ここでは、A549細胞株から腫瘍オルガノイドを迅速かつ純粋かつコスト効率よく確立する方法を提示し、予備試験および教育目的に適しています。
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ここでは、A549細胞株から腫瘍オルガノイドを迅速かつ純粋かつコスト効率よく確立する方法を提示し、予備試験および教育目的に適しています。
ここでは、A549ヒト肺腺癌細胞株から細胞株由来腫瘍オルガノイド(CDTO)を生成するプロトコルについて説明します。プロトコルでは、2D拡張A549細胞をマトリゲルに埋め込み、長期培養のために3D培養培地に保持します。推奨される種子密度は500セル/μLで、安定したオルガノイド形成を支えることが決定されました。その結果得られたCDTOは、ヘマトキシリンおよびエオシン(H&E)染色および免疫蛍光(IF)によって特徴付けられました。オルガノイドは肺腺がんマーカーである甲状腺転写因子1(TTF-1)、接着タンパク質E-カデリン(ECAD)、および細胞骨格タンパク質ケラチン7(KRT7)の高い発現を維持していました。さらに、タイトジャンクションタンパク質Zona Occludens 1(ZO-1)の発現は腫瘍オルガノイドの極性調節異常を示しました。このプロトコルは、技術的にシンプルでコスト効率が高く、純粋な腫瘍性オルガノイドプラットフォームとして肺腺癌の研究を提供します。その簡易さと再現性から、学部の実験室教育にも適しており、限られた実験スケジュールの中で基本的な3D腫瘍オルガノイド培養技術を習得するのに役立ちます。
オルガノイドはin vitroで、 幹細胞に由来する自己組織化された三次元(3D)構造であり、実際の臓器の生物学的複雑さをかなりの程度再現することができます。オルガノイドを構成する細胞は、誘導多能性幹細胞や組織由来細胞から派生する可能性があり、後者には正常な幹細胞/前駆細胞、分化細胞、腫瘍細胞が含まれます。従来の二次元培養システムや動物モデルと比べて、オルガノイドは人体の生理的特徴により近い形で模倣でき、実験上の柔軟性も高まります。その結果、オルガノイド技術は医薬品開発3、個別化医療4、疾患モデリング5に広く応用されています。
多くの研究により、大腸がん6、前立腺がん7、膵臓がん8、胃がん9、肝がん10、胆道がん11、乳がん12、神経内分泌腫瘍など幅広い範囲のオルガノイドモデルが確立されています。しかし、腫瘍オルガノイド研究における大きな課題の一つは純度の維持にあります。例えば、非小細胞肺がんの研究では、確立されたオルガノイドのうち純粋な腫瘍はわずか17%であることが明らかになりました。これは腫瘍サンプルに正常細胞と悪性細胞の混合が含まれており、培養13までに完全に分離が困難だからです。この不純物の問題は、腫瘍細胞以外の細胞の増殖による腫瘍細胞の消失を引き起こし、薬剤感受性試験の読み取りに干渉し、RT-qPCRやウェスタンブロットのような不正確な分子解析を引き起こすことがあります。これは腫瘍細胞のRNAやタンパク質が制御不能な汚染細胞の割合によって希釈される現象です。
この問題に対処するため、研究者たちは腫瘍細胞が特定の成長因子に依存する依存性を低減させることを利用し、正常な細胞成長を抑制しつつ腫瘍細胞の拡大を促進する選択的培養培地の設計を探求しています14。さらに、細胞選別やモノクローナル同定などの戦略も開発され、純粋な腫瘍オルガノイドの構築が進められています。
本プロトコルは、A549ヒト肺腺癌細胞株を用いて細胞株由来腫瘍オルガノイド(CDTO)を生成する方法を説明しており、A549は部分的にがん幹細胞様の特性を示すほか、clonogenis(細胞生成性)、増殖性、腫瘍発生性の強化(vitro)が報告されています。15. 得られたCDTOは、系統特異的バイオマーカーである甲状腺転写因子1(TTF-1)16、癒着タンパク質E-カデリン(ECAD)17、細胞骨格タンパク質ケラチン7(KRT7)16の発現を維持し、腫瘍オルガノイドに特徴的な生理的特徴を示した。このモデルは確立が容易で、明確ながん細胞成分を含むため、腫瘍オルガノイド分野に初めて取り組む研究者や、一次腫瘍オルガノイド培養における腫瘍の同一性喪失に悩む研究者に適しています。潜在的な応用例としては、予備的な薬剤感受性検査18、腫瘍微小環境研究19、3D培養技術の教育訓練などがあります。
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実験室の室温は22〜24°Cで、RTと呼ばれます。スイングバケット遠心分離機の使用が推奨されます。試薬および使用機器は 材料表に記載されています。
1. 一次A549オルガノイドの確立
2. オルガノイドの固定、埋め込み、切断
3. ヘマトキシリンおよびイオシン(H&E)染色
4. 全マウント免疫蛍光染色
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このプロトコルの一般的なプロセスには、2次元A549細胞を指数段階に拡張し(補足図1A)、3次元マトリゲルに移行してオルガノイドを形成する過程が含まれます(図1A)。マトリゲルにカプセル化されると、細胞は増殖し自己組織化し、主にモノクローナルオルガノイドを形成しました(図1B)。その密集した複雑な形態は通路全体で均一でした(補足図1C)。これに比べて、これらの構造物の多くは球形で、文化が進むにつれて大きくなった。一部は最初からプレート底部に付着し、2Dクローンを生み出しました(図1C)。この付着形態は、DMEMを10%FBS補足で培養したオルガノイドなど、高血清条件下でより頻繁に観察されました(補足図1B)。50〜5000細胞/μLのシーディング密度勾配を測定し、コロニー形成効率(CFE)およびオルガノイドサイズへの影響を評価しました(
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本プロトコルは、技術的簡便さ、再現性、教育利用に最適化されたA549肺腺癌細胞株由来腫瘍オルガノイドの生成方法を説明しています。成功を決定づける3つのパラメータ:初期細胞状態、培地製剤、マトリックス組成です。さらに、培養期間は14日を超えないことが推奨されます。以下に主要なパラメータとトラブルシューティングを示します。
初期セル状態
細胞は遺伝的ドリフトやクローン選択を最小限に抑えるために、低いパスセージ数(<20パセージ)で維持されました。細胞は対数成長段階(70%–80%の合流)で採取され、最適なオルガノイド形成能力を確保しました。細胞計数の過程で、採取された細胞は単一細胞懸濁液であることが確認されました。これは凝集が下流の定量に影響したためです。ただし、一般的にコロニー形成には干渉しませんでした。持続的な塊は40μmのセルストレーナーでろ過されました。
マトリジェル足場
シー...
