> The EMBO Journal. 38 (4), 100300 (2019).</li><li>Zhou, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differentiated+human+airway+organoids+to+assess+infectivity+of+emerging+influenza+virus.">Differentiated human airway organoids to assess infectivity of emerging influenza virus.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (26), 6822-6827 (2018).</li><li>Clevers, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+development+and+disease+with+organoids.">Modeling development and disease with organoids.</a> Cell. 165 (7), 1586-1597 (2016).</li><li>Fatehullah, A., Tan, S. H., Barker, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organoids+as+an+in+vitro+model+of+human+development+and+disease.">Organoids as an in vitro model of human development and disease.</a> Nature Cell Biology. 18 (3), 246-254 (2016).</li><li>Lancaster, M. A., Huch, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disease+modelling+in+human+organoids.">Disease modelling in human organoids.</a> Disease Model Mechanisms. 12 (7), (2019).</li><li>. Millicell ERS-2 User Guide Available from: <a target="_blank" href="https://www.merckmillipore.com/HK/en/life-science-research/cell-culture-systems/cell-analysis/millicell-ers-2-voltohmmeter/FiSb.qB.LDgAAAFBdMhb3.r5">https://www.merckmillipore.com/HK/en/life-science-research/cell-culture-systems/cell-analysis/millicell-ers-2-voltohmmeter/FiSb.qB.LDgAAAFBdMhb3.r5</a> (2021)</li><li>Dye, B. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+generation+of+human+pluripotent+stem+cell+derived+lung+organoids.">In vitro generation of human pluripotent stem cell derived lung organoids.</a> eLife. 4, 05098 (2015).</li><li>Dye, B. R., Miller, A. J., Spence, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+to+grow+a+lung:+Applying+principles+of+developmental+biology+to+generate+lung+lineages+from+human+pluripotent+stem+cells.">How to grow a lung: Applying principles of developmental biology to generate lung lineages from human pluripotent stem cells.</a> Current Pathobiology Reports. 4, 47-57 (2016).</li><li>Glinka, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=LGR4+and+LGR5+are+R-spondin+receptors+mediating+Wnt/beta-catenin+and+Wnt/PCP+signalling.">LGR4 and LGR5 are R-spondin receptors mediating Wnt/beta-catenin and Wnt/PCP signalling.</a> EMBO Reports. 12 (10), 1055-1061 (2011).</li><li>Groppe, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+basis+of+BMP+signalling+inhibition+by+the+cystine+knot+protein+Noggin.">Structural basis of BMP signalling inhibition by the cystine knot protein Noggin.</a> Nature. 420 (6916), 636-642 (2002).</li><li>Tadokoro, T., Gao, X., Hong, C. C., Hotten, D., Hogan, B. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BMP+signaling+and+cellular+dynamics+during+regeneration+of+airway+epithelium+from+basal+progenitors.">BMP signaling and cellular dynamics during regeneration of airway epithelium from basal progenitors.</a> Development. 143 (5), 764-773 (2016).</li><li>Mou, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual+SMAD+signaling+inhibition+enables+long-term+expansion+of+diverse+epithelial+basal+cells.">Dual SMAD signaling inhibition enables long-term expansion of diverse epithelial basal cells.</a> Cell Stem Cell. 19 (2), 217-231 (2016).</li><li>Balasooriya, G. I., Goschorska, M., Piddini, E., Rawlins, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FGFR2+is+required+for+airway+basal+cell+self-renewal+and+terminal+differentiation.">FGFR2 is required for airway basal cell self-renewal and terminal differentiation.</a> Development. 144 (9), 1600-1606 (2017).</li><li>Bar-Ephraim, Y. E., Kretzschmar, K., Clevers, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Organoids+in+immunological+research.">Organoids in immunological research.</a> Nature Reviews. Immunology. 20 (5), 279-293 (2019).</li><li>Drost, J., Clevers, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Translational+applications+of+adult+stem+cell-derived+organoids.">Translational applications of adult stem cell-derived organoids.</a> Development. 144 (6), 968-975 (2017).</li><li>Dutta, D., Heo, I., Clevers, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disease+modeling+in+stem+cell-derived+3D+organoid+systems.">Disease modeling in stem cell-derived 3D organoid systems.</a> Trends in Molecular Medicine. 23 (5), 393-410 (2017).</li><li>Zhou, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Infection+of+bat+and+human+intestinal+organoids+by+SARS-CoV-2.">Infection of bat and human intestinal organoids by SARS-CoV-2.</a> Nature Medicine. 26 (7), 1077-1083 (2020).</li><li>Salahudeen, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progenitor+identification+and+SARS-CoV-2+infection+in+human+distal+lung+organoids.">Progenitor identification and SARS-CoV-2 infection in human distal lung organoids.</a> Nature. 588 (7839), 670-675 (2020).</li><li>Han, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+SARS-CoV-2+inhibitors+using+lung+and+colonic+organoids.">Identification of SARS-CoV-2 inhibitors using lung and colonic organoids.</a> Nature. 589 (7841), 270-275 (2020).</li><li>Mykytyn, A. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SARS-CoV-2+entry+into+human+airway+organoids+is+serine+protease-mediated+and+facilitated+by+the+multibasic+cleavage+site.">SARS-CoV-2 entry into human airway organoids is serine protease-mediated and facilitated by the multibasic cleavage site.</a> eLife. 10, 64508 (2021).</li><li>Jacob, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+pluripotent+stem+cell-derived+neural+cells+and+brain+organoids+reveal+SARS-CoV-2+neurotropism+predominates+in+choroid+plexus+epithelium.">Human pluripotent stem cell-derived neural cells and brain organoids reveal SARS-CoV-2 neurotropism predominates in choroid plexus epithelium.</a> Cell Stem Cell. 27 (6), 937-950 (2020).</li><li>Lamers, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SARS-CoV-2+productively+infects+human+gut+enterocytes.">SARS-CoV-2 productively infects human gut enterocytes.</a> Science. 369 (6499), 50-54 (2020).</li><li>Mallapaty, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mini+lungs+and+other+organoids+helping+to+beat+COVID.">The mini lungs and other organoids helping to beat COVID.</a> Nature. 593 (7860), 492-494 (2021).</li></ol>

