Abstract Intestinal epithelial damage predisposes to chronic disorders like inflammatory bowel disease. The organoid model allows cultivation, expansion and analysis of primary intestinal epithelial cells and has been instrumental in studying epithelial behavior in homeostasis and disease. Recent advances in organoid transplantation allow studying human epithelial cell behavior within the intestinal tissue context. However, it remained unclear how organoid transplantation into the colon affects epithelial phenotypes, which is key to assessing the model’s suitability to study human epithelial cells. We employed Deep Visual Proteomics, integrating AI-guided cell classification, laser microdissection, and an improved proteomics pipeline to study the human colon. This created an in-depth cell type-resolved proteomics resource of human intestinal epithelial cells within human tissue, in vitro organoids, and the murine colon post-xenotransplantation. Our findings reveal that in vitro conditions induce a proliferative organoid phenotype, which was reversible upon transplantation and adjustment of organoid culturing conditions.

Abstract Maintaining the integrity of the cell plasma membrane (PM) is critical for the survival of cells. While an efficient PM repair machinery can aid survival of healthy cells by preventing influx of extracellular calcium, it can also constitute an obstacle in drug delivery and photothermal therapy. We show how nanoscopic holes can be applied to the cell surface thus allowing identification of molecular components with a pivotal role in PM repair. Cells are punctured by locally heating gold nanostructures at the cell surface which causes nano-ruptures in cellular PMs. Recruitment of annexin V near the hole is found to locally reshape the ruptured plasma membrane. Experiments using model membranes, containing recombinant annexin V, provide further biophysical insight into the ability of annexin V to reshape edges surrounding a membrane hole. The thermoplasmonic method provides a general strategy to monitor the response to nanoscopic injuries to the cell surface.