Problema urgentă a timpului nostru este toxicitatea ridicată și eficiența scăzută a medicamentelor chimioterapice utilizate în tratamentul cancerului. Orice umflare a individului individual al pacientului datorită unor celule speciale microheterogenitate, un set specific de markeri genetice moleculare proprii spectru de substanțe biologice produse și receptori de compoziție. În acest sens, cea mai bună metodă pentru a rezolva problema de a alege un medicament chimioterapeutic pentru un anumit pacient ar fi selecția de medicamente inhibă selectiv culturi invitro de creștere tumorală, preparate pe baza celulelor sale tumorale. Această abordare devine posibilă datorită utilizării tehnologiilor celulare moderne pentru cultivarea culturilor de țesut malign în afara corpului. La fel ca și examenul bacteriologic este standardul de aur pentru diagnosticul bolilor infecțioase, sensibilitatea de studiu in vitro la terapia medicamentoasă a celulelor tumorale prelevate din organism, deja poate deveni în curând unul dintre standardele de examinare a pacienților cu cancer.
Cel mai eficient și cât mai aproape în proprietăți și organizare a sistemului tumoral natural utilizat în prezent în screeningul potențiale medicamente antitumorale [1] poate fi sistemul 3D-cultură, reprezentat conglomerate sferice. Mai întâi în creștere de culturi de celule astfel documentate remarcat în 1944 g. Johannes Holtfreterom [2], a lucrat cu agregate sferice de celule embrionare, care mimează tisulare tumori avasculare dense, corpul embrionului.
creșterea celulară a culturilor monostrat, deja utilizate pe scară largă în studiile pre-clinice, în mai multe moduri nu reflectă adevărata imagine a creșterii tumorale in vivo, în cazul în care o mare diferență în progresia ei au interacțiune nu numai printre cele mai multe celule tumorale, dar, de asemenea, cu matricea extracelulară înconjurătoare, prezentate în pe baza celulelor țesutului conjunctiv și a fibrelor de colagen. Mai ales creșterea mai multor celule tumorale in monostrat, 2D - și 3D-culturi afectează natura culturii tumorale de reacție în timpul expunerii experimentale de droguri. Este cunoscut faptul ca celulele tumorale in 3D cultura sunt mai rezistente la chimioterapie, arata o capacitate limitata de a absorbi chimioterapie, spre deosebire de 2D celule în cultură. Astfel, proteina anti-apoptotice Bcl-2 familie de agent anti-tumoral sub influența - cultura monostrat docetaxel celulelor cancerului pulmonar detectate într-o cantitate mai mică în comparație cu 3D-cultură, ceea ce indică un comportament mai agresiv si rezistenta la medicamente a celulelor tumorale în asocierile tridimensionale [3].
Sensibilitatea diferită față de chimioterapia culturilor celulare cultivate în regimuri D și 3D a fost descoperită și investigată în multe lucrări. De exemplu, în munca VörsmannH. et al., [4] a fost dezvăluit faptul că, atunci când iradierea subletală cu cultura ultravioletă anterior rezistente la moarte TRAIL-mediată, devin sensibili prin activarea caspazei-3-dependent de clivaj al X-asociat în studiul TRAIL-receptor linii de melanom de celule 2D sensibilitate la chimioterapie direcționată proteina de inhibare a apoptozei. Rezultate similare, dar mai puțin pronunțate, au fost obținute cu cisplatină. Dar cultura 3D de celule de melanom cisplatina a fost mai eficace activator al apoptozei TRAIL-mediată decât razele ultraviolete [4].
