Generierung heterogener Arzneimittelgradienten über Krebspopulationen auf einem mikrofluidischen Evolutionsbeschleuniger zur Echtzeitbeobachtung

Ke-Chih Lin; Gonzalo Torga; Yusha Sun; Kenneth  J. Pienta; James  C. Sturm; Robert  H. Austin

doi:10.3791/60185

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Methodenartikel

Generierung heterogener Arzneimittelgradienten über Krebspopulationen auf einem mikrofluidischen Evolutionsbeschleuniger zur Echtzeitbeobachtung

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DOI:

10.3791/60185

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19. September 2019

Ke-Chih Lin¹ , Gonzalo Torga² , Yusha Sun¹ , Kenneth J. Pienta² , James C. Sturm¹ , Robert H. Austin¹

¹Princeton University, ²Johns Hopkins Medical Institute

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Wir präsentieren ein mikrofluidisches Krebs-on-Chip-Modell, die "Evolution Accelerator"-Technologie, die eine kontrollierbare Plattform für langfristige Echtzeit-quantitative Studien zur Krebsdynamik innerhalb klar definierter Umweltbedingungen an der Einzelzelle bietet. niveau. Es wird erwartet, dass diese Technologie als In-vitro-Modell für die Grundlagenforschung oder die präklinische Arzneimittelentwicklung funktioniert.

Zusammenfassung

Die konventionelle Zellkultur bleibt das am häufigsten verwendete präklinische Modell, trotz seiner nachgewiesenen begrenzten Fähigkeit, klinische Ergebnisse bei Krebs vorherzusagen. Mikrofluidische Krebs-on-Chip-Modelle wurden vorgeschlagen, um die Lücke zwischen den zu vereinfachten konventionellen 2D-Kulturen und komplizierteren Tiermodellen zu überbrücken, die nur begrenzt in der Lage sind, zuverlässige und reproduzierbare quantitative Ergebnisse zu erzielen. Hier stellen wir ein mikrofluidisches Krebs-on-Chip-Modell vor, das Schlüsselkomponenten einer komplexen Tumormikroumgebung umfassend reproduziert, aber einfach genug ist, um robuste quantitative Beschreibungen der Krebsdynamik zu liefern. Dieses mikrofluidische Krebs-on-Chip-Modell, der "Evolution Accelerator", zerlegt eine große Population von Krebszellen in eine miteinander verbundene Reihe von Tumor-Mikroumgebungen und erzeugt gleichzeitig eine heterogene chemotherapeutische Stresslandschaft. Das Fortschreiten und die evolutionäre Dynamik von Krebs als Reaktion auf den Arzneimittelgradienten können wochenlang in Echtzeit überwacht werden, und zahlreiche nachgelagerte Experimente können komplementär zu den Zeitrafferbildern durchgeführt werden, die im Laufe der Experimente aufgenommen wurden.

Einleitung

Krebs wird zunehmend als komplexes Ökosystem anerkannt, das nicht nur von der anhaltenden Dysregulation mutierter Zellpopulationen abhängt, sondern auch von lebenswichtigen Wechselwirkungen zwischen Krebszellen und der Mikroumgebung des Wirts. In diesem Sinne entwickelt sich Krebs auf einer adaptiven Landschaft, die sich durch eine Kombination von Faktoren manifestiert, einschließlich einer heterogenen Tumormikroumgebung und Übersprechen mit einer Vielzahl von Wirtszellen, die alle selektive Drücke für weitere genetische oder epigenetische Veränderungen¹^,²^,³. Im Zusammenhang ....