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Method Article
* Questi autori hanno contribuito in egual misura
Il presente protocollo descrive la costituzione e l'analisi istologica di modelli di organoidi esofagei che rappresentano diversi stadi di progressione tumorale. Questo metodo consente ai ricercatori di studiare i cambiamenti nella morfologia cellulare, nell'organizzazione spaziale e nei modelli di espressione dei marcatori molecolari durante la transizione dai tessuti normali a quelli cancerosi.
Gli organoidi sono emersi come uno strumento fondamentale per far progredire la comprensione della tumorigenesi e della terapia del cancro. Generando modelli di organoidi umani che rappresentano diversi stadi tumorali ed eseguendo analisi istologiche, è possibile ottenere una comprensione più profonda delle alterazioni della morfologia cellulare, dell'architettura spaziale e dell'espressione di marcatori molecolari chiave durante la progressione del tumore. Questo studio presenta un protocollo completo per la creazione e la coltura di organoidi di cellule squamose esofagee. Inoltre, il protocollo delinea metodi per valutare i modelli di espressione e l'organizzazione spaziale delle molecole critiche all'interno degli organoidi, utilizzando tecniche come la fissazione, l'incorporamento e la colorazione. Attraverso questo protocollo, sono stati identificati cambiamenti significativi nella struttura spaziale delle cellule epiteliali squamose esofagee e nell'espressione di vari biomarcatori tumorali durante la tumorigenesi. Il protocollo facilita la costruzione e l'analisi istologica degli organoidi, consentendo ai ricercatori di studiare l'architettura spaziale e le alterazioni molecolari delle cellule epiteliali in diversi stadi della tumorigenesi e dell'intervento terapeutico.
La tumorigenesi è un processo complesso e multistadio caratterizzato da progressive modificazioni molecolari e morfologiche nelle cellule 1,2. Il carcinoma esofageo a cellule squamose (ESCC), un tumore maligno prevalente con prognosi infausta 3,4, esemplifica questa progressione graduale attraverso quattro stadi distinti: mucosa normale, neoplasia intraepiteliale di basso grado (LGIN), neoplasia intraepiteliale di alto grado (HGIN) e carcinoma invasivo5. Durante queste fasi, le cellule epiteliali mostrano cambiamenti dinamici nei modelli di espressione molecolare e nell'organizzazione spaziale, accompagnati da alterazioni sistematiche nella morfologia dei tessuti mentre avanzano da uno stato normale a uno maligno 6,7. Nonostante i progressi nella comprensione della patogenesi dell'ESCC, la mancanza di modelli sperimentali che ricapitolino fedelmente gli aspetti spaziali e temporali dell'evoluzione del tumore, consentendo al contempo analisi istologiche e molecolari sistematiche, ha ostacolato una comprensione meccanicistica più profonda della progressione della malattia e dello sviluppo terapeutico.
Sebbene le linee cellulari tumorali immortalizzate in 2D abbiano dato un contributo significativo alla comprensione dell'oncogenesi, sono intrinsecamente limitate nel replicare la complessità biologica e le caratteristiche patologiche dei tumori nativi8. I modelli animali, sebbene forniscano un contesto in vivo, spesso predicono male le risposte umane a causa delle differenze specie-specifiche9. Al contrario, gli organoidi sono emersi come una piattaforma preclinica trasformativa che preserva fedelmente l'eterogeneità cellulare, l'architettura e la funzionalità dei tessuti umani 10,11,12,13. Come modelli preclinici, gli organoidi catturano meglio le caratteristiche dei tumori primari, consentendo un'indagine dettagliata degli eventi molecolari chiave e dei cambiamenti cellulari durante la progressione del tumore14. Ad esempio, Chen et al. hanno utilizzato organoidi esofagei derivati da pazienti provenienti da diversi stadi di ESCC per chiarire le interazioni epiteliale-fibroblasto, convalidando infine l'asse di segnalazione ANXA1-FPR2 come driver critico della patogenesi 6 dell'ESCC. Allo stesso modo, Ko et al. hanno impiegato organoidi esofagei geneticamente modificati per identificare i determinanti genetici chiave che guidano l'inizio dell'ESCC e l'evasione immunitaria, dimostrando come i modelli di organoidi possano ricapitolare efficacemente le caratteristiche della malattia e rivelare nuovi bersagli terapeutici15.
La presente metodologia risolve problemi significativi nella modellazione del cancro esofageo stabilendo un protocollo riproducibile per la generazione di organoidi ESCC multistadio che rispecchiano la progressione istologica dall'epitelio normale al carcinoma invasivo. Questo sistema integra condizioni di coltura ottimizzate utilizzando un terreno condizionato con L-WRN per mantenere la staminalità epiteliale, combinato con protocolli standardizzati per l'elaborazione istologica e l'analisi di immunofluorescenza multiplex (mIF), fornendo una piattaforma ideale per analizzare longitudinalmente i cambiamenti spaziali e molecolari durante la tumorigenesi. Rispetto a tecniche alternative come le colture 2D, questa piattaforma di organoidi preserva in modo unico l'architettura dei tessuti, consentendo la visualizzazione di marcatori molecolari organizzati spazialmente, tra cui la proteina del checkpoint immunitario PD-L1 (CD274), che media l'evasione immunitaria del tumore inibendo le risposte delle cellule T 16,17,18e il marcatore di proliferazione Ki-67. Il protocollo consente il passaggio di organoidi da tessuti esofagei e precancerosi normali, aiutando i ricercatori a costruire un modello continuo di organoidi dal tessuto normale al tumore19. Consentendo un'analisi dettagliata dei cambiamenti spaziali e molecolari durante la tumorigenesi, questo protocollo offre ai ricercatori un potente strumento per comprendere i meccanismi alla base dello sviluppo e della progressione del cancro, portando potenzialmente a migliori strategie terapeutiche.
Questa metodologia è particolarmente adatta per i ricercatori che studiano la carcinogenesi epiteliale, le interazioni con il microambiente tumorale o le risposte terapeutiche nell'ESCC e nelle neoplasie squamose correlate. Il suo design modulare consente l'adattamento per studiare altri marcatori molecolari o vie di segnalazione, a condizione che siano incorporate le fasi di convalida appropriate. Offrendo una piattaforma standardizzata ma flessibile, questo protocollo mira a far progredire la ricerca preclinica nella biologia dei tumori e ad accelerare la traduzione delle intuizioni meccanicistiche in terapie mirate.
Questo studio è stato approvato dall'Institutional Review Board del Cancer Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences (Approvazione n. 20/069-2265, 22/221-3423 e 23/305-4047). I campioni di tessuto esofageo sono stati ottenuti da pazienti sottoposti a intervento chirurgico o screening precoce per il carcinoma esofageo a cellule squamose (ESCC) presso il Cancer Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences tra il 2021 e il 2024, allo scopo di stabilire organoidi esofagei umani. Nessuno dei pazienti inclusi in questo studio aveva ricevuto chemioterapia o radioterapia prima della raccolta del campione. Il consenso informato è stato ottenuto da tutti i partecipanti e le informazioni cliniche pertinenti sono state recuperate dalle cartelle cliniche. Un elenco completo dei reagenti e delle attrezzature utilizzate in questo studio è fornito nella Tabella dei materiali.
1. Preparazione di organoidi epiteliali esofagei
2. Insediamento dell'organoide esofageo umano
3. Passaggio di organoidi
4. Congelamento e recupero degli organoidi
5. Analisi istologica di organoidi
Questo protocollo descrive il campionamento degli organoidi e l'analisi istologica in diverse fasi della tumorigenesi ESCC (Figura 1). Campionando la mucosa esofagea normale, la neoplasia intraepiteliale di basso grado (LGIN), la neoplasia intraepiteliale di alto grado (HGIN) e i tessuti tumorali di pazienti con ESCC, è possibile costruire organoidi che rappresentano diversi stadi di tumorigenesi. Inoltre, sono stati eseguiti l'inclusione e il sezionamento ...
La costituzione e l'analisi istologica degli organoidi rappresentano un progresso significativo nella modellazione della progressione tumorale. Il protocollo offre notevoli vantaggi rispetto ai metodi esistenti per lo studio della tumorigenesi20. A differenza dei tradizionali sistemi di coltura cellulare 2D, gli organoidi mantengono un'architettura tridimensionale complessa e un'eterogeneità cellulare che riflette meglio le condizioni in vivo. Rispetto a...
Gli autori dichiarano di non avere conflitti finanziari o di interesse concorrenti.
Gli autori ringraziano tutti i pazienti e i medici che partecipano alla ricerca presso il Cancer Hospital, l'Accademia cinese delle scienze mediche (CAMS) e il Peking Union Medical College (PUMC). Questo studio è finanziato dalla National Natural Science Foundation of China (da 82203156 a S.Z.), dal National Key Research and Development Program of China (2023YFC3503200 a S.Z.) e dal Fondo per l'innovazione dell'Accademia cinese delle scienze mediche per le scienze mediche (2023-I2M-QJ-002 a S.Z.). La Figura 1 viene creata con BioRender.com.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.22 μm filter | Merck | Cat#SLGPR33RB | |
24-well plate | Corning | Cat#3524 | |
4% Paraformaldehyde | Beyotime | Cat# P0099 | |
70 μm sterile strainer | 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 supplement | Gibco | Cat# 17504044 | |
CO2 incubator | Thermo | Cat#371GPCN | |
Collagenase IV | Gibco | Cat# 17104019 | |
Cryostor | STEMCELL | Cat# 07930 | |
DMEM | Corning | Cat# 10-013-CV | |
EGF | Gibco | Cat# PHG0313 | |
Fetal bovine serum | Cell Technologies | Cat# 30070 | |
G-418 | Sigma | Cat# A1720 | |
Gelatin | Solarbio | Cat# G8061 | |
GlutaMAX | Gibco | Cat# 35050061 | |
Growth factor-reduced Matrigel | Corning | Cat# 354230 | |
HE staining kit | Beijing Yili Fine Chemicals Co., Ltd | NA | |
HEPES | Gibco | Cat# 15630080 | |
Histological pen | Zsbio | Cat#ZLI-9305 | |
Hygromycin B | Sigma | Cat# 400050 | |
Immunohistochemical staining kit | ZSGB-BIO | PV-8000 | |
L-WRN | ATCC | CRL-3276; RRID:CVCL_DA06 | |
N-2 supplement | Gibco | Cat# 17502048 | |
Neutral gum | Zsbio | Cat#ZLI-9555 | |
Opal 5-Color Manual IHC Kit | PANOVUE | Cat# 10144100100 | |
PBS | MeilunBio | Cat#MA0015 | |
Rabbit Monoclone anti-PD-L1 | CST | Cat# 13684; RRID:AB_2687655 | |
Rabbit Polyclonal anti-Ki67 | Abcam | Cat# ab16667; RRID:AB_302459 | |
Rabbit Polyclonal anti-KRT6A | Proteintech | Cat# 10590-1-AP; RRID: AB_2134306 | |
Sheep serum | Zsbio | Cat#ZLI-9056 | |
TrypLE Express | Gibco | Cat# 12604021 | |
TrypLE-EDTA | Gibco | Cat#15400-054 | |
Whole slide image scanner | Hamamatsu | Cat#C13210 | |
Y-27632 | Selleck Chemicals | Cat# S1049 |
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