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Method Article
* 이 저자들은 동등하게 기여했습니다
본 프로토콜은 종양 진행의 여러 단계를 나타내는 식도 오가노이드 모델의 확립 및 조직학적 분석을 설명합니다. 이 방법을 통해 연구자들은 정상 조직에서 암 조직으로 전환하는 동안 세포 형태, 공간 조직 및 분자 마커 발현 패턴의 변화를 연구할 수 있습니다.
오가노이드는 종양 형성과 암 치료에 대한 이해를 증진하기 위한 중추적인 도구로 부상했습니다. 다양한 종양 단계를 나타내는 인간 오가노이드 모델을 생성하고 조직학적 분석을 수행함으로써 종양이 진행됨에 따라 세포 형태, 공간 구조 및 주요 분자 마커의 발현의 변화에 대해 더 깊이 이해할 수 있습니다. 이 연구는 식도 편평 세포 오가노이드의 확립 및 배양을 위한 포괄적인 프로토콜을 제시합니다. 또한 이 프로토콜은 고정, 포매 및 염색과 같은 기술을 활용하여 오가노이드 내 중요 분자의 발현 패턴과 공간 조직을 평가하는 방법을 설명합니다. 이 프로토콜을 통해 식도 편평 상피 세포의 공간 구조와 종양 형성 중 다양한 종양 바이오마커의 발현에서 중요한 변화가 확인되었습니다. 이 프로토콜은 오가노이드의 구성 및 조직학적 분석을 용이하게 하여 연구자들이 종양 형성 및 치료 개입의 여러 단계에서 상피 세포의 공간 구조 및 분자 변화를 조사할 수 있도록 합니다.
종양 형성은 세포 1,2의 점진적인 분자 및 형태학적 변화를 특징으로 하는 복잡한 다단계 과정입니다. 예후가 좋지 않은 유병률 종양인 식도 편평 세포 암종(Esophageal squamous cell carcinoma, ESCC) 3,4은 정상 점막, 저등급 상피내 종양(low-grade epiithelial neoplasia, LGIN), 고등급 상피내 종양(high-grade epiithelial neoplasia, HGIN), 침습성 암종(invasive carcinoma)5의 4단계를 통해 단계적으로 진행된다. 이러한 단계를 거치면서 상피 세포는 분자 발현 패턴과 공간 조직에 역동적인 변화를 보이며, 정상 상태에서 악성 상태로 진행됨에 따라 조직 형태학의 체계적인 변화를 동반합니다 6,7. 배아줄기세포(ESCC) 발병기전에 대한 이해가 진전되었음에도 불구하고, 체계적인 조직학 및 분자 분석을 가능하게 하면서 종양 진화의 공간적, 시간적 측면을 충실하게 요약하는 실험 모델의 부족으로 인해 질병 진행과 치료 개발에 대한 심층적인 기계론적 이해가 저해되고 있습니다.
2D 불멸화 암 세포주는 종양발생에 대한 이해에 상당한 기여를 했지만, 본래 종양의 생물학적 복잡성과 병리학적 특징을 복제하는 데는 본질적으로 제한적입니다8. 동물 모델은 생체 내 맥락을 제공하기는 하지만, 종별 차이로 인해 인간의 반응을 제대로 예측하지 못하는 경우가 많다9. 이와는 대조적으로, 오가노이드는 인간 조직의 세포 이질성, 구조 및 기능을 충실히 보존하는 혁신적인 전임상 플랫폼으로 부상했습니다 10,11,12,13. 전임상 모델로서 오가노이드는 원발성 종양의 특성을 더 잘 포착하여 종양 진행 중 주요 분자 사건 및 세포 변화를 자세히 조사할 수 있습니다14. 예를 들어, Chen 등은 상피-섬유아세포 상호작용을 규명하기 위해 ESCC의 여러 단계에서 환자 유래 식도 오가노이드를 활용했으며, 궁극적으로 ANXA1-FPR2 신호축이 ESCC 발병의 중요한 동인임을 입증했습니다6. 이와 유사하게, Ko 등은 유전자 조작 식도 오가노이드를 사용하여 ESCC 발병 및 면역 회피를 유발하는 주요 유전적 결정 요인을 규명했으며, 이를 통해 오가노이드 모델이 어떻게 질병의 특징을 효과적으로 요약하고 새로운 치료 표적을 밝힐 수 있는지를 입증했다15.
본 방법론은 정상 상피에서 침습성 암종으로의 조직학적 진행을 반영하는 다단계 ESCC 오가노이드를 생성하기 위한 재현 가능한 프로토콜을 수립하여 식도암 모델링의 중요한 문제를 해결합니다. 이 시스템은 조직학적 처리 및 다중 면역형광(mIF) 분석을 위한 표준화된 프로토콜과 결합된 L-WRN 컨디셔닝 배지를 사용하여 최적화된 배양 조건을 통합하여 종양 형성 중 공간 및 분자 변화를 종적으로 분석할 수 있는 이상적인 플랫폼을 제공합니다. 2D 배양과 같은 대체 기술과 비교했을 때, 이 오가노이드 플랫폼은 조직 구조를 고유하게 보존하여 T 세포 반응을 억제하여 종양 면역 회피를 매개하는 면역 관문 단백질 PD-L1(CD274)을 포함하여 공간적으로 조직된 분자 마커를 시각화할 수 있습니다 16,17,18, 그리고 확산 마커 Ki-67. 이 프로토콜은 정상 식도 및 전암성 조직에서 오가노이드가 통과할 수 있도록 하여 연구자들이 정상 조직에서 종양까지 연속 오가노이드 모델을 구축하는 데 도움이 됩니다19. 종양 형성 중 공간 및 분자 변화에 대한 자세한 분석을 가능하게 함으로써 이 프로토콜은 연구자들에게 암 발생 및 진행의 기저에 있는 메커니즘을 이해할 수 있는 강력한 도구를 제공하여 잠재적으로 개선된 치료 전략으로 이어질 수 있습니다.
이 방법론은 상피 암발생, 종양 미세환경 상호 작용 또는 배아줄기세포 및 관련 편평 악성 종양의 치료 반응을 조사하는 연구자에게 특히 적합합니다. 모듈식 설계로 인해 적절한 검증 단계가 통합된 경우 다른 분자 마커 또는 신호 전달 경로를 연구할 수 있습니다. 표준화되었지만 유연한 플랫폼을 제공함으로써 이 프로토콜은 종양 생물학의 전임상 연구를 발전시키고 기계론적 통찰력을 표적 치료로 전환하는 것을 가속화하는 것을 목표로 합니다.
이 연구는 중국의학원(Chinese Academy of Medical Sciences) 암병원 기관심사위원회(Institutional Review Board of the Cancer Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences)의 승인을 받았다(승인 번호 20/069–2265, 22/221-3423 및 23/305-4047). 식도 조직 샘플은 인간 식도 오가노이드를 확립하기 위해 2021년에서 2024년 사이에 중국의학원 암병원에서 식도 편평 세포 암종(ESCC)에 대한 수술 또는 조기 검사를 받는 환자로부터 얻었습니다. 이 연구에 포함된 환자 중 샘플 채취 전에 화학 요법이나 방사선 요법을 받은 환자는 없었습니다. 모든 참가자로부터 사전 동의를 얻었고, 의료 기록에서 관련 임상 정보를 검색했습니다. 이 연구에 사용된 시약 및 장비의 전체 목록은 재료 표에 나와 있습니다.
1. 식도 상피 오가노이드의 준비
2. 인간 식도 오가노이드(human esophageal organoid)의 확립
3. 오가노이드의 패시징
4. 오가노이드 동결 및 회수
5. 오가노이드의 조직학적 분석
이 프로토콜은 ESCC 종양 형성의 여러 단계에서 오가노이드 샘플링 및 조직학적 분석을 설명합니다(그림 1). ESCC 환자의 정상 식도 점막, 저등급 상피내 종양(LGIN), 고급 상피내 종양(HGIN) 및 종양 조직을 샘플링하여 종양 형성의 여러 단계를 나타내는 오가노이드를 구성할 수 있습니다. 또한, 이러한 오가노이드의 파라핀 포매 및 절단을 수행한 후 면역...
오가노이드의 확립 및 조직학적 분석은 종양 진행 모델링에 있어 상당한 진전을 나타냅니다. 이 프로토콜은 종양 형성을 연구하는 기존 방법에 비해 주목할 만한 이점을 제공합니다20. 기존의 2D 세포 배양 시스템과 달리 오가노이드는 생체 내 조건을 더 잘 반영하는 복잡한 3차원 구조와 세포 이질성을 유지합니다. 동물 모델과 비교했을 때, 인간 ...
저자는 경쟁하는 재정적 또는 이해 상충이 없음을 선언합니다.
저자는 암 병원, 중국 의학 아카데미 (CAMS) 및 베이징 연합 의과 대학 (PUMC)에서 연구에 참여한 모든 환자와 의사에게 감사를 표합니다. 이 연구는 중국 국가자연과학재단(82203156에서 S.Z.), 중국 국가 핵심 연구 개발 프로그램(2023YFC3503200에서 S.Z.), 중국의학원 의학혁신기금(2023-I2M-QJ-002에서 S.Z.)의 지원을 받습니다. 그림 1 은 BioRender.com 사용하여 만든 것입니다.
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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