İnsan hava yolları, psödostratifiye siliyer epitel olarak da bilinen hava yolu epiteli ile kaplıdır. Üst solunum yolu epitelinin ana hücre tipleri, apikal kirpiklerinin mukus ve solunan parçacıkları hava yollarından dışarı atmak için koordineli hareketini sağlayan siliye hücreler, mukus üreten ve salgılayan kadeh hücreleri ve bazal membranı kaplayan ve rejenerasyonda rol oynayan bazal hücrelerdir. Bronşiyoller gibi küçük hava yolunda, küboidal hava yolu epiteli, salgı kulübü hücreleri ve ü...

Organoidler, organ gelişiminin in vitro modellenmesi ve biyoloji ve hastalıkların incelenmesi için sağlam ve evrensel bir araç haline gelmiştir. Büyüme faktörü tanımlı bir kültür ortamında kültürlendiğinde, çeşitli organlardan gelen yetişkin kök hücreler (ASC) 3 boyutlu (3B) olarak genişletilebilir ve organoidler olarak adlandırılan çoklu hücre tiplerinden oluşan organ benzeri hücresel kümelere kendiliğinden monte edilebilir. Clevers'in laboratuvarı, 2009 yılında ilk ASC türevi organoid, insan bağırsak organoidinin türetildiğini bildirdi 1,2. Daha sonra, prostat 3,4, karaciğer 5,6, mide 7,8,9, pankreas 10, meme bezi 11 ve akciğer 12,13 dahil olmak üzere çeşitli insan organları ve dokuları için ASC türevi organoidler kurulmuştur. . Bu ASC türevi organoidler, doğal organın kritik hücresel, yapısal ve fonksiyonel özelliklerini korumuş ve uzun süreli genişleme kültüründe genetik ve fenotipik stabiliteyi korumuştur14,15.
Organoidler ayrıca embriyonik kök (ES) hücreler ve indüklenmiş pluripotent kök (iPS) hücre16 dahil olmak üzere pluripotent kök hücreden (PSC) türetilebilir. PSC türevi organoidler, kuruluşları için organ gelişim mekanizmalarından yararlanırken, ASC'ler, fizyolojik doku kendini yenileme veya doku onarımı sırasında kök hücre nişini taklit eden koşulları yeniden inşa ederek organoidler oluşturmaya zorlanabilir. PSC türevi organoidler, ASC türevi organoidlerin karşılaştırılabilir olgunlaşma seviyesine ulaşamasalar da, gelişim ve organogenezi araştırmak için elverişli modellerdir. PSC türevi organoidlerin fetal benzeri olgunlaşma durumu ve bu organoidlerin kurulmasının karmaşıklığı, olgun dokularda biyoloji ve patolojiyi incelemek için geniş uygulamalarını büyük ölçüde engellemektedir.
Burundan terminal bronşiyolele kadar insan solunum yolu, dört ana hücre tipinden, yani siliye hücre, kadeh hücresi, bazal hücre ve kulüp hücresinden oluşan psödostratifiye siliyer epitel olarak da adlandırılan hava yolu epiteli ile kaplıdır. ASC türevi insan akciğer organoidini, Clevers'in laboratuvarı12,13 ile işbirliği içinde insan akciğer dokularından kurduk. Bu akciğer organoidleri, bir yıldan fazla bir süredir genişleme ortamında ardışık olarak genişletilir; kesin süre, farklı donörlerden elde edilen farklı organoid çizgiler arasında değişir. Bununla birlikte, doğal hava yolu epiteli ile karşılaştırıldığında, bu uzun süreli genişleyen akciğer organoidleri, insan hava yolundaki ana hücre popülasyonu olan siliyer hücreler bu akciğer organoidlerinde yeterince temsil edilmediğinden, yeterince olgun değildir. Bu nedenle, proksimal bir farklılaşma protokolü geliştirdik ve hava yolu epitelini morfolojik ve fonksiyonel olarak fizyolojik bir seviyeye yakın bir seviyeye kopyalayan 3D ve 2D hava yolu organoidleri ürettik.
Burada, birincil akciğer dokularından insan akciğer organoidlerini türetmek, akciğer organoidlerini genişletmek ve 3D ve 2D hava yolu organoidleri üretmek için proksimal farklılaşmayı indüklemek için bir video protokolü sunuyoruz.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Reagents for lung organoid culture</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Advanced DMEM/F12</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>12634010</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A8301</td>
			<td>Tocris</td>
			<td>2939</td>
			<td>500nM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B27 supplement</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>17504-044</td>
			<td>1x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cultrex Reduced Growth Factor Basement Membrane Matrix, Type 2 (BME 2)</td>
			<td>Trevigen</td>
			<td>3533-010-0</td>
			<td>70-80%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FGF-10</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>100-26</td>
			<td>20 ng/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FGF-7</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>100-19</td>
			<td>5 ng/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GlutaMAX (glutamine)</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>35050061</td>
			<td>1x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES 1M</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>15630-056</td>
			<td>10 mM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heregulin &#946;-1</td>
			<td>Peprotech</td>
			<td>100-03</td>
			<td>5 nM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N-Acetylcysteine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A9165</td>
			<td>1.25 mM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nicotinamide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>N0636</td>
			<td>10 mM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Noggin (conditional medium)</td>
			<td>home made</td>
			<td>-</td>
			<td>10x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin-Streptomycin (10,000 U/mL)</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>15140-122</td>
			<td>1x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Primocin</td>
			<td>Invivogen</td>
			<td>ant-pm-1</td>
			<td>100 &#181;g/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rspondin1 (conditional medium)</td>
