إنشاء نموذج فسيولوجي للأورام الدقيقة الوعائية البشرية لأبحاث السرطان
سبتمبر 15, 2023
يقدم هذا البروتوكول نموذجا ذا صلة من الناحية الفسيولوجية للورم على الرقاقة لإجراء أبحاث السرطان البشري الأساسية والتحويلية عالية الإنتاجية ، وتطوير فحص الأدوية ، ونمذجة الأمراض ، ومناهج الطب الشخصي مع وصف لإجراءات التحميل والصيانة والتقييم.
تم تطوير منصة الورم على الرقاقة الخاصة بنا لنمذجة نمو الأورام الدقيقة الوعائية البشرية من الناحية الفسيولوجية ، وتسمح لنا بالإجابة على أسئلة البحث الأساسية والانتقالية. الأسئلة التي تركز على بيولوجيا الورم الأساسية ، وفعالية الدواء ، واستجابة الورم ، والعمليات المناعية الأساسية ، والتدخل المناعي المحتمل ، ونهج العلاج الشخصي. تتوقف الترجمة الفعالة للاكتشافات قبل السريرية إلى علاجات قوية للسرطان على تكرار حالة المرض وأنظمة النماذج بأمانة.
يحدد هذا البروتوكول إنشاء الورم المجهري الوعائي ، أو VMT ، لتقليد البيئة المكروية للورم في المختبر. يستنسخ VMT بأمانة الجوانب الرئيسية للورم البشري ، مما يؤدي إلى نتائج ذات صلة سريريا. يسمح لنا نموذجنا بإجراء أبحاث السرطان البشري ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية.
على وجه التحديد ، يتضمن بروتوكولنا ، على عكس النماذج الأخرى ، ظروف التدفق الديناميكية ، ويتيح تكامل الخلايا المناعية والعلاج المناعي ، ويسمح لنا أيضا بدمج مناهج الطب الشخصي. نحن نستخدم نموذج VMT لدفع مبادرات الطب الشخصي إلى الأمام في كل من المجالات قبل السريرية والسريرية. يعمق هذا النموذج فهمنا للعوامل البيئية الدقيقة في تفاعلات الخلايا ، مما يؤثر على المقاومة العلاجية وتطور السرطان.
علاوة على ذلك ، فإن VMT يبشر بالخير في اكتشاف علاجات مخصصة خاصة بالمريض لتعزيز الرعاية السريرية.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
يقدم هذا المقال بروتوكولاً مفصلاً لإنشاء منصة ورم مجهري وعائي (VMT) أو "ورم على شريحة" تحاكي بدقة البيئة الدقيقة للورم البشري خارج الجسم (in vitro). يدمج نظام VMT أنواعاً متعددة من الخلايا البشرية تحت ظروف تدفق ديناميكية داخل جهاز ميكروفلويديك، مما يتيح دراسة بيولوجيا الأورام، وفعالية الأدوية، والتفاعلات المناعية، ونهج الطب الشخصي في سياق ذي صلة فسيولوجياً.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلوم
- بيولوجيا السرطان
- نمذجة البيئة الدقيقة للأورام
- هندسة الأنسجة
- الموائع الدقيقة
خلفية علمية
- غالبًا ما تفشل نماذج السرطان التقليدية في المختبر (in vitro) في محاكاة تعقيد البيئة الدقيقة للأورام.
- تتطلب الأبحاث قبل السريرية والتطوير العلاجي الفعال نماذج تدمج الأوعية الدموية والحواجز الفسيولوجية.
- تعالج منصة VMT هذه القصور من خلال تكوين شبكات وعائية جديدة (de novo) ودعم نمو الورم تحت ظروف التدفق.
- يتيح دمج الخلايا المناعية وقدرات التصوير عالية الدقة إجراء دراسات متقدمة حول التفاعلات بين الورم والجهاز المناعي وعمليات الانتقال الورمي.