În prezent, pentru crearea matricei extracelulare pentru 3D-cultură oferă o varietate de abordări de instruire. Prima abordare presupune utilizarea unor componente ale tesutului naturale - colagen al membranelor bazale, alginat (substanțe derivate din alge), fibrina, chitosan, celulele țesutului conjunctiv, inclusiv keratinocite. . A doua abordare presupune utilizarea materialelor sintetice - forme modificate ale acidului hialuronic, polietilenglicol, autoasamblate hidrogeluri proteine, policaprolactonă și alte dezavantaje ale componentelor naturale, sunt: diversitatea biologică, componentă mecanică slabă, riscul unui răspuns imun sau transmiterea unui factor patogen, incapacitatea de control strict și modificarea independentă a proprietăților care duce la posibilitatea unor erori de diagnostic și lipsa condițiilor standardizate. Principalul dezavantaj al materialelor sintetice este bioactivitate scăzută sau absența acestuia [1, 5].
Deja prima tehnică tridimensională a culturilor în creștere ale modelului de creștere tumorală susține în mod clar invitro-cultură 3D ca -ca Invivo tumora. populațiile de celule în 3D cultura menținut eterogenitate lor, care nu este diferit de a dezvolta tumori derivate in organism in vivo. Astfel sa obținut creșterea în cultură a tipurilor 17 pulmonare tumorale, diverse intestine, oase, gât, rinichi, prostată, stomac, glanda tiroidă, ovar și testicul, piele, care au fost obținute probe de intraoperator. Creșterea a fost menținut într-un mediu de până la 100 de zile sau mai mult. Stofa organism ca micromediul tumoare macro- și dezvoltarea în acest studiu a înlocuit gelul de colagen. Diferențierea în culturi tumorale a fost de asemenea confirmat ca, atunci cand celulele cancerului pulmonar cultivate in suspensie singur format conglomerate și centre de creștere în starea suspendată, celălalt - au migrat la pereții din plastic ale paharului și a format soclu parietal de creștere, care poate indica în mod indirect o mai mică sau mai malignitate lor . Cultura în timpul creșterii tumorilor în condiții experimentale, nu și-au pierdut malignitate lor. Deci, în lucrarea lui Freeman. andHoffmanR.M. [6] Transplant 5 Mill. Celulele Melanomul derivate de la pacient și apoi cultivate în cultură timp de nouă luni timusektomirovannym trei șoareci în fiecare dimensiune tumora a crescut la 1/3 sau mai mult din dimensiunea mouse-ului în sine pentru 2.5 luni. Adică, a fost demonstrat în mod obiectiv păstrarea caracteristicilor de malignitate in 3D culturi de celule invitro. în colagen gel observat o creștere invazivă a celulelor cancerului gastric si celulele melanomului au continuat să producă melanină după încetarea proliferării.
In crearea de tesut tridimensional, în funcție de obiectivele și echipamentul selectat, acesta poate fi alocat cinci domenii principale: crearea platformei cu mediul, care simulează micromediul tumorii, sprijinit - pentru creșterea țesutului tumoral sub formă de sferoide; aplicarea substratului creând o anumită limitare a creșterii; Utilizarea geluri, de exemplu, hidrogelurile polimerice pentru a crea condiții pentru formarea sferoizi celulelor tumorale in „agățat picătură“ model, creând bioreactoare pentru monitorizarea continuă a compoziției biochimice a mediului în care cultura tumorii formate, alimentarea cu substanțe nutritive și îndepărtarea produselor de descompunere, metaboliți; precum și utilizarea microcipurilor [7]. 3D oferit de suprafață a substratului și un mediu elastic dens pentru creșterea celulelor tumorale, astfel încât acestea sunt supuse unui număr de cerințe specifice: pori porozitatea vzaimopolozhenie, geometria porilor, mărimea și distribuția acestora. În plus, micro elemente mediază transportul, difuzia substanțelor nutritive și a metaboliților și poate chiar afecta activitatea anumitor gene și comportamente de celule, proliferarea și diferențierea acestora.
