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Method Article
Os organoides hepáticos 3D derivados de iPSC humanos constituem uma ferramenta potencial para entender a ação do hormônio tireoidiano no desenvolvimento do fígado.
A obtenção de células hepáticas estáveis em cultura representa um desafio significativo para os estudos hepáticos. Tendo isso em mente, um método otimizado é descrito utilizando células-tronco pluripotentes induzidas por humanos (hiPSCs) para gerar culturas 3D de organoides hepáticos humanos (HHOs). A utilização de HHOs oferece uma abordagem valiosa para entender o desenvolvimento do fígado, desvendar doenças hepáticas, conduzir estudos de alto rendimento para o desenvolvimento de medicamentos e explorar o potencial de transplante de fígado. Na primeira investigação, por meio de técnicas de imunofluorescência e RT-PCR quantitativo, a progressão foi monitorada, identificando a presença de várias populações celulares, como hepatoblastos e os dois tipos de células derivadas de hepatoblastos: colangiócitos ou células semelhantes a hepatócitos, em diferentes estágios de desenvolvimento. Este relatório apresenta um protocolo 3D direto a partir de hiPSC para adquirir HHOs que refletem os estágios do desenvolvimento do embrião humano. O protocolo, que abrange de 46 a 50 dias, abrange várias etapas: (i) gerenciamento meticuloso da cultura de hiPSC para gerar HHOs, (ii) início da diferenciação celular em 2D e a subsequente transição para 3D e (iii) uma estratégia de dissociação otimizada para quebrar HHOs em células únicas para sequenciamento de RNA de célula única. Como ilustração das amplas aplicações dessa abordagem, o presente protocolo foi aplicado anteriormente para desvendar o papel da sinalização do hormônio tireoidiano no desenvolvimento de células hepáticas.
O fígado desempenha diversas funções metabólicas, como regular a disponibilidade de substratos energéticos prontamente utilizáveis, como glicose e corpos cetônicos, bem como desintoxicar compostos xenobióticos. Nos últimos anos, houve um aumento significativo na prevalência de doenças hepáticas, em grande parte atribuídas à esteato-hepatite não alcoólica (EHNA), que, se não tratada, pode avançar para cirrose ou câncer1. Portanto, é imperativo entender as funções metabólicas do fígado e suas doenças relacionadas para facilitar o desenvolvimento de tratamentos eficazes 2,3.
O surgimento de culturas tridimensionais (3D) levou à criação do modelo organoide, representando uma abordagem inovadora e inovadora para abordar a funcionalidade e a complexidade do desenvolvimento de órgãos4. Os organoides são definidos como agregados auto-organizados 3D de células diferenciadas que imitam as funções e a citoarquitetura do respectivo órgão5.
Nas últimas décadas, uma miríade de protocolos de organoides hepáticos humanos (HHO) ganhou amplo interesse, desde a utilização de diversas células derivadas de iPSC humanas6 ou apenas células semelhantes a hepatócitos7 até a incorporação de uma variedade de microambientes intrincados de fatores de crescimento ou inibidores e diferenciação de células progenitoras em monocamada7 ou 3D8. Essas abordagens se prestam a uma infinidade de objetivos potenciais, desde a triagem de medicamentos de alto rendimento9 até a obtenção de mais informações sobre os mecanismos subjacentes às doenças hepáticas10.
Aqui, é realizado um protocolo passo a passo de diferenciação de HHO com base nas pistas químicas mencionadas11 , com variações metodológicas adaptadas. Este protocolo começa com o manuseio e cultivo apropriados de células-tronco pluripotentes induzidas por humanos (hiPSC), detalhando técnicas para manipulação de gel de matriz extracelular, passagem celular e diferenciação em HHOs. O processo começa estimulando a diferenciação de hiPSCs em endoderma definitiva (DE)12 e, posteriormente, imitando os efeitos in vivo de FGF e BMP para promover o desenvolvimento de células de monocamada do intestino posterior (PFG)13. A arquitetura 3D é alcançada no dia 10, quando as células PFG são diferenciadas em uma fase hepática imatura que se tornará os hepatoblastos, a célula precursora fetal de colangiócitos e hepatócitos2. Finalmente, as estruturas 3D são dissociadas em células únicas para estudos de sequenciamento de RNA. Como exemplo da aplicabilidade desse protocolo, foi demonstrado como esse modelo de OHH se presta ao estudo da ação do hormônio tireoidiano e da desiodase tipo 2 (D2) no desenvolvimento de hepatócitos e colangiócitos14.
