本プロトコルは、腫瘍進行のさまざまな段階を表す食道オルガノイドモデルの確立と組織学的分析について説明しています。この方法により、研究者は、正常組織からがん組織への移行中の細胞形態、空間構成、および分子マーカー発現パターンの変化を研究することができます。
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方法論記事
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本プロトコルは、腫瘍進行のさまざまな段階を表す食道オルガノイドモデルの確立と組織学的分析について説明しています。この方法により、研究者は、正常組織からがん組織への移行中の細胞形態、空間構成、および分子マーカー発現パターンの変化を研究することができます。
オルガノイドは、腫瘍形成とがん治療の理解を深めるための極めて重要なツールとして浮上しています。さまざまな腫瘍の病期を表すヒトオルガノイドモデルを作成し、組織学的解析を行うことで、腫瘍の進行に伴う細胞形態の変化、空間構造、および主要な分子マーカーの発現についてより深く理解することができます。この研究は、食道扁平上皮細胞オルガノイドの確立と培養のための包括的なプロトコルを提示します。さらに、このプロトコルでは、オルガノイド内の重要な分子の発現パターンと空間構成を評価する方法を概説し、固定、埋め込み、染色などの技術を利用します。このプロトコルを通じて、食道扁平上皮細胞の空間構造と、腫瘍形成中のさまざまな腫瘍バイオマーカーの発現に有意な変化が同定されました。このプロトコルは、オルガノイドの構築と組織学的解析を容易にし、研究者が腫瘍形成と治療介入のさまざまな段階にわたる上皮細胞の空間構造と分子変化を調査することを可能にします。
腫瘍形成は、細胞の進行性の分子的および形態学的変化を特徴とする複雑な多段階のプロセスです1,2。予後不良の悪性腫瘍として蒔出される食道扁平上皮がん(ESCC)3,4は、正常粘膜、低悪性度上皮内腫瘍(LGIN)、高悪性度上皮内腫瘍(HGIN)、浸潤がん5の4つの異なる段階を経て、この段階的な進行を例示しています。これらの段階を通じて、上皮細胞は分子発現パターンと空間構成にダイナミックな変化を示し、正常状態から悪性状態に進むにつれて組織形態の系統的な変化を伴います6,7。ESCCの病因の理解が進んでいるにもかかわらず、腫瘍の進化の空間的および時間的側面を忠実に再現する実験モデルの欠如は、体系的な組織学的および分子的分析を可能にしながら、疾患の進行と治療法開発のより深いメカニズムの理解を妨げてきました。
2D不死化がん細胞株は、がん発生の理解に大きく貢献してきましたが、天然腫瘍の生物学的複雑さと病理学的特徴を再現するには本質的に限界があります8。動物モデルは、in vivoのコンテキストを提供しますが、種固有の違いにより、人間の応答を十分に予測できないことがよくあります9。対照的に、オルガノイドは、ヒト組織の細胞の不均一性、構造、および機能を忠実に保持する革新的な前臨床プラットフォームとして登場しました10,11,12,13。前臨床モデルとして、オルガノイドは原発腫瘍の特性をよりよく捉え、腫瘍の進行過程における主要な分子イベントと細胞変化の詳細な調査を可能にします14。例えば、Chenらは、ESCCのさまざまな段階の患者由来の食道オルガノイドを利用して、上皮-線維芽細胞の相互作用を解明し、最終的にANXA1-FPR2シグナル伝達軸がESCCの病因の重要なドライバーであることを検証しました6。同様に、Koらは、遺伝子操作された食道オルガノイドを使用して、ESCCの開始と免疫回避を促進する主要な遺伝的決定要因を特定し、オルガノイドモデルが疾患の特徴を効果的に再現し、新しい治療標的を明らかにする方法を示しました15。
