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Yara Alcheikh
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Generic rules of lumen nucleation and fusion in epithelial organoids

Linjie Lu et al.Feb 23, 2024
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Abstract Many internal organs in the body harbor a fluid-filled lumen. The mechanisms of lumens initiation and fusion have been reported as dependent on organ-type during organogenesis. In contrast, the physics of lumen suggests that force balance between luminal pressure and cell mechanics could lead to conserved rules which may unify their self-organisation. However, this hypothesis lacks experimental evidence. Here we show that lumens share similar dynamics for three different systems (MDCK cysts, pancreatic spheres, and epiblast cysts) by using quantitative cell biology, microfabrication and theory. We report that initial cell number determines the maximum number of lumens but does not impact the steady state which is a final single lumen. In addition, lumens numbers exhibit two phases over time, a nucleation phase followed by a fusion phase. In the nucleation phase, lumens form between two cells in pancreatic and MDCK cysts whereas they form at the rosette stage between ten cells in epiblasts. In the second phase, lumens fuse by an increase in lumen volume for pancreatic spheres and MDCK cysts, whereas cell convergent directional motion leads to lumens fusion in epiblasts. We support these results by reproducing numerically lumens dynamics using a phase field model with simple rules for cell proliferation, cell adhesion and lumen growth. We finally use MDCK cysts to manipulate cell adhesion and lumen volume and we successfully reproduce the fusion dynamics of pancreatic spheres and epiblasts. Our results reveal self-organisation rules of lumens across systems with relevance for morphogenesis during development and for the design of synthetic organs.
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Optimization of mouse embryonic stem cell culture for organoid and chimeric mice production.

Cécilie Martin-Lemaitre et al.Mar 13, 2020
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In vitro stem cell culture is demanding in terms of manpower and media supplements. In recent years, new protocols have been developed to expand pluripotent embryonic stem cells in suspension culture, which greatly simplifies cell handling and scalability. However, it is still unclear how suspension culture protocols with different supplements affect pluripotency, cell homogeneity and cell differentiation compared to established adherent culture methods. Here we tested four different culture conditions for mouse embryonic stem cells (mESC) and quantified chimerism and germ line transmission as well as in vitro differentiation into three-dimensional neuro-epithelia. We found that suspension culture supplemented with CHIR99021/LIF offers the best compromise between culturing effort, robust pluripotency and cell homogeneity. Our work provides a guideline for simplifying mESC culture and should encourage more cell biology labs to use stem cell-based organoids as model systems.