			<td>home made</td>
			<td>-</td>
			<td>10x</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SB202190</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S7067</td>
			<td>1 &#181;M</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Y-27632</td>
			<td>Tocris</td>
			<td>1254</td>
			<td>5 &#181;M</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Proximal differentiation medium</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DAPT</td>
			<td>Tocris</td>
			<td>2634</td>
			<td>10 &#181;M</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heparin Solution</td>
			<td>StemCell Technology</td>
			<td>7980</td>
			<td>4 &#181;g/mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrocortisone Stock Solution</td>
			<td>StemCell Technology</td>
			<td>7925</td>
			<td>1 &#181;M</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PneumaCult-ALI 10X Supplement</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>air liquid interface supplement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PneumaCult-ALI Basal Medium</td>
			<td>StemCell Technology</td>
			<td>05001</td>
			<td>air liquid interface basal medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PneumaCult-ALI Maintenance Supplement</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>air liquid interface maintenance supplement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Y-27632</td>
			<td>Tocris</td>
			<td>1254</td>
			<td>10 &#181;M</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biological safety cabinet</td>
			<td>Baker</td>
			<td>1-800-992-2537</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carl Zeiss LSM 780 or 800</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td></td>
			<td>confocal microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CO2 Incubator</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>42093483</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereo-microscope</td>
			<td>Olympus Corporation</td>
			<td>CKX31SF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>5418BG040397</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Serological pipettor</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ZEN black or ZEN blue software</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td></td>
			<td>analysis software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Consumables</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>12mm Trans-well</td>
			<td>StemCell Technology</td>
			<td>#38023</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>12-well cell culture plate</td>
			<td>Cellstar</td>
			<td>665970</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15- and 50 ml conical tubes</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>L6BF5Z8118</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24-well cell culture plate</td>
			<td>Cellstar</td>
			<td>662160</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6.5mm Trans-well</td>
			<td>StemCell Technology</td>
			<td>#38024</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medical Syringe Filter Unit, 0.22 &#181;m</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>SLGPR33RB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microfuge tubes</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette tips</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>TFLR140-200-Q21190531</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pasteur pipette glass</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>22-378893</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Serological pipettes(5ml, 10ml, 25ml)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>BA08003, 08004, 08005</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antibodies</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat Anti-Mouse Alexa Fluor 594</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A11005</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat Anti-Mouse, Alexa Fluor 488</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A11001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat Anti-Rabbit Alexa Fluor 488</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A11034</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat Anti-Rabbit Alexa Fluor 594</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A11037</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goat Anti-Rat Alexa Fluor 594</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>A11007</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse Anti-Cytokeratin 5</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab128190</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse Anti-FOX J1</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>14-9965-82</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse Anti-Mucin 5AC</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab3649</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse Anti-&#946;-tubulin 4</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T7941</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rabbit Anti-p63</td>
			<td>Abcam</td>
			<td>ab124762</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rat Anti-Uteroglobin/CC-10</td>
			<td>R&#38;D Systems</td>
			<td>MAB4218-SP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Other reagent</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TrypLE Select Enzyme (10X)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A1217701</td>
			<td>dissociation enzyme</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

