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Il cancro del polmone è la principale causa di mortalità legata al cancro in tutto il mondo. Il carcinoma a cellule squamose polmonari (LUSC), che è il secondo tipo più comune di cancro del polmone non a piccole cellule (NSCLC) e rappresenta circa il 30% di tutto il cancro del polmone, viene spesso diagnosticato in fase avanzata e ha una prognosi infausta1. Le opzioni di trattamento per i pazienti affetti da LUSC sono un'importante necessità insoddisfatta che può essere migliorata da una migliore comprensione dei meccanismi cellulari e molecolari sottostanti che guidano la tumorigenesi LUSC.
Come per la maggior parte dei tumori umani, la patogenesi di LUSC è caratterizzata dalla rottura dell'architettura del tessuto epiteliale intatta e ben ordinata2. Durante questo processo, la corretta polarità delle cellule apicali-basali, i contatti cell-cell e cell-matrix vengono persi, permettendo una crescita incontrollata e un comportamento invasivo delle cellule tumorali. È ormai ampiamente risaputo che le caratteristiche maligne delle cellule tumorali non possono manifestarsi senza un'importante interazione tra le cellule tumorali e il loro microambiente tumorale locale (TME)3. Componenti chiave del TME, tra cui matrice extracellulare (ECM), fibroblasti associati al cancro (CAF), cellule endoteliali e cellule immunitarie infiltranti modellano attivamente il TME e guidano la tumorigenesi4. Tuttavia, la nostra attuale comprensione di come le cellule tumorali e questi componenti chiave del TME interagiscono per guidare i cambiamenti architettonici dei tessuti durante la progressione del LUSC è molto limitata.
La coltura tridimensionale (3D) è uno strumento importante per studiare le attività biologiche dei cambiamenti cellulari-intrinseci ed estrinseci nella regolazione dei cambiamenti architettonici dei tessuti nei tessuti normali e malati5. Le colture 3D forniscono il contesto strutturale e funzionale appropriato che di solito manca nelle tradizionali colture bidimensionali (2D). Le dimensioni aggiunte di tali sistemi imitano più da vicino il tessuto in vivo in molti aspetti della fisiologia cellulare e dei comportamenti cellulari, tra cui la proliferazione, la differenziazione, la migrazione, l'espressione proteica e la risposta al trattamento farmacologico. Negli ultimi anni, gli sforzi di vari laboratori hanno portato allo sviluppo di modelli 3D in vitro sia per il polmone normale che per NSCLC6,7,8. Tuttavia, non era disponibile un modello per il carcinoma squamoso polmonare che può ricapitolare sia i cambiamenti architettonici dei tessuti dinamici durante la tumorigenesi che incorporare i componenti stromali chiave.
Qui, descriviamo i metodi per stabilire un nuovo sistema di coculture tridimensionale (3D) utilizzando cellule LUSC primarie derivate da PDX (definite TUM622) e CAF9,10. Sia TUM622 che CAF sono derivati dal paziente NSCLC con tumori scarsamente differenziati10. Quando sono incorporate come singole cellule in ECM, una rara sottopopolazione di cellule TUM622 ha la capacità di formare organoidi con strutture acinari che mostrano una corretta polarità delle cellule apical-basali. Queste strutture acinari sono iperplastiche, mostrano un'espressione eterogenea di marcatori simili a gambi e di differenziazione simili al tumore originale, pur rimanendo non invasivi, e quindi imitano il primo stadio dello sviluppo lUSC. È importante sottolineare che abbiamo dimostrato che l'architettura tissutale delle strutture acinariche potrebbe essere alterata dall'inibizione delle vie di segnalazione intrinseche delle cellule con inibitori di piccole molecole o dall'aggiunta di componenti chiave nell'ECM, quest'ultimo dei quali migliora la formazione di acini e provoca ulteriormente l'invasivo acini quando si trovano in prossimità. Insieme, questi dati suggeriscono che questo sistema di cocoltura 3D di organoidi LUSC fornisce una piattaforma preziosa per lo studio della reciprocità dinamica tra le cellule LUSC e il TME e potrebbe essere adattato per monitorare la risposta delle cellule LUSC al trattamento farmacologico11.