Name: three-dimensional culture of murine colonic crypts to study intestinal stem cell function ex vivo
Uploaded: 2022-10-11T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Three-Dimensional Culture of Murine Colonic Crypts to Study Intestinal Stem Cell Function Ex Vivo at JoVE.com

Questo studio è stato finanziato da NIH DK103166.

Tutti gli esperimenti e le procedure sugli animali sono stati approvati dal Comitato per la cura e l'uso degli animali (IACUC) della East Carolina University (ECU) e condotti in conformità con le linee guida del National Institutes of Health e dell'ECU sulla cura e l'uso degli animali da laboratorio. Topi knockout claudin-7 inducibili, intestinali-specifici sono stati generati incrociando topi transgenici claudin-7-flox C57BL6 con topi Villin-CreERT219. In questo studio sono stati utilizzati topi...

<ol>
	<li>Hughes, C. S., Postovit, L. M., Lajoie, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Matrigel:+a+complex+protein+mixture+required+for+optimal+growth+of+cell+culture.">Matrigel: a complex protein mixture required for optimal growth of cell culture.</a> Proteomics. 10 (9), 1886-1890 (2010).</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=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>Wallach, T. E., Bayrer, 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=Intestinal+organoids:+new+frontiers+in+the+study+of+intestinal+disease+and+physiology.">Intestinal organoids: new frontiers in the study of intestinal disease and physiology.</a> Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition. 64 (2), 180-185 (2017).</li><li>Shankaran, A., Prasad, K., Chaudhari, S., Brand, A., Satyamoorthy, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+development+and+application+of+human+organoids.">Advances in development and application of human organoids.</a> 3 Biotech. 11 (6), 257 (2021).</li><li>Angus, H., Butt, A., Schultz, M., Kemp, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intestinal+organoids+as+a+tool+for+inflammatory+bowel+disease+research.">Intestinal organoids as a tool for inflammatory bowel disease research.</a> Frontiers in Medicine. 6, 334 (2020).</li><li>Fan, Y., Davidson, L. A., Chapkin, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Murine+colonic+organoid+culture+system+and+down+stream+assay+applications.">Murine colonic organoid culture system and down stream assay applications.</a> Methods in Molecular Biology. 1576, 171-181 (2019).</li><li>Gupta, 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=Microfluidics-based+3D+cell+culture+models:+Utility+in+novel+drug+discovery+and+delivery+research.">Microfluidics-based 3D cell culture models: Utility in novel drug discovery and delivery research.</a> Bioengineering and Translational Medicine. 1 (1), 63-81 (2016).</li><li>Yoo, J., Donowitz, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intesitnal+enteroids/organoids:+A+novel+platform+for+drug+discovery+in+inflammatory+bowel+diseases.">Intesitnal enteroids/organoids: A novel platform for drug discovery in inflammatory bowel diseases.</a> World Journal of Gastroenterology. 25 (30), 4125-4147 (2019).</li><li>Qu, 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=Establishment+of+intestinal+organoid+cultures+modeling+injury-associated+epithelial+regeneration.">Establishment of intestinal organoid cultures modeling injury-associated epithelial regeneration.</a> Cell Research. 31 (3), 259-271 (2021).</li><li>Xing, 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=Tight+junction+protein+claudin-7+is+essential+for+intestinal+epithelial+stem+cell+self-renewal+and+differentiation.">Tight junction protein claudin-7 is essential for intestinal epithelial stem cell self-renewal and differentiation.</a> Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology. 9 (4), 641-659 (2020).</li><li>Ding, L., 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=Inflammation+and+disruption+of+the+mucosal+architecture+in+claudin-7-deficient+mice.">Inflammation and disruption of the mucosal architecture in claudin-7-deficient mice.</a> Gastroenterology. 142 (2), 305-315 (2012).</li><li>Lu, Z., Ding, L., Lu, Q., Chen, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Claudins+in+intestines:+distribution+and+functional+significance+in+health+and+diseases.">Claudins in intestines: distribution and functional significance in health and diseases.</a> Tissue Barriers. 1 (3), 24978 (2013).</li><li>Ding, L., Lu, Z., Lu, Q., Chen, Y. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+claudin+family+of+proteins+in+human+malignancy:+a+clinical+perspective.">The claudin family of proteins in human malignancy: a clinical perspective.</a> Cancer Management and Research. 5, 367-375 (2013).</li><li>Bhat, 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=Claudin-7+expression+induces+mesenchymal+to+epithelial+transformation+(MET)+to+inhibit+colon+tumorigenesis.">Claudin-7 expression induces mesenchymal to epithelial transformation (MET) to inhibit colon tumorigenesis.</a> Oncogene. 34 (35), 4570-4580 (2015).</li><li>Lu, 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=A+non-tight+junction+function+of+claudin-7-interaction+with+integrin+signaling+in+suppressing+lung+cancer+cell+proliferation+and+detachement.">A non-tight junction function of claudin-7-interaction with integrin signaling in suppressing lung cancer cell proliferation and detachement.</a> Molecular Cancer. 14, 120 (2015).</li><li>Wang, K., Xu, C., Li, W., Ding, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emerging+clinical+significance+of+claudin-7+in+colorectal+cancer:+a+review.">Emerging clinical significance of claudin-7 in colorectal cancer: a review.</a> Cancer Management and Research. 10, 3741-3752 (2018).</li><li>Wang, K., 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=Claudin-7+downregulation+induces+metastasis+and+invasion+in+colorectal+cancer+via+the+promotion+of+epithelial-mesenchymal+transition.">Claudin-7 downregulation induces metastasis and invasion in colorectal cancer via the promotion of epithelial-mesenchymal transition.</a> Biochemical and Biophysical Research Communications. 508 (3), 797-804 (2019).</li><li>Wang, 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=Isolation+and+characterization+of+intestinal+stem+cells+based+on+surface+marker+combinations+and+colony-formation+assay.">Isolation and characterization of intestinal stem cells based on surface marker combinations and colony-formation assay.</a> Gastroenterology. 145 (2), 383 (2013).</li><li>Li, 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=Severe+intestinal+inflammation+in+the+small+intestine+of+mice+induced+by+controllable+deletion+of+claudin-7.">Severe intestinal inflammation in the small intestine of mice induced by controllable deletion of claudin-7.</a> Digestive Diseases and Sciences. 63 (5), 1200-1209 (2018).</li><li>Donovan, J., Brown, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Euthanasia.">Euthanasia.</a> Current Protocols in Immunology. 73 (1), (2006).</li><li>Khalil, H., Nie, W., Edwards, R. A., Yoo, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+of+primary+myofibroblasts+from+mouse+and+human+colon+tissue.">Isolation of primary myofibroblasts from mouse and human colon tissue.</a> Journal of Visual Experiments. (80), e50611 (2013).</li><li>Sugimoto, K., 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=Cell+adhesion+signals+regulate+the+nuclear+receptor+activity.">Cell adhesion signals regulate the nuclear receptor activity.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (49), 24600-24609 (2019).</li><li>Mansour, 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=Connexin+30+expression+and+frewuency+of+connexin+heterogeneity+in+astrocyte+gap+junction+plaques+increase+with+age+in+the+rat+retina.">Connexin 30 expression and frewuency of connexin heterogeneity in astrocyte gap junction plaques increase with age in the rat retina.</a> PLoS One. 8 (3), 57038 (2013).</li><li>Miranda, 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=Antioxidants+rescue+photoreceptors+in+rd1+mice:+relationship+with+thiol+metabolism.">Antioxidants rescue photoreceptors in rd1 mice: relationship with thiol metabolism.</a> Free Radical Biology and Medicine. 48 (2), 216-222 (2010).</li><li>Wang, L., 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=Mesenchymal+stromal+cells+ameliorate+oxidative+stress-induced+islet+endothelium+apoptosis+and+functional+impairment+via+Wnt4-&#946;-catenin+signaling.">Mesenchymal stromal cells ameliorate oxidative stress-induced islet endothelium apoptosis and functional impairment via Wnt4-&#946;-catenin signaling.</a> Stem Cell Research and Therapy. 8 (1), 188 (2017).</li><li>Almeqdadi, M., Mana, M., Roper, J., Yilmaz, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gut+organoids:+mini-tissues+in+culture+to+study+intestinal+physiology+and+disease.">Gut organoids: mini-tissues in culture to study intestinal physiology and disease.</a> American Journal of Physiology-Cell Physiology. 317 (3), 405-419 (2019).</li></ol>

