Hormonale veranderingen meten met mini-schildklieren

Graag met vermelding van de bron
ineke
Berichten: 484
Lid geworden op: 08 nov 2014, 17:53

Hormonale veranderingen meten met mini-schildklieren

Bericht door ineke »

Hormonale veranderingen meten met mini-schildklieren

Onderzoekers uit het lab van Hans Clevers hebben miniatuurversies van de menselijke schildklier gekweekt, die ook echt schildklierhormonen produceren.

Met dit modelsysteem kunnen onderzoekers wereldwijd bestuderen hoe de productie van schildklierhormonen wordt gereguleerd in ziekte en gezondheid, en daarmee op zoek naar nieuwe behandelmethoden voor patiënten met schildklieraandoeningen zoals de ziekte van Graves.
De onderzoekers van het Hubrecht Instituut publiceerden hun studie op 13 december 2021 in het tijdschrift PNAS.
Ze werkten ervoor samen met collega’s van UMC Utrecht, het Utrecht Platform of Organoid Technology (UPORT) en de Universiteit van Maastricht.

De schildklier is verantwoordelijk voor het stabiel houden van het metabolisme van het menselijk lichaam door de seizoenen heen. Het doet dit door schildklierhormonen uit te scheiden in de bloedsomloop. Deze hormonen zijn essentieel voor het dagelijks leven.
Menno Vriens (UMCU), endocrien chirurg en coauteur op de publicatie, legt uit:
“Disfunctie van de schildklier leidt tot een grote verscheidenheid aan symptomen. Dit komt doordat de schildklierhormonen veel verschillende functies vervullen.
Ziektes die worden veroorzaakt door een disbalans in de uitscheiding van schildklierhormonen – ook wel hypo- of hyperthyreoïdie genoemd – benadrukken het belang van nauwkeurige regulatie van hormoonproductie.”
Maar om de precieze biologie achter het functioneren van de menselijke schildklier te begrijpen, is een betrouwbaar lab-model nodig.
Reden genoeg voor de groep van Hans Clevers om een organoïdemodel te ontwikkelen voor de volwassen menselijke schildklier.

Bron:
KNAW (Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen)

Schildklier-organoïden: hormonale veranderingen meten in een petrischaal

Onderzoekers uit het lab van Hans Clevers (Hubrecht Instituut) hebben – in samenwerking met het UMC Utrecht, het Utrecht Platform of Organoid Technology (UPORT) en de Universiteit van Maastricht – organoïdetechnologie gebruikt om miniatuurversies van de menselijke schildklier te kweken die schildklierhormonen produceren.
Deze mini-schildklieren kunnen gebruikt worden om te modelleren hoe schildklierhormonen worden geproduceerd en hoe dit wordt gereguleerd in ziekte en gezondheid. Wetenschappers wereldwijd kunnen het model gebruiken om nieuwe behandelmethoden te zoeken voor patiënten die lijden aan schildklieraandoeningen zoals de ziekte van Graves. De resultaten zijn op 13 december 2021 gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).


De schildklier is verantwoordelijk voor het stabiel houden van het metabolisme van het menselijk lichaam door de seizoenen heen. Het doet dit door schildklierhormonen uit te scheiden in de bloedsomloop. Deze hormonen zijn essentieel voor het dagelijks leven. Menno Vriens (UMCU), endocrien chirurg en coauteur op de publicatie, legt uit: “Disfunctie van de schildklier leidt tot een grote verscheidenheid aan symptomen.
Dit komt doordat de schildklierhormonen veel verschillende functies vervullen. Ziektes die worden veroorzaakt door een disbalans in de uitscheiding van schildklierhormonen – ook wel hypo- of hyperthyreoïdie genoemd – benadrukken het belang van nauwkeurige regulatie van hormoonproductie.” Maar om de precieze biologie achter het functioneren van de menselijke schildklier te begrijpen, is een betrouwbaar lab-model nodig. Reden genoeg voor de groep van Hans Clevers om een organoïdemodel te ontwikkelen voor de volwassen menselijke schildklier.


