方法来创建三维人体肿瘤组织的测试系统进行了描述。这些技术是基于脱细胞生物血管支架(BioVaSc),原代人细胞和肿瘤细胞系,可在静态中的流动生物反应器中的动态条件下培养,以及。
癌症是人类死亡的主要原因之一。目前的治疗策略主要开发的二维培养系统,这充分体现在体内生理条件。生物3D矩阵提供的细胞中,细胞能够自我组织的环境,使组织的组织和细胞分化的研究。这样的支架可以被接种了不同的细胞类型,以研究直接三维细胞 – 细胞相互作用的混合物。要模仿癌症肿瘤的三维复杂,本集团已开发出一种三维体外肿瘤测试系统。
我们的3D组织的测试系统模型的恶性外周神经鞘瘤(MPNSTs),这是我们与我们的脱细胞猪空肠段取得的生物血管支架(BioVaSc)建立了在体内的情况。在我们的模型中,我们重新植入一个修改BioVaSc矩阵初级成纤维细胞,微血管内皮细胞(mvECs)和S462肿瘤细胞系。对于静态文化,BioVaSc的血管结构被删除,剩下的脚手架被切开一侧(小肠黏膜下层SIS-MUC)。由此产生的矩阵,然后两个金属环(细胞冠)之间固定。
另一种方法是培养的细胞接种SIS-MUC在流动生物反应器系统,它公开了细胞的剪切应力。这里,所述生物反应器被连接到在自建培养箱的蠕动泵。一种计算机通过调节参数例如血压,温度和流速的动脉氧气和营养供应。这种设置允许动态文化,无论是压力调节脉动或流量恒定。
在这项研究中,我们可以成功地同时建立一个静态的和动态的三维培养系统MPNSTs。建模癌症肿瘤中更自然的三维环境的能力将使发现,测试和验证未来医药在人类类似的模型。
新的药品必须考虑到他们的质量,安全和市场认可之前疗效进行验证。迄今为止,动物实验是药物测试和验证的标准方法。然而,由于物种特异性差异,动物实验往往不全面地评价在人1的化合物的效果。出于这个原因,它以产生可用于新的药物和物质的体外试验人体组织模型是重要的。
我们的一个小组的重点是建立在体外试验模型与我们的生物血管支架(BioVaSc)2,3。该BioVaSc可以用作静态或动态三维矩阵系统。对于静态的文化,脱细胞猪空肠段(小肠黏膜下层SIS-MUC)被放置在一个金属插入细胞重新植入。各种细胞,如肿瘤细胞和内皮细胞可以培养在支架上。
<p级=“jove_content”>对于动态文化,BioVaSc附加到应用流在整个脉管系统或穿过支架的表面的生物反应器系统。当前的生物反应器实现生物,机械或电刺激后的细胞4的分化或增殖,其作用。对于在组织工程领域的生物反应器,其基本概念是为了模拟在人体内的条件。其特征在于,将细胞提供了一种自然的环境,使它们可以彼此和它们周围的细胞外基质相互作用。用于生产的体外试验系统或移植,以模仿细胞的天然环境与适当的载体结构和生物反应器系统的能力是至关重要的5。因此,更复杂和技术要求的设备必须开发为了完成这些任务6。而且,可以使用我们的脚手架为滹一个血管模型的由于保留的管状结构,其包括供血动脉,静脉和连接毛细血管床ishment。所有猪细胞需要通过化学,机械和酶脱细胞被除去,并且该支架γ-灭菌的。还原的管状血管结构可以随后被重新接种使用的再循环灌注生物反应器7,它模仿生物力学和/或生物化学参数如pH,温度,压力,营养供应和废物清除6人微血管内皮细胞。的再内皮化管状结构的创建人血管等效的胶原支架3,7内。在下面的步骤中,前腔(黏膜)的表面可以与人原代细胞被接种到建立共培养3,7,8。
在这项研究中一个三维肿瘤测试系统设置为通过共培养原发性ST肿瘤细胞系romal细胞在SIS-MUC静态和动态条件下。
当比较的二维和三维培养系统在肿瘤研究,3D系统,尽管是更昂贵的方法,已被证明在模拟生物微环境的条件较好。它可以表明,某些肿瘤细胞的生长慢得多的三维培养比在普通2D培养12,这是根据在一个真正的肿瘤的情况。比斯尔和同事显示在他们的工作中致癌乳房细胞的行为反映了体内的情况,包括细胞形态和信令,更准确地,当一个基体中的三维培养提供了细胞-细胞外基质相互作用。此外,他们强调通过证明改变环境的相互作用导致了恶性细胞的复归到正常表型的细胞外环境中的三维的重要性。此外,最重要的是,这些结果也可以在体内动物模型10,11证实。