La coltura di organoidi è un modello eccellente per studiare la funzione delle cellule staminali, la fisiologia intestinale, la scoperta di farmaci, le malattie intestinali umane e la rigenerazione e riparazione dei tessuti 7,8,9,10,11,26. Sebbene abbia molti vantaggi, può essere difficile da stabilire. È necessario presta...

La coltura organoide intestinale è un sistema tridimensionale (3D) ex vivo in cui le cellule staminali sono isolate dalle cripte intestinali del tessuto primario e placcate in una matrice di gel 1,2. Queste cellule staminali sono capaci di auto-rinnovamento, auto-organizzazione e funzionalità degli organi2. Gli organoidi imitano il microambiente tissutale e sono più simili ai modelli in vivo rispetto ai modelli di coltura cellulare in vitro bidimensionale (2D), sebbene meno manipolabili delle cellule 3,4. Questo modello elimina gli ostacoli incontrati nei modelli 2D, come la mancanza di adeguate aderenze cellula-cellula, interazioni cellula-matrice e popolazioni omogenee, e riduce anche i limiti dei modelli animali, inclusi costi elevati e lunghi periodi di tempo5. Gli organoidi intestinali - noti anche come colonoidi per quelli cresciuti da cellule staminali derivate dalla cripta del colon - sono essenzialmente mini-organi che contengono un epitelio che include tutti i tipi di cellule che sarebbero presenti in vivo, così come un lume. Questo modello consente la manipolazione del sistema per studiare molti aspetti dell'intestino, come la nicchia delle cellule staminali, la fisiologia intestinale, la fisiopatologia e la morfogenesi intestinale 3,5,6. Fornisce anche un ottimo modello per la scoperta di farmaci, studiando i disturbi intestinali umani come la malattia infiammatoria intestinale (IBD) e il cancro del colon-retto, lo sviluppo di trattamenti personalizzati specifici per il paziente e lo studio della rigenerazione dei tessuti 4,7,8,9. Inoltre, il sistema organoide può anche essere utilizzato per studiare la comunicazione cellulare, il metabolismo dei farmaci, la vitalità, la proliferazione e la risposta agli stimoli 7,8. Mentre i modelli animali possono essere utilizzati per testare potenziali terapie per le condizioni patologiche intestinali, sono piuttosto limitati, poiché lo studio di più farmaci contemporaneamente rappresenta una sfida. Ci sono più variabili confondenti in vivo, e il costo e il tempo associati sono rispettivamente alti e lunghi. D'altra parte, il sistema di coltura organoide consente lo screening di molte terapie contemporaneamente in un periodo di tempo più breve e consente anche un trattamento personalizzato attraverso l'uso di colture organoidi derivate dal paziente 4,8. La capacità degli organoidi del colon di imitare l'organizzazione, il microambiente e la funzionalità dei tessuti li rende anche un modello eccellente per studiare la rigenerazione e la riparazione dei tessuti9. Il nostro laboratorio ha stabilito un sistema di coltura di organoidi dell'intestino tenue per studiare l'effetto della claudina-7 sulle funzioni delle cellule staminali dell'intestino tenue10. In questo studio, viene stabilito un grande sistema di coltura organoide intestinale per studiare la capacità, o la mancanza di capacità, delle cellule staminali di auto-rinnovarsi, differenziarsi e proliferare in un modello condizionale di knockout di claudina-7 (cKO).
La claudina-7 è una proteina a giunzione stretta (TJ) molto importante che è altamente espressa nell'intestino ed è essenziale per mantenere la funzione e l'integrità di TJ11. I topi cKO soffrono di un fenotipo simile a IBD, che mostra grave infiammazione, ulcerazioni, desquamazione delle cellule epiteliali, adenomi e aumento dei livelli di citochine11,12. Mentre è ampiamente accettato che le claudine sono vitali per la funzione di barriera epiteliale, stanno emergendo nuovi ruoli per le claudine; Sono coinvolti nella proliferazione, migrazione, progressione del cancro e funzione delle cellule staminali 10,12,13,14,15,16,17. Attualmente non è noto come la claudina-7 influenzi la nicchia e la funzione delle cellule staminali del colon. Poiché l'intestino si auto-rinnova rapidamente circa ogni 5-7 giorni, il mantenimento della nicchia delle cellule staminali e il corretto funzionamento delle cellule staminali attive è vitale18. Qui viene istituito un sistema per esaminare i potenziali effetti regolatori della claudina-7 sulla nicchia delle cellule staminali del colon.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.09 cubic feet space-saver vacuum desiccator&#160;</td>
			<td>United States Plastic Corp</td>
			<td>78564</td>