الغرض من الدراسة
- تطوير والتحقق من صحة نظام فسيولوجي دقيق يحاكي البيئة الدقيقة للأورام البشرية في المختبر.
- تمكين الأبحاث الانتقالية حول بيولوجيا الأورام، والاستجابة للعقاقير، والعلاج المناعي.
- تسهيل الطب الشخصي من خلال تطويع المنصة لاستيعاب الخلايا المشتقة من المرضى والعلاجات المخصصة.
الطرق المستخدمة
- تحضير معلقات الخلايا ومكونات المصفوفة خارج الخلية (fibrinogen، وthrombin، وlaminin).
- تحميل مخاليط الخلايا والمصفوفة في أطباق مائعية دقيقة معقمة بالأشعة فوق البنفسجية وبلمرة الهلام.
- تأسيس التدفق الديناميكي وتروية الأوساط الغذائية عبر القنوات المائعية الدقيقة.
- التصوير المجهري لمراقبة تكوين الشبكة الوعائية، وتوزيع الخلايا، والمقايسات الوظيفية (على سبيل المثال، تروية FITC-dextran).
- تروية الخلايا السرطانية والخلايا المناعية (مثل T-cells) لدراسة عملية الخروج من الأوعية والتفاعلات بين الخلايا.
النتائج الرئيسية
- شكلت الخلايا البطانية شبكات وعائية مستمرة ومروية خلال أربعة أيام، وهو ما تم تأكيده من خلال الحد الأدنى من تسرب FITC-dextran.
- التصقت الخلايا السرطانية التي تم ترويتها في النظام بالبطانة ثم تسربت خارج الأوعية، مكونةً نقيلات دقيقة خلال 24 ساعة.
- أظهر التصوير بفاصل زمني التصاقاً سريعاً للخلايا التائية وتسربها إلى البيئة المجهرية للورم.
- احتفظ نموذج VMT بعدم تجانس الورم، وبصمات التعبير الجيني، وملفات الاستجابة الدوائية المماثلة للأورام في الجسم الحي.
الاستنتاجات
- توفر منصة VMT نموذجاً قوياً وذا صلة فسيولوجية لدراسة بيولوجيا الأورام البشرية والاستجابات العلاجية.
- تتيح المنصة استقصاء ديناميكيات الخلايا المناعية، وحواجز إيصال الأدوية، واستراتيجيات العلاج الشخصي.
- يعزز هذا النهج كلاً من أبحاث السرطان الأساسية والترجمية من خلال جسر الفجوة بين النماذج التقليدية المختبرية والواقع السريري.
الأسئلة الشائعة
الأهمية الصناعية التنفيذية
لا تزال نماذج الأورام ذات الصلة الفسيولوجية تمثل عقبة حرجة أمام اكتشاف أدوية الأورام التنبؤية والأبحاث الانتقالية. وتتيح منصة الورم الدقيق الموعى (VMT) إعادة إنتاج عالية الدقة للبيئة المجهرية للأورام البشرية، مما يدعم التقييم القوي لإيصال الأدوية، وتسلل الخلايا المناعية، والاستجابة العلاجية. ويعزز هذا النظام من الثقة التنبؤية عند نقطة التحول في المرحلة قبل السريرية، مما يؤثر بشكل مباشر على فرز محفظة الأدوية ومبادرات الطب الشخصي.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير للصناعات الدوائية الحيوية
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- يتيح استقصاء بيولوجيا الأورام وآليات البيئة الدقيقة التي تؤثر على المقاومة العلاجية.
- يدعم التحقق الوظيفي من الأهداف ضمن سياق وعائي ذي صلة بالبشر.
- يسهل تقليل المخاطر الميكانيكية من خلال نمذجة التفاعلات بين الجهاز المناعي والأورام والسدى.
- يعزز الثقة التنبؤية لنقل الأهداف المرشحة إلى مسارات الفحص.
الفحص وتطوير المقايسة
- توفر منصة قياسية وقابلة للتكرار لإجراء مقاييس كمية لفعالية الدواء وخروج الخلايا المناعية من الأوعية الدموية.
- تتيح التصوير عالي الدقة والمراقبة المباشرة لسلوك المركبات والخلايا في بيئة مجهرية خاضعة للتروية.
- تدعم إمكانية توسيع المقاييس وإعادة استخدام المنصة عبر أنواع مختلفة من الأورام والعينات المستمدة من المرضى.
- تقدم نتائج ذات صلة فسيولوجياً لتحديد أولويات المركبات وإجراء الدراسات الميكانيكية.
الأبحاث الانتقالية وما قبل السريرية
- يتوافق مع التباين الورمي البشري المرتبط بالمرض وبصمات التعبير الجيني.
- يتيح الاستمرارية من مرحلة الاكتشاف وصولاً إلى التحقق قبل السريري باستخدام خلايا أولية من المرضى.
- يدعم اكتشاف المؤشرات الحيوية الانتقالية وتقييم استراتيجيات العلاج الشخصية.
- يقلل من المخاطر الانتقالية عن طريق نمذجة حواجز توصيل الأدوية والاستجابات المناعية الشبيهة بما يحدث داخل الجسم الحي.
تكامل مسار العمل وسير العمل
تعمل منصة VMT كجسر يربط بين مرحلة الاكتشاف المبكر، وتحديد المركبات الواعدة، والأبحاث الانتقالية، وذلك من خلال توفير نظام قابل للتطوير وذي صلة فسيولوجية لاختبار الفرضيات وتقييم الأدوية.
- بيولوجيا الاكتشاف: ينمذج التفاعلات بين الورم والجهاز المناعي والسدى لتوضيح الاعتمادات المسارية وآليات المقاومة.
- الفحص: يوفر مخرجات كمية وقابلة للتكرار لاختبارات الأدوية والخلايا المناعية تحت ظروف التدفق الديناميكي.
- التحليلات: يتيح التصوير عالي المحتوى والقياس الكمي للارتشاح الخلوي، والانتشار الورمي، والاستجابة العلاجية.
- الأبحاث traslational: يدعم مواءمة المؤشرات الحيوية والطب الشخصي من خلال استيعاب الخلايا الأولية المشتقة من المرضى.
- إعادة الاستخدام المؤسسي: قابل للتكيف عبر أنواع الأورام والبرامج البحثية المختلفة، مما يدعم توحيد المنصة وقابلية المقارنة بين المشاريع.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: تزيد من الثقة التنبؤية وتقلل من الغموض الميكانيكي في أبحاث الأورام.
- القيمة التشغيلية: توحد معايير نمذجة الأورام المعقدة وتتيح سير عمل قابل للتكرار والتوسع.
- القيمة الاستراتيجية: تحسن جودة قرارات المضي قدماً أو التوقف وكفاءة رأس المال من خلال تقليل المخاطر المرتبطة بالمرشحات في المراحل المبكرة.
- تأثير المحفظة: تدعم تحديد الأولويات المعدلة حسب المخاطر والنهوض بالأصول ذات الإمكانات الانتقالية المعتمدة.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في ميكانيكا الموائع الدقيقة، وهندسة الأنسجة، والتصوير المتقدم.
- يستلزم الوصول إلى أجهزة متخصصة للتعامل مع أجهزة ميكانيكا الموائع الدقيقة وتصوير الخلايا الحية.
- يستوجب توحيد معايير الحصول على الخلايا، وظروف الزراعة المشتركة، والبروتوكولات التحليلية بين الفرق المختصة.
- قابل للتكيف مع مجموعة متنوعة من أنواع الأورام وعينات المرضى الأولية مع تحسين البروتوكول.
- تشمل القيود العملية قيود الإنتاجية والحاجة إلى التحقق الدقيق من مصادر الخلايا الجديدة.