ontent“> 在体内动物实验和体外组织模型的直接比较显示出的优点和缺点,在这两个系统。 体外模型的一个优点是一个更好的实时或固定成像显微镜的权限。一个限制是它们模仿静态或短期的条件,而在体内系统往往进步,目前缺乏血管和小分子的正常的运输,宿主的免疫应答,和其它细胞-细胞相互作用的体外模型12的进一步的缺点,因此,三维体外系统在本研究中提出提供了一个有前途的除了动物实验,他们提供了一个更好的可比性,以人的机体,因此尽量减少实验误解。仿生体内模型系统将会因此变得更加相关研究癌症和转移扩散是如何依赖该规范tumorig微环境条件香根草11。我们的研究表明,由SIS-MUC提供的三维环境导致更瘤样组织形成的细胞,这是不常见的二维细胞培养物观察到(参见图3A)。此外,使用从肿瘤活检源性原代细胞是实现个性化医学,一门学科,旨在确定依赖于患者的个性化需求的最佳治疗非常重要的一步。结合主要针对具体患者的肿瘤细胞从活检材料中分离将允许在治疗策略体外测试。这样的测试系统将使得有可能在时间和节省成本的高通量筛选研究不同的药物和它们的组合。此外,肿瘤相关的基质细胞,如本研究中的整合是为个人化的方法很重要,因为肿瘤的微环境影响肿瘤进展和13可能被证明为suitab乐治疗靶点。
可替换地,以个人化的方式,我们的肿瘤模型可以被修改以作为广义的肿瘤的测试系统所确立的致瘤细胞系的结合。这是一种很有前途的适应基础研究的目的。对于这两种药物测试接近的血管结构的存在是必需的,以测试的治疗性物质的分布和吸收。在SIS-MUC矩阵使得基底播种原发性MVEC阻隔吸收的研究中,BioVaSc的保留血管结构的补种将进一步提高给药的研究。
为了创建组织模型中,三维生物可降解基质可作为框架对不同类型的细胞14的共培养。使用这样的三维基质通常是由不存在的功能性血管的限制。这个问题可以通过使用BioVaSc,它提供了保藏血管海峡的解决uctures,它可以被重新接种内皮细胞。此外,BioVaSc提供外成分,这确保了细胞的粘附和促进组织分化。它还使之生物人工肝三维组织7,8,15长时间的组织特定功能。的前提,功能性血管代用品的工程是人的生理和生物力学条件的模仿。因此,生物反应器系统,它可以在体外实现这些需求,对于创建生物肿瘤模型中极大的兴趣。
该BioVaSc的组合,所述生物反应器技术和共培养不同的细胞类型是一个非常有前途的方法来生成血管化的肿瘤组织,这将允许相关的癌症的进展,如血管生成和转移的机制的研究。我们通过提供同等看到这样的肿瘤模型作为一种很有前途的方法来补充动物研究人类肿瘤生理学。
The authors have nothing to disclose.
作者要感谢一月汉斯曼(弗劳恩霍夫IGB,斯图加特)对他的技术支持,以发展生物反应器和生物反应器的孵化器。
Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
Collagenase solution | SERVA | 17454 | (500 U/ml) |
Dispase solution | Gibco | 17105-041 | (2.0 U/ml) |
DMEM, high-glucose | PAA | G0001,3010 | |
DNase | ROCHE | 10104159001 | 200 mg solved in 500 ml PBS+ + 1% PenStrep |
DZ solution | Roth | 3484.2 | 34 g Sodium Desoxychelate, in 1 L Ultra-pure water |
FCS | LONZA | DE14-801F | |
IHC-Kit DCS SuperVision 2 HRP | DCS | PD000KIT | |
medical pressure transducer | MEMSCAP | SP844 | |
monoclonal mouse anti-human Von Willebrand Factor | DAKO Cytomation | M0616 | Clone F8/86 0.12 μg/ml |
mouse monoclonal anti-human p53 | DAKO Cytomation | IS616 | Clone DO-7 ready-to-use |
peristaltic pump | Ismatec | ||
sterile disposable dome | MEMSCAP | 844-28 | |
Trypsin / EDTA solution | PAA | L11-003 | 0,05% |
VascuLife (VEGF-Mv) | Lifeline | LL-0003 | |
Versene | Gibco | 15040-033 |