			<td>anesthesia chamber</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.5 M EDTA pH 8.0</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>AM9261</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.5 mL microcentrifuge tubes</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>69715</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15 mL conical centrifuge tubes</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-959-53A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1x Dulbecco&#8217;s Phosphate buffered saline</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>14190-144</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-methylbutane</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>277258</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4% paraformaldehyde</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>J61899.AK</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4-hydroxytamoxifen (4OH-TAM)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>579002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL conical centrifuge tubes</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-432-22</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>70 &#181;m nylon cell strainer</td>
			<td>Corning</td>
			<td>352350</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>96 well culture plate</td>
			<td>Greiner Bio-One</td>
			<td>655180</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B-27 Supplement (50x)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>12587-010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine serum albumin</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP1605-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Claudin-7 anti-murine rabbit antibody</td>
			<td>Immuno-Biological Laboratories&#160;</td>
			<td>18875</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cover glass (24 x 50-1.5)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>12544E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cryomolds</td>
			<td>vwr</td>
			<td>25608-916</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cultrex RCF BME, Type 2</td>
			<td>R&#38;D Systems</td>
			<td>3533-005-02</td>
			<td>gel matrix</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cy3 anti-rabbit antibody</td>
			<td>Jackson Immunoresearch</td>
			<td>111-165-003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dewar Flask</td>
			<td>Thomas Scientific</td>
			<td>1173F61</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM High Glucose with L-Glutamine</td>
			<td>ATCC</td>
			<td>30-2002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EVOS FLoid Imaging System</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>4477136</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fluoro-Gel II with DAPI</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>17985-50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GlutaMAX (100x)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>35050-061</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycine</td>
			<td>JT Baker</td>
			<td>4059-02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES (1 M) Buffer Solution</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15630-080</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hoechst</td>
			<td>ThermoFisher</td>
			<td>62249</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>In situ cell death detection kit, TMR Red</td>
			<td>Roche</td>
			<td>12156792910</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Pivetal</td>
			<td>07-893-8440</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-WRN Media</td>
			<td>Harvard Medical School Gastrointestinal Organoid Derivation and Culture Core</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mouse surgical kit</td>
			<td>Kent Scientific Corporation</td>
			<td>INSMOUSEKIT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Murine EGF</td>
			<td>PeproTech</td>
			<td>315-09-500UG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N2 Supplement (100x)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>17502-048</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optimum cutting temperature (OCT) compound&#160;</td>
			<td>Agar Scientific</td>
			<td>AGR1180</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin-Streptomycin</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15140-122</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sequenza Rack</td>
			<td>vwr</td>
			<td>10129-584</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Citrate</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>S-279</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>S9378</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>X100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum filter (0.22 &#181;m; cellulose acetate)</td>
			<td>Corning</td>
			<td>430769</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Y-27632 dihydrochloride</td>
			<td>Tocris Bioscience</td>
			<td>1254</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

three-dimensional culture of murine colonic crypts to study intestinal stem cell function ex vivo

