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Method Article
Nous présentons une méthode pour la génération et la caractérisation de cultures d’organoïdes de la muqueuse buccale dérivée de l’épithélium de la langue de souris adultes.
La muqueuse qui recouvre l’intérieur de notre bouche, la muqueuse buccale, est un tissu très compartimenté et peut être subdivisé en muqueuse buccale, gencive, lèvres, palais et langue. Sa couche supérieure, l’épithélium buccal, est maintenue par les cellules souches adultes tout au long de la vie. La prolifération et la différenciation des cellules souches épithéliales adultes ont été étudiées de manière intensive à l’aide de modèles murins in vivo ainsi que de modèles in vitro basés sur des cellules nourricières bidimensionnelles (2D). En complément de ces méthodes, la technologie des organoïdes consiste à intégrer des cellules souches adultes dans un hydrogel riche en matrice extracellulaire (MEC) et à les doter d’un milieu de culture contenant un cocktail défini de facteurs de croissance. Dans ces conditions, les cellules souches adultes prolifèrent et forment spontanément des amas de cellules tridimensionnelles (3D), appelés organoïdes. Les cultures organoïdes ont d’abord été établies à partir de cellules souches épithéliales de l’intestin grêle murin. Cependant, la méthode a depuis été adaptée à d’autres types de cellules souches épithéliales. Ici, nous décrivons un protocole pour la génération et la caractérisation de cultures d’organoïdes murins de la muqueuse buccale. Les cellules épithéliales primaires sont isolées du tissu de la langue murine, intégrées dans un hydrogel ECM et cultivées dans un milieu contenant : facteur de croissance épidermique (EGF), R-spondine et facteur de croissance des fibroblastes (FGF) 10. Dans les 7 à 14 jours suivant l’ensemencement initial, les organoïdes résultants peuvent être passés pour une expansion et une cryoconservation ultérieures. Nous présentons également des stratégies pour la caractérisation de cultures d’organoïdes établies via l’imagerie 3D à montage entier et l’analyse de l’expression génique. Ce protocole peut servir d’outil pour étudier le comportement des cellules souches épithéliales orales ex vivo de manière réductionniste.
La muqueuse buccale est la muqueuse qui recouvre l’intérieur de notre bouche. Il fonctionne comme l’entrée du tube digestif et est impliqué dans l’initiation du processus digestif 1,2. De plus, la muqueuse buccale agit comme une barrière de notre corps contre l’environnement extérieur, offrant une protection contre les agressions physiques, chimiques et biologiques1. Sur la base de la fonction et de l’histologie, la muqueuse buccale chez les mammifères peut être divisée en trois types : la muqueuse masticatoire (y compris le palais dur et la gencive), la muqueuse muqueuse (fonctionnant comme la surface du palais mou, la surface ventrale de la langue et la surface buccale) et la muqueuse spécialisée (couvrant la surface dorsale de la langue)2. Tous les tissus de la muqueuse buccale sont constitués de deux couches : l’épithélium épithélium squameux stratifié en surface et la lamina propria1 sous-jacente. Le kératinocyte épithélial buccal est le principal type de cellule de l’épithélium, qui est également l’emplacement des cellules immunitaires intra-épithéliales telles que les cellules de Langerhans1. Le compartiment stromal, la lamina propria, comprend les différents types de cellules telles que les fibroblastes, les cellules endothéliales, les cellules neuronales et les cellules immunitaires1. Comme dans tous les épithéliums stratifiés, les cellules souches et progénitrices résident dans la couche basale de l’épithélium buccal1. Ces cellules spécialisées ont la capacité de remplacer les tissus perdus par les divisions cellulaires et, par conséquent, d’alimenter le renouvellement cellulaire tout au long de la vie adulte3. Contrairement à d’autres épithéliums tels que l’épithélium intestinal4 ou l’épiderme cutané5, les épithéliums buccaux restent mal compris. Cependant, des études récentes ont révélé différents gènes tels que Krt14, Lrig1, Sox2, Bmi1 et Gli1 qui marquent les cellules souches et progénitrices de l’épithélium buccal chez les souris 1,6,7,8. Étant donné que l’épithélium buccal est à l’origine des carcinomes buccaux et qu’il joue un rôle essentiel dans l’inflammation, les blessures et la régénération des muqueuses1, une meilleure compréhension de sa biologie cellulaire fondamentale est primordiale pour de nouvelles approches thérapeutiques potentielles et la découverte de médicaments.
