A Robust Mammary Organoid System to Model Lactation and Involution-like Processes
Elsa Charifou, Jakub Sumbal, Zuzana Koledová, Han Li, Aurélie Chiche
Abstract
The mammary gland is a highly dynamic tissue that changes throughout reproductive life, including growth during puberty and repetitive cycles of pregnancy and involution. Mammary gland tumors represent the most common cancer diagnosed in women worldwide. Studying the regulatory mechanisms of mammary gland development is essential for understanding how dysregulation can lead to breast cancer initiation and progression. Three-dimensional (3D) mammary organoids offer many exciting possibilities for the study of tissue development and breast cancer. In the present protocol derived from Sumbal et al., we describe a straightforward 3D organoid system for the study of lactation and involution ex vivo. We use primary and passaged mouse mammary organoids stimulated with fibroblast growth factor 2 (FGF2) and prolactin to model the three cycles of mouse mammary gland lactation and involution processes. This 3D organoid model represents a valuable tool to study late postnatal mammary gland development and breast cancer, in particular postpartum-associated breast cancer.Graphic abstract:Mammary gland organoid isolation and culture procedures, [摘要]乳腺是一种高度动态的组织，在整个生殖生活中都会发生变化，包括青春期的生长以及怀孕和进化的重复周期。乳腺肿瘤诊断代表在世界女性最常见的癌症宽。研究的监管机制乳腺的发育是至关重要的理解荷兰国际集团d如何YS调节可导致乳腺癌的发生和发展。三维（3D）乳腺组织体提供了许多令人激动的可能性的研究的组织发育和乳腺癌。在第E存在衍生自协议Sumbal等人，我们描述一个简单的3D类器官系统的研究的泌乳和复古体外。我们使用成纤维细胞生长因子2 （FGF2）和催乳素刺激的原代和传代小鼠乳腺类器官来模拟小鼠乳腺泌乳和内卷过程的三个周期。这种3D模型类器官代表一个有价值的工具来研究后期产后乳腺的发育和乳腺癌，尤其是产后-相关性乳腺癌。图形摘要：乳腺类器官的分离和培养程序[背景技术]的Th e是乳腺的主要功能是提供营养吨经由牛奶产量Ò新生儿。牛逼乳腺他的发展是主要发生在出生后，由几个因素，包括激素和生长因子调控的一个高度动态的过程（Brisken和拉贾拉姆，2006;斯特恩利希特，2006年）。在青春期，激素和生长因子调节基本的胚胎导管树的导管形态发生（Brisken and O'Malley，2010）。在每次怀孕期间，乳腺开始由激素刺激启动的新的形态发生步骤，其特征在于上皮扩张和肺泡发育的大量增殖，伴随着脂肪细胞的退化（Brisken and O'Malley，2010）。重要的是，催乳素信号传导在腔细胞的终末分化中起着至关重要的作用，以使得能够产生乳汁（Ormandy等，1997）。子代断奶后的哺乳结束时，乳腺进入以细胞程序性死亡，组织重塑和脂肪细胞再分化为特征的对合阶段（Hughes和Watson，2012； Macias和Hinck，2012； Zwick等，2018）。; Jena et al。，2019 ）。在组织学上，乳腺由双层上皮组成，该双层上皮由腔细胞的内层（角蛋白8+）和收缩性基底细胞的外层（角蛋白5+）组成。泌乳过程中，发光细胞负责产奶，而基础细胞则有助于泌乳。的上皮被包围一个基质脂肪垫的是包括成纤维细胞，神经，脉管系统，淋巴管，免疫细胞，脂肪细胞，和细胞外基质（ECM） （里克特等人，2000） 。在过去的十年中，类器官的各种组织，如胃，结肠，肺，胰腺，已经开发（胡赫与晟，2015年），提供了许多令人激动的可能性的研究的组织发育和疾病。邻rganoid系统是一个功能强大的工具，它结合了一个2D培养的与优点（易操纵，细胞组合物和微环境的精确控制，实时成像）的机会来研究复杂的细胞-细胞和细胞-在一个更控制研究-ECM相互作用编离体方式（Huch and Koo，2015; Shamir and Ewald，2015 ; Koledova，2017; Artegiani and Clevers，2018 ）。几个模型已经发展到研究的乳腺分支形态发生的机制在初级乳腺上皮细胞使用不同协议（Ewald的等人，2008;许布纳等人，2016;纽曼等人，2018） ，细胞系（冼等。，2005） ，分选的细胞（贾米森等人，2017 ; Linnemann 。等人，2015 ），或诱导的多能干细胞（曲等人，2017） 。然而，模拟乳腺产后晚期发育阶段的关键方面的类器官系统仍然难以建立。以前，已经进行了多种尝试来模拟3D培养中的泌乳：乳腺腺瘤细胞系的球状体用于研究铜向乳汁中的分泌（Freestone等，2014）。类器官的初级上皮显示出生产牛奶以下一个的施用生乳的刺激（Mroue等人，2015 ;贾米森等人，2017年）; 以及乳腺癌上皮细胞和前脂肪细胞系的共培养显示启动了内卷样过程（Campbell et al。，2014）。然而，对牛奶生产和复合或乳腺上皮的适当双层结构的深入表征仍有待进行。最近，瓦特È开发泌乳和乳腺上皮细胞的退化的基于类器官的模型的三维培养的原代乳腺组织的Matrigel ® （Sumbal等人，2020B） 。在产乳刺激下，主要类器官可维持长期的产奶量，保留收缩的肌上皮层，并在激素撤除后进入内卷。此外，复性后，类器官仍然对激素敏感，并且能够进入另一轮泌乳期（Sumbal等人，2020b）。在这里，我们提出了一个方法指针以建立原代乳腺类器官的基于体外哺乳期和的模型乘方，与细节编程序用于获得组织，分离类器官小号，建立荷兰国际集团和MAINT癌宁3D培养，并prepar荷兰国际集团用于随后的器官样的样品RNA或蛋白表达分析或组织学检查。该模型可用于研究Ø ñ哺乳生物学，乳腺干细胞的可塑性，乳腺上皮细胞分化的调控机制和死亡，或其他有趣的生物现象。我们相信，该模型将启动类器官技术的进一步发展，包括在生物技术和再生医学中的创新应用（Sumbal等人，2020a）。