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Method Article
* Estes autores contribuíram igualmente
O presente protocolo descreve o estabelecimento e a análise histológica de modelos organoides esofágicos que representam diferentes estágios da progressão tumoral. Este método permite que os pesquisadores estudem mudanças na morfologia celular, organização espacial e padrões de expressão de marcadores moleculares durante a transição de tecidos normais para cancerígenos.
Os organoides surgiram como uma ferramenta fundamental para avançar na compreensão da tumorigênese e da terapia do câncer. Ao gerar modelos organoides humanos representando diferentes estágios do tumor e realizar análises histológicas, é possível obter uma compreensão mais profunda das alterações na morfologia celular, arquitetura espacial e expressão de marcadores moleculares importantes à medida que o tumor progride. Este estudo apresenta um protocolo abrangente para o estabelecimento e cultura de organoides de células escamosas esofágicas. Além disso, o protocolo descreve métodos para avaliar os padrões de expressão e organização espacial de moléculas críticas dentro dos organoides, utilizando técnicas como fixação, incorporação e coloração. Por meio desse protocolo, foram identificadas alterações significativas na estrutura espacial das células epiteliais escamosas do esôfago e na expressão de vários biomarcadores tumorais durante a tumorigênese. O protocolo facilita a construção e análise histológica de organoides, permitindo aos pesquisadores investigar a arquitetura espacial e as alterações moleculares das células epiteliais em diferentes estágios de tumorigênese e intervenção terapêutica.
A tumorigênese é um processo complexo, de múltiplos estágios, caracterizado por alterações moleculares e morfológicas progressivas nas células 1,2. O carcinoma espinocelular de esôfago (CEC), uma neoplasia maligna prevalente com mau prognóstico 3,4, exemplifica essa progressão gradual através de quatro estágios distintos: mucosa normal, neoplasia intraepitelial de baixo grau (LGIN), neoplasia intraepitelial de alto grau (HGIN) e carcinoma invasivo5. Ao longo desses estágios, as células epiteliais exibem mudanças dinâmicas nos padrões de expressão molecular e na organização espacial, acompanhadas por alterações sistemáticas na morfologia do tecido à medida que avança de um estado normal para um maligno 6,7. Apesar dos avanços na compreensão da patogênese do CEC, a falta de modelos experimentais que recapitulem fielmente os aspectos espaciais e temporais da evolução do tumor - ao mesmo tempo em que permitem análises histológicas e moleculares sistemáticas - tem dificultado uma compreensão mecanicista mais profunda da progressão da doença e do desenvolvimento terapêutico.
Embora as linhagens de células cancerígenas imortalizadas 2D tenham feito contribuições significativas para a compreensão da oncogênese, elas são inerentemente limitadas na replicação da complexidade biológica e das características patológicas dos tumores nativos8. Os modelos animais, embora forneçam contexto in vivo, muitas vezes preveem mal as respostas humanas devido a diferenças específicas da espécie9. Em contraste, os organoides surgiram como uma plataforma pré-clínica transformadora que preserva fielmente a heterogeneidade celular, a arquitetura e a funcionalidade dos tecidos humanos 10,11,12,13. Como modelos pré-clínicos, os organoides capturam melhor as características dos tumores primários, permitindo a investigação detalhada dos principais eventos moleculares e alterações celulares durante a progressão do tumor14. Por exemplo, Chen et al. utilizaram organoides esofágicos derivados de pacientes de diferentes estágios de ESCC para elucidar as interações epitelial-fibroblastos, validando o eixo de sinalização ANXA1-FPR2 como um fator crítico da patogênese do ESCC6. Da mesma forma, Ko et al. empregaram organoides esofágicos geneticamente modificados para identificar os principais determinantes genéticos que impulsionam a iniciação do CEC e a evasão imunológica, demonstrando como os modelos organoides podem efetivamente recapitular as características da doença e revelar novos alvos terapêuticos15.