establishing human lung organoids and proximal differentiation to generate mature airway organoids

İnsan solunum epitelinin sağlam bir in vitro modelinin olmaması, solunum sisteminin biyolojisinin ve patolojisinin anlaşılmasını engellemektedir. İnsan akciğer organoidlerini akciğer dokusundaki yetişkin kök hücrelerden türetmek ve olgun hava yolu organoidleri oluşturmak için proksimal farklılaşmayı indüklemek için tanımlanmış bir protokol tanımladık. Akciğer organoidleri daha sonra yüksek stabilite ile 1 yıldan fazla bir süre boyunca ardışık olarak genişletilirken, farklılaşmış hava yolu organoidleri morfolojik ve fonksiyonel olarak insan hava yolu epitelini fizyolojik bir seviyeye yakın bir seviyeye kadar simüle etmek için kullanılır. Böylece, insan hava yolu epitelinin sağlam bir organoid modelini oluşturuyoruz. Akciğer organoidlerinin ve farklılaşmış hava yolu organoidlerinin uzun süreli genişlemesi, bilim adamlarının kültür yemeklerinde insan hava yolu epitel hücrelerini yeniden yapılandırmalarını ve genişletmelerini sağlayan istikrarlı ve yenilenebilir bir kaynak oluşturur. İnsan akciğer organoid sistemi, virüs-konakçı etkileşimi, ilaç testi ve hastalık modellemesinin incelenmesi de dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için benzersiz ve fizyolojik olarak aktif bir in vitro model sağlar.

Bu protokol, insan akciğer organoidlerinin yüksek başarı oranıyla türetilmesini sağlar. Taze insan akciğer dokusu küçük parçalara ayrılır ve daha sonra kollajenaz ile ayrıştırılır. Elde edilen tek hücreler bodrum matriksine gömülür ve epitel kök hücrelerinin büyümesi için niş faktörlerin bir kokteyli ile desteklenen akciğer organoid genişleme ortamında inkübe edilir (adım 1.1.2). Şekil 1 , indirgenmiş büyüme faktörü bazal membran matrisi Tip 2'ye göm...

Watch this Scientific Journal Video about Establishing Human Lung Organoids and Proximal Differentiation to Generate Mature Airway Organoids at JoVE.com

Establishing Human Lung Organoids and Proximal Differentiation to Generate Mature Airway Organoids

Protokol, insan akciğer organoidlerini birincil akciğer dokularından türetmek, akciğer organoidlerini genişletmek ve insan hava yolu epitelini sadık bir şekilde fenotoskopik eden 3D ve 2D hava yolu organoidleri üretmek için proksimal farklılaşmayı indüklemek için bir yöntem sunar.

Olgun Hava Yolu Organoidleri Üretmek için İnsan Akciğer Organoidlerinin ve Proksimal Farklılaşmasının Kurulması

The lack of a robust in vitro model of the human respiratory epithelium hinders the understanding of the biology and pathology of the respiratory system. ...