本方法論は、正常な上皮から浸潤性がんへの組織学的進行を反映する多段階ESCCオルガノイドを生成するための再現性のあるプロトコルを確立することにより、食道がんモデリングにおける重要な問題を解決します。このシステムは、上皮幹細胞性を維持するためのL-WRNコンディショニング培地を使用して最適化された培養条件を統合し、組織学的処理およびマルチプレックス免疫蛍光(mIF)分析のための標準化されたプロトコルと組み合わせて、腫瘍形成中の空間的および分子的変化を縦断的に分析するための理想的なプラットフォームを提供します。2D培養などの代替技術と比較して、このオルガノイドプラットフォームは組織構造を独自に保存し、T細胞応答を阻害することにより腫瘍の免疫回避を媒介する免疫チェックポイントタンパク質PD-L1(CD274)を含む空間的に組織化された分子マーカーの可視化を可能にします16,17,18、キ67の拡散マーカー。このプロトコルにより、正常な食道組織および前がん組織からのオルガノイドの通過が可能になり、研究者が正常組織から腫瘍19までの連続オルガノイドモデルを構築するのに役立ちます。このプロトコルは、腫瘍形成中の空間的および分子的変化の詳細な分析を可能にすることにより、研究者にがんの発生と進行の根底にあるメカニズムを理解するための強力なツールを提供し、治療戦略の改善につながる可能性があります。
この方法論は、ESCCおよび関連する扁平上皮悪性腫瘍における上皮発がん、腫瘍微小環境相互作用、または治療応答を調査する研究者に特に適しています。そのモジュラー設計により、適切な検証手順が組み込まれていれば、他の分子マーカーやシグナル伝達経路の研究に適応できます。このプロトコルは、標準化されながらも柔軟なプラットフォームを提供することで、腫瘍生物学における前臨床研究を前進させ、メカニズムの洞察を標的療法に転換することを目指しています。
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本研究は、中国医学院がん病院の治験審査委員会によって承認されました(承認番号20/069-2265、22/221-3423、23/305-4047)。食道組織サンプルは、ヒト食道オルガノイドの樹立を目的として、2021年から2024年にかけて中国医学院がん病院で食道扁平上皮がん(ESCC)の手術または早期スクリーニングを受けた患者から採取されました。この研究に含まれた患者は、サンプル収集前に化学療法または放射線療法を受けていませんでした。すべての参加者からインフォームドコンセントが得られ、関連する臨床情報が医療記録から取得されました。この研究で使用された試薬と機器の完全なリストは、 資料の表に記載されています。
1. 食道上皮オルガノイドの作製
2. ヒト食道オルガノイドの樹立
3. オルガノイドの継代
4. オルガノイドの凍結と回復
5. オルガノイドの組織学的解析
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このプロトコルでは、ESCC腫瘍形成のさまざまな段階でのオルガノイドサンプリングと組織学的分析について説明します(図1)。ESCC患者から正常な食道粘膜、低悪性度上皮内腫瘍(LGIN)、高悪性度上皮内腫瘍(HGIN)、および腫瘍組織をサンプリングすることにより、腫瘍形成のさまざまな段階を表すオルガノイドを構築できます。さらに、これらのオルガノイドのパラフィン包埋および切片化を行い、続いて免疫蛍光染色を行った。
腫瘍形成期における免疫抑制分子の発現や細胞クローンの形態学的特性を調べるため、腫瘍発生の様々な段階から食道上皮組織を採取し、免疫蛍光染色を行った。染色が完了した後、スライドをスキャンする前に、マーカーに4つの疑似カラーを定義しました。PD-L1、Ki-67、KRT6Aには、それぞれ緑、赤、灰色の疑似色を割り当て、細胞核にはDAPIを標識しました。実験結果から、食道粘膜からのオルガノイド形態は腫瘍形成中に変化し、主に無秩序になることが示されました。免疫蛍光染色により、腫瘍形成が進行するにつれて、上皮細胞の増殖が変化し、...