1. Gestão do hiPSC
NOTA: hiPSCs (linha celular CS03iCTR-n3) foram adquiridos comercialmente. O manejo adequado do revestimento de gel da matriz extracelular e do meio hiPSC é fundamental para prender os hiPSCs às placas e alimentá-los. Aqui, os volumes necessários para uma placa de 6 poços foram descritos. Os hiPSCs restantes da placa de 6 poços, que não se diferenciam em organoides, podem ser armazenados em nitrogênio líquido para armazenamento de longo prazo.
2. Diferenciação passo a passo de hiPSC em organoides hepáticos
NOTA: A reconstituição dos reagentes foi realizada e seguida de acordo com as orientações do fabricante.
3. Dissociação unicelular
NOTA: Esta etapa é crítica para a técnica de sequenciamento de RNA de célula única. O número de organoides pode variar de acordo com o tamanho, e quanto mais antigo o dia da dissociação, maior a quantidade de células nos organoides. Antigamente, o número de organoides dissociados aumentava e os tempos de dissociação diminuíam com quantidades iguais. A dissociação foi realizada com 10 organoides em D-14 e D-17, 8 organoides em D-23 e D-26 e 6 organoides em D-30 e D-45. Os procedimentos para um cluster de organoides são detalhados (Figura 1F).
Cada estágio deste protocolo de diferenciação gradual de hiPSC em HHOs foi definido usando medidas quantitativas por qPCR e imunofluorescência de marcadores conhecidos específicos do estágio da bibliografia (Figura 2). O passo a passo de ambas as técnicas e os resultados alcançados relacionados à correta diferenciação em HOs foram descritos em14. Na investigação anterior, as hiPSCs foram definidas por meio dos níveis de ...
O protocolo atual oferece vários detalhes metodológicos sobre como lidar com hiPSCs e as subsequentes culturas organoides 3D. Isso inclui as duas principais etapas críticas: (i) o desprendimento das culturas 2D e, em seguida, seu desenvolvimento em organoides hepáticos 3D após 10 dias, bem como (ii) a delicada dissociação de uma estrutura 3D em células únicas. Com base nas informações disponíveis, este é o primeiro relato de um modelo 3D de HHO para estudar a ação do horm?...
Antonio C. Bianco é consultor da Abbvie, Acella, Aligos, Synthonics. Os demais autores não têm divulgações relevantes.
Este trabalho foi apoiado pelo Instituto Nacional de Diabetes e Doenças Digestivas e Renais (NIDDK -DK58538, DK65066, DK77148; ACB).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
10 µL Universal Pipette Tips Filtered, Low rentention, Pre-sterile | VWR | 613-6462 | All procedures |
1000 µL Universal Pipette Tips Filtered, Low rentention, Pre-sterile | VWR | 613-6470 | All procedures |
15 mL Polypropilene Conical Tube | Falcon (Corning) | 352097 | Dissociation Hepatic Organoids |
200 µL Universal Pipette Tips Filtered, Low rentention, Pre-sterile | VWR | 613-6465 | All procedures |
3,3',5-Triiodo-L-thyronine | Sigma | T2877-100 | Hepatic Organoid differentiation |
40 μm Cell Strainer | Corning | 431750 | Dissociation Hepatic Organoids |
50 mL tube | Falcon (Corning) | 352070 | All procedures |
6 well-plate Nunc Cell-Culture Treated Multidishes | Thermo fisher scientific | 140675 | hiPSC maintenance |
A83-01 | R&D Systems | 2939/10 | Hepatic Organoid differentiation |
Advanced DMEM/F12 | Gibco | 12634010 | Hepatic Organoid differentiation |
ART Wide Bore Filtered Pipette Tips | ART | 2069GPK | All procedures |
B27 supplement | Gibco | 17504044 | Hepatic Organoid differentiation |
BMP7 | R&D Systems | 354-BP-010/CF | Hepatic Organoid differentiation |
Bovine Albumin Fraction V (7.5% solution) | Gibco | 15260037 | Dissociation Hepatic Organoids |
BSA, Fraction V, Fatty Acid Free for Tissue Culture | GoldBio | A-421-100 | Dissociation Hepatic Organoids |
CHIR99021 | R&D Systems | 4423/10 | Hepatic Organoid differentiation |
Corning 96-well Clear Flat Bottom Ultra-Low Attachment | Corning | 3474 | Hepatic Organoid differentiation |
Costar 6-well Clear Flat Bottom Ultra-Low Attachment | Corning | 3471 | Hepatic Organoid differentiation |
CS03iCTR-n3 human induced Pluripotent Stem Cell line | Cedar-sinai | hiPSC maintenance | |
DAPT | R&D Systems | 2634/10 | Hepatic Organoid differentiation |
dbCAMP | Millipore Sigma | D0627-100MG | Hepatic Organoid differentiation |
Dexamethasone | R&D Systems | 1126/100 | Hepatic Organoid differentiation |
DMEM/F12 | Gibco | 11320033 | hiPSC maintenance |
DNAse I, RNase-free, HC | Thermo Fisher scientific | EN0523 | Dissociation Hepatic Organoids |
Falcon 10 mL Serological Pipet, Polystyrene, 0.1 Increments, Individually Packed, Sterile | Corning | 357551 | All procedures |
Falcon 5 mL Serological Pipet, Polystyrene, 0.1 Increments, Individually Packed, Sterile | Corning | 357543 | All procedures |
Falcon 50 mL Serological pipet, Polystyrene, 1.0 Increments, Individually Packed, Sterile | Corning | 357550 | All procedures |
Gentle Cell Dissociation Reagent (GCDR) | Stemcell Technologies | 100-0485 | Hepatic Organoid differentiation |
Glutamax supplement | Gibco | 35050061 | Hepatic Organoid differentiation |
L-Thyroxine | Sigma | T1775-1G | Hepatic Organoid differentiation |
Matrigel hESC-Qualified Matrix, LDEV-free, 5 mL | Corning | 354277 | Extracellular matrix gel |
mFreSR | Stemcell Technologies | 5855 | hiPSC cryopreservation medium |
mTeSR 5x Supplement | Stemcell Technologies | 100-0276 | hiPSC medium |
mTeSR Plus | Stemcell Technologies | 100-0276 | hiPSC medium |
Multi Platform Shaker | Fisherbrand (Thermo Fisher technologies) | 88861021 | Hepatic Organoid differentiation |
N2 supplement | Gibco | 17502048 | Hepatic Organoid differentiation |
Nicotinamide | R&D Systems | 4106/50 | Hepatic Organoid differentiation |
PBS, pH 7.4 | Gibco | 10010023 | hiPSC maintenance |
Recombinant human BMP4 | R&D Systems | 314-BP-010/CF | Hepatic Organoid differentiation |
Recombinant human EGF | R&D Systems | 236-EG-200 | Hepatic Organoid differentiation |
Recombinant human FGF basic/FGF2/bFGF | R&D Systems | 233-FB-010/CF | Hepatic Organoid differentiation |
Recombinant human FGF19 | R&D Systems | 959-FG-025/CF | Hepatic Organoid differentiation |
Recombinant human HGF | R&D Systems | 294-HG-005/CF | Hepatic Organoid differentiation |
Recombinant Human Jagged-1 Fc Chimera | R&D Systems | 1277-JG-050 | Hepatic Organoid differentiation |
Recombinant human KGF/FGF7 | R&D Systems | 251-KG-010/CF | Hepatic Organoid differentiation |
ReLeSR | Stemcell Technologies | 100-0483 | hiPSC detaching medium |
RNAse Inhibitor Ambion, cloned, 40 U/μL | Invitrogen | AM2682 | Dissociation Hepatic Organoids |
RNase Zap | Invitrogen | AM9780 | Dissociation Hepatic Organoids |
Sorvall Legend XT/XF Centrifuge Series | Thermo Fisher Scientific | 75004539 | All procedures |
STEMdiff Definitive Endoderm Kit | Stemcell Technologies | 5110 | Hepatic Organoid differentiation |
Trypan Blue solution (0.4%) | Gibco | 15250061 | Dye solution |
TrypLE Express Enzyme | Gibco | 12604013 | Cell Dissociation enzyme |
Trypsin 0.5% - EDTA (10X) | Gibco | 15400054 | Dissociation Hepatic Organoids |
Valproic acid, sodium salt | R&D Systems | 2815/100 | Hepatic Organoid differentiation |
Vari-Mix Platform Rocker | Thermo Fisher scientific | M79735Q | Dissociation Hepatic Organoids |
Y-27632 dihydrochloride | R&D Systems | 1254 | Hepatic Organoid differentiation |
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