ヒト肝細胞癌患者由来オルガノイドモデルの開発と最適化による標的同定と創薬
Summary
肝細胞がん(HCC)オルガノイド形成に関する既存のプロトコルを包括的に概観し、改良し、オルガノイド培養のすべての段階を網羅しています。このシステムは、潜在的な治療標的の特定と医薬品候補の有効性の評価のための貴重なモデルとして機能します。
Abstract
肝細胞がん(HCC)は、世界中で非常に有病率が高く致死的な腫瘍であり、その発見が遅く、有効な特異的治療薬が不足しているため、その病因と治療に関するさらなる研究が必要です。オルガノイドは、天然の腫瘍組織によく似ており、 in vitroで培養できる新しいモデルであり、肝臓がんのオルガノイドモデルの開発に関する多くの報告があり、近年大きな関心を集めています。本研究では、手順の最適化に成功し、より大型のHCCオルガノイドを安定な継代・培養条件で形成できる培養プロトコルを確立しました。本稿では、HCC組織の解離、オルガノイドのプレーティング、培養、継代、凍結保存、蘇生の全プロセスをカバーする手順の各ステップを包括的に概説し、詳細な予防策を示しました。これらのオルガノイドは、元のHCC組織と遺伝的類似性を示し、腫瘍の潜在的な治療標的の同定やその後の創薬など、さまざまな用途に利用できます。
Introduction
肝細胞がん(HCC)は、蔓延し、広範囲に多様な腫瘍であり1、医学界で大きな注目を集めています。HCCにおける系統の可塑性と実質的な不均一性の存在は、さまざまな患者に由来する腫瘍細胞、さらには同じ患者内の異なる病変でさえ、異なる分子および表現型形質を示す可能性があることを示唆しており、それによって革新的な治療アプローチの進歩に手ごわい障害を提示します2,3,4,5 .したがって、より効果的な治療戦略の策定に情報を提供するために、HCCの薬剤耐性の生物学的特性とメカニズムの理解を深めることが不可欠です。
ここ数十年、研究者はHCC 3,4を研究する目的でin vitroモデルの開発に力を注いできました。いくつかの進歩にもかかわらず、限界は残っています。これらのモデルには、細胞株、初代細胞、患者由来異種移植片(PDX)の利用など、さまざまな技術が含まれています。細胞株は、肝細胞がん患者から得られた腫瘍細胞の長期培養のためのin vitroモデルとして機能し、利便性と容易な増殖の利点を提供します。初代細胞モデルでは、患者の腫瘍組織から原発腫瘍細胞を直接単離して培養することで、患者自身の生物学的特徴によく似た生物学的特徴を表現します。PDXモデルは、腫瘍の成長と反応をより忠実にシミュレートすることを目的として、患者の腫瘍組織をマウスに移植することを伴います。これらのモデルはHCC研究に役立っていますが、細胞株の不均一性やin vivo条件を完全に再現できないなど、一定の制限があります。また、in vitroでの培養が長引くと、細胞本来の特性や機能が劣化する可能性があり、肝細胞がんの生物学的性質を正確に表現することが困難となります。さらに、PDXモデルの利用には時間とコストがかかります3。
これらの限界に対処し、HCCの生理学的特性をより正確に再現するために、オルガノイド技術の利用は、以前の制約を超えることができる有望な研究プラットフォームとして導入されています。オルガノイドは、試験管内で培養された3次元の細胞モデルであり、実際の臓器の構造と機能を再現する能力を持っています。しかし、肝細胞がんの文脈では、オルガノイドモデルの確立にはいくつかの課題があります。これらの課題には、HCCオルガノイド構築手順の詳細な説明が不十分であること、HCCオルガノイド構築プロセス全体に対する包括的なプロトコルの欠如、培養オルガノイドのサイズが一般的に小さいことなどが含まれます6,7,8。培養オルガノイドの寸法が一般的に限られていることを考慮し、HCCオルガノイド構築全体を網羅する包括的なプロトコルの開発を通じて、これらの課題に取り組むよう努めました6。このプロトコルはティッシュの解離、オルガノイドのめっき、文化、継代、cryopreservationおよび蘇生を取囲む。手順の最適化と培地の組成の精緻化により、持続的な増殖と長期継代が可能なHCCオルガノイドモデルの確立に成功しました6,8。以降のセクションでは、HCCオルガノイドの構築に関与する操作上の複雑さと関連因子の包括的な説明が提示されます。
Protocol
Representative Results
Discussion
患者由来のオルガノイドモデルの注目すべき利点の1つは、組織構造とゲノムランドスケープを含む腫瘍の生物学的特性を忠実に再現する能力にあります。これらのモデルは、驚くべきレベルの精度を示し、長期間の培養でも腫瘍の不均一性と進行を効果的に反映しています6,8,9。この精製されたオルガノイド培養プロトコ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
本研究は、中国国家自然科学基金会(82122048; 82003773; 82203380)および広東省基礎応用基礎研究基金会(2023A1515011416)の支援を受けて行われました。
Materials
| [Leu15]-gastrin I human | Merck | G9145 | |
| 1.5 mL Microtubes | Merck | AXYMCT150LC | |
| A8301 (TGFβ inhibitor) | Tocris Bioscience | 2939 | |
| B27 Supplement (503), minus vitamin A | Thermo Fisher Scientific | 12587010 | |
| B-27 Supplement (503), serum-free | Thermo Fisher Scientific | 17504044 | |
| BMP7 | Peprotech | 120-03P | |
| Cell strainer size 100 μm | Merck | CLS352360 | |
| CHIR99021 | Merck | SML1046 | |
| Collagenase D | Merck | 11088858001 | |
| Corning Costar Ultra-Low | Merck | CLS3473 | |
| Costar 24-well Clear Flat Bottom Ultra-Low Attachment Multiple Well Plates, Individually Wrapped, Sterile | Corning | 3473 | |
| Costar 6-well Clear Flat Bottom Ultra-Low Attachment Multiple Well Plates, Individually Wrapped, Sterile | Corning | 3471 | |
| Cultrex Organoid Harvesting Solution | R&D SYSTEMS | 3700-100-01 | Organoid harvesting solution |
| Cultrex Reduced Growth Factor BME, Type 2 PathClear (BME) | Merck | 3533-005-02 | |
| DAPT | Merck | D5942 | |
| Dexamethasone | Merck | D4902 | |
| DMSO | Merck | C6164 | |
| DNaseI | Merck | DN25 | |
| Dulbecco's Modified Eagle Medium/Ham's F-12 | Thermo Fisher Scientific | 12634028 | Advanced DMEM/F-12 |
| Earle’s balanced salt solution (EBSS) | Thermo Fisher Scientific | 24010043 | |
| Forceps | N/A | N/A | |
| Forskolin | Tocris Bioscience | 1099 | |
| GlutaMAX supplement | Thermo Fisher Scientific | 35050061 | |
| HEPES, 1 M | Thermo Fisher Scientific | 15630080 | |
| Leica DM6 B Fluorescence Motorized Microscope | Leica | N/A | |
| N2 supplement (1003) | Thermo Fisher Scientific | 17502048 | |
| N-acetylcysteine | Merck | A0737-5MG | |
| Nicotinamide | Merck | N0636 | |
| Nunc 15 mL Conical Sterile Polypropylene Centrifuge Tubes | Thermo Fisher Scientific | 339651 | |
| Nunc 50 mL Conical Sterile Polypropylene Centrifuge Tubes | Thermo Fisher Scientific | 339653 | |
| Penicillin/streptomycin (10,000 U/mL) | Thermo Fisher Scientific | 15140122 | |
| Recombinant human EGF | Peprotech | AF-100-15 | |
| Recombinant human FGF10 | Peprotech | 100-26 | |
| Recombinant human FGF19 | Peprotech | 100-32 | |
| Recombinant human HGF | Peprotech | 100-39 | |
| Recombinant human Noggin | Peprotech | 120-10C | |
| Rho kinase inhibitor Y-27632 dihydrochloride | Merck | Y0503 | |
| R-spodin1-conditioned medium | (Broutier et al.) | N/A | Secretion of cell lines |
| Surgical scissors | N/A | N/A | |
| Surgical specimen of tumor removed from HCC patients | Affiliated Cancer Hospital and Institute of Guangzhou Medical University | N/A | |
| TNFα | Peprotech | 315-01A | |
| TrypLE Express Enzyme (1x), no phenol red | Thermo Fisher Scientific | 12604013 | Trypsin substitute |
| Wnt-3a-conditioned medium | (Broutier et al.) | N/A | Secretion of cell lines |
References
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