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著者には開示すべき利益相反はありません。
この活動は、復旦教育優良実践プログラム、国家教材研究所、基礎学科人材育成国家プログラム(第J1210012号)、ならびに教育部の基礎学科優秀学生育成プログラム(第20211021号)の支援を受けています。 図1A はBioRenderで作成されました(Joe, Z. (2026) https://BioRender.com/0qi2gmd)。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1.5 mL Micro Centrifuge tube | Biofil | CFT003015 | |
| A549 [A-549]human non-small cell lung cancer cells | ZQXZbio | ZQ0003 | STR: Amelogenin: X,Y; CSF1PO: 10,12; D13S317: 11; D16S539: 11,12; D5S818: 11; D7S820: 8,11; TH01: 8,9.3; TPOX: 8,11; vWA: 14. Mycoplasma was negetive when purchased was tested every 2 weeks. Passage number within 10 passages from the P1 aliquots of the purchased batch was used. |
| Advanced DMEM/F12 | Gibco | 12634010 | |
| Anti-E Cadherin antibody | Abcam | ab231303 | |
| Anti-Fade Mounting Medium | YEASEN | 36307ES08 | |
| Anti-HIF-1 alpha antibody | Abcam | ab51608 | |
| Biological Safety Cabinet | Nuaire LABGARD | NU-540 | |
| Biological Tissue Embedding Machine | KEDEE | KD-BM | |
| BSA | Sigma | A1933 | |
| Cell-Grade BSA | Sigma | A1933-100G | |
| Centrifuge | Eppendorf | Centrifuge 5702 R | Swing bucket; Mild to low speed. |
| Centrifuge tube | Biofil | CFT920150 | |
| Citrate Antigen Retrieval Solution (pH 6.0) | ZSGB-BIO | ZLI-9065 | |
| Cryostage | KEDEE | KD-BL | |
| Cytation 5 Cell Imaging Multimode Reader | Biotek | Cytation 5 | |
| Cytokeratin 7 (KRT7) Rabbit mAb | Abclonal | A4357 | |
| DMEM | Gibco | 11965092 | |
| DMSO | Solarbio | D8371 | |
| Donkey Serum | Solarbio | SL050 | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium | Gibco | 11965118 | |
| Eclipse Ts2 Inverted Microscope | Nikon | Eclipse Ts2 | |
| Eosin Staining Solution (Alcohol-Soluble) | Servicebio | G1001 | |
| FBS | Nobimpex | B118-500 | |
| Forma Steri-Cycle i160 CO2 Incubator | Thermo Scientific | i60 | |
| Hematoxylin Bluing Solution | Servicebio | G1040 | |
| Hematoxylin Differentiation Solution | Servicebio | G1040 | |
| Hematoxylin Staining Solution | Servicebio | G1004 | |
| Hemocytometer | Solarbio | YA0810 | |
| Human Lung Adenocarcinoma Organoid Medium (3D medium) | PMO Bio | HC1001 | |
| Immunohistochemistry (IHC) Pen | ZSGB-BIO | ZLI-9305 | Store in 4°C |
| Laser Confocal Microscope FV3000 | Olympus | FV3000 | Usual parameter range: PMT Voltage: 500 ± 200 V; Laser Transmissivity: 5 ± 3%; Offset: 3 % |
| Manual Rotary Microtome | Leica | RM2235 | |
| Metal Bath | ALLSHENG | MK-3000 | |
| Microwave Oven | Galanz | ||
| Nail Polish | Lete | ||
| Neutral Balsam (Mounting Medium for Microscopy) | Beyotime | C0173 | |
| Organoid-Specific Extracellular Matrix Gel | PMO Bio | BM1001 | |
| PBS | WISENT | 311-010-CL | |
| Peroxidase Blocking Solution | Beyotime | P0100A | |
| Pipettes | Eppendorf | 312300063/312300020/312400083 | |
| Pipettes tips | Axygen | 14-222-692/14-222-723/14-222-869 | Consider using low retention tips if possible. |
| Three-Dimensional Shaker | SCILOGEX | SK-D3309-Pro | Low speed. |
| Tissue Flotation Water Bath | KEDEE | KD-P | |
| Triton X-100 | VWR | 92046-34-9 | |
| Trypan Blue | Gibco | 15250061 | |
| TryPLE | Gibco | 12605028 | |
| TTF1 Recombinant Monoclonal Antibody | HUABIO | HA720067 |
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