Kültür plakalarında insan hava yolu epitelinin organoid kültürünü oluşturmak için bir yöntem sunuyoruz. İnsan akciğer organoidini doğrudan primer akciğer dokularından yüksek verimlilikle elde ediyoruz. Türetilmiş insan akciğer organoidi bir yıldan fazla bir süre boyunca istikrarlı bir şekilde genişletilir ve bir proksimal farklılaşma protokolü, insan hava yolu epitelini yakın bir fizyolojik seviyeye sadık bir şekilde simüle edebilen olgun hava yolu organoidlerinin üretilmesine izin verir.Bu nedenle, kültür sistemi, bilim adamlarının kültür plakalarındaki insan hava yolu epitelini yeniden yapılandırmalarına ve genişletmelerine izin verir. Prosedürü gösteren Man Chun Chiu ve Yifei Yu, laboratuarımızdaki doktora öğrencileri 3D organoid kültür için insan akciğer dokularından hücre izolasyonuna başlamak için, akciğer dokularını steril bir neşterle bir milimetre küçük parçalara ayırın ve doku parçalarını 10 mililitre soğuk bazal ortam ile yıkayın. Dokuları dört santigrat derecede beş dakika boyunca 400 kez G'de santrifüj edin ve peleti, mililitre başına iki miligramlık son bir konsantrasyonda kollajenaz ile desteklenmiş sekiz mililitre bazal ortamda yeniden askıya almadan önce süpernatantı atın.Daha sonra, tüpü 120 RPM'de 37 santigrat derecede 30 ila 40 dakika çalkalayarak doku parçalarını sindirin. Sindirimden sonra, sindirilen doku parçalarını kesmek için 10 mililitrelik serolojik pipet kullanarak 20 kez yukarı ve aşağı pipet uygulayın. Ardından, süspansiyonu 100 mikronluk bir süzgeçle 50 mililitrelik bir tüpe filtreleyin.Doku parçalarını süzgeçten geri kazanın ve bazal ortama sahip 15 mililitrelik bir santrifüj tüpüne aktarın. Sindirimi sonlandırmak için, akışa% 2'lik bir son konsantrasyona fetal sığır serumu ekleyinDaha sonra, tüpü santrifüj edin ve hücre peletini daha önce tarif edildiği gibi bazal ortamın 10 mililitresinde yeniden askıya alın. Santrifüjlemeden sonra, peleti 80 ila 160 mikrolitre soğuk bodrum matrisi ortamında yeniden askıya alın ve tüpleri buz üzerine yerleştirin.Daha sonra, önceden ısıtılmış 24 delikli bir süspansiyon kültürü plakasının her bir kuyucuğuna 40 mikrolitre süspansiyon dağıtın. Plakayı 10 ila 15 dakika boyunca 37 santigrat derecede inkübe edin. Bodrum matrisinin katılaşmasına ve bir damlacık oluşturmasına izin verin.Kuluçkadan sonra, her bir kuyucuğa beş nanomolar heregulin-beta 1 ile desteklenmiş 500 mikrolitre insan akciğer organoidi genişleme ortamı ekleyin ve plakayı bir hücre kültürü inkübatöründe inkübe edin. Üç gün sonra, damlacığı sağlam tutarken eski ortamı çıkarın ve dikkatlice taze ortam ekleyin. 