A presente metodologia resolve questões significativas na modelagem do câncer de esôfago, estabelecendo um protocolo reprodutível para gerar organoides ESCC de múltiplos estágios que espelham a progressão histológica do epitélio normal para o carcinoma invasivo. Este sistema integra condições de cultura otimizadas usando um meio condicionado por L-WRN para manter a estaminalidade epitelial, combinado com protocolos padronizados para processamento histológico e análise de imunofluorescência multiplex (mIF), fornecendo uma plataforma ideal para analisar longitudinalmente as mudanças espaciais e moleculares durante a tumorigênese. Em comparação com técnicas alternativas, como culturas 2D, essa plataforma organoide preserva exclusivamente a arquitetura do tecido, permitindo a visualização de marcadores moleculares espacialmente organizados, incluindo a proteína de checkpoint imunológico PD-L1 (CD274), que medeia a evasão imune do tumor inibindo as respostas das células T16 , 17 , 18, e o marcador de proliferação Ki-67. O protocolo permite a passagem de organoides de tecidos esofágicos normais e pré-cancerosos, ajudando os pesquisadores a construir um modelo organoide contínuo do tecido normal para o tumor19. Ao permitir uma análise detalhada das mudanças espaciais e moleculares durante a tumorigênese, este protocolo oferece aos pesquisadores uma ferramenta poderosa para entender os mecanismos subjacentes ao desenvolvimento e progressão do câncer, potencialmente levando a melhores estratégias terapêuticas.
Essa metodologia é particularmente adequada para pesquisadores que investigam carcinogênese epitelial, interações com microambientes tumorais ou respostas terapêuticas em CEC e neoplasias escamosas relacionadas. Seu design modular permite a adaptação para estudar outros marcadores moleculares ou vias de sinalização, desde que sejam incorporadas etapas de validação apropriadas. Ao oferecer uma plataforma padronizada e flexível, este protocolo visa avançar a pesquisa pré-clínica em biologia tumoral e acelerar a tradução de insights mecanicistas em terapias direcionadas.
Este estudo foi aprovado pelo Conselho de Revisão Institucional do Hospital do Câncer da Academia Chinesa de Ciências Médicas (Aprovação nº 20/069–2265, 22/221-3423 e 23/305-4047). Amostras de tecido esofágico foram obtidas de pacientes submetidos a cirurgia ou triagem precoce para carcinoma de células escamosas de esôfago (ESCC) no Hospital do Câncer, Academia Chinesa de Ciências Médicas entre 2021 e 2024, com o objetivo de estabelecer organoides esofágicos humanos. Nenhum dos pacientes incluídos neste estudo havia recebido quimioterapia ou radioterapia antes da coleta da amostra. O consentimento informado foi obtido de todos os participantes e informações clínicas relevantes foram recuperadas dos prontuários médicos. Uma lista completa de reagentes e equipamentos usados neste estudo é fornecida na Tabela de Materiais.
1. Preparação de organoides epiteliais esofágicos
2. Estabelecimento do organoide esofágico humano
3. Passagem de organoides
4. Congelamento e recuperação de organoides
5. Análise histológica do organoide
Este protocolo descreve a amostragem de organoides e a análise histológica em diferentes estágios da tumorigênese do CEC (Figura 1). Ao coletar amostras de mucosa esofágica normal, neoplasia intraepitelial de baixo grau (LGIN), neoplasia intraepitelial de alto grau (HGIN) e tecidos tumorais de pacientes com ESCC, organoides representando diferentes estágios de tumorigênese podem ser construídos. Além disso, foi realizada a inclusão e seccionamento ...
O estabelecimento e a análise histológica dos organoides representam um avanço significativo na modelagem da progressão tumoral. O protocolo oferece vantagens notáveis sobre os métodos existentes para estudar a tumorigênese20. Ao contrário dos sistemas tradicionais de cultura de células 2D, os organoides mantêm uma arquitetura tridimensional complexa e heterogeneidade celular que refletem melhor as condições in vivo. Em comparação com os mod...
Os autores declaram que não têm conflitos financeiros ou de interesse concorrentes.
Os autores agradecem a todos os pacientes e médicos que participaram da pesquisa no Hospital do Câncer, na Academia Chinesa de Ciências Médicas (CAMS) e no Peking Union Medical College (PUMC). Este estudo é financiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (82203156 a S.Z.), pelo Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento da China (2023YFC3503200 a S.Z.) e pelo Fundo de Inovação da Academia Chinesa de Ciências Médicas para Ciências Médicas (2023-I2M-QJ-002 a S.Z.). A Figura 1 é criada com 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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