Les modèles animaux ont été largement utilisés pour les études fondamentales sur l’épithélium1 de la muqueuse buccale. Par exemple, les marqueurs susmentionnés des cellules souches et progénitrices de l’épithélium buccal ont été largement définis à l’aide de modèles murins de traçage de la lignée génétique 1,6,7,8,9. Cependant, les approches ex vivo utilisant des cellules cultivées d’origine humaine ou murine ont également été largement utilisées10. Traditionnellement, ces travaux de culture cellulaire ont été effectués à l’aide de lignées cellulaires dérivées d’un carcinome épidermoïde oral (OSCC) ou de lignées cellulaires générées à partir de cellules primaires (spontanément ou génétiquement) immortalisées10. Ces méthodes de culture cellulaire 2D ont des limites avec des implications critiques sur l’étude de l’homéostasie adulte : (1) l’immortalisation cellulaire s’accompagne d’un grand degré d’instabilité génétique, (2) une capacité de différenciation limitée, (3) la nécessité de cellules nourricières et (4) un milieu de croissance largement indéfini contenant le sérum11. Collectivement, ces méthodes in vitro de référence ne permettaient pas de cultiver à long terme des cellules souches épithéliales sans limiter leur capacité à proliférer et à se différencier ainsi qu’à transformer leur génome de type sauvage.
La technologie des organoïdes est apparue comme un outil pour établir des cultures de tissu épithélial presque natif in vitro11. Dans leur étude de 2009, Sato et al. ont décrit le premier système de culture d’organoïdes épithéliales12. Leur méthode était basée sur l’intégration de cellules souches individuelles de l’intestin grêle marquées par le gène cible Wnt/β-caténine Lgr513dans un hydrogel riche en matrice extracellulaire (ECM) 3D12. En fournissant un cocktail défini de facteurs de croissance importants pour la souche, les cellules souches épithéliales adultes ensemencées ont pu proliférer jusqu’à leur capacité en culture12. Finalement, des amas de cellules se sont formés à partir des cellules souches à cycle actif contenant tous les principaux types de cellules épithéliales intestinales12, ressemblant effectivement au tissu d’origine11. Contrairement aux cultures 2D conventionnelles, la technologie des organoïdes a permis de maintenir à long terme les cellules souches épithéliales intestinales murines dans des conditions sans mangeoire avec un milieu sans sérum et entièrement défini10,11. De plus, le procédé ne modifie pas de manière significative la constitution génétique ou le phénotype des cellules souches cultivées11. De plus, la culture à long terme a conservé la capacité de la cellule souche à proliférer et à se différencier sans qu’il soit nécessaire de l’immortaliser11. En un peu plus d’une décennie, ce système de culture organoïde épithéliale précoce a été modifié pour cultiver des cellules souches adultes à partir de nombreux autres tissus épithéliaux tels que le côlon (gros intestin)12,14,15endomètre16foie17,18Poumons19,20, glandes mammaires21Ovaires22pancréas23,24, épiderme de la peau25et l’estomac26. Alors que la plupart des protocoles utilisaient des cellules souches épithéliales adultes dérivées de mammifères tels que les humains11,27souris11Chats28chiens29et les porcs30, il a même été possible de générer des organoïdes épithéliales à partir de glandes à venin de serpent31. La technologie des organoïdes est devenue une méthode de culture de cellules souches largement utilisée avec un haut degré de polyvalence11. Comme les organoïdes épithéliaux restent en grande partie génétiquement32,33et phénotypiquement stables, ce sont d’excellents modèles pour l’édition de gènes34,35pour étudier la fonction des gènes36ou tumorigenèse27,37,38,39,40. De plus, les cultures d’organoïdes peuvent être transplantées chez la souris37,41et sont utilisés pour étudier les interactions hôte-microbe42(y compris les infections pathogènes43,44,45). De plus, les co-cultures à base d’organoïdes avec des cellules du microenvironnement telles que les cellules immunitaires46,47,48et les fibroblastes49,50 ont été décrits. Dans le contexte de la maladie, les organoïdes ont été utilisés pour des générations de biobanques de tissus vivants21,22,51ainsi que des tests de drogues27pour l’efficacité52,53et toxicité54.
Dans ce protocole, nous décrivons une méthodologie optimisée pour l’établissement et le maintien de cultures d’organoïdes de la muqueuse buccale à partir de l’épithélium de la langue murine. Il est basé sur des rapports antérieurs décrivant l’isolement de l’épithélium de la langue à l’aide de la digestion enzymatique55 et la dérivation d’organoïdes épithéliales à partir de la muqueuse buccale de souris et d’homme 52,53. Le milieu de croissance des organoïdes murins de la muqueuse buccale contient des facteurs critiques qui maintiennent l’état des cellules souches. La R-spondine active la cascade de signalisation Wnt/β-caténine5, tandis que le facteur de croissance épidermique (EGF) et le facteur de croissance des fibroblastes (FGF) 10 sont des cytokines et des ligands des récepteurs tyrosine kinases qui stimulent plusieurs voies de signalisation telles que la voie MAPK/ERK et la voie PI3K/AKT/mTOR25. Nous décrivons en détail comment les cultures d’organoïdes peuvent être caractérisées par l’analyse de l’expression des gènes et des protéines et comparées au tissu d’origine.
Toutes les méthodes décrites ici ont été réalisées dans le respect de la législation de l’Union européenne et de l’Allemagne sur l’expérimentation animale.
REMARQUE : Préparez le lieu de travail, y compris les instruments chirurgicaux stériles (pinces fines, ciseaux fins et scalpels) et les boîtes de Pétri remplies de PBSO froid. Décongelez le BME pendant la nuit et conservez-le à 4 °C ou sur de la glace jusqu’à utilisation. Préchauffez les plaques de culture cellulaire dans un incubateur pendant la nuit avant de commencer l’isolement cellulaire. Tous les matériaux sont fournis dans la table des matériaux.