10 ila 14 günlük geçişten sonra, organoidleri mikroskop altında gözlemleyin ve organoidlerin çok yüksek bir hücre yoğunluğu ile gömülmediğinden emin olun.Akciğer organoidlerini kesme ile geçirmek için, damlacıkları bir mililitrelik bir uçla yukarı ve aşağı pipetleyerek, kırın. Daha sonra, organoidleri ortamla birlikte 15 mililitrelik bir santrifüj tüpüne aktarın ve soğuk bir bazal ortamla hacmi 10 mililitreye ayarlayın. Tüpü dört santigrat derecede beş dakika boyunca 300 kez G'de santrifüj yapın, süpernatanı atın ve organoidleri 10 mililitre soğuk bazal ortam ile yıkayın.Daha sonra, organoidleri iki mililitre soğuk bazal ortamda yeniden askıya alın ve bir Pasteur pipet ile küçük parçalara ayırın. Daha sonra, organoid parçalarını 1: 3 ila 1: 5 genleşme sağlamak için yeterli soğuk bir bodrum matrisi ile yeniden askıya almadan önce toplam 10 mililitrelik bir hacme bazal ortam ekleyin ve tüpleri buz üzerine yerleştirin. Bodrum matrisinin 10 ila 15 dakika boyunca katılaşmasını sağlamak için 37 santigrat derecede inkübe etmek için önceden ısıtılmış 24 delikli bir plakanın her bir kuyucuğuna 40 mikrolitre organoid süspansiyon dağıtın.Daha sonra, her bir oyuğa 500 mikrolitre akciğer organoid genleşme ortamı ekleyin ve bir hücre kültürü inkübatöründe inkübe edin. Ortamı her üç günde bir yenileyin ve organoidleri her iki haftada bir geçirin. Akciğer organoidlerini tripsinizasyonla geçirmek için, hasat edilen akciğer organoidlerini bir mililitre ayrışma enziminde yeniden askıya alın.Organoidi 37 santigrat derecelik bir su banyosunda üç ila beş dakika boyunca inkübe edin. Daha sonra, tüpe bir mililitre bazal ortam ekleyin ve organoidleri yukarı ve aşağı pipetleyerek, mekanik olarak kesin. 40 mikrolitre fetal sığır serumu ile sindirimi sonlandırmadan önce mikroskop altında organoid parçaların boyutunu 100X büyütmede kontrol edin.Organoid parçaları soğuk bir bodrum matrisinde 1:5 ila 1:10 oranında geçmek için yeterli hacme sahip yeniden askıya almadan önce bazal ortam ve santrifüj ile hacmi 10 mililitreye kadar yapın. Daha sonra, 24 kuyucuklu bir plakanın her bir kuyucuğuna 40 mikrolitre organoid süspansiyon dağıtın ve plakayı daha önce gösterildiği gibi kültürleyin. 3D hava yolu organoidleri üretmek için, akciğer organoidlerini mekanik kesme yoluyla geçtikten sonra yedi ila 10 gün boyunca genleşme ortamında inkübe edin.Daha sonra, genişleme ortamını proksimal farklılaşma ortamı ile değiştirin ve organoidleri bir hücre kültürü inkübatöründe inkübe edin. 14 gün sonra, ortamı her bir kuyucukta atın ve RNA ekstraksiyonu ve RT-qPCR testi ile hücresel gen ekspresyonunun tespiti için farklılaşmış hava yolu organoidini toplamak için hücre lizat tamponu ekleyin. Hücre kültürü inkübatöründeki ekleri, sırasıyla 24 delikli bir plakanın üst ve alt haznesinde 250 ve 500 mikrolitre bazal ortam ile önceden inkübe edin.Daha sonra, organoidleri tek hücrelere kesmek için tüpe bir mililitre bazal ortam ve pipet yukarı ve aşağı ekleyin. 