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オルガノイドの確立と組織学的解析は、腫瘍進行のモデリングにおける大きな進歩を表しています。このプロトコルは、腫瘍形成を研究するための既存の方法よりも顕著な利点を提供します20。従来の2D細胞培養システムとは異なり、オルガノイドは複雑な3次元構造と細胞の不均一性を維持し、in vivo条件をよりよく反映します。動物モデルと比較して、ヒト組織に由来するオルガノイドは、ヒトの疾患特性をより正確に表している9,21,22。マルチプレックス免疫蛍光染色を組み込むことで、複数のマーカーを同時に可視化することができ、腫瘍の進化における主要分子と組織構造との間の空間的関係についての洞察を得ることができます。この高度なプロトコルを利用して、この研究は食道扁平上皮癌の有意な動的変化を明らかにし、特に腫瘍細胞の増殖レベルが腫瘍の発生中に進行的...
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著者らは、競合する金銭的利益相反や利益相反がないことを宣言します。
著者らは、がん病院、中国医科学院(CAMS)、北京連合医科大学(PUMC)での研究に参加したすべての患者と医師に感謝します。この研究は、中国国家自然科学基金会(82203156からS.Z.)、中国国家重点研究開発プログラム(2023YFC3503200からS.Z.)、および中国医学院医学イノベーション基金(2023-I2M-QJ-002からS.Z.)によって資金提供されています。 図 1 は BioRender.com を使用して作成されています。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 0.22 & ミュー;m フィルター | Merck | Cat#SLGPR33RB | |
| 24 ウェル プレート | Corning | Cat#3524 | |
| 4% パラホルムアルデヒド | Beyotime | Cat# P0099 | |
| 70 μm 滅菌ストレーナー | Falcon | Cat#352350 | |
| A83-01 | Tocris Bioscience | Cat# 2939 | |
| Advanced DMEM/F12 | Gibco | Cat# 12634028 | |
| Agar | Solarbio | Cat# A8190 | |
| Anti-Anti (Antibiotic-Antimycotic) | Gibco | Cat# 15240062 | |
| B-27 サプリメント | Gibco | Cat# 17504044 | |
| CO2 インキュベーター | Thermo | Cat#371GPCN | |
| コラゲナーゼ IV | Gibco | Cat# 17104019 | |
| クライオスター | STEMCELL | Cat# 07930 | |
| DMEM | Corning | Cat# 10-013-CV | |
| EGF | Gibco | Cat# PHG0313 | |
| ウシ胎児血清 | Cell Technologies | Cat# 30070 | |
| G-418 | Sigma | Cat# A1720 | |
| ゼラチン | Solarbio | Cat# G8061 | |
| GlutaMAX | Gibco | Cat# 35050061 | |
| 成長因子低減マトリゲル | Corning | Cat# 354230 | |
| HE 染色キット | Beijing Yili Fine Chemicals Co., Ltd | NA | |
| HEPES | Gibco | Cat# 15630080 | |
| 組織学的ペン | Zsbio | Cat#ZLI-9305 | |
| ハイグロマイシン B | シグマ | Cat# 400050 | |
| 免疫組織化学染色キット | ZSGB-BIO | PV-8000 | |
| L-WRN | ATCC | CRL-3276;RRID:CVCL_DA06 | |
| N-2 サプリメント | Gibco | Cat# 17502048 | |
| ニュートラルガム | Zsbio | Cat#ZLI-9555 | |
| オパール 5 色マニュアル IHC キット | PANOVUE | Cat# 10144100100 | |
| PBS | MeilunBio | Cat#MA0015 | |
| ウサギ モノクローン抗 PD-L1 | CST | Cat# 13684;RRID:AB_2687655 | |
| サギポリクローナル抗Ki67 | Abcam | Cat#ab16667;RRID:AB_302459 | |
| サギポリクローナル抗KRT6A | プロテインテックCat | #10590-1-AP;RRID:AB_2134306 | |
| 羊血清 | Zsbio | Cat#ZLI-9056 | |
| TrypLE Express | Gibco | Cat#12604021 | |
| TrypLE-EDTA | Gibco | Cat#15400-054 | |
| スライド全体画像スキャナー | 浜松 | Cat#C13210 | |
| Y-27632 | Selleck Chemicals | Cat# S1049 |
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