Stem Cell Reports
Background e scopo: Generare una fonte illimitata di cellule umane produttrici di insulina è un prerequisito per far progredire la terapia di sostituzione delle cellule beta per il diabete. In questo lavoro si descrive un sistema di coltura 3D che supporta l'espansione del tessuto pancreatico umano adulto e la generazione di una sottopopolazione cellulare con caratteristiche progenitrici.
Materiali e metodi: Il tessuto pancreatico dall'uomo adulto è stato ottenuto dopo le procedure di isolamento delle isole umane. Per la coltura di organoidi pancreatici adulti, piccoli pezzi di tessuto esocrino sono stati piastrati e espansi in Matrigel. Una popolazione progenitrice all'interno degli organoidi è stata identificata utilizzando il sistema di reagenti fluorescenti Aldefluor, che si basa sulla rilevazione di alta attività dell'aldeide deidrogenasi nelle cellule progenitrici. Le popolazioni di cellule ALDHhi e ALDHlo sono state selezionate e piastrate in Matrigel. Dopo l'espansione, organoidi pancreatici adulti sono stati prelevati dal Matrigel e analizzati (mediante immunoistochimica, sequenziamento dell'RNA, qPCR e smFISH ) crioconservati in azoto liquido o trasferiti in un mezzo di coltura di differenziazione, coltivati per 7-18 giorni prima dell'analisi o del trapianto sotto la capsula del rene in topi immunodeficienti normoglicemici o iperglicemici.
Risultati: Le cellule con un'elevata attività dell'aldeide deidrogenasi (ALDHhi), esprimono marcatori progenitori pancreatici (PDX1, PTF1A, CPA1 e MYC) e possono formare nuovi organoidi in contrasto con le cellule ALDHlo. È interessante notare che il profilo di espressione genica ha rivelato che le cellule ALDHhi sono più vicine al tessuto pancreatico fetale umano rispetto al tessuto pancreatico adulto. I marcatori di lignaggio endocrino sono stati rilevati dopo differenziazione in vitro. In vivo 1 mese dopo il trapianto gli organidi artificiali differenziano verso cellule insulino-positive (INS +) e il C-peptide umano circolante è stato rilevato dopo la somministrazione di glucosio.
Conclusione: I dati riportati in questo lavoro indicano che il tessuto pancreatico umano adulto può essere espanso come organoidi 3D e l'espansione a lungo termine può essere ottenuta. La crioconservazione del tessuto pancreatico è possibile senza perdere queste caratteristiche. Una sottopopolazione di cellule degli organoidi ha caratteristiche progenitrici e dà origine a cellule endocrine dopo il trapianto.
Commento: I progressi nell'espansione del tessuto pancreatico dell'adulto umano e quindi l'esplorazione della sua capacità di differenziazione delle cellule endocrine è stato ostacolato dalla transizione epitelio-mesenchimale nei sistemi di coltura 2D. Il sistema di coltura 3D che viene proposto fornisce un ambiente che consente una crescita sostanziale delle cellule pancreatiche umane a partire dal tessuto diferito per ottenere le isole pancreatiche umane. L'aspetto sorprendente del protocollo di espansione proposto è l'auto-organizzazione del tessuto in organoidi con strutture di germinazione complesse. Questi organoidi presentano una notevole struttura ad albero epiteliale KRT19 + con polarità apicale-basale. Questa configurazione è stata dimostrata in passato per il tessuto pancreas embrionale di topo in vivo e in vitro ed è presente durante l'organogenesi pancreatica umana . Sistemi di coltura simili hanno permesso l'espansione dell'intestino umano e dello stomaco in configurazioni cellulari complesse, chiamate appunto organoidi, che sembrano ricapitolare l'organogenesi e la rigenerazione tissutale. Non è ancora chiaro se esiste una popolazione progenitrice endocrino / multipotente nel pancreas adulto umano. In effetti, le definizioni classiche di ciò che costituisce una popolazione di cellule staminali adulte sono oggetto di dibattito. Tuttavia, questo lavoro fornisce un proof-of-concept per l'esistenza di una popolazione ALDHhi di cellule pancreatiche umane (molto probabilmente KRT19 + cellule) che appare in specifiche condizioni di coltura, e che ha la capacità di differenziarsi in un fenotipo di cellule endocrine.
A cura di Margherita Occhipinti e Lorenzo Piemonti
Loomans CJM, Williams Giuliani N, Balak J, Ringnalda F, van Gurp L, Huch M, Boj SF, Sato T, Kester L, de Sousa Lopes SMC, Roost MS, Bonner-Weir S, Engelse MA, Rabelink TJ, Heimberg H, Vries RGJ, van Oudenaarden A, Carlotti F, Clevers H, de Koning EJP. Expansion of Adult Human Pancreatic Tissue Yields Organoids Harboring Progenitor Cells with Endocrine Differentiation Potential. Stem Cell Reports. 2018 Mar 13;10(3):712-724. doi: 10.1016/j.stemcr.2018.02.005. PubMed