40 mikrolitre fetal sığır serumu ile sindirimi sonlandırmadan önce hücreleri mikroskop altında gözlemleyin. Hücreleri 40 mikronluk bir süzgeçten 50 mililitrelik bir tüpe filtreleyin ve filtrelenmiş hücre süspansiyonunu 15 mililitrelik bir tüpe aktarın.Süspansiyonu bazal orta ile toplam 10 mililitre hacme doldurun. Santrifüjlemeden sonra, hücre yoğunluğuna bağlı olarak, 1 ila 2,5 mililitre akciğer organoid genleşme ortamında 24 damlacıktan toplanan peleti yeniden askıya alın. Mikroskop altında hücre sayacı olan hücre sayısını sayın, ardından 24 kuyucuklu ekler için hücre konsantrasyonunu mililitre başına 1.3 çarpı 10'a altı katına ayarlayın.Alt hazneye 500 mikrolitre genleşme ortamı eklemeden önce bazal ortamı üst ve alt odalardan çıkarın. Tohum 100 mikrolitre hücre süspansiyonu, 24 kuyucuklu ekin apikal odasına daha önce hazırlanır ve inkübe edilir. İki gün sonra, genleşme ortamını plakanın hem apikal hem de alt odasında proksimal farklılaşma ortamı ile değiştirin.Organoidleri 14 gün boyunca inkübe edin ve ortamı her üç günde bir yenileyin. Transepitelyal elektrik direncini her gün bir elektriksel direnç ölçüm sistemi kullanarak ölçün. Temsili mikrofotoda, yeni izole edilmiş akciğer hücreleri, indirgenmiş büyüme faktörü bazal membran matrisi tip ikide gömülü olarak görülebilir.Kistik organoidler zamanla ortaya çıkmış ve büyümüştür. Dördüncü pasajdan sonraki akciğer organoidleri burada gösterilmiştir. Mekanik kesmeden sonraki iki saat içinde, bazal membran ekstraktına gömülü organoid fragmanlar kistik alanları oluşturdu.Aynı alanın beşinci gündeki mikrofotografı, zamanla organoid büyümesini doğruladı. Genişleyen organoidler, ACCTUB-pozitif veya FOXJ1-pozitif siliye hücre, P63-pozitif bazal hücre, CC10-pozitif kulüp hücresi ve MUC5AC-pozitif kadeh hücresi dahil olmak üzere dört ana hava yolu epitel hücre tipinin tümünü erken bir durumda barındırıyordu. Genleşme ve proksimal farklılaşma ortamında inkübe edilen organoidler zamanla farklı morfoloji geliştirmiştir.Proksimal farklılaşma ortamında iki haftalık farklılaşmadan sonra, her organoidde hareketli kirpikler fark edilebildi. Senkron olarak dövülen celia'nın hücre kalıntılarını organoid lümenin içine sürdüğü ve solunan parçacıkları çıkarmak için tek yönlü olarak döndürdüğü gözlendi. Ayrıca, akım sitometrisi analizi, farklılaşmış organoidlerin proksimal diferansiyasyon ve genişleme ortamında dört hava yolu epitel hücre tipini barındırdığını göstermiştir.İki haftalık farklılaşmadan sonra, 2D hava yolu organoidleri sağlam bir epitel bariyeri geliştirdi. 2D hava yolu organoidlerinde oluşan epitel bariyerinin bütünlüğünü değerlendirmek için bir dekstran blokaj testi yapıldı. 2D organoidler bol miktarda siliyer hücre içeriyordu.Uzun süreli genişletilebilir akciğer organoidi ve farklılaşmış hava yolu organoidi, COVID-19 dahil olmak üzere solunum biyolojisi ve patolojisini incelemek için fizyolojik olarak aktif ve evrensel bir model sistemi sağlar.

