Heterogeneidade tumoral controlada em um co

Dec 27, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13648 (2023) Citar este artigo

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A resistência ao tratamento do câncer é causada pela presença de vários tipos de células e pela heterogeneidade dentro do tumor. As interações célula-célula tumoral e célula-microambiente desempenham um papel significativo na progressão e invasão tumoral, que têm implicações importantes para o diagnóstico e resistência à quimioterapia. Neste estudo, desenvolvemos modelos in vitro bioimpressos em 3D do microambiente tumoral de câncer de mama feitos de células co-cultivadas distribuídas em uma matriz de hidrogel com arquitetura controlada para modelar a heterogeneidade tumoral. Nossa hipótese é que o tumor poderia ser representado por uma construção de hidrogel de co-cultura carregada de células cancerígenas, enquanto seu microambiente pode ser modelado em um chip microfluídico capaz de produzir um gradiente químico. Células de câncer de mama (MCF7 e MDA-MB-231) e células epiteliais mamárias não tumorigênicas (MCF10A) foram incorporadas nos hidrogéis de alginato-gelatina e impressas usando uma bioimpressora de extrusão de múltiplos cartuchos. Nossa abordagem permite um controle preciso sobre a posição e a disposição das células em um sistema de cocultura, permitindo o projeto de várias arquiteturas tumorais. Criamos amostras com dois tipos diferentes de células em locais iniciais específicos, onde a densidade de cada tipo de célula foi cuidadosamente controlada. As células foram misturadas aleatoriamente ou posicionadas em camadas sequenciais para criar heterogeneidade celular. Para estudar a migração celular em direção ao quimioatraente, desenvolvemos um microambiente químico em uma câmara com gradiente químico gradual. Como prova de conceito, estudamos diferentes padrões de migração de células MDA-MB-231 em direção ao gradiente do fator de crescimento epitelial na presença de células MCF10A em diferentes proporções usando este dispositivo. Nossa abordagem envolve a integração de bioimpressão 3D e dispositivos microfluídicos para criar diversas arquiteturas tumorais que são representativas daquelas encontradas em vários pacientes. Isto fornece uma excelente ferramenta para estudar o comportamento das células cancerígenas com alta resolução espacial e temporal.

O câncer de mama é o câncer mais comum em mulheres e o segundo câncer mais comum em geral1. Houve mais de dois milhões de novos casos em 2018 e mais de 30% dessas mulheres morreram1. A agressividade do câncer de mama pode ser devida à conhecida heterogeneidade dos tumores mamários2. A heterogeneidade tumoral tem sido observada entre os pacientes (heterogeneidade intertumoral) e em cada tumor individual (heterogeneidade intratumoral), o que leva à agressividade do câncer de mama e a desafios no tratamento3. Como o tumor pode consistir em populações de células cancerígenas fenotipicamente diferentes com propriedades diferentes, a amostra do tumor obtida por biópsia não representa a composição exata do tumor. No caso de heterogeneidade intratumoral, o tumor consiste em diferentes populações celulares fenotípicas, que podem ser identificadas por diferentes fenótipos celulares, densidade celular ou sua localização no tumor .

Os modelos convencionais carecem de heterogeneidade celular espacial do câncer de mama e geralmente dependem de estímulos ou estresses externos que os tornam desafiadores na formação e estudo de tumores fisiológicos6. Os modelos de cultura bidimensionais (2D) também não podem imitar a heterogeneidade e o microambiente do tumor, enquanto o crescimento do tumor in vivo ocorre em um ambiente tridimensional (3D) no qual as células cancerígenas estão em contato constante e íntimo com a matriz extracelular (ECM). e outras células. O desenvolvimento de modelos 3D de câncer proporciona benefícios econômicos e éticos para a previsão da resposta tumoral ao tratamento, reproduzindo aspectos importantes dos tumores, como a presença de gradientes de oxigênio e nutrientes, interações célula-célula, penetração de drogas e subpopulações de células quiescentes8. Além disso, os modelos 3D in vitro estão preenchendo a lacuna entre os estudos 2D e in vivo, reduzindo assim o número de animais sacrificados em estudos pré-clínicos9. Ao adicionar um sistema microfluídico a uma cultura 3D no chamado sistema tumor-on-chip, a recapitulação do TME torna-se ainda mais precisa, fornecendo informações valiosas sobre a biologia do câncer10,11.