Conglomeratele celulare (sferoide) în cultură 3D sunt similare nodurilor tumorale avasculare, micrometastazelor sau siturilor intercapiliară cu tumori solide, așa cum se arată în HoltfreterJ. [2]. În munca VörsmannH. et al., [4] în etapa inițială de creștere a celulelor în cultură 3D pentru a forma sferoizi exemplu melanom malign mediu preparat picături din celule în suspensie „agățat picătură“ metoda la un raport de 250 celule în 25 pl mediu RPMI (mediu Roswell Park Memorial Institute). Aceste picaturi au fost plasate pe suprafața protivoadgezionnuyu a unui vas Petri cu PBS. Sferoidele au fost incubate timp de 15 zile la 37 ° C și conținutul de CO2 5%. După fiecare trei zile, 8 μl de mediu din fiecare picătură au fost modificate. Apoi, pentru a confirma natura creșterii metastatice a anumitor linii de celule de melanom, sferoizi număr specific și mărime, în picăturile obținute a fost inoculată în organopodobnye echivalente ale pielii compuse din keratinocite, fibroblaste și colagen, în care sferoidele de cultură cu 31 de zile a ajuns la un diametru de 500 microni. Cele obținute celule de melanom spheroids prin determinarea eficacității terapeutice a medicamentelor au avut următoarele caracteristici: numărul și dimensiunea creșterii cuiburi melanom în cultură au fost imprevizibile; derivate de creștere a celulelor de melanom în locașe de cultură de obicei mai puțin decât a metastazelor tumorale in organism; din cauza limitat longevitatea cuiburilor derivate de efect terapeutic începe mai devreme, și impactul negativ al expunerii în timp ar putea fi impuse asupra proceselor naturale de regresie a creșterii tumorii [4].
Studiind efectul medicamentelor in 3D-cultura celulelor maligne trebuie să ia în considerare factori cum ar fi solubilitatea, stabilitatea metabolică a celulelor de captare din mediul pentru o înțelegere aprofundată a mecanismelor de invitro acțiunii terapeutice și chimice, substanța de legare a proteinelor și. De asemenea, este important să se înțeleagă și eterogenitatea difuziei și metabolismul celulelor într-un sit tumora: centrul va crește hipoxie și lipsa de nutrienți substraturi, manifestă scăderea gradientului în activitatea mitotică și modificările necrotice care restricționează în mod direct difuzarea medicamentului în interiorul tumorii. La locul de muncă JusticeB.A. et al., [3] Au fost propuse modelul de culturi celulare de creștere a tumorilor cu difuzie limitată: sub formă de colonii în geluri de colagen ca „gistokultury“ si ca multistraturi de celule de pe placa cu 96 godeuri cu fund în formă de V.
În opera lui SzotC.S. et al. [8] Au fost efectuate studii comparative ale proprietăților celulelor tumorale în diferite culturi celulare - monostrat, culturi 2D și 3D cu efect terapeutic. Pentru evaluarea comparativă a eficacității anticancer doxorubicină și nanoparticule de droguri si de gradul lor de absorbție a celulelor individuale în sferoide multicelulare și linii celulare microni monostrat 100-300 utilizate cancer pulmonar fara celule mici. Sa constatat că pentru a suprima creșterea sferoide necesare la 60 sau mai multe ori concentrația de medicamente, cum ar fi docetaxel, cisplatin, gemcitabina, 5-fluorouracil, camptotecina decât celulele din monostrat. De exemplu, atunci când concentrația de docetaxel în intervalul de 100-175 microni numărul total de sferoide a fost de 50% mai mică decât în control. Când detectarea celulelor apoptotice (ca expresie a caspazei-3 activate) înregistrate prin cantitatea lor minimă în 3D-sistem (2,09 și 2,47 ori până la 5-fluorouracil și camptotecina, respectiv) decât în cultura monostrat. In studiul penetrarea docetaxel și nanoparticule în sferoide celule stabilit că în interiorul conglomerate multistrat au fost doar 10,52%, după o expunere de două ore de docetaxel și infiltrirovanie nanoparticule a fost observată numai la periferia sferoidelor [8].
