Контролируемая гетерогенность опухоли в сотрудничестве

Dec 27, 2023

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 13648 (2023) Цитировать эту статью

262 доступа

15 Альтметрика

Подробности о метриках

Резистентность рака к лечению вызвана наличием различных типов клеток и гетерогенностью внутри опухоли. Взаимодействия опухолевых клеток и клеток и микроокружения играют значительную роль в прогрессировании и инвазии опухоли, что имеет важное значение для диагностики и устойчивости к химиотерапии. В этом исследовании мы разрабатываем 3D-биопечатные in vitro модели микроокружения опухоли рака молочной железы, изготовленные из совместно культивируемых клеток, распределенных в гидрогелевой матрице с контролируемой архитектурой для моделирования гетерогенности опухоли. Мы предполагаем, что опухоль может быть представлена ​​гидрогелевой конструкцией совместной культуры, наполненной раковыми клетками, тогда как ее микроокружение может быть смоделировано в микрофлюидном чипе, способном создавать химический градиент. Клетки рака молочной железы (MCF7 и MDA-MB-231) и неопухолевые эпителиальные клетки молочной железы (MCF10A) были встроены в альгинатно-желатиновые гидрогели и напечатаны с использованием экструзионного биопринтера с несколькими картриджами. Наш подход позволяет точно контролировать положение и расположение клеток в системе совместного культивирования, что позволяет создавать различные архитектуры опухолей. Мы создали образцы с двумя разными типами клеток в определенных исходных местах, где плотность каждого типа клеток тщательно контролировалась. Клетки либо смешивали случайным образом, либо располагали последовательными слоями для создания клеточной гетерогенности. Для изучения миграции клеток к хемоаттрактанту мы разработали химическую микросреду в камере с постепенным химическим градиентом. В качестве доказательства концепции мы изучили различные модели миграции клеток MDA-MB-231 в сторону градиента эпителиального фактора роста в присутствии клеток MCF10A в разных соотношениях с использованием этого устройства. Наш подход предполагает интеграцию 3D-биопечати и микрофлюидных устройств для создания разнообразных опухолевых архитектур, репрезентативных для тех, которые встречаются у различных пациентов. Это обеспечивает отличный инструмент для изучения поведения раковых клеток с высоким пространственным и временным разрешением.

Рак молочной железы является наиболее распространенным раком у женщин и вторым по распространенности раком в целом1. В 2018 году было зарегистрировано более двух миллионов новых случаев, и более 30% этих женщин умерли1. Агрессивность рака молочной железы может быть обусловлена ​​известной гетерогенностью опухолей молочной железы2. Гетерогенность опухолей наблюдалась среди пациентов (межопухолевая гетерогенность) и в каждой отдельной опухоли (внутриопухолевая гетерогенность), что приводит к агрессивности рака молочной железы и проблемам в лечении3. Поскольку опухоль может состоять из фенотипически различных популяций раковых клеток с разными свойствами, образец опухоли, полученный с помощью биопсии, не отражает точный состав опухоли. В случае внутриопухолевой гетерогенности опухоль состоит из разных фенотипических популяций клеток, которые можно идентифицировать по разным клеточным фенотипам, плотности клеток или их локализации в опухоли4,5.

Традиционным моделям не хватает пространственной клеточной гетерогенности рака молочной железы, и они обычно зависят от внешних раздражителей или стрессов, что затрудняет формирование и изучение физиологических опухолей6. Двумерные (2D) модели культуры также не могут имитировать гетерогенность опухоли и микроокружение7, в то время как рост опухоли in vivo происходит в трехмерной (3D) среде, в которой раковые клетки находятся в постоянном и тесном контакте с внеклеточным матриксом (ECM). и другие клетки. Разработка 3D-моделей рака обеспечивает экономические и этические преимущества для прогнозирования реакции опухоли на лечение путем воспроизведения важных аспектов опухолей, таких как наличие градиентов кислорода и питательных веществ, межклеточные взаимодействия, проникновение лекарств и субпопуляции покоящихся клеток8. Кроме того, 3D-модели in vitro устраняют разрыв между 2D-исследованиями и исследованиями in vivo, тем самым уменьшая количество животных, умерщвляемых в доклинических исследованиях9. При добавлении микрофлюидной системы к 3D-культуре в так называемой системе «опухоль на чипе» повторение TME становится еще более точным, что дает ценную информацию о биологии рака10,11.