1 Mise en place d’une culture d’organoïdes de la muqueuse buccale murine
2 Passage, cryoconservation et décongélation d’organoïdes murins de la muqueuse buccale
3 Analyse de l’expression génique du tissu de la muqueuse buccale murine et des organoïdes
4 Analyse de l’expression protéique du tissu de la muqueuse buccale murine et des organoïdes
REMARQUE : La coloration complète de l’épithélium de la langue a été réalisée dans une plaque à 24 puits, en transférant le tissu avec une pince de puits à puits à chaque étape.
Ce protocole décrit la séparation de l’épithélium de la langue de la lamina propria et du muscle sous-jacents à l’aide d’un cocktail enzymatique (Figure 1). L’épithélium séparé peut en outre être utilisé pour la génération d’organoïdes ainsi que pour la récolte pour différents types d’analyses de gènes et de protéines. De même, la couche digérée de lamina propria et de muscle peut être utilisée pour les procédures de choix...
Digestion tissulaire
La digestion de la collagénase aide à séparer l’épithélium de la lamina propria et du tissu musculaire sous-jacents. Cette étape permet une meilleure comparaison du tissu primaire avec les organoïdes de la muqueuse buccale générés par la suite. Comme la surdigestion avec des enzymes a un impact sur la capacité de formation d’organoïdes des cellules souches épithéliales adultes, nous conseillons d’effectuer l’incubation de la ...
K.K. est nommé l’inventeur sur un brevet en instance qui est lié à la technologie des organoïdes.
Les auteurs tiennent à remercier Sabine Kranz pour son aide. Nous tenons à remercier l’unité centrale de microscopie confocale et de tri cellulaire basé sur la cytométrie en flux de l’IZKFWürzburgpour son soutien à cette étude. Ce travail a été financé par une subvention de l’Aide allemande contre le cancer (via IZKF/MSNZ Würzburg à K.K.).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Media & Media Components | |||
Advanced Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM)/F12 | Thermo Fisher Scientific | 12634-028 | |
B27 Supplement | Thermo Fisher Scientific | 17504-044 | |
GlutaMAX-I (100x) | Thermo Fisher Scientific | 35050-038 | |
HEPES | Thermo Fisher Scientific | 15630-056 | |
N-acetyl-L-cysteine | Sigma Aldrich | A9165 | |
Nicotinamide | Sigma Aldrich | N0636 | |
Penicillin/Streptomycin | Thermo Fisher Scientific | 15140-122 | |
Primocin | Invivogen | ant-pm1 | |
RSPO3-Fc fusion protein conditioned medium | U-Protein Express BV | R001 | |
Recombinant human EGF | Preprotech | AF-100-15 | |
Recombinant human FGF-10 | Preprotech | 100-26 | |
ROCK (Rho kinase) inhibitor Y-27632 dihydrochloride | Hölzel Biotech | M1817 | |
Antibodies | |||
Keratin-14 Polyclonal Antibody 100µl | Biozol | BLD-905301 | |
E-Cadherin Antibody | Bio-Techne | AF748 | |
Purified Mouse Anti-Ki-67 Clone B56 (0.1 mg) | BD Bioscience | 556003 | |
ALEXA FLUOR 594 Donkey Anti Mouse | Thermo Fisher Scientific | A21203 | |
ALEXA FLUOR 647 Donkey Anti Rabbit | Thermo Fisher Scientific | A31573 | |
ALEXA FLUOR 488 Donkey Anti Goat | Thermo Fisher Scientific | A110555 | |
Reagents / Chemicals | |||
BME Type 2, RGF Cultrex Pathclear | Bio-Techne | 3533-005-02 | |
Dimethyl sulfoxide (DMSO) | Sigma Aldrich | 34943-1L-M | |
Collagenase A | Roche | 10103578001 | |
Donkey Serum | Sigma Aldrich | S30-100ML | |
Phosphate Buffered Saline (PBS) | Thermo Fisher Scientific | 100-100-15 | |
EDTA | Sigma Aldrich | 221465-25G | |
Ethanol, denatured (96 %) | Carl Roth | T171.3 | |
Formalin Solution, neutral buffered, 10% | Sigma Aldrich | HT501128-4L | |
TritonX-100 | Sigma Aldrich | X100-500ML | |
Tween-20 | Sigma Aldrich | P1379-500ML | |
TrypLE Express Enzyme (1×), phenol red | Thermo Fisher Scientific | 12605-010 | |
Xylene | Sigma Aldrich | 534056-500ML | |
Equipment and Others | |||
Cell culture 12-Well Multiwell Plates | Greiner BioOne | 392-0047 | |
Cell Strainer: 100 µm | VWR | 732-2759 | |
Cover Slips | VWR | 631-1569P | |
Glass Bottom Microplates VE=10 4580 | Corning | 13539050 | |
Objective Slides: Superfrost Plus | VWR | 631-0108P |
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