L'epitelio intestinale si rigenera ogni 5-7 giorni ed è controllato dalla popolazione di cellule staminali epiteliali intestinali (IESC) situata nella parte inferiore della regione della cripta. Gli IESC includono cellule staminali attive, che si auto-rinnovano e si differenziano in vari tipi di cellule epiteliali, e cellule staminali quiescenti, che fungono da cellule staminali di riserva in caso di lesioni. La rigenerazione dell'epitelio intestinale è controllata dalle capacità auto-rinnovanti e differenzianti di questi IESC attivi. Inoltre, l'equilibrio della popolazione di cellule staminali della cripta e il mantenimento della nicchia delle cellule staminali sono essenziali per la rigenerazione intestinale. La coltura di organoidi è un approccio importante e attraente per studiare proteine, molecole di segnalazione e segnali ambientali che regolano la sopravvivenza e le funzioni delle cellule staminali. Questo modello è meno costoso, meno dispendioso in termini di tempo e più manipolabile rispetto ai modelli animali. Gli organoidi imitano anche il microambiente tissutale, fornendo rilevanza in vivo . Il presente protocollo descrive l'isolamento delle cripte del colon, incorporando queste cellule isolate in un sistema tridimensionale di matrice di gel e coltivando cellule criptate per formare organoidi del colon capaci di auto-organizzazione, proliferazione, auto-rinnovamento e differenziazione. Questo modello consente di manipolare l'ambiente - eliminando proteine specifiche come la claudina-7, attivando / disattivando le vie di segnalazione, ecc. - per studiare come questi effetti influenzano il funzionamento delle cellule staminali del colon. In particolare, è stato esaminato il ruolo della proteina a giunzione stretta claudina-7 nella funzione delle cellule staminali del colon. Claudin-7 è vitale per mantenere l'omeostasi intestinale e la funzione e l'integrità della barriera. Il knockout di claudina-7 nei topi induce un fenotipo infiammatorio simile alla malattia intestinale che mostra infiammazione intestinale, iperplasia epiteliale, perdita di peso, ulcerazioni della mucosa, desquamazione delle cellule epiteliali e adenomi. In precedenza, è stato riportato che la claudina-7 è necessaria per le funzioni delle cellule staminali epiteliali intestinali nell'intestino tenue. In questo protocollo, viene stabilito un sistema di coltura organoide del colon per studiare il ruolo della claudina-7 nell'intestino crasso.

Al fine di esaminare gli effetti regolatori della claudina-7 sulle cellule staminali del colon, le cripte del colon sono state isolate dal tessuto del colon murino come descritto sopra e mostrato nella Figura 1A. Una volta isolate le cripte dal tessuto primario, sono state placcate in una matrice 3D in una piastra da 96 pozzetti per crescere per 11 giorni (Figura 1). Le normali cripte sane chiuderanno il lume e diventeranno sferoidi entro il giorno 2 e alla fine...

Watch this Scientific Journal Video about Three-Dimensional Culture of Murine Colonic Crypts to Study Intestinal Stem Cell Function Ex Vivo at JoVE.com

Three-Dimensional Culture of Murine Colonic Crypts to Study Intestinal Stem Cell Function Ex Vivo

Il presente protocollo descrive la creazione di un sistema di organoidi del colon murino per studiare l'attività e il funzionamento delle cellule staminali del colon in un modello knockout di claudina-7.

Coltura tridimensionale di cripte coloniche murine per studiare ex vivo la funzione delle cellule staminali intestinali

The intestinal epithelium regenerates every 5-7 days, and is controlled by the intestinal epithelial stem cell (IESC) population located at the bottom of ...

Questo protocollo fornisce un metodo per studiare la funzione delle cellule staminali del colon in un ambiente manipolabile con costi inferiori nel tempo rispetto ai modelli animali. La coltura organoide consente lo studio della funzione delle cellule staminali in un ambiente immuno-libero. Ciò consente di individuare gli effetti di una causa specifica, come il knockout di claudina-7.Comprendere i meccanismi della funzione delle cellule staminali può far luce su nuovi bersagli terapeutici per malattie debilitanti come la malattia infiammatoria intestinale e il cancro del colon-retto. Per iniziare l'isolamento delle cripte del colon dal topo eutanasiato, fai un'incisione di circa due pollici lungo la linea mediana del topo. Quindi, fissare indietro la pelle per esporre l'addome.Tagliare il colon appena sotto il cieco dal lato prossimale e sopra il retto dal lato distale per isolare il colon. Quindi, rimuovere il tessuto adiposo attaccato al colon usando una pinza. Dopo aver spinto fuori le feci dal colon isolato con l'estremità piatta della pinza, tagliare il tessuto aperto longitudinalmente.Lavare il tessuto da 10 a 15 volte con PBS freddo facendo roteare il tessuto intorno in PBS tra i lavaggi con una pinza. Quindi, usando un paio di forbici pulite e affilate, tagliare il tessuto in piccoli pezzi che vanno da circa tre a cinque millimetri. Dopo aver isolato il colon da un altro topo eutanasia, combinare tutti i pezzi di tessuto in una provetta da centrifuga da 50 millilitri contenente mezzi di dissociazione epiteliale fredda e incubare i pezzi di tessuto del colon in mezzi di dissociazione epiteliale per 90 minuti a quattro gradi Celsius con un leggero dondolio.Dopo l'incubazione, lasciare che i frammenti di tessuto affondino sul fondo del tubo. Una volta sistemato, scartare i mezzi di dissociazione epiteliale senza interrompere i frammenti di tessuto. Ripetere il processo quando si lava il tessuto da 10 a 15 volte con PBS freddo.Scartare quanto più PBS possibile durante il lavaggio finale. Quindi, aggiungere il mezzo di dissociazione della cripta fredda ai pezzi di tessuto del colon lavati in un tubo da 50 millilitri e agitare per cinque o 10 minuti a mano. Sotto il cappuccio della coltura cellulare, filtrare il mezzo contenente il tessuto con un filtro cellulare in nylon da 70 micron in una provetta da centrifuga fresca da 50 millilitri.Dopo la filtrazione, centrifugare il tubo a 200 G per 10 minuti a temperatura ambiente, quindi scartare il surnatante senza disturbare le cripte pellettizzate. Risospendere il pellet in tre o quattro millilitri di PBS freddo. Pipettare 10 microlitri della sospensione della cripta in una linea su un vetrino da microscopio.Utilizzando il microscopio, contare il numero di cripte piene e lunghe per stimare la concentrazione di cripte e calcolare il volume appropriato di cripte necessarie per placcare 10 cripte per microlitro in una piastra da 96 pozzetti. Centrifugare un volume appropriato di cripte isolate in una provetta da microcentrifuga da 1,5 millilitri a 200 G per cinque minuti a quattro gradi Celsius. Quindi, rimuovere il surnatante utilizzando una pipetta da 1.000 microlitri senza interrompere le cripte pellettate.Quindi, aggiungere 100 microlitri di matrice di gel alle cripte pellettate senza introdurre bolle d'aria. Attendere uno o due minuti fino a quando la matrice di gel è parzialmente solidificata. Quindi, piastra 10 microlitri della matrice di gel mescolati con le cripte in ciascun pozzetto di una piastra di coltura preriscaldata a 96 pozzetti per formare una forma a cupola.Attendere da 10 a 20 minuti affinché la matrice di gel sia completamente impostata posizionando la piastra in un'incubatrice a 37 gradi Celsius sotto il 5% di anidride carbonica. Infine, aggiungere 100 microlitri della soluzione di lavoro appena preparata di mezzi L-WRN integrati con antibiotici a ciascun pozzetto e incubare la piastra a 37 gradi Celsius sotto il 5% di anidride carbonica per 24 ore. Per raccogliere gli organoidi, rimuovere i vecchi mezzi dai pozzetti applicando l'aspirazione sottovuoto e fissare gli organoidi con paraformaldeide al 4% per un'ora a temperatura ambiente.Quindi rimuovere il 4% di paraformaldeide dai pozzetti mediante aspirazione sottovuoto e trattare gli organoidi con 100 microlitri di saccarosio al 30% per pozzetto a quattro gradi Celsius. Dopo 24 ore, rimuovere il 30% di saccarosio dai pozzetti mediante aspirazione sottovuoto prima di aggiungere 10 microlitri di PBS a ciascun pozzetto. Utilizzare una punta di pipetta per grattare delicatamente il fondo del pozzetto per dissociare gli organoidi contenenti la cupola.Quindi, rimuovere il PBS contenente gli organoidi dissociati dal pozzetto con una pipetta e trasferirlo in uno stampo di plastica etichettato riempito al 90% con temperatura di taglio ottimale, o OCT, composto. Continuare il processo fino a quando tutti gli organoidi sono stati rimossi da tutti i pozzi. Aggiungere 2-metilbutano a un pallone Dewar in acciaio inossidabile contenente pellet di ghiaccio secco, sufficiente a coprire il pellet.Congelare il blocco OCT contenente organoide tenendolo costantemente sopra il 2-metilbutano. Infine, conservare il blocco OCT contenente organoidi a meno 80 gradi Celsius fino al momento della sezione. L'immagine rappresentativa evidenzia la crescita di successo dei colonoidi dalle normali cripte contenenti claudina-7.Le cripte contenenti claudina-7 hanno iniziato a formare sferoidi dal secondo giorno, hanno iniziato a germogliare il quinto giorno e hanno continuato a crescere e germogliare fino a quando non sono state raccolte il nono giorno. Al contrario, le cripte prive di claudina-7 non sono riuscite a formare colonoidi appropriati. Dopo il trattamento con 4-idrossitamoxifene per due o tre giorni, le cripte knockout claudina-7 apparivano come grumi circolari di cellule.A differenza del controllo, le cripte non sono cresciute in sferoidi sani. La colorazione a immunofluorescenza per claudina-7 nel controllo raccolto e gli organoidi knockout condizionali hanno confermato il successo del knockout di claudina-7 in coltura. I colonoidi di controllo hanno mostrato pochissimo segnale apoptotico il nono giorno.Tuttavia, i colonoidi knockout claudin-7 mostravano un'alta apoptosi allo stesso tempo. Garantire una solidificazione parziale prima della placcatura. La placcatura prima della solidificazione parziale causerà la diffusione della matrice di gel e la cupola non si formerà, influenzando la sopravvivenza e la crescita delle cripte.Questo protocollo può essere utilizzato per la scoperta di farmaci, lo studio della comunicazione cellulare, il metabolismo dei farmaci, la vitalità, la proliferazione e lo sviluppo di trattamenti personalizzati specifici per il paziente. L'istituzione della cultura organoide ha rivoluzionato lo studio delle malattie e la medicina personalizzata.