Schildklier-organoïden bevatten een pure populatie van schildkliercellen. Blauw = celkern (DAPI), groen = celmembraan (Phalloidin), rood en wit = schildkliercellen transcriptiefactoren (PAX8 en NKX2.1). Credit: Jelte van der Vaart, copyright: Hubrecht Institute.
https://www.hubrecht.eu/app/uploads/202 ... 68x768.jpg


Hormoonproducerende organoïden
Onderzoekers van het Hubrecht Instituut gebruikten organoïdetechnologie om miniatuurversies van de muizen- en menselijke schildklier te ontwikkelen in een petrischaal. Deze zogenoemde organoïden zijn heel kleine 3D-structuren die de functie van echte organen nabootsen. Nadat ze de organoïden konden kweken in het lab, moesten de onderzoekers ervoor zorgen dat de mini-schildklieren ook hormonen produceerden en reageerden op de juiste stimuli. Jelte van der Vaart, onderzoeker bij het project, legt uit: “De organoïden worden gekweekt in een cocktail van factoren die hun groei stimuleren. Tot onze verbazing ontdekten we dat de organoïden ook direct schildklierhormonen begonnen te produceren. Toen we de organoïden stimuleerden met schildklier stimulerend hormoon (thyroid stimulating hormone, TSH) leidde dit zelfs tot verhoogde hormoonproductie.” De organoïden bevatten alle mechanismen van schildklierhormoon-productie, maar slaan ook premature hormonen op in de binnenkant van de organoïde – ook wel het lumen genoemd. “Dit fenomeen lijkt enorm op wat we zien in mensen. Door hormonen op te slaan als eindproducten, kan de schildklier snel reageren op stimuli,” vertelt Van der Vaart.


Grote gelijkenis met schildklier
Organoïden kunnen worden gezien als avatar van het menselijk lichaam in een petrischaal. De onderzoekers gebruikten geavanceerde technieken om de gelijkenis tussen echte menselijke schildklieren en de schildklier-organoïden te verifiëren. In samenwerking met de Universiteit van Maastricht maakten ze beelden met een hoge vergroting waarop te zien was dat de cellen van de organoïden de karakteristieken van echte schildkliercellen hebben. Met een techniek die single cell sequencing wordt genoemd, ontdekten ze ook een grote overlap tussen de cellen in schildklier-organoïden en die in patiëntweefsel. Maar een specifieke populatie cellen viel op. Van der Vaart legt uit: “Waar schildklierweefsel niet uitbreidt door celdeling, ontdekten we dat de organoïden dat wel doen: de organoïden bevatten speciale cellen die waarschijnlijk schildklier-stamcellen zijn.” Van belang is dat de onderzoeksgroep van prof. Rob Coppes (UMCG) slechts een paar maanden geleden een vergelijkbaar onderzoek heeft gepubliceerd, waarin ze aantonen dat de schildklier-organoïden getransplanteerd kunnen worden.


Schildklier-organoïden slaan schildklierhormonen op in het lumen. Blauw = celkern (DAPI), groen = celmembraan (Phalloidin), rood = schildklierhormoon drager eiwit (Thyroglobulin). Credit: Jelte van der Vaart, copyright: Hubrecht Institute.
https://www.hubrecht.eu/app/uploads/202 ... 68x768.jpg


Auto-immuunziekte in een petrischaal
Dit nieuwe organoïdemodel vormt een waardevolle tool voor onderzoek naar de fundamentele biologie van de schildklier. Ook demonstreren de onderzoekers de potentie van het gebruik van het model voor onderzoek naar auto-immuun ziekten van de schildklier (AITD). Het immuunsysteem van patiënten met AITD produceert antilichamen die de productie van schildklierhormoon stimuleren (ziekte van Graves) of verminderen (ziekte van Hashimoto). Huidige behandelingen gebruiken anti-schildkliermedicatie, bestraling of resectie om de ziekte te genezen. Deze behandelingen zorgen ervoor dat patiënten levenslang supplementen met schildklierhormonen nodig hebben.
Van der Vaart en collega’s incubeerden de schildklier-organoïden met serum van patiënten met de ziekte van Graves en zagen dat de organoïden groeiden en meer hormonen uitscheidden. Dit lijkt op wat er gebeurt in patiënten. “Omdat de organoïden de symptomen van de ziekte nabootsen, kunnen we nieuwe potentiele medicatie testen op deze organoïden zonder dat we schildklierweefsel hoeven te verwijderen,” concludeert Van der Vaart.

Bron:
Hubrecht Instituut

Artikel Hubrecht Instituut
ONDERZOEKSARTIKEL

Organoïden van volwassen muizen en mensen afgeleid van folliculaire schildkliercellen en modellering van hyperthyreoïdie van Graves
Jelte van der Vaart , Lynn Bosmans , Stijn F. Sijbesma , Kèvin Knoops , ORCID-profiel bekijkenWilline J. van de Wetering , Henny G. Otten , Harry Begthel , Inne HM Borel Rinkes , Jeroen Korving , Eef GWM Lentjes , Carmen Lopez-Iglesias , Peter J. Peters , Hanneke M. van Santen , Menno R. Vriens en ORCID-profiel bekijkenHans Clevers

Betekenis
De schildklier is essentieel voor het handhaven van de systemische homeostase door de schildklierhormoonconcentraties in de bloedbaan te reguleren. Deze studie beschrijft een op organoïden gebaseerd modelsysteem om de schildklierbiologie van muizen en mensen te bestuderen. Bovendien onderzoekt de studie het potentieel van menselijke organoïden voor het modelleren van auto-immuunziekten, de anti-TSH-receptor (TSHR) antilichaam-aangedreven Graves' hyperthyreoïdie.

Abstract
De schildklier handhaaft de systemische homeostase door de serumspiegels van schildklierhormoon te reguleren.
Hier rapporteren we de oprichting van driedimensionale (3D) organoïden van volwassen schildklierweefsel dat muriene en menselijke folliculaire schildkliercellen (TFC's) vertegenwoordigt. De TFC-organoïden (TFCO's) herbergen de volledige machinerie van hormoonproductie, zoals gevisualiseerd door de aanwezigheid van colloïde in het lumen en door de aanwezigheid van essentiële transporters en enzymen in de gepolariseerde epitheelcellen die een centraal lumen omringen.
Zowel de gevestigde muizen- als menselijke schildklierorganoïden brengen canonieke schildkliermarkers PAX8 en NKX2.1 tot expressie, terwijl de schildklierhormoonprecursor thyroglobuline op vergelijkbare niveaus als weefsel tot expressie wordt gebracht.
Eencellige RNA-sequencing en transmissie-elektronenmicroscopie bevestigen dat TFCO's het primaire schildklierweefsel fenocopy. Schildklierhormonen zijn gemakkelijk detecteerbaar in geconditioneerd medium van menselijke TFCO's. We tonen klinisch relevante reacties (verhoogde proliferatie en hormoonsecretie) van menselijke TFCO's op een panel van patiëntensera van de ziekte van Graves, wat aantoont dat organoïden menselijke auto-immuunziekte kunnen modelleren.


De schildklier bestaat uit twee histologisch te onderscheiden celtypen die worden gekenmerkt door hun representatieve hormoonsecretie: parafolliculaire cellen, die verantwoordelijk zijn voor de secretie van calcitonine, en folliculaire cellen, die de belangrijkste schildklierhormonen (TH's) triiodothyronine (T3) en thyroxine (T4) afscheiden. . Parafolliculaire cellen (ook bekend als heldere cellen [C-cellen]) zijn relatief zeldzame cellen in vergelijking met de epitheliale folliculaire cellen van de schildklier (TFC's). TFC's bekleden de follikels waarin schildklierhormonen worden opgeslagen. Dit zorgt voor een snelle afgifte van schildklierhormonen bij stimulatie van de klier door thyroïdstimulerend hormoon (TSH) dat wordt uitgescheiden door de hypofyse.
Een hoofdbestanddeel van TH, jodium, wordt vanuit de circulatie via TFC's naar het follikellumen getransporteerd. Transmembraan thyroïdperoxidase (TPO) bindt luminaal jodium aan tyrosineresiduen in het dragereiwit thyroglobuline (TG). Na stimulatie door TSH worden T3 en T4 gekoppelde TG opnieuw geabsorbeerd in TFC's. Door lysosomale afbraak worden T3 en T4 vrijgemaakt uit TG en uitgescheiden in de bloedbaan. Negatieve T3/T4-aangedreven feedbackloops blokkeren de secretie van TSH, wat resulteert in homeostase (1 ). Zowel T3 als T4 beïnvloeden veel orgaansystemen. Het belang van het handhaven van de homeostase van het schildklierhormoon wordt geïllustreerd door de wereldwijde incidentie van schildkliergerelateerde ziekten die verband houden met een verstoorde schildklier.

De ziekte van Graves is een schildklierspecifieke auto-immuunziekte die leidt tot verhoogde niveaus van schildklierhormonen met als gevolg lage niveaus van TSH. De incidentie van hyperthyreoïdie Graves' in de westerse wereld is ongeveer 20 gevallen per 100.000 personen ( 2 ⇓ - 4 ).
De ziekte van Graves wordt gekenmerkt door de aanwezigheid van antithyroid-antilichamen tegen de TSH-receptor (TSHR), die stroomafwaartse routes activeren, waardoor activering door TSH wordt nagebootst. Dit resulteert in overproductie van T3 en T4 en daaropvolgende lage niveaus van TSH. Patiënten met de ziekte van Graves lijden aan een verscheidenheid aan symptomen als gevolg van thyreotoxicose, waaronder een vergrote schildklier, angst en tremor, en kunnen uitpuilende ogen hebben als gevolg van zwelling van het weefsel in de baan ( 5).
De huidige behandeling bestaat uit antithyroid-therapie, het verlagen van de niveaus van T3 en T4 en het normaliseren van TSH-niveaus ( 6 ).

Ongeveer de helft van de patiënten die met thyreostatica worden behandeld, heeft uiteindelijk een aanvullende behandeling nodig, zoals radioactief jodium of thyreoïdectomie, wat vaak resulteert in hypothyreoïdie waarvoor patiënten levenslange hormoonvervanging moeten nemen ( 7 ). Het genereren van een in vitro modelsysteem dat een beter begrip van schildkliergerelateerde ziekten zoals de ziekte van Graves mogelijk zou maken, zou mogelijk kunnen leiden tot de ontwikkeling van alternatieve behandelingsopties. Bovendien zou het genereren van een transplanteerbaar schildklierkweeksysteem mogelijk de normale schildklierfunctie kunnen herstellen.


Er zijn verschillende modelsystemen gebruikt om de schildklierbiologie en de ziekte van Graves te bestuderen. Al in de jaren vijftig werden tweedimensionale (2D) TFC-lagen gebruikt als kortdurende schildklierculturen ( 8 ). Deze 2D-lagen vormen echter geen normale fysiologische follikels en kunnen niet worden vermeerderd. Het onderdompelen van TFC's in suspensieculturen, inclusief extracellulaire matrixcomponenten, genereert driedimensionale (3D) gepolariseerde sferoïden met een follikelarchitectuur, maar kan nog steeds niet op lange termijn worden gehandhaafd ( 9 ). Als alternatief hebben muismodellen potentieel getoond als modelsystemen voor schildklierbiologie en modellering van de ziekte van Graves. De kosten- en tijdeffectiviteit van deze onderzoeken blijft echter een beperkende factor ( 10). Deze beperkingen kunnen mogelijk worden overwonnen door organoïden afkomstig van menselijke volwassen stamcellen. Deze driedimensionale culturen zijn representatieve in vitro modelsystemen, die de menselijke fysiologie recapituleren ( 11 ).
Terwijl we de huidige studie aan het afronden waren, rapporteerden Coppes en collega's een eerste beschrijving van transplanteerbare menselijke (en muis) schildklierorganoïden ( 12 ). In deze studie rapporteren we vergelijkbare bevindingen en passen we folliculaire celorganoïden (TFCO's) van de schildklier toe om de ziekte van Graves te modelleren met behulp van patiëntensera.


Resultaten
Op basis van onze eerder beschreven 3D-kweekomstandigheden van langdurige expansie van muis- en menselijke organoïden uit een verscheidenheid aan andere weefsels, hebben we schildklierweefsel ontleed en fijngehakt, de fragmenten in een spijsverteringsoplossing geïncubeerd en schildkliercellen uitgeplaat in basaalmembraanextract (BME) . We optimaliseerden muis-TFCO-medium met vallen en opstaan, om een medium te definiëren dat cyclisch adenosinemonofosfaat (cAMP) activator forskolin (FSK), de Wnt-potentiator R-spondin (RSPO), transformerende groeifactor bèta (TGFβ)-remmer A83-01, epidermale groeifactor (EGF) en fibroblastgroeifactor 10 (FGF10). Menselijke monsters vereisten de toevoeging van Wnt-surrogaat ( 13 ), p38-remmer en TSH voordat significante groei kon worden waargenomen ( Fig. 1 A).
Met behulp van deze expansiemedia werden organoïden voor het eerst gevormd na 4 dagen (muis) of 1 tot 2 weken (mens) en bleven groeien gedurende een periode van 3 tot 6 weken. Daarna konden organoïden elke 2 weken mechanisch worden gepasseerd in een verhouding van 1:3 tot 1:7. De organoïden konden over 24 passages worden gehandhaafd zonder significante verandering in morfologie (tot nu toe hebben we passage 35 voor muis en passage 24 voor mensen bereikt) ( Fig. 1B en D ). De organoïden waren gepolariseerd in een "apical-in" oriëntatie, zoals getoond door de apicale marker ZO-1 ( SI Appendix , Fig. S1 A ). Om de cellulaire samenstelling van de organoïden te bevestigen, gebruikten we RT-qPCR, immunofluorescentie en immunohistochemie. We hebben expressie waargenomen van de generieke TFC-markers Pax8/PAX8en Nkx2.1/NKX2.1 (voorheen bekend als schildkliertranscriptiefactor-1) (TTF-1), in muriene en menselijke organoïden. De expressie bleek verhoogd te zijn in vergelijking met primair schildklierweefsel. Primair schildklierweefsel omvat echter stromale celtypen, wat dit verschil zou kunnen verklaren. De niveaus waren vergelijkbaar tussen verschillende muizen- en menselijke donoren ( Fig. 1C en E ). Door immunofluorescentie werd combinatorische nucleaire expressie van de twee transcriptiefactoren (Nkx2.1/NKX2.1 en Pax8/PAX8) bevestigd in alle cellen in de organoïden ( Fig. 1 F en G en SI Appendix , Fig. S2 A en B). Hoewel beide transcriptiefactoren tot expressie worden gebracht in andere weefsels, waaronder long voor NKX2.1 en nier voor PAX8 , is co-expressie van deze transcriptiefactoren uniek voor TFC's ( 14 ). Omdat alle geanalyseerde cellen in de organoïden positief waren voor beide transcriptiefactoren, concludeerden we dat de organoïden voornamelijk bestonden uit groeiende populaties van TFC's.

https://www.pnas.org/content/pnas/118/5 ... carousel=1


Gehele artikel met alle afbeeldingen
https://www.pnas.org/content/118/51/e2117017118
of
https://www.pnas.org/content/pnas/118/5 ... 8.full.pdf

Bron/copyright
Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

.
Plaats reactie