Research

JoVE Journal

Biology

A Protocol for Lentiviral Transduction and Downstream Analysis of Intestinal Organoids

Lentiviral İletim ve Bağırsak Organoids Mansabında Analizi için Protokol

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

Isolation and Culture of Human Mature Adipocytes Using Membrane Mature Adipocyte Aggregate Cultures (MAAC)

Isolation and Culture of Human Mature Adipocytes Using Membrane Mature Adipocyte Aggregate Cultures MAAC

Membran Olgun Adiposit Agrega Kültürleri (MAAC) Kullanarak İnsan Olgun Adipositlerin İzolasyon ve Kültürü

White adipose tissue (WAT) dysregulation plays a central role in development of insulin resistance and type 2 diabetes (T2D). To develop new treatments ...

Single-Cell Resolution Three-Dimensional Imaging of Intact Organoids

Bozulmamış Organoidlerin Tek Hücreli Çözünürlükte Üç Boyutlu Görüntülemesi

Organoid technology, in vitro 3D culturing of miniature tissue, has opened a new experimental window for cellular processes that govern organ development ...

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

Organoidlerin Bağırsak Villi Epitelinden 3D Kültasyonu Adanmışlık Geçiriyor

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

Establishment and Genetic Manipulation of Murine Hepatocyte Organoids

Murine Hepatosit Organoidlerinin Kurulması ve Genetik Manipülasyonu

The liver is the largest organ in mammals. It plays an important role in glucose storage, protein secretion, metabolism and detoxification. As the ...

Utilizing the Precision-Cut Lung Slice to Study the Contractile Regulation of Airway and Intrapulmonary Arterial Smooth Muscle

Hava yolu ve intrapulmoner arteriyel düz kasın kasılma regülasyonunu incelemek için hassas kesilmiş akciğer diliminin kullanılması

Smooth muscle cells (SMC) mediate the contraction of the airway and the intrapulmonary artery to modify airflow resistance and pulmonary circulation, ...

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

Organoidlerin kültürü ve 3D görüntülenmesi için yüksek verimli bir platform

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

Fare Rahiminden 3D Endometriyal Organoidlerin Kurulması

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 ...