Patientkræftceller vokser pålideligt på nyt 3D-stillads, viser løfte om præcisionsmedicin

En ny 3D-struktur til voksende cellekulturer kan gøre det muligt for læger at teste medicin på modeltumorer, der er vokset fra en patients egne celler, ifølge resultater fra et team af ingeniører og kræftforskere ved University of Michigan.

I modsætning til tidligere enheder, den nye struktur er lavet af proteinfibre, som cellerne ved, hvordan de skal ændre.

"Vi kan potentielt bruge kulturerne til at lave ting som lægemiddeltest eller enkeltcelleanalyse, som kan hjælpe os med at identificere de bedste behandlinger for en patients kræft, "sagde Gary Luker, U-professor i radiologi.

På nuværende tidspunkt, nogle patienter har prøver af deres kræftceller dyrket i mus til test og analyse af lægemidler, men kræftcellerne vokser ikke altid, og processen tager måneder, Sagde Luker.

En avanceret petriskål, kendt som et 3D-stillads, kunne gøre det muligt for læger at få svar om effektiviteten af ​​lægemidler i dage eller uger. Men tidligere stilladser, forsøger at efterligne strukturen og sammensætningen af ​​det gelignende netværk, der binder en samling af celler til et væv, har også blandede plader.

"I stedet for at prøve at gætte på, hvad tumorcellernes mikromiljø burde være, vi har lavet et rum, hvor de kan oprette deres egen celleniche, som de gør i kroppen, "sagde Stacy Jordahl, en nylig kemiteknisk ph.d. uddannet fra UM og første forfatter på papiret i Avancerede materialer .

Teamet oprettede et netværk af fibronectin, et protein, der fastgør celler til bindegelen. Celler i væv strækker fibronektinet ud, bruger det lidt som to-til-fire i en husramme. Imidlertid, fibronectin har en tendens til at spole op, hvis det ikke holdes åbent. Mens forskere har brugt lag af balled-up fibronectin til at hjælpe celler med at fæstne til tidligere stilladser, proteinet har ikke været brugt til fulde.

Tidligere har det var omhyggeligt at strække fibronectin -tråde ud - trække i dem med pipetter, for eksempel-men den nye metode, der blev opdaget af U-M-teamet, producerer en belægning af udstrakt fibronectin uden det hårde arbejde.

Anført af Joerg Lahann, Wolfgang Pauli Collegiate Professor of Chemical Engineering og direktør for Biointerfaces Institute ved U-M, ingeniørerne byggede et gitter af mikroskalaer, hver en halv millimeter til en side. Derefter, de hældte gentagne gange en opløsning indeholdende fibronectin over denne overflade ved hjælp af et rør, der langsomt vendte ende over ende. Trækningen af ​​den bevægelige væske var nok til at trække fibronektinet ud i net af fibre, der flettede sig på tværs af hele strukturen.

"Med denne konstruerede måde at trække proteiner ind i et netværk af fibre, vi kan producere et mere naturligt miljø for voksende kræftcellekulturer, der sætter os i stand til at teste lægemidler eller forstå kræftbiologi, "Sagde Lahann.

Lahanns team overgav strukturerne til to kræftforskere, Luker og Max Wicha, Madeline og Sidney Forbes professor i onkologi. De brugte strukturerne til at dyrke celler, der var blevet fjernet fra brystkræftpatienter ved at dræne væskelommer, der kan ophobes i maven og brystet, efterhånden som sygdommen skrider frem.

Selvom kræftceller kun repræsenterer omkring 5% af cellerne i disse væsker, de dominerede cellepopulationen efter et par dage til en uge på fibronectin -netværket. Og kræftforskerne var imponerede.

"Der har været en masse teknologier og tilgange til at forsøge at dyrke kræftceller i kultur, der ikke har fungeret så godt. De fleste kræftceller dør ud, når de dyrkes under kunstige forhold, "Sagde Luker." I dette system, vi kunne temmelig konsekvent vokse kulturer ud i det mindste i korte perioder. "

Ud over, cellerne syntes at ændre sig, da de voksede på fibronectin -netværket, bliver mere som den slags celler, der menes at sprede kræft til andre dele af kroppen. Dette kan være en fordel ved test af kræftmedicin, da disse celler er mest afgørende for at dræbe.

Imidlertid, denne bias ville forhindre eksperimenter i at udforske kræftbiologi - f.eks. identificere de påvirkninger, der får celler til at blive mere aggressive eller godartede. I fremtiden, teamet kan undersøge, om ændringer i den måde, hvorpå fibronectin -netværket er struktureret, kan fjerne denne bias.

Undersøgelsen er offentliggjort i tidsskriftet Avancerede materialer .