Tehnica de creștere a culturilor celulare tridimensionale este în mod constant îmbunătățită. Astfel, sistemul oferă Alvetex® simultan într-un mediu (literalmente intr-unul bine) să crească câteva culturi (de obicei două), ca multistrat și monostrat, în diverse combinații, datorită designului special al setărilor aplicate, asigurând nutrienți optime de acces din mediului la culturi [10].
În ultimii ani, direcția de reproducere, studiu și aplicare a țesuturilor vii în măsurarea tridimensională se mută la un micro-nivel, inclusiv microcipurile. Au fost create condiții și premise pentru studiul structurilor biologice, sistemelor și corpului uman in vitro. Așa-numitul "Organ pe un cip" este un microsistem care combină realizările în domeniul tehnologiilor microfluidice și culturii celulare folosind structuri microcip. Acesta utilizează urme de lichid (1/10 -1/10 8 6 l) care, trecând prin sistemul microcanale poate detecta distribuția gradienti de substanțe specifice în anumite straturi de țesut reproductibil și chiar în interiorul țesutului. Astfel de sisteme permit juca structuri-cheie, caracteristicile funcționale, biochimice și mecanice ale organelor vii, cum ar fi pulmonar, ficat, rinichi, oase, creier, ochi și altele. Patologie și de a genera model de circuit de efecte terapeutice [11].
De exemplu, „ușor-on-chip“ arată ca două poli-dimetil-siloxanic (adică varietate de cauciuc siliconic) canale microfluidic separate printr-un strat subțire (10 microni) și membrana flexibilă a aceluiași cauciuc siliconic, cu un diametru al porilor de 10 microni. În acest microsistem, se repetă efectele ciclice de respirație. Ușor de-chip a fost utilizat pentru studii nanotoxicology [12], în care diferite tipuri de nanoparticule injectat prin canalele de aer ale microsistem. Trecând prin straturile epiteliale și celule endoteliale prin citoplasmă, nanoparticule de silicon (12 nm), citotoxicitatea indusă și inflamația și au fost măsurate în mod direct, în timp real în microcanal prin microfluorimetry. Într-o astfel microsistem trecerea celulelor tumorale prin porii membranei au fost create condiții pentru formarea de sferoide geterokletochnyh în sistem microfluidic cultivate 3D, care reproduce comportamentul celulelor cancerului de prostată metastatic, în micromediul [13]. O astfel de strategie, într-un alt studiu a permis stabilirea aderenței intravasculară a circula celulelor cancerului de san, ca raspuns la activarea citokinelor endoteliale CXCL12 [14].
Astfel, de lucru cu culturi de celule 3D maligne conduce la direcționat în mod individual și terapie efectivă maximă antitumorală minimizarea riscului de efecte secundare și utilizarea inutilă lungi, de multe ori ineficiente de chimioterapie. Deși o astfel de specificitate a acțiunilor în țara noastră rămâne nedezvoltată. Mai activ în ceea ce privește crearea de țesături 3D sau, mai degrabă, cultivarea de organe întregi, numai transplantul se mișcă. În prezent, oamenii de știință ruși pe baza centrului de inovare „Skolkovo“ este în curs de dezvoltare un proiect pentru a identifica profilul genetic al fiecărei tumori, care determină sensibilitatea / rezistența unei anumite boli maligne a unui anumit pacient la anumite medicamente impotriva cancerului, ca urmare, pe baza datelor genetice fundamenteaza alegerea unei terapii specifice vizate. Totuși, acesta este un proiect destul de costisitor, necesitând echipamente sofisticate și crearea unor programe specializate. În acest sens, dezvoltarea direcției "culturale" a chimioterapiei personalizate a pacienților cu cancer pare mai economică și promițătoare pentru utilizarea practică în medicină.
literatură
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: