Établissement d’un modèle physiologique de micro-tumeurs vascularisées humaines pour la recherche sur le cancer

Stephanie J. Hachey; Daniela Gaebler; Christopher C. W. Hughes

doi:10.3791/65865

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Article de méthode

Établissement d’un modèle physiologique de micro-tumeurs vascularisées humaines pour la recherche sur le cancer

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DOI :

10.3791/65865

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15 septembre 2023

Stephanie J. Hachey¹ , Daniela Gaebler¹ , Christopher C. W. Hughes¹^,²

¹Molecular Biology and Biochemistry, University of California, Irvine, ²Biomedical Engineering, University of California, Irvine

Dans cet article

Résumé

Ce protocole présente un modèle de tumeur sur puce physiologiquement pertinent pour effectuer des recherches fondamentales et translationnelles à haut débit sur le cancer humain, en faisant progresser le dépistage des médicaments, la modélisation des maladies et les approches de médecine personnalisée avec une description des procédures de chargement, d’entretien et d’évaluation.

Résumé

L’absence de modèles de cancer validés qui récapitulent le microenvironnement tumoral des cancers solides in vitro reste un goulot d’étranglement important pour la recherche préclinique sur le cancer et le développement thérapeutique. Pour surmonter ce problème, nous avons développé la microtumeur vascularisée (VMT), ou puce tumorale, un système microphysiologique qui modélise de manière réaliste le microenvironnement complexe de la tumeur humaine. La VMT se forme de novo au sein d’une plate-forme microfluidique par co-culture de plusieurs types de cellules humaines dans des conditions d’écoulement dynamiques et physiologiques. Cette construction micro-tumorale issue de l’ingénierie tissulaire intègre un réseau vasculaire perfusé vivant qui soutient la masse tumorale en croissance, tout comme les vaisseaux nouvellement formés le font in vivo. Il est important de noter que les médicaments et les cellules immunitaires doivent traverser la couche endothéliale pour atteindre la tumeur, modélisant in vivo les barrières physiologiques à l’administration et à l’efficacité thérapeutiques. Étant donné que la plate-forme VMT est optiquement transparente, l’imagerie haute résolution de processus dynamiques tels que l’extravasation des cellules immunitaires et les métastases peut être obtenue grâce à la visualisation directe des cellules marquées par fluorescence dans le tissu. De plus, le VMT conserve l’hétérogénéité tumorale in vivo , les signatures d’expression génique et les réponses médicamenteuses. Pratiquement n’importe quel type de tumeur peut être adapté à la plate-forme, et les cellules primaires de tissus chirurgicaux frais se développent et répondent au traitement médicamenteux dans le VMT, ouvrant la voie à une médecine véritablement personnalisée. Ici, les méthodes d’établissement de la VMT et de son utilisation pour la recherche en oncologie sont décrites. Cette approche novatrice ouvre de nouvelles possibilités pour l’étude des tumeurs et des réponses aux médicaments, offrant aux chercheurs un outil puissant pour faire avancer la recherche sur le cancer.

Introduction

Le cancer reste un problème de santé majeur dans le monde et est la deuxième cause de décès aux États-Unis. Pour la seule année 2023, le National Center for Health Statistics prévoit plus de 1,9 million de nouveaux cas de cancer et plus de 600 000 décès par cancer aux États-Unis¹, soulignant le besoin urgent d’approches thérapeutiques efficaces. Cependant, à l’heure actuelle, seulement 5,1 % des traitements anticancéreux entrant dans les essais cliniques obtiennent finalement l’approbation de la FDA. L’échec des candidats prometteurs à progresser avec succès dans les essais cliniques peut être en partie attribué à l’utilisation de systèmes modè....