In vitro modely pro studium testikulární steroidogeneze

Bc. Anna Pospíšilová

Master's thesis

In vitro models to study testicular steroidogenesis

Abstract:

Tato práce se zaměřuje na hodnocení dostupnosti a využitelnosti pokročilých třídimenzionálních (3D) in vitro modelů pro studium testikulární steroidogeneze. Cílem teoretické části práce bylo shrnout možnosti všech dostupných 3D modelů testikulární steroidogeneze a zaměřit se na jejich výhody a nevýhody a ověřit, zda poskytují lepší reprezentaci fyziologických procesů ve varlatech oproti tradičním dvoudimenzionálním (2D) modelům. V experimentální části jsem využila myší Leydigovy TM3 buňky a porovnala vlastnosti jejich 2D a 3D modelů. Konkrétně jsem kultivovala jejich sféroidy v běžném a stimulačním médiu a sledovala jejich morfologické charakteristiky a steroidogenní potenciál. Výsledky praktické části ukázaly, že 2D modely mají oproti 3D modelům jistá omezení podpory steroidogenní aktivity, což se projevilo nižší expresí genů s ní spojených. Při kultivaci ve 3D došlo ke značnému zvýšení exprese oproti hodnotám naměřeným ve 2D. Dále byla provedena charakterizace tvaru a velikosti 3D sféroidů, kdy bylo pozorováno, že si po dobu kultivace udržují stabilní tvar, ale jejich velikost se mění, a to tak, že po prvotním růstu dochází k přechodnému zmenšení a následně opětovnému růstu. Sféroidy kultivované ve stimulačním médiu vykazují zvýšenou expresi genů spojených se steroidogenezí ve srovnání se sféroidy v běžném médiu. Bylo však zjištěno, že sféroidy efektivně odrážejí pouze první část steroidogeneze, což naznačuje potřebu dalšího výzkumu pro kompletní napodobení testikulární steroidogeneze in vitrosteroidogenního procesu. Tato studie potvrzuje potenciál 3D in vitro modelů pro přesnější modelování testikulárních funkcí a poukazuje na možnosti jejich dalšího vylepšení a aplikace v toxikologickém a biomedicínském výzkumu a farmaceutickém průmyslu.

Abstract:

This research focuses on evaluating the availability and applicability of advanced 3D in vitro models for the study of testicular steroidogenesis. The theoretical part of the thesis aims to summarize the capabilities of all existing 3D models related to testicular steroidogenesis, emphasizing their advantages and disadvantages. Additionally, it seeks to determine whether these 3D models offer a more accurate representation of physiological processes within the testis than traditional 2D models. In the experimental part, murine Leydig TM3 cells were employed, and their 2D and 3D models were compared. Specifically, I cultured these cells as spheroids in both common and stimulating media, observing their morphological characteristics and steroidogenic potential. The results of the practical part showed that the 2D models exhibited limitations in supporting steroidogenic activity when compared to their 3D counterparts. This discrepancy was evident through lower expression levels of genes associated with steroidogenesis in the 2D models. Conversely, the 3D models demonstrated a significant increase in gene expression compared to the values observed in 2D cultures. Furthermore, I characterized the shape and size of 3D spheroids. While these spheroids maintained a stable shape during the culture period, their size varied—initial growth was followed by transient shrinkage and subsequent regrowth. Notably, the spheroids cultured in a stimulating medium showed increased expression of steroidogenesis-related genes compared to those in a normal medium. However, it is important to note that these spheroids effectively reflected only the initial stages of steroidogenesis. This indicates the need for further research to mimic the entire testicular steroidogenic process in vitro fully. In summary, this study confirms the potential of 3D in vitro models to model testicular function more accurately. It also highlights the prospects for refining and applying in toxicological and biomedical research and the pharmaceutical industry.

Keywords

testikulární steroidogeneze, 2D in vitro model, 3D in vitro model, Leydigovy buňky, sféroidy, statická kultivace, testicular steroidogenesis, Leydig cells, spheroids, static culture

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 5. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 27. 6. 2024
• Supervisor: RNDr. Iva Sovadinová, Ph.D.
• Reader: RNDr. Kamila Součková, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Experimental Animal Biology and Immunology / Developmental Biology