Research

JoVE Journal

Cancer Research

Three-Dimensional Culture of Murine Colonic Crypts to Study Intestinal Stem Cell Function Ex Vivo

Study of Viral Vectors in a Three-dimensional Liver Model Repopulated with the Human Hepatocellular Carcinoma Cell Line HepG2

Studio di vettori virali in un tridimensionale fegato Modello ripopolata con l&#39;Umano carcinoma epatocellulare Linea cellulare HepG2

This protocol describes the generation of a three-dimensional (3D) ex vivo liver model and its application to the study and development of viral vector ...

Ricerca

Ricerca sul cancro

A Protocol for Rapid Post-mortem Cell Culture of Diffuse Intrinsic Pontine Glioma (DIPG)

A Protocol for Rapid Post-mortem Cell Culture of Diffuse Intrinsic Pontine Glioma DIPG

Un protocollo per Rapid post-mortem delle cellule Cultura della diffusa intrinseca Pontine glioma (DIPG)

Diffuse Intrinsic Pontine Glioma (DIPG) is a childhood brainstem tumor that carries a universally fatal prognosis. Because surgical resection is not a ...

Moving Upwards: A Simple and Flexible In Vitro Three-dimensional Invasion Assay Protocol

Moving Upwards: A Simple and Flexible In Vitro Three-dimensional Invasion Assay Protocol

Lo spostamento verso l'alto: Un semplice e flessibile In Vitro tridimensionale invasione protocollo di analisi

Although 3D invasion assays have been developed, the challenge remains to study cells without affecting the integrity of their microenvironment. ...

Live-Cell Imaging Assays to Study Glioblastoma Brain Tumor Stem Cell Migration and Invasion

Analisi Live Cell Imaging Studio Glioblastoma cerebrale tumore cellule staminali migrazione e invasione

Glioblastoma (GBM) is an aggressive brain tumor that is poorly controlled with the currently available treatment options. Key features of GBMs include ...

A Three-dimensional Thymic Culture System to Generate Murine Induced Pluripotent Stem Cell-derived Tumor Antigen-specific Thymic Emigrants

Un sistema di coltura timica tridimensionale per generare emigrati timici derivati da murine

The inheritance of pre-rearranged T cell receptors (TCRs) and their epigenetic rejuvenation make induced pluripotent stem cell (iPSC)-derived T cells a ...

Mesenchymal Stem Cell Isolation from Pulp Tissue and Co-Culture with Cancer Cells to Study Their Interactions

Isolamento di cellule staminali mesenchimali da tessuto della polpa e co-coltura con cellule tumorali per studiare le loro interazioni

Cancer as a multistep process and complicated disease is not only regulated by individual cell proliferation and growth but also controlled by tumor ...

Three-Dimensional Bone Extracellular Matrix Model for Osteosarcoma

Modello di matrice extracellulare tridimensionale dell'osso per Osteosarcoma

Osteosarcoma (OS) is the most common and a highly aggressive primary bone tumor. It is characterized with anatomic and histologic variations along with ...

Flow Cytometric Analysis of Mitochondrial Reactive Oxygen Species in Murine Hematopoietic Stem and Progenitor Cells and MLL-AF9 Driven Leukemia

Flusso Analisi citometrica delle specie di ossigeno reattivo mitocondriale nelle cellule staminali e semigeniche Murine Hematopoietic e MLL-AF9 Driven Leucemia

We present a flow cytometric approach for analyzing mitochondrial ROS in various live bone marrow (BM)-derived stem and progenitor cell populations from ...

Evaluating Cell Death Using Cell-Free Supernatant of Probiotics in Three-Dimensional Spheroid Cultures of Colorectal Cancer Cells

Valutazione della morte cellulare utilizzando un surnatante privo di cellule di probiotici in colture sferoidali tridimensionali di cellule tumorali del colon-retto

This manuscript describes a protocol to evaluate cancer cell deaths in three dimensional (3D) spheroids of multicellular types of cancer cells using ...

A Three-dimensional Model of Spheroids to Study Colon Cancer Stem Cells

Un modello tridimensionale di sferoidi per studiare le cellule staminali del cancro del colon

Colorectal cancers are characterized by heterogeneity and a hierarchical organization comprising a population of cancer stem cells (CSCs) responsible for ...