Suivi de tout le processus de différenciation de cellules souches pluripotentes induites humaines en organoïdes hépatiques à l’aide du système de surveillance de l’incubation CM20

Introduction

Des progrès rapides ont récemment été réalisés dans l’établissement in vitro de tissus/organes miniatures, appelés organoïdes, dérivés de cellules souches pluripotentes humaines, notamment de cellules souches pluripotentes induites (iPS). Les organoïdes humains constituent des opportunités uniques pour de nombreux domaines d’application allant de la biologie du développement fondamentale à la modélisation de maladies en passant par le développement de nouveaux médicaments.

Contexte expérimental

Les organoïdes sont en général formés par auto-organisation, un processus au cours duquel les cellules impliquées s’organisent dans l’espace à des emplacements appropriés pour déterminer leur différenciation en un type cellulaire spécifique, ce qui conduit éventuellement à l’expression des fonctions organiques. La différenciation des cellules iPS humaines non différenciées en organoïdes d’un organe cible est un processus assez long de l’ordre d’au moins un mois. Cette longue durée est due à l’existence de nombreux stades au cours desquels se forment des cellules différenciées intermédiaires correspondant à des stades de développement différents. Dans de nombreux cas, ces processus incluent également des étapes d’incorporation des cellules dans une matrice extracellulaire contenant des composants de la membrane basale, ce qui est essentiel pour la polarisation des cellules et le maintien des structures tridimensionnelles qui en découle. En d’autres termes, la génération reproductible d’organoïdes d’une certaine qualité à partir de cellules souches pluripotentes induites humaines requièrent inévitablement un examen minutieux de l’état des cultures 2D et 3D. En plus du contrôle de la qualité des cellules souches pluripotentes induites, il est important de surveiller en continu les processus de différenciation sur une longue période, notamment de rassembler des données sur les comportements tridimensionnels et la morphogenèse des populations cellulaires.

Dans cette note d’application, nous décrivons comment nous avons essayé d’observer le processus de différenciation à l’aide du système de surveillance de l’incubation Olympus Provi CM20. Nous avons utilisé la méthode de génération d’organoïdes hépatiques humains que nous avons récemment publiée ^1,2 comme modèle.

Observation des modifications morphologiques pendant la formation de la partie postérieure de l’intestin antérieur

À l’aide du système CM20, nous avons testé s’il est possible d’observer les changements morphologiques tridimensionnels se produisant pendant le processus de différenciation de cellules souches pluripotentes induites humaines non différenciées en endoderme définitif en feuillet bidimensionnel et d’émergence subséquente de sphéroïdes de la partie postérieure de l’intestin antérieur.

Résultats

À l’aide du système CM20, nous avons pu observer non seulement le processus de maintien en culture de cellules souches pluripotentes induites humaines, mais aussi leur différenciation en endoderme définitif et l’émergence subséquente de sphéroïdes de la partie postérieure de l’intestin antérieur. Ces sphéroïdes de la partie postérieure de l’intestin antérieur ont été générés par formation de manière autonome d’agrégats cellulaires tridimensionnels dérivés de feuillets de cellules bidimensionnels, pour montrer que de tels changements morphologiques peuvent être suivis à l’aide du système CM20. Comme les organoïdes d’autres organes endodermiques, comme l’estomac et les intestins, sont également issus de sphéroïdes de l’intestin primitif, eux-mêmes dérivés de l’endoderme définitif, nous estimons qu’il est tout à fait possible d’utiliser le système CM20 pour observer le processus de différenciation de tels organoïdes.

Observation du processus de différenciation en organoïdes hépatiques de cellules cultivées dans du Matrigel

À l’aide du système CM20^*1, nous avons testés s’il est possible d’observer le processus de différenciation en organoïdes hépatiques tridimensionnel de cellules cultivées dans du Matrigel.

Résultats

À l’aide du système CM20, nous avons pu observer pendant deux semaines le processus de différenciation en organoïdes hépatiques tridimensionnels de cellules cultivées dans du Matrigel dans une plaque de 24 puits.

Conclusion

Grâce aux fonctionnalités de surveillance automatiques du logiciel du système CM20, il est possible de suivre le processus de différenciation et les changements morphologiques qui l’accompagne ainsi que le processus de croissance des organoïdes tridimensionnel cultivés dans du gel de matrice extracellulaire. Notre expérience montre que le système CM20 permet de suivre le processus de culture cellulaire sur le long terme, du maintien en culture des cellules souches pluripotentes induites humaines jusqu’à leur différenciation en organoïdes, et contribue à l’optimisation et au contrôle de la qualité des cultures cellulaires.

Commentaires du Dr Takebe et du Dr Yoneyama

Références

1. Rie Ouchi, Shodai Togo, Masaki Kimura, Tadahiro Shinozawa, Masaru Koido , Hiroyuki Koike, Wendy Thompson, Rebekah A Karns, et al., “Modeling Steatohepatitis in Humans with Pluripotent Stem Cell-Derived Organoids.” 2019 Aug 6;30(2):374-384.e6. doi: 10.1016/j.cmet.2019.05.007. Epub 2019 May 30. PMID: 31155493 PMCID: PMC6687537 DOI: 10.1016/j.cmet.2019.05.007
2. Tadahiro Shinozawa, Masaki Kimura, Yuqi Cai, Norikazu Saiki, Yosuke Yoneyama, Rie Ouchi, Hiroyuki Koike, Mari Maezawa, et al., “High-Fidelity Drug-Induced Liver Injury Screen Using Human Pluripotent Stem Cell-Derived Organoids.” 2021 Feb;160(3):831-846.e10. doi: 10.1053/j.gastro.2020.10.002. Epub 2020 Oct 8. PMID: 33039464 PMCID: PMC7878295 (disponible le 01-02-2022) DOI: 10.1053/j.gastro.2020.10.002

*1 À l’aide des fonctionnalités ajoutées à la version 1.2.4 ou ultérieure du système Olympus Provi CM20. Télécharger la mise à jour ou lire les notes de mise à jour du